CN110749417A - 一种海洋工程水下机器人试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种海洋工程水下机器人试验设备，包括加上水箱、水泵、制冷机、潜水泵、配电箱、控制器、计算机、液体温度传感器、水流传感器、液体压力传感器、液位传感器、防水照明灯、防水摄像头和试验水箱；试验水箱顶部设有人工管孔、穿线管和加压管，加压管与水泵连通；试验水箱底部设有冷气盘管，冷气盘管与制冷机连接；潜水泵设置在试验水箱内的右侧，潜水泵的排水管的出水口位于试验水箱的左侧顶部；防水照明灯和防水摄像头安装在试验水箱两侧的安装板和试验水箱的内壁上，液体温度传感器、水流传感器、液体压力传感器和液位传感器安装固定在安装板上。

Description

一种海洋工程水下机器人试验设备

技术领域：

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种海洋工程水下机器人试验设备。

背景技术：

海底水下机器人能够代替人工完成海底勘测和水下设备安装、监测及维修维护等工作。因此，近年来海洋工程水下机器人发展迅速。在研发水下机器人的过程中，需要对水下机器人进行各项性能和参数指标的测试，这就需要在近海设置试验场或实验基地，而对于内陆的水下机器人科研机构或大专院校则无法建造成本较高的近海海底水下机器人试验场，虽然近海的水深只有十几米或几十米，对于科研经费有限的科研机构或大专院校也无法建造用于水下机器人试验的设备。因此，研发一种成本相对较低的近海水下机器人试验设备是十分必要的。

发明内容：

本发明的目的是提供一种成本相对较低的用于海洋工程水下机器人的近海试验设备。通过该试验设备测试水下机器人的在水下作业的性能，获得试验结论和相关试验数据，为研发水下机器人提供试验数据。设备制造成本低，便于操作，可实施性强。

本发明采用的技术方案为：一种海洋工程水下机器人试验设备，所述试验设备包括加水箱、水泵、制冷机、潜水泵、配电箱、控制器、计算机、液体温度传感器、水流传感器、液体压力传感器、液位传感器、防水照明灯、防水摄像头和试验水箱；所述试验水箱顶部设有人工管孔、穿线管和加压管，加压管顶端通过连接头与供水管连接，供水管与水泵连通，水泵与加水箱连通；所述试验水箱底部设有冷气盘管，冷气盘管与制冷机连接，冷气盘管上方焊接有底板，底板上焊接有实验架；所述潜水泵设置在试验水箱内的右侧，潜水泵的左侧设有带有过滤孔的挡板，潜水泵的排水管的出水口位于试验水箱的左侧顶部；所述防水照明灯和防水摄像头安装在试验水箱两侧的安装板和试验水箱的内壁上，所述液体温度传感器、水流传感器、液体压力传感器和液位传感器安装固定在安装板上；所述防水照明灯、水泵、制冷机和潜水泵通过电缆与配电箱连接，或者防水照明灯、水泵、制冷机和潜水泵与配电箱连接后，配电箱通过电缆再与控制器连接；所述防水摄像头、液体温度传感器、水流传感器、液体压力传感器和液位传感器通过导线与计算机，或者防水摄像头液体温度传感器、水流传感器、液体压力传感器和液位传感器通过导线与控制器连接后，控制器再通过导线与计算机连接。

进一步地，所述冷气盘管的末端位于试验水箱外部。

进一步地，所述供水管为橡胶软管。

进一步地，所述加压管由多根内外扣螺纹管连接而成，其中最顶端的螺纹管顶端焊接有高压管连接头。

进一步地，所述穿线管由多根内外扣螺纹管连接而成，其高度大于加压管的高度，穿线管内穿过所有电气元件的电缆导线后通过橡胶塞和胶黏剂密封。

进一步地，所述人工管孔顶端设有法兰盘，法兰盘与盲板法兰通过螺栓连接紧固，法兰盘和盲板法兰之间设有橡胶密封圈。

进一步地，所述计算机包括主机和显示器。

进一步地，所述实验架上固定有安装板，安装板上开有用于安装固定被检修器械的安装孔。

进一步地，所述加压管底端设有控制阀。

本发明的有益效果：提供了一种成本相对较低的用于海洋工程水下机器人的近海试验设备。通过该试验设备测试水下机器人的在水下作业的性能，获得试验结论和相关试验数据，为研发水下机器人提供试验数据。设备制造成本低，便于操作，可实施性强。

附图说明：

图1是实施例一的结构示意图；

图2是实施例二的结构示意图；

图3是实施例三的结构示意图；

图4是实施例四的结构示意图。

具体实施方式：

实施例一

参照图1，一种海洋工程水下机器人试验设备，所述试验设备包括加水箱1、水泵2、制冷机3、潜水泵4、配电箱10、控制器9、计算机8、液体温度传感器11、水流传感器12、液体压力传感器13、液位传感器14、防水照明灯21、防水摄像头22和试验水箱23；所述试验水箱23顶部设有人工管孔19、穿线管16和加压管17，加压管17顶端通过连接头与供水管18连接，供水管与水泵2连通，水泵2与加水箱1连通；所述试验水箱23底部设有冷气盘管7，冷气盘管7与制冷机3连接，冷气盘管7上方焊接有底板6，底板6上焊接有实验架；所述潜水泵4设置在试验水箱23内的右侧，潜水泵4的左侧设有带有过滤孔的挡板5，潜水泵4的排水管20的出水口位于试验水箱23的左侧顶部；所述防水照明灯21和防水摄像头22安装在试验水箱23两侧的安装板15和试验水箱23的内壁上，所述液体温度传感器11、水流传感器12、液体压力传感器13和液位传感器14安装固定在安装板15上；所述防水照明灯21、水泵2、制冷机3和潜水泵4通过电缆与配电箱10连接，或者防水照明灯21、水泵2、制冷机3和潜水泵4与配电箱10连接后，配电箱10通过电缆再与控制器9连接；所述防水摄像头22、液体温度传感器11、水流传感器12、液体压力传感器13和液位传感器14通过导线与计算机8，或者防水摄像头22液体温度传感器11、水流传感器12、液体压力传感器13和液位传感器14通过导线与控制器9连接后，控制器9再通过导线与计算机8连接；所述冷气盘管7的末端位于试验水箱23外部；所述供水管18为橡胶软管；所述加压管17由多根内外扣螺纹管连接而成，其中最顶端的螺纹管顶端焊接有供水管连接头；所述穿线管16由多根内外扣螺纹管连接而成，其高度大于加压管17的高度，穿线管16内穿过所有电气元件的电缆导线后通过橡胶塞和胶黏剂密封；所述人工管孔19顶端设有法兰盘，法兰盘与盲板法兰通过螺栓连接紧固，法兰盘和盲板法兰之间设有橡胶密封圈；所述计算机8包括主机和显示器；所述实验架上固定有安装板，安装板上开有用于安装固定被检修器械的安装孔；所述加压管17底端设有控制阀。

本实施例用于对水下机器人进行近海海底试验，适用于模拟水深不大于50米的水下试验工况。由人工管孔向试验水箱内吊放用于试验的设备零部件，并在箱体内组装成试验设备和固定设备，设备固定在实验架上，该设备为用于测试水下机器人的设备，如测试机器人维修维护的机械设备，或者是测试机器人勘测取样的矿物体等。水下机器人和各个测试元器件也从人工管孔吊放到箱体内，并组装接线，所有传输的数据线或电缆通过穿线管接出；以模拟20米水深的海底为例，穿线管和加压管的高度约为20米，可选用两根9米长的螺纹管连接在一起，穿线管可再连接一个1米左右的螺纹管，使得穿线管高于加压管，由于穿线管高于加压管，大幅度降低了穿线管的密封难度，可实施性强。测试水下机器人和各个元器件的信号传输，所有元器件满足试验条件后，将人工管孔密封。将配置好的海水通过供水系统注入到加水箱内，并由水泵通过加压管注入到试验水箱内，由于供水管设置在最顶端螺纹管的顶部，当加压管顶部冒水时，关停水泵和水泵出口的阀门，此时箱体内的水压相当于20米水深的水压，根据模拟近海水深试验的需要开关加压管底部的阀门。所有试验条件满足后，对水下机器人进行性能测试，以维修水下机械设备为例，将有故障的机械设备固定在实验架上，操控指挥或通过程序使得水下机器人对故障设备进行维修。液体温度传感器、水流传感器、液体压力传感器和液位传感器将监测的各项数据通过数据线或电缆传输给计算机主机或控制器，在通过显示设备显示。在防水照明灯（根据试验需要可安装在试验水箱内的各个部位）的照射下，防水摄像头（根据试验需要可安装在试验水箱内的各个部位）将水下机器人进行维修设备的画面传输给计算机，并通过显示设备显示。根据试验需要通过制冷机实现低温海底环境的模拟，通过配电箱或电器控制器启停制冷机，冷气通过回旋铺设在箱体底部的冷气管后排出，经过热交换后箱体内的海水温度降低，海水温度数据由液体温度传感器监测。根据试验需要通过潜水泵实现海水涌动的环境模拟，通过配电箱或电器控制器启停潜水泵，潜水泵从箱体底部抽水后由箱体顶部排水管回到箱体内，潜水泵设置在箱体的一侧，排水管的出水口设置在另一侧，使得海水在箱体内不断循环，进而模拟海水涌动的测试环境，海水流动数据由水流传感器监测。

电器控制器优选为扬州众人电气科技有限公司、新乡市同远电气有限公司、浙江乔木电气科技有限公司、铜陵泽美电气科技有限公司、郑州万泰电气有限公司、安徽北辰电气科技有限公司、浙江顺通电气有限公司、温州卡文电气有限公司、河南省万朗电气有限公司和华贵电气股份有限公司生产的控制器。配电箱优选为鞍山铜成机电设备厂、蚌埠市华泰开关柜厂、恒安电路器材科技公司、山东利德电力设备有限公司、无棣安德电力器材有限公司、北京天润双翎科技有限公司、中大安正天北京机电设备有限公司、北京星工电力有限公司、北京耐施电器公司和成都市振升电器设备厂生产的配电箱或配电柜。水泵优选为上海阳光泵业、上海凯士比泵有限公司、上海凯泉泵业有限公司、长沙水泵厂有限公司、上海东方泵业有限公司、大大耐泵业有限公司、台州中山泵业有限公司、重庆市水泵厂有限公司、浙江大元泵业有限公司和杭州南方特种泵厂生产的水泵。制冷机优选为江苏尤金工业设备有限公司、广州市东教冷冻工程有限公司、昆山晟嘉辉机械设备有限公司、上海瀚冷冷暖设备有限公司、沈阳冰雪制冷设备有限公司、郑州冰辰制冷设备有限公司和南京博盛制冷设备有限公司生产的制冷机。潜水泵优选为山东安立泰泵业股份有限公司、保定三合井泉泵业有限公司、河北君泉泵业有限公司、上海九洋泵业制造有限公司、德能泵业（天津）有限公司、天津双河泵业有限公司、江苏博禹泵业有限公司和天津奥特泵业有限公司生产的潜水泵。液体温度传感器优选为北京天宇恒创传感技术有限公司、湖南菲尔斯特传感器有限公司、常州贞明电子科技有限公司、沧州天仪仪器仪表有限公司、上海泽火科技有限公司和广州南控自动化设备有限公司生产的传感器。水流传感器优选为佛山市品泽电器有限公司、大城县雷奥仪器仪表有限公司、山东泉润泽自控技术有限公司、广州佳仪精密仪器有限公司、浙江顺通电气有限公司和杭州安布雷拉自动化科技有限公司生产的传感器。液体压力传感器优选为江苏宏仪自动化仪表有限公司、合肥雷德电子科技有限公司、安徽东胜仪表有限公司、天长市吉创仪表科技有限公司、杭州美控自动化技术有限公司和东莞市卓扬测控技术有限公司生产的传感器。液位传感器优选为广州指南针传感器有限公司、陕西迪凯测控技术有限公司、浙江东仪科技有限公司、安徽联控自动化科技有限公司、山东泽荣机械设备有限公司和江苏美安特自动化仪表有限公司生产的传感器。防水照明灯优选为河南豫盛唐照明器材有限公司、中山市乔光照明科技有限公司、河南华美照明工程有限公司、成都市永盛鑫业灯具有限公司、常州伍玖照明科技有限公司和江苏探索光电科技有限公司生产的水下灯。防水摄像头优选为蔚蓝智能科技（天津）有限公司、深圳市赛德爱电子有限公司、天津经纬数码电子有限公司、深圳市欧威斯达科技有限公司、深圳市嘉意丰电子科技有限公司和河北慧采科技有限公司生产的水下摄像头。

实施例二

参照图2，在实施例一技术方案基础上，还包括超声波发生器24，超声波发生器24的超声波振子或发生器件设置于试验水箱底部，其发生器控制元器件设置在水箱外部。本实施例通过在水下发射超声波来模拟海底的复杂环境，监测在有超声波的情况下，水下机器人的使用性能，以及其各项参数指标的变化。已获得在超声波环境下的试验数据，为研发性能更好的水下机器人提供数据支持。超声波发生器优选为东莞市宏顺自动化设备有限公司、张家港市锐志超声科技有限公司、深圳市太和达科技有限公司、济宁鑫欣超声电子设备有限公司、济宁澳超电子设备有限公司、合肥恒泰超声波设备有限公司、东莞市布兰森超声波设备有限公司、新乡市法斯特机械有限公司、济宁谐成超声波设备有限公司、上海生析超声仪器有限公司、深圳市宝安区沙井微洁盟电器行、深圳市超净超声波设备有限公司、深圳市三达超声设备科技有限公司或东莞市铠瑞超声自动化科技有限公司生产的超声波发生器。

实施例三

参照图3，在实施例一技术方案基础上，还包括气泵27，气泵27通过导气管26与试验水箱内的排气管25连通，排气管25垂直设置于试验水箱的右侧，排气管25的左侧开有均布的排气孔。本实施例通过在水下产生气泡来模拟海底的复杂环境，降低水下的能见度，监测在有气泡的情况下，传输画面的清晰程度，以及水下机器人的使用性能和各项参数指标的变化。已获得在复杂环境下的试验数据，为研发性能更好的水下机器人提供数据支持。气泵优选为上海全风实业有限公司、济南赛斯特冲压设备有限公司、上海皓驹安全科技有限公司、浙江亚士霸电机有限公司、上海苍冒实业有限公司、东莞市雅碧洁环保科技有限公司、天津汉诺工业泵总厂、无锡索贝克精密机械有限公司、诸城市浩赫机械有限公司和济南鼓力风机有限公司生产的气泵。

实施例四

参照图4，本实施例适用于远海或深海试验，一种海洋工程水下机器人试验设备，所述试验设备包括加水箱、高压水泵33、制冷机3、配电箱10、控制器9、计算机8、无线信号接收器32、无线液体温度传感器31、无线液体压力传感器30、无线液位传感器29、蓄电池防水照明灯34、无线防水摄像头28和试验水箱23；所述试验水箱23顶部设有人工管孔和连接管，连接管与高压水泵33连接，高压水泵33与加水箱连通；所述试验水箱23底部设有冷气盘管7，冷气盘管7与制冷机3连接，冷气盘管7上方焊接有底板6，底板6上焊接有实验架8；所述蓄电池防水照明灯34和无线防水摄像头28安装在试验水箱23两侧的安装板15和试验水箱23的内壁上，所述无线液体温度传感器31、无线液体压力传感器30和无线液位传感器29安装固定在安装板15上；所述高压水泵33和制冷机3通过电缆与配电箱10连接，或者配电箱10连接后，配电箱10通过电缆再与控制器9连接；所述无线信号接收器32通过导线与计算机8连接，或者通过导线与控制器9连接后，控制器9再通过导线与计算机8连接；所述冷气盘管7的末端位于试验水箱23外部；所述连接管为高压管；所述人工管孔顶端设有法兰盘，法兰盘与盲板法兰通过螺栓连接紧固，法兰盘和盲板法兰之间设有橡胶密封圈；所述计算机8包括主机和显示器；所述实验架上固定有安装板，安装板上开有用于安装固定被检修器械的安装孔。

本实施例用于对水下机器人进行远海或深海海底试验，适用于模拟深海的水下试验工况。由人工管孔向试验水箱内吊放用于试验的设备零部件，并在箱体内组装成试验设备和固定设备，设备固定在实验架上，该设备为用于测试水下机器人的设备，如测试机器人维修维护的机械设备，或者是测试机器人勘测取样的矿物体等。水下机器人和各个测试元器件也从人工管孔吊放到箱体内，并组装测试，试验水箱内所有元器件采用无线数据传输或自供电模式，无需从箱体内连接数据线或电缆；所有元器件满足试验条件后，将人工管孔密封。将配置好的海水通过供水系统注入到加水箱内，并由高压水泵通过加压管注入到试验水箱内，根据模拟深海的试验要求，按照深海海底的压力值的计算数据，控制高压水泵的输出压力，使得试验水箱内达到一个试验压力值，来模拟深海的压力。所有试验条件满足后，对水下机器人进行性能测试，以维修水下机械设备为例，将有故障的机械设备固定在实验架上，操控指挥或通过程序使得水下机器人对故障设备进行维修。无线液体温度传感器、无线液体压力传感器和无线液位传感器将监测的各项数据通过无线网传输给计算机主机或控制器，在通过显示设备显示。在蓄电池防水照明灯（根据试验需要可安装在试验水箱内的各个部位）的照射下，蓄电池防水照明灯采用充电的蓄电池供电，无线接线，降低了处于高压状态下试验水箱的密封难度；无线防水摄像头（根据试验需要可安装在试验水箱内的各个部位）将水下机器人进行维修设备的画面传输给计算机，并通过显示设备显示。根据试验需要通过制冷机实现低温海底环境的模拟，通过配电箱或电器控制器启停制冷机，冷气通过回旋铺设在箱体底部的冷气管后排出，经过热交换后箱体内的海水温度降低，海水温度数据由无线液体温度传感器监测。

高压水泵、制冷机、配电箱、控制器、无线液体温度传感器、无线液体压力传感器、无线液位传感器、蓄电池防水照明灯和无线防水摄像头选用实施例一中生产厂家生产的电气元件；无线信号接收器优选为深圳市智峰高科科技有限公司、深圳市旭瑞昇科技有限公司、深圳市吉优特电子有限公司、深圳市智尔网络科技有限公司、广州市唯新网络科技有限公司和深圳市四海众联网络科技有限公司生产的无线信号接收器。

实施例五

在实施例一至实施例四的技术方案基础上，实验设备还包括水上控制单元平台控制单元和光纤传输单元，水上控制单元平台控制单元通过光纤传输单元连接。水上控制单元包括水上主控制器、操作面板控制器、显示装置控制器和第一交换机，水上主控制器、操作面板控制器、显示装置控制器分别接入第一交换机，水上主控制器接收平台控制单元通过光纤传输单元传输的信号并进行分析和诊断、接收操作面板控制器的操作指令并将控制指令通过光纤传输单元传输到平台控制单元，显示装置处理器接收由水上主控制器转发的平台深度信息和倾角信号、运动小车速度及加速度参数，并通过显示装置显示， 显示装置处理器与水上主控制器通过第一交换机进行信息传递。平台控制单元包括平台主控制器、平台位姿控制器、 小车速度控制器、小车测速控制器、平台配电系统控制器、绞车控制器和第二交换机；平台主控制器、平台位姿控制器、小 车速度控制器、小车测速控制器、平台配电系统控制器、绞车控制器分别接入第二交换机；平台主控制器对接收到的水上主控制器通过光纤传输单元传来的 指令进行解包和校验后发送给对应的控制器，同时将获取的平台位姿控制器、小车速度控制器、小车测速控制器、平台配电系统控制器、 绞车控制器的信息打包通过光纤传输单元发送至水上主控制器； 平台位姿控制器接收安装于平台四角的深度计测量的平台深度和安装 于平台中心的倾角仪测量的平台倾角信息等平台位姿信息后进行解算生 成绞车控制指令，发送到绞车控制器控制张力绞车、锚泊绞车按照给定速度或行程进行收放缆的动作，从而起到调整水下试验平台姿态的目的；小车测速控制器接收小车加速度信号和机械测速装置信号后综合解算出小车实时速度，小车速度控制器根据小车测速控制器解算出 的小车实时速度及小车数学模型，给定牵引绞车速度指令发送给绞车控制器控制液压牵引绞车来控制小车运行，小车测速控制器与小车速度控 制器通过所述第二交换机进行信息传递，从而达到精确控制小车速度的目的；平台配电系统控制器中的开关量输入输出模块对水下配电系统开 关远程控制，并将水下配电系统的状态信息（包括电流、电压、绝缘报警 信号、开关合闸/分断状态信息）通过水下主控制器发送至水上控制单元。光纤传输单元包括光纤及光纤两端的第一波分器及第一收发器、第二波分器及第二收发器，运用波分复用技术，采用1310nm和1550nm两个波长的光达到冗余的作用，通过一根光纤进行信号传输，其中第一波分器与光纤一端连接，第二波分器与光纤另一端连接，第一收发器接入第一交换机，第二 收发器接入第二交换机。

Claims (9)

1.一种海洋工程水下机器人试验设备，其特征在于：所述试验设备包括加水箱(1)、水泵(2)、制冷机(3)、潜水泵(4)、配电箱(10)、控制器(9)、计算机(8)、液体温度传感器(11)、水流传感器(12)、液体压力传感器(13)、液位传感器(14)、防水照明灯(21)、防水摄像头(22)和试验水箱(23)；所述试验水箱(23)顶部设有人工管孔(19)、穿线管(16)和加压管(17)，加压管(17)顶端通过连接头与供水管(18)连接，供水管与水泵(2)连通，水泵(2)与加水箱(1)连通；所述试验水箱(23)底部设有冷气盘管(7)，冷气盘管(7)与制冷机(3)连接，冷气盘管(7)上方焊接有底板(6)，底板(6)上焊接有实验架；所述潜水泵(4)设置在试验水箱(23)内的右侧，潜水泵(4)的左侧设有带有过滤孔的挡板(5)，潜水泵(4)的排水管(20)的出水口位于试验水箱(23)的左侧顶部；所述防水照明灯(21)和防水摄像头(22)安装在试验水箱(23)两侧的安装板(15)和试验水箱(23)的内壁上，所述液体温度传感器(11)、水流传感器(12)、液体压力传感器(13)和液位传感器(14)安装固定在安装板(15)上；所述防水照明灯(21)、水泵(2)、制冷机(3)和潜水泵(4)通过电缆与配电箱(10)连接，或者防水照明灯(21)、水泵(2)、制冷机(3)和潜水泵(4)与配电箱(10)连接后，配电箱(10)通过电缆再与控制器(9)连接；所述防水摄像头(22)、液体温度传感器(11)、水流传感器(12)、液体压力传感器(13)和液位传感器(14)通过导线与计算机(8)，或者防水摄像头(22)液体温度传感器(11)、水流传感器(12)、液体压力传感器(13)和液位传感器(14)通过导线与控制器(9)连接后，控制器(9)再通过导线与计算机(8)连接。

2.根据权利要求1所述的一种海洋工程水下机器人试验设备，其特征在于：所述冷气盘管(7)的末端位于试验水箱(23)外部。

3.根据权利要求1所述的一种海洋工程水下机器人试验设备，其特征在于：所述供水管(18)为橡胶软管。

4.根据权利要求1所述的一种海洋工程水下机器人试验设备，其特征在于：所述加压管(17)由多根内外扣螺纹管连接而成，其中最顶端的螺纹管顶端焊接有供水管连接头。

5.根据权利要求1所述的一种海洋工程水下机器人试验设备，其特征在于：所述穿线管(16)由多根内外扣螺纹管连接而成，其高度大于加压管(17)的高度，穿线管(16)内穿过所有电气元件的电缆导线后通过橡胶塞和胶黏剂密封。

6.根据权利要求1所述的一种海洋工程水下机器人试验设备，其特征在于：所述人工管孔(19)顶端设有法兰盘，法兰盘与盲板法兰通过螺栓连接紧固，法兰盘和盲板法兰之间设有橡胶密封圈。

7.根据权利要求1所述的一种海洋工程水下机器人试验设备，其特征在于：所述计算机(8)包括主机和显示器。

8.根据权利要求1所述的一种海洋工程水下机器人试验设备，其特征在于：所述实验架上固定有安装板，安装板上开有用于安装固定被检修器械的安装孔。

9.根据权利要求1所述的一种海洋工程水下机器人试验设备，其特征在于：所述加压管(17)底端设有控制阀。

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