CN111994235B - 一种电动可控收缩圈结构及环形智能水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电动可控收缩圈，包括：收缩圈外框，设置为环形，内侧设置有若干均匀分布的连接孔，外侧设置有若干安装孔；拉簧，在收缩圈外框的内部设置有劲度系数相同且均匀分布的若干个，每个所述拉簧的外端与连接孔固定连接；绞盘，设置在收缩圈外框的一侧，所述绞盘中部设置有一圈凹槽；钢缆，首端绕设在凹槽内部，尾端与收缩圈外框固定连接，所述首端与尾端相互交叉形成一环体，所述环体依次与每个拉簧的内端固定连接；绞盘电机，设置在绞盘底部，用于带动绞盘转动从而控制凹槽内部绕设的钢缆的圈数，借此，本发明具有提高水下机器人抓取的适应性、灵活性的优点。

Description

一种电动可控收缩圈结构及环形智能水下机器人

技术领域

本发明属于水下探测技术领域，特别涉及一种电动可控收缩圈结构及环形智能水下机器人。

背景技术

目前，在探测技术，工艺水平，导航与定位等技术上仍与国外存在较大差距，核心设备、专业化配套作业工具和关键元器件的研制能力不足，部分重要配件严重依赖国外。我国目前在水下机器人的研究方面更多的注重于水下机器人本身的功能性技术，相关研究已具备一定基础，水下机器人需要实现以下几方面：一是水深普遍在6000米；二是操纵控制系统多采用大容量计算机，实施处理资料和进行数字控制；三是增进推进器的数量和功率以提高作业的能力和操纵能力，才能将水下机器人观察到的物体进行准确的抓取或者观测。

但是，传统水下机器人通常采用方形开架式结构设计，水阻力较大，为实现水下抓取功能，通常搭载机械臂结构，利用机械臂的移动与机械手的开合实现对水下目标物的抓取。机械臂方式抓取水下物体的灵活性较低，通常仅能够抓取水中静态物体，且机械臂通常由较为复杂的防水液压系统或伺服系统构成，结构复杂，成本较高，抓取目标物后ROV整体重心会发生较大偏移，以致运动困难，由于机械臂抓取目标物时受力点较小，易对目标物造成破坏，难以抓取水下活体生物，特在提供一种电动可控收缩圈结构及环形智能水下机器人，用于提高水下机器人抓取的适应性和灵活性。

发明内容

本发明提出一种电动可控收缩圈结构及环形智能水下机器人，用于提高水下机器人的观察能力和其抓取作业能力。

本发明的技术方案是这样实现的：一种电动可控收缩圈，包括：

收缩圈外框，设置为环形，内侧设置有若干均匀分布的连接孔，外侧设置有若干安装孔；

拉簧，在收缩圈外框的内部设置有劲度系数相同且均匀分布的若干个，每个拉簧的外端与连接孔固定连接；

绞盘，设置在收缩圈外框的一侧，绞盘中部设置有一圈凹槽；

钢缆，首端绕设在凹槽内部，尾端与收缩圈外框固定连接，首端与尾端相互交叉形成一环体，环体依次与每个拉簧的内端固定连接；

绞盘电机，设置在绞盘底部，用于带动绞盘转动从而控制凹槽内部绕设的钢缆的圈数。

通过绞盘电机转动带动绞盘转动，从而绞盘的凹槽内部绕设的钢缆可以随着绞盘的转动增加绕设在凹槽内部的圈数，从而钢缆首尾两端较差形成的环体的直径减小，将拉簧拉动，拉簧和环体以及收缩圈外框之间形成一闭合体，使得每根拉簧受到的力相同，使得收缩圈的闭合可控，且闭合更加准确。

作为一种优选的实施方式，一种电动可控收缩圈，还包括限位臂，限位臂设置在凹槽外侧并与绞盘的壳体铰接，用于探测收缩圈舒张限位，从而实现收缩圈开闭动作的精确控制。

作为一种优选的实施方式，绞盘电机包括顺时针转动和逆时针转动两种转动方式，方便对钢缆进行控制，使得钢缆的首端与尾端相互交叉形成的环体的直径可以变换，从而将收缩圈闭合或者打开。

作为一种优选的实施方式，钢缆的首端与尾端相互交叉处套设有连接件，使得钢缆的首端与尾端之间间隔的距离不会增大，使得钢缆被绞盘缠绕过程中，首端不会与尾端分离，增加可靠性。

一种环形智能水下机器人，包括：

上环形板，内部通过安装孔固定设置有如前文所述的一种电动可控收缩圈；

下环形板，内部通过安装孔固定设置有如前文所述的一种电动可控收缩圈；

全景云台，固定设置在上环形板顶部，用于监控水下机器人所在的水下环境；

垂直推进器，设置有若干个且垂直设置在上环形板和下环形板之间，用于提供水下机器人上下移动以及姿态调节的动力；

水平推进器，设置有若干个且水平设置在上环形板和下环形板之间，用于提供水下机器人水平方向环形移动与转向的动力；

控制系统，用于控制全景云台、水平推进器、垂直推进器和绞盘电机的工作。

垂直推进器和水平推进器的工作可以实现水下机器人在水平方向的环形运动，并且可以上下移动以及任意角度的翻滚或姿态调节，上环形板和下环形板之间设置的可控收缩圈，在工作时下面的圈收缩可以套住并勒紧物体实现水下抓取；下面的圈保持关闭，上面的圈伺机开闭可以作为笼形结构诱捕水中生物；下面的圈保持关闭，上面的圈保持开启可以在运动过程中像一张网一样兜水中的物体；下面的圈可以勒紧水下礁石、珊瑚，从而将自身固定，避免频繁使用推进器抵抗海流维持自身位置，实现微功耗的水下长时间观察。

作为一种优选的实施方式，上环形板和下环形板之间固定设置有若干推进器固定架，垂直推进器或者水平推进器设置在推进器固定架内，便于将推进器进行较为紧固的安装，减少推进器在上环形板和下环形板之间出现晃动的情况。

作为一种优选的实施方式，水平推进器包括左右对称设置的两个，垂直推进器包括均匀分布的三个，能实现水下机器人多方位的移动，便于对水下生物进行较为准确的抓取。

作为一种优选的实施方式，上环形板的上表面固定设置有浮力材料，便于增加水下机器人的浮力。

作为一种优选的实施方式，下环形板底部固定设置有若干个万向轮，便于水下机器人在水底的移动。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

1、中空圆环式结构设计，所有机电组件与支撑结构均设置在上环形板和下环形板之间，极大地减小了航行器在水中运动时所受到的阻力，可控收缩环结构的设计，能巧妙地通过对上下两环开闭的精确控制实现了水下定点投放、水下取样、水下打捞、生物诱捕等诸多附加功能，利用环形结构抓取物体后整体重心仍位于中央，不会对航行动作的灵活性产生较大影响；

2、通过垂直推进器和水平推进器可实现任意角度翻滚、调姿等复杂航行动作，机动性强，能够更好地完成水下抓取、观察等任务；

3、水下机器人采用锂电池供电无需固定电源、手持地面控制端一体化，携带方便稳定可靠，模块化的整体架构可拓展性强，模块化的整体架构，使整套系统易于升级与维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中电动可控收缩圈的示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中连接件的结构示意图；

图4为本发明中水下机器人的结构示意图；

图5为图4的仰视图；

图6为水下机器人系统的电路框图；

图7为本发明中地面端的电路框图；

图8为视频传输系统结构框图。

图中，1-收缩圈外框；11-连接孔；12-安装孔；13-拉簧；2-绞盘；21-凹槽；22-钢缆；23-环体；3-绞盘电机；4-限位臂；5-连接件；6-水下机器人；61-上环形板；62-下环形板；63-全景云台；64-垂直推进器；65-水平推进器；66-推进器固定架；67-浮力材料；68-万向轮；69-弧形密封舱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图8所示，本发明的技术方案是这样实现的：一种电动可控收缩圈，包括：

收缩圈外框1，设置为环形，内侧设置有若干均匀分布的连接孔11，外侧设置有若干安装孔12；

拉簧13，在收缩圈外框1的内部设置有劲度系数相同且均匀分布的若干个，每个拉簧13的外端与连接孔11固定连接；

绞盘2，设置在收缩圈外框1的一侧，绞盘2中部设置有一圈凹槽21；

钢缆22，首端绕设在凹槽21内部，尾端与收缩圈外框1固定连接，首端与尾端相互交叉形成一环体23，环体23依次与每个拉簧13的内端固定连接；

绞盘电机3，设置在绞盘2底部，用于带动绞盘2转动从而控制凹槽21内部绕设的钢缆22的圈数。

通过绞盘电机3转动带动绞盘2转动，从而绞盘2的凹槽21内部绕设的钢缆22可以随着绞盘2的转动增加绕设在凹槽21内部的圈数，从而钢缆22 首尾两端交叉形成的环体23的直径减小，将拉簧13拉动，拉簧13和环体23 以及收缩圈外框1之间形成闭合，使得每根拉簧13受到的力相同，使得收缩圈的闭合和打开可控。

一种电动可控收缩圈还包括限位臂4，限位臂4设置在凹槽21外侧并与绞盘2的壳体铰接，用于探测收缩圈舒张限位，从而实现收缩圈开闭动作的精确控制。

绞盘电机3包括顺时针转动和逆时针转动两种转动方式，方便对钢缆22 进行控制，使得钢缆22的首端与尾端相互交叉形成的环体23的直径可以变换，从而将收缩圈闭合或者打开。

电动可控收缩圈内部的所有部件均做过防水处理，拉簧13一端连接在收缩圈外框1，另一端被钢缆22环绕依次穿过，该装置工作时，绞盘电机3带动绞盘2正转，收紧钢缆22，拉簧13被拉长，收缩圈即可实现收缩；反之，绞盘电机3反转，收缩圈打开；绞盘电机3驱动电路由H桥驱动芯片和电流采样电路组成，当该装置位于收缩极限位时，绞盘电机3正转驱动电流急剧加大，控制以此判断装置达到收缩极限，实现收缩限位；当该装置位于开启极限位置时，钢缆22位置发生变化，触动位于限位臂4内部的微动开关，实现开启限位。当该装置夹紧物体时，驱动电路可根据电流反馈控制绞盘电机3功率，实现夹持物体的功能。

钢缆22的首端与尾端相互交叉处套设有连接件5，使得钢缆22的首端与尾端之间间隔的距离不会增大，使得钢缆22被绞盘2缠绕过程中，首端不会与尾端分离，增加可靠性。

一种环形智能水下机器人，包括：

上环形板61，内部通过安装孔12固定设置有如前文所述的一种电动可控收缩圈；

下环形板62，内部通过安装孔12固定设置有如前文所述的一种电动可控收缩圈；

上环形板61和下环形板62之间的电控收缩圈采用水下专用无刷电机+无刷电子调速器(驱动电机)，水下装置配有电池可以为电机提供动力。同时在弧形密封舱69搭载了CCD摄像头、温度与压力传感器、密封舱湿度传感器等外设。

上环形板61和下环形板62中空环形的结构设计，所有机械、电子部件均位于上环形板61和下环形板62之间的弧形密封舱69中，上环形板61和下环形板62中间留空，姿态传感器设置在弧形密封舱69之间，可以测得的加速度、角速度值推算以环中心为原点的坐标系下的姿态信息，与传统水下机器人结构相比，此次设计完成的水下机器人结构具有水阻力小、机动性强、新颖美观等诸多优点，搭配自主设计的收缩环结构，更可实现诸多附加功能。

上环形板61和下环形板62之间设置的可控收缩圈，在工作时下面的圈收缩可以套住并勒紧物体实现水下抓取；下面的圈保持关闭，上面的圈伺机开闭可以作为笼形结构诱捕水中生物；下面的圈关闭，上面的圈保持开启可以在运动过程中像一张网一样兜水中的物体；下面的圈可以勒紧水下礁石、珊瑚，从而将自身固定，避免频繁使用推进器抵抗海流维持自身位置，实现微功耗的水下长时间观察。

水下机器人的抓取利用上下收缩圈可控的特性，当样品进入上环形板61 和下环形板62的收缩圈之间时，上下收缩圈同时关闭，水下机器人上浮后将其带回，通过绞盘电机3的顺时针与逆时针转动来控制收缩圈的方向，进而实现物品的抓取与放回功能，上环形板61和下环形板62并非只有完全开闭两种状态，绞盘电机3的驱动电路中加入了完备的电流检测机制，可通过控制绞盘电机3电流实现收缩圈缠绕力度的精确控制，进而实现抓取功能。当水下机器人的钢缆22形成的环体23套住高度大于水下机器人高度的物体时，可卷紧收缩圈将其套牢，以便将其带上岸或移动至其他位置。水下机器人6也可事先采用此种方式携带用于在水下工作的仪器设备等，完成取样或精准投放等操作，当关闭水下机器人下环形板62中间的收缩圈，并开启上环形板61收缩圈时，通过机载灯光或诱饵等手段诱导海洋生物进入圆环区域内，此时可通过全景云台63中的摄像头在地面的控制部分对环中央的情况进行观察，当生物进入环中央后，控制上环形板61收缩圈迅速关闭，从而实现对海洋生物的活体诱捕。

全景云台63，固定设置在上环形板61顶部，用于监控水下机器人6所在的水下环境；

整个全景云台63的舱体由主体和舱盖两部分组成，采用高强度树脂经光固化3D打印制成，密封槽处埋入硅胶条以实现密封，舱底埋入不锈钢螺母，从外部拧入螺丝实现紧固，位于舱体结构前部的观察窗使用2mm厚的石英玻璃制成，通过UV无影胶与舱体进行黏合，具有透明度高、耐磨、抗压等优点。

为了增强水下机器人的实用性能，并配合模拟抓取功能进行同步观测，在全景云台63中安装了摄像头，将全景云台63采集到的数据实时传输到地面上方的VR眼镜和头部追踪系统，从而实现了水下第一人称观察功能，兼具了实用性与观赏性，同时，在全景云台63中搭载多种传感器，配合摄像头使用实现了对海洋环境的实时监测，便于更好的进行海洋环境维护，降低了人工成本。例如温度与压力传感器、密封舱湿度传感器等，温度压力与压力传感器可以检测水下机器的温度和水深情况，通过线缆将参数传到地面端的显示屏，弧形密封舱69湿度传感器用于预防水下机器漏水情况等紧急情况的发生，可以第一时间采取相应的措施。

传感器包括防水摄像头、温度与压力传感器、密封舱湿度传感器等，用来检测水下机器人的工作状态，以便及时调整。摄像头实时拍摄水下图像并通过同轴线缆将视频模拟信号传输至地面端，地面端通过专用模拟视频采集芯片将模拟信号转换为数字图像，供进一步的图像识别、处理、显示使用。摄像头采用低照度的CCD摄像头，窗片使用2mm厚的石英玻璃制成，与3D打印制成的防水外壳胶合，实现良好的水下成像效果。除主摄像头外，后期考虑加入可 360度旋转的防水摄像头以实现水下的全景视觉。地面端采用组态串口屏作为视频、信息的显示终端，组态串口屏具有操作简便、稳定可靠、指令简洁、可直接视频输入等优势，非常适合作为本次项目的地面显示终端。

垂直推进器64，设置有若干个且垂直设置在上环形板61和下环形板62之间，用于提供水下机器人6上下移动及姿态调节的动力；

水平推进器65，设置有若干个且水平设置在上环形板61和下环形板62之间，用于提供水下机器人6水平方向环形移动与转向的动力；

垂直推进器64提供垂直方向的推力，实现上浮、下潜、水中悬停等功能，两个水平推进器65提供水平方向的推力以实现前进、后退以及原位转向等功能，两个水平推进器65对置设置，则水平推进器65桨叶旋转方向相反，以抵消桨叶旋转时所产生的反扭矩，确保姿态控制更加稳定，水平方向、垂直方向的运动以及任意角度的翻滚或姿态调节。

水下机器人6的动力系统由五个防水无刷涵道推进器组成，用于推进器的驱动电机的双向无刷调速器通过电子封灌胶浇筑成块，确保防水效果。垂直推进器64和水平推进器65位于环形的结构之中，其中三个推进器提供垂直方向的推力，实现上浮、下潜、水中悬停等功能，其余两个推进器提供水平方向的推力以实现前进、后退以及原位转向等功能。对置的推进器桨叶旋转方向相反，以抵消桨叶旋转时所产生的反扭矩，确保姿态控制更加稳定。

水下的各部分结构采用模块化设计，各模块单元均可独立防水，其间采用防水线缆与防水连接器进行连接，控制系统端会对各单元进行检测，能够识别和自动反馈故障信息，方便外设的拆装、替换及增添。模块化的设计有效避免故障扩散，使整体稳定性更强。

弧形密封舱69，设置在上环形板61和下环形板62之间，用于放置电线、电池等部件。

控制系统，用于控制全景云台63、水平推进器65、垂直推进器64、弧形密封舱69、和绞盘电机3的工作，控制系统采用手持双屏地面站，通过高精度摇杆+触屏+侧键的方式对水下机器人6系统进行控制，操控手感极佳，且使整套系统简洁可靠，便于携带和使用，满足各种复杂环境下的水下作业需求。

水下机器人6的控制系统由地面端和水下端两部分组成，二者通过防水专用线缆(内含信号线、同轴线和动力线)连接，通过该线缆进行信号和电能的传输。水下机器部分由弧形密封舱69和一系列外挂的防水动力系统、执行机构与传感器构成，主控与驱动电路置于防水密封舱69中动力系统采用全密封水下无刷电机方案，执行机构为水下专用舵机及其附属机械结构(由铝合金或不锈钢制成)，由无刷电子调速器进行驱动，带动螺旋桨转动产生动力。

水下机器人6的水下端控制系统主要由芯片STM32(STM32F103ZET6)+芯片CPLD(EPM240T100C5N)组成，由两片PCB叠层构成，其中下板为电源板，用于将动力锂电池的宽电压输入转换为5V和3.3V，提供给上板各芯片以及其他低电压外设使用，同时对电池供电的电压和电流进行采样，以供电量、功率显示功能使用。上板搭载STM32和CPLD芯片，STM32主要用于实现姿态解析，外设控制等诸多功能，CPLD主要用于实现对实时性要求高的多路PWM输出、通信收发、高速采样等功能。两芯片可通过板上的JTAG接口下载程序，根据实际情况分配两芯片的工作任务，稳定可靠，灵活性高。此外，姿态传感器 MPU9250通过小板引出，可根据实际需求安装到必要的位置。

水下机器人6的水下端采用XT60接口宽电压输入设计(12-24V)，弧形密封舱69可容纳一定体积的电池，根据续航时间需求装入一定容量的电池即可使用，视频系统分为两路摄像头，分别位于弧形密封舱69内和全景云台63 内，经信号切换器与双绞传输变压器后通过线缆传输至地面站，地面站屏幕可直接显示水下视频，同时通过5.8G图传芯片发射图像信号至VR眼镜，视频信号经巴伦变压器转换后通过双绞线传输至地面端，地面端采用8寸高亮度LCD 屏实时显示水下画面且多摄像头之间可按需随时切换。该系统采用两块独立的显示屏，其中一个负责显示水下摄像头提供的视频信息并且可以进行摄像头之间的切换，另一块负责显示水下温度湿度和压力传感器传回来的参数，以便安全的进行水上正常的操作。

由于水下机器人6系统外设复杂、占用IO口较多的特点，外设一块连接板HUB，板载15F2K32S2单片机、MS5837深度传感器、L9110驱动芯片、多路MOS管等，该板通过绝缘环氧树脂封灌后通过一根四芯防水连接器(电源和串口线)与弧形密封舱69的主防水仓相连，引出多路传感器接口与供电接口，可连接绞盘电机3、传感器、照明灯等外设，芯片STM32(STM32F103ZET6)+ 芯片CPLD(EPM240T100C5N)只需通过串口对连接板HUB发送指令即可完成对诸多外设的控制与读取。

水下端采用模块化设计，各模块单元均可独立防水，其间采用防水线缆与防水连接器进行连接，主控端会对各单元进行检测，能够识别和自动反馈故障信息。整套系统各部件相互协同，实现上浮、下潜、航行、抓取、图像回传等水下机器人所应具备的功能。控制系统控制绞盘电机3的反向正向来控制收缩圈的顺时针或逆时针的转动，同时利用自主设计的限位臂来判断收缩圈是否舒张的最大值，并实现自主中断运行服务。

水下机器人6的控制系统中地面端采用有线(水下专用多股线缆)控制水下机器的正常运行，STM32+CPLD通过传输线给予受控板。系统的水上控制端即地面端(带可视化操作界面：组态串口液晶屏、视频OSD叠加)是STM32+CPLD 组成的水上控制系统，根据显示屏提供的信息进行作业。水下功能通过 STM32F103ZET6+EPM240T100C5N来进行控制，两部分采用双主控，也可以方便的实现水上和水下之间的信息的传递和交互，地面端各采用一套自行设计的 STM32+CPLD方案的主控板用于实现航行器的姿态控制、图像识别等功能。整套系统还计划加设特殊传感和执行器，以及浮力控制单元等，水下端和地面端之间的传输线是水下零重力四芯双绞线，地面端和水下端采用双绞线电性连接，可以减少噪声对信息的干扰。传输视频信息到水上显示屏上，同时负责传输传感器等各种信息到另外的显示屏上。

上环形板61和下环形板62之间固定设置有若干推进器固定架66，垂直推进器64或者水平推进器65设置在推进器固定架66内，便于将推进器进行较为紧固的安装，减少推进器在上环形板61和下环形板62之间出现晃动的情况。

垂直推进器64和水平推进器65的工作可以实现水下机器人6在水平方向的环形运动，并且可以上下移动。

水平推进器65包括左右对称设置的两个，垂直推进器64包括均匀分布的三个，能实现水下机器人6多方位的移动，便于对水下生物进行较为准确的抓取。

上环形板61的上表面固定设置有浮力材料67，便于增加水下机器人6的浮力。下环形板62底部固定设置有若干个万向轮68，便于水下机器人6的移动，水下机器人6底部安置万向轮68，当贴地模式时，三个垂直推进器64提供向下的反推力使水下机器人6贴紧池底，同时由水平推进器65提供水平方向的动力，使水下机器人6能够在池中按照要求完成相应的动作。

电路及结构方面，水下机器人6的控制电路等专门设计对应的PCB电路板，经打样、焊接完成；水下机器人的外壳、防水结构等通过3D打印、数控铣床、激光切割等多种方式加工完成，确保抗压防水、稳定可靠；水下机器人 9主体结构采用铝合金板激光切割制成，部分直角支撑件采用氩弧焊工艺进行焊接，外沿包3D打印制成的柔性保护材料。整体结构美观、可靠。水下机器人的软件从单片机、FPGA对各硬件的底层驱动写起，项目完成后不断进行调试，测试极端情况、寻找潜在漏洞，确保软件运行的高稳定性。水下控制端采用塔式PCB结构，以满足水下端主控的诸多需求。其中控制单元采用 STM32+CPLD方案(水下端无图像处理负荷，采用CPLD能够有效减小体积并降低焊点复杂程度以提高可靠性)。这样就完成了水下摄像头由线缆传回视频信息到水上显示屏，操作者根据显示屏提供的信息进行控水下机器的上浮下潜以及收缩圈的收放。同时，可以佩戴VR眼镜来实现水下的3D环游视觉体验。

从流体动力学角度来看，水下机器人的外形采用低阻的流线型体。结构尽可能采用重量轻、浮力大、强度高、耐腐蚀、降噪的轻质复合材料，按给定的技术指标和水下机器人的工作方式，设计机器人平台外形并进行流体动力试验，获得仿真用的水动力参数。在建立运动数学模型、确定边界条件后，用水动力参数和工况进行运动仿真，解算各种工况下平台的动态响应，根据技术指标评估平台的运动状态，如有差异,则通过调整平台尺寸、重心浮心等技术参数后再次仿真,如此这样多次仿真优化,直至满足要求为止，在水中对控制系统的调试和检测具有很大的风险，因此有必要在控制硬、软件装入平台前，在实验室内先对单机性能进行检测，再对集成后的系统在仿真器上做陆地模拟仿真试验，并评估仿真后的性能。内容包括动密封、抗干扰、机电匹配、软件调试。根据结果，进行修改和完善。因而需研究和开发一套用于控制系统仿真的仿真器。仿真器主要由模拟平台、等效载荷、模拟通讯接口、仿真工作站等组成。

在仿真器上对控制系统的仿真，可以减少湖海实验时的调试工作量，避免由海中不确定因素带来的麻烦，智能控制技术是提高水下机器人的自主性，在复杂的海洋环境中完成各种任务，因此研究水下机器人控制系统的软件体系、硬件体系和控制技术十分重要。智能控制技术的体系结构是人工智能技术、各种控制技术在内的集成，相当于人的大脑和神经系统。软件体系是水下机器人总体集成和系统调度，直接影响智能水平，它涉及到基础模块的选取、模块之间的关系、数据(信息)与控制流、通讯接口协议、全局性信息资源的管理及总体调度机构。体系结构的目标与水下机器人的研究任务应是一致的，也是提高智能水平(自主性和适应性)的关键技术之一。不断改进和完善体系结构，加强对未来的预报预测能力，使系统更具有前瞻性和自主学习能力。

应用前景分析：1、管道容器检查；市政饮用水系统中水罐、水管、水库检查；排污/排涝管道、下水道检查；2、海洋输油管道检查；科学研究教学及水下娱乐；水下环境、水下生物的观测、研究和教学；海洋考察；冰下观察；跨江、跨河管道检查；水下电视拍摄、水下摄影、转播；潜水、划船、游艇；看护潜水员,潜水前合适地点的选择；3、能源及安全；核电站反应器检查、管道检查、异物探测和取出；水电站船闸检修；水电大坝、水库堤坝检修(排沙洞口、拦污栅、泄水道检修)；检查大坝、桥墩上是否安装爆炸物以及结构好坏情况；遥控侦察、危险品靠近检查；水下基阵协助安装/拆卸；船侧、船底走私物品检测(公安、海关)；水下目标观察，废墟、坍塌矿井搜救等；搜寻水下证据(公安、海关)；海上救助打捞、近海搜索；4、考古及渔业；水下考古、水下沉船考察；深水网箱渔业养殖，人工渔礁调查。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种环形智能水下机器人，其特征在于，包括：

上环形板，内部通过安装孔固定设置有电动可控收缩圈；

所述电动可控收缩圈包括收缩圈外框，设置为环形，内侧设置有若干均匀分布的连接孔，外侧设置有若干安装孔；拉簧，在收缩圈外框的内部设置有劲度系数相同且均匀分布的若干个，每个所述拉簧的外端与连接孔固定连接；绞盘，设置在收缩圈外框的一侧，所述绞盘中部设置有一圈凹槽；钢缆，首端绕设在凹槽内部，尾端与收缩圈外框固定连接，所述首端与尾端相互交叉形成一环体，所述环体依次与每个拉簧的内端固定连接；绞盘电机，设置在绞盘底部，用于带动绞盘转动从而控制凹槽内部绕设的钢缆的圈数；

下环形板，内部通过安装孔固定设置有所述电动可控收缩圈；

全景云台，固定设置在上环形板顶部，用于监控水下机器人所在的水下环境；

垂直推进器，设置有若干个且垂直设置在上环形板和下环形板之间，用于提供水下机器人上下移动和姿态调节的动力；

水平推进器，设置有若干个且水平设置在上环形板和下环形板之间，用于提供水下机器人水平方向环形移动和转向的动力；

控制系统，用于控制全景云台、水平推进器、垂直推进器和绞盘电机的工作。

2.根据权利要求1所述的一种环形智能水下机器人，其特征在于，所述电动可控收缩圈还包括限位臂，所述限位臂设置在凹槽外侧并与绞盘的壳体铰接。

3.根据权利要求1所述的一种环形智能水下机器人，其特征在于，所述绞盘电机包括顺时针转动和逆时针转动两种转动方式。

4.根据权利要求1所述的一种环形智能水下机器人，其特征在于，所述钢缆的首端与尾端相互交叉处套设有连接件。

5.根据权利要求1所述的一种环形智能水下机器人，其特征在于，所述上环形板和下环形板之间固定设置有若干推进器固定架，所述垂直推进器或者水平推进器设置在推进器固定架内。

6.根据权利要求1或5所述的一种环形智能水下机器人，其特征在于，所述水平推进器包括左右对称设置的两个，所述垂直推进器包括均匀分布的三个。

7.根据权利要求1所述的一种环形智能水下机器人，其特征在于，所述上环形板的上表面固定设置有浮力材料。

8.根据权利要求1所述的一种环形智能水下机器人，其特征在于，所述下环形板底部固定设置有若干个万向轮。

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