CN113247214A - 一种多轨道水下精密定位装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种多轨道水下精密定位装置，包括：控制模块、压力传感器、载物平台、用于精确调整位置的第一位置调整轨道机构、位移平台和用于快速调整位置的第二位置调整轨道机构，压力传感器安装在所述载物平台上，载物平台装载在所述第一位置调整轨道机构上，第一位置调整轨道机构装载在所述位移平台上，所述位移平台装载在第二位置调整轨道机构上；所述控制模块接收所述压力传感器的压力信号并根据实时下潜位置和目标位置的关系产生脉冲信号，控制所述第二位置调整轨道机构和第一位置调整轨道机构移动。本申请通过采用精度不同的多轨道位移装置，在保证下潜位置准确的同时大大降低了水下精密定位装置的成本，可实现水下作业设备的快速下潜。
Description
技术领域
本发明涉及水下定位领域，具体涉及一种多轨道水下精密定位装置。
背景技术
海洋是全球生命支持系统的一个重要组成部分，更是人类社会可持续发展的宝贵财富。当前，随着陆地资源短缺、人口膨胀、环境恶化等问题日益严重，各个国家逐渐把目光投向海洋，加快海洋的研究开发和利用。因此，21世纪以来各类水下巡检机器人、水下扫描应运而生。
但目前，水下巡检机器人、水下三维扫描设备等仍存在下潜速度慢、下潜深度不可准确控制的问题。
发明内容
本申请实施实例的目的是提供一种多轨道水下精密定位装置，以解决相关技术中水下作业设备下潜速度慢、下潜深度不可准确控制的问题。
本申请实施实例，提供一种多轨道水下精密定位装置，包括：控制模块、压力传感器、载物平台、用于精确调整位置的第一位置调整轨道机构、位移平台和用于快速调整位置的第二位置调整轨道机构，所述压力传感器安装在所述载物平台上，所述载物平台装载在所述第一位置调整轨道机构上，所述第一位置调整轨道机构装载在所述位移平台上，所述位移平台装载在第二位置调整轨道机构上；所述控制模块接收所述压力传感器的压力信号并根据实时下潜位置和目标位置的关系产生脉冲信号，控制所述第二位置调整轨道机构和第一位置调整轨道机构移动。
进一步地，所述控制模块以STM32F103C8T6为核心。
进一步地，所述控制模块用于根据压力传感器的压力信号获取位移平台的实时位置信息，当所述位移平台通过所述第二位置调整轨道移动至目标位置附近后，控制所述第二位置调整轨道机构停止运行，再快速展开所述第一位置调整轨道机构，使所述载物平台沿所述第一位置调整轨道机构移动直至准确到达目标位置。
进一步地，所述控制模块包括脉冲信号产生模块、Lyapunov定位模块；
所述Lyapunov定位模块用于接收所述压力传感器获取的数据信息，并根据水下压强和下潜深度的对应关系，获得所述载物平台的实时下潜深度；
所述脉冲信号产生模块用于接收所述Lyapunov定位模块所获取的实时下潜深度并与目标下潜位置比较，产生控制脉冲信号，所述脉冲信号用于控制第二位置调整轨道机构和第一位置调整轨道机构的移动。
进一步地，所述第一位置调整轨道机构采用丝杆滑块机构、直线导轨、或直线电机。
进一步地，所述第一位置调整轨道机构包括第一底座、第一丝杆、第一滑块、第一导杆、第一步进电机，所述第一丝杆和第一导杆平行安装在所述第一底座上，所述第一滑块分别套装在所述第一丝杆和第一导杆上，所述第一步进电机驱动所述第一丝杆转动，所述载物平台固定在所述第一滑块上。
进一步地，所述第一步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，所述第一步进电机可控制位载物平台的移动速度和移动的最小步长。
进一步地，所述第二位置调整轨道机构采用丝杆滑块机构、直线导轨、或直线电机。
进一步地，所述第二位置调整轨道机构包括第二底座、第二丝杆、第二滑块、第二导杆、第二步进电机，所述第二丝杆和第二导杆平行安装在所述第二底座上，所述第二滑块分别套装在所述第二丝杆和第二导杆上，所述第二步进电机驱动所述第二丝杆转动，所述位移平台固定在所述第二滑块上。
进一步地，所述第二步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，所述第二步进电机可控制位移平台的移动速度和移动的最小步长。
本申请实施实例提供的技术方案具有以下有效果：
本发明实施例提供一种多轨道的水下精密定位装置，其具有两种不同精度的移动轨道，分别是第二位置调整轨道机构、第一位置调整轨道机构，可实现水下作业设备的快速、高精度下潜。并且两种不同精度调整轨道的使用大大降低了水下精密装置的装置成本和装置加工难度。载物平台中心安装压力传感器，并采用Lyapunov稳定性方法以及水下压力和深度的数学关系，可实时获取载物平台的下潜深度。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本实施例提供的一种多轨道水下精密定位装置的结构示意图。
图2为本实施例提供的一种多轨道水下精密定位装置的控制流程图。
图中附有的标记为：1是压力传感器、2是载物平台、3是第一位置调整轨道机构、4是位移平台、5是第二位置调整轨道机构。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
如图1所示，本发明实施例提供一种多轨道水下精密定位装置，包括：控制模块、压力传感器1、载物平台2、用于精确调整位置的第一位置调整轨道机构3、位移平台4和用于快速调整位置的第二位置调整轨道机构5，所述压力传感器1安装在所述载物平台2上，所述载物平台2装载在所述第一位置调整轨道机构3上，所述第一位置调整轨道机构3装载在所述位移平台4上，所述位移平台4装载在第二位置调整轨道机构5上；所述控制模块接收所述压力传感器1的压力信号并根据实时下潜位置和目标位置的关系产生脉冲信号，控制所述第二位置调整轨道机构5和第一位置调整轨道机构3移动。所述控制模块用于根据压力传感器1的压力信号获取位移平台4的实时位置信息，当所述位移平台4通过所述第二位置调整轨道移动至目标位置附近后，控制所述第二位置调整轨道机构5停止运行，从而固定位移平台4的位置，再快速展开所述第一位置调整轨道机构3，使所述载物平台2沿所述第一位置调整轨道机构3移动直至准确到达目标位置。
相比于其他方法，本申请一种多轨道水下精密定位装置其优势在于，装置结构简单。机械结构上仅包括第二位置调整轨道机构5、第一位置调整轨道机构3、位移平台4和载物平台2四个部分，装置校准和调试过程简单且便于装置维修。装置结构主体采用耐腐蚀材料，可广泛的适用于海洋、湖泊、江河的下潜作业。
本实施例中，所述控制模块以STM32F103C8T6单片机为核心，扩大了本装置的使用范围，其可在极寒或者极热环境中也可高精度的完成下潜作业。所述控制模块包括脉冲信号产生模块、Lyapunov定位模块；
其中，所述Lyapunov定位模块用于接收所述压力传感器1获取的数据信息，并根据水下压强和下潜深度的对应关系，获得所述载物平台2的实时下潜深度；具体地，Lyapunov定位模块可接受所述压力传感器1反馈的数据信息，并且基于Lyapunov稳定性方法以及水下压力和下潜深度的对应关系(F＝P*S＝ρ液体gh其中F为水下压力，ρ液体为下潜环境的液体密度，h为下潜深度，P为水下压强，g为常数，S为压力传感器1所在液体环境的接触面积)完成系统的载物平台2实时下潜深度的准确读取。
其中，所述脉冲信号产生模块用于接收所述Lyapunov定位模块所获取的实时下潜深度并与目标下潜位置比较，产生控制脉冲信号，所述脉冲信号用于控制第二位置调整轨道机构5和第一位置调整轨道机构3的移动。
本实施例中，所述第一位置调整轨道机构3采用丝杆滑块机构、直线导轨、或直线电机。
具体地，本实施例的所述第一位置调整轨道机构3可包括第一底座、第一丝杆、第一滑块、第一导杆、第一步进电机，所述第一丝杆和第一导杆平行安装在所述第一底座上，所述第一滑块分别套装在所述第一丝杆和第一导杆上，所述第一步进电机驱动所述第一丝杆转动，所述载物平台2固定在所述第一滑块上。需要说明的是，所述载物平台2可以与所述第一滑块作成一体。
进一步地，所述第一步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，所述第一步进电机可控制位载物平台2的移动速度和移动的最小步长。
本实施例中，所述第二位置调整轨道机构5采用丝杆滑块机构、直线导轨、或直线电机。
具体地，本实施例的所述第二位置调整轨道机构5可包括第二底座、第二丝杆、第二滑块、第二导杆、第二步进电机，所述第二丝杆和第二导杆平行安装在所述第二底座上，所述第二滑块分别套装在所述第二丝杆和第二导杆上，所述第二步进电机驱动所述第二丝杆转动，所述位移平台4固定在所述第二滑块上。需要说明的是，所述位移平台4可以与所述第二滑块作成一体。
进一步地，所述第二步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，所述第二步进电机可控制位移平台4的移动速度和移动的最小步长。
如图2所示，本实施例提供的一种多轨道水下精密定位装置采用两根具有不同精度的第二位置调整轨道机构5和第一位置调整轨道机构3。其中，第一位置调整轨道机构3的最小可调节步长为1厘米，第二位置调整轨道机构5的最小可调节步长可为5厘米。在载物平台2下潜深度与目标位置距离小于5厘米时，控制模块发送指令，固定位移平台4的位置并且步进电机由此开始驱动第一位置调整轨道机构3完成载物平台2的移动直至载物平台2中心位置与目标位置一致。其在保证高精度水下定位的前提下，通过使用不同精度的轨道大大降低了装置的生产成本以及大大提高了下潜作业的效率。
以上所述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 (10)
1.一种多轨道水下精密定位装置，其特征在于，包括：控制模块、压力传感器、载物平台、用于精确调整位置的第一位置调整轨道机构、位移平台和用于快速调整位置的第二位置调整轨道机构，所述压力传感器安装在所述载物平台上，所述载物平台装载在所述第一位置调整轨道机构上，所述第一位置调整轨道机构装载在所述位移平台上，所述位移平台装载在第二位置调整轨道机构上；所述控制模块接收所述压力传感器的压力信号并根据实时下潜位置和目标位置的关系产生脉冲信号，控制所述第二位置调整轨道机构和第一位置调整轨道机构移动。
2.根据权利要求1所述的一种多轨道水下精密定位装置，其特征在于，所述控制模块以STM32F103C8T6为核心。
3.根据权利要求1所述的一种多轨道水下精密定位装置，其特征在于，所述控制模块用于根据压力传感器的压力信号获取位移平台的实时位置信息，当所述位移平台通过所述第二位置调整轨道移动至目标位置附近后，控制所述第二位置调整轨道机构停止运行，再快速展开所述第一位置调整轨道机构，使所述载物平台沿所述第一位置调整轨道机构移动直至准确到达目标位置。
4.根据权利要求1所述的一种多轨道水下精密定位装置，其特征在于，所述控制模块包括脉冲信号产生模块、Lyapunov定位模块；
所述Lyapunov定位模块用于接收所述压力传感器获取的数据信息，并根据水下压强和下潜深度的对应关系，获得所述载物平台的实时下潜深度；
所述脉冲信号产生模块用于接收所述Lyapunov定位模块所获取的实时下潜深度并与目标下潜位置比较，产生控制脉冲信号，所述脉冲信号用于控制第二位置调整轨道机构和第一位置调整轨道机构的移动。
5.根据权利要求1所述的一种多轨道水下精密定位装置，其特征在于，所述第一位置调整轨道机构采用丝杆滑块机构、直线导轨、或直线电机。
6.根据权利要求1所述的一种多轨道水下精密定位装置，其特征在于，所述第一位置调整轨道机构包括第一底座、第一丝杆、第一滑块、第一导杆、第一步进电机，所述第一丝杆和第一导杆平行安装在所述第一底座上，所述第一滑块分别套装在所述第一丝杆和第一导杆上，所述第一步进电机驱动所述第一丝杆转动，所述载物平台固定在所述第一滑块上。
7.根据权利要求6所述的一种多轨道水下精密定位装置，其特征在于，所述第一步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，所述第一步进电机可控制位载物平台的移动速度和移动的最小步长。
8.根据权利要求1所述的一种多轨道水下精密定位装置，其特征在于，所述第二位置调整轨道机构采用丝杆滑块机构、直线导轨、或直线电机。
9.根据权利要求1所述的二种多轨道水下精密定位装置，其特征在于，所述第二位置调整轨道机构包括第二底座、第二丝杆、第二滑块、第二导杆、第二步进电机，所述第二丝杆和第二导杆平行安装在所述第二底座上，所述第二滑块分别套装在所述第二丝杆和第二导杆上，所述第二步进电机驱动所述第二丝杆转动，所述位移平台固定在所述第二滑块上。
10.根据权利要求9所述的一种多轨道水下精密定位装置，其特征在于，所述第二步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，所述第二步进电机可控制位移平台的移动速度和移动的最小步长。
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