CN114684326B - 精度误差补偿方法和基于该方法的自校准声信标定位设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精度误差补偿方法和基于该方法的自校准声信标定位设备，包括浮标、水下定位信标和连接板，所述连接板上端安装有顶板，顶板上端安装有壳体，壳体上端设有气囊，气囊上端安装有罩体，浮标安装于罩体内部，壳体内部设有第一卷盘，第一卷盘上盘绕设有软管，软管与气囊连通，壳体的内部安装有为气囊注入气体的注气机构，第一卷盘通过驱动机构驱动，连接板下端安装有箱体，箱体中安装有带动水下定位信标上下移动的收卷机构。本发明结构简单，通过浮力能将浮标上浮，直至使浮标漂浮在水面上，避免了受到下方水质的影响；通过收卷机构能上下移动水下定位信标，使水下定位信标移至不同深度的水质中，以降低水质对水下定位信标的影响。

Description

精度误差补偿方法和基于该方法的自校准声信标定位设备

技术领域

本发明涉及定位设备技术领域，具体涉及一种精度误差补偿方法和基于该方法的自校准声信标定位设备。

背景技术

声信标设备是超短基线水声定位系统中的一部分。根据实际需求声信标可以搭载在ROV，无人潜航器，潜水艇等水下作业设备上。声信标与声基阵进行实时通信，可以有效的确定声信标与声基阵之间的相对坐标位置，再根据声基阵的绝对地理坐标，可以推算出水下搭载有声信标的水下设备的绝对位置坐标，极大地提高了水下作业的作业效率，作业精度等。

但是由于不同水域，不同环境下声信标声基阵相互通信的水域介质存在明显的不确定性，导致水下声传播的不确定性，从而导致超短基线定位精度的存在明显的误差，误差会造成定位的不确定性，从而导致水下作业机器人的作业效率低下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种同时上下定位，保证信号的传递，以降低误差的精度误差补偿方法和基于该方法的自校准声信标定位设备。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种自校准声信标定位设备，包括浮标、水下定位信标和连接板，所述连接板上端安装有顶板，顶板上端安装有壳体，壳体上端设有气囊，气囊上端安装有罩体，浮标安装于罩体内部，气囊的底面上安装有进气管，壳体内部设有第一卷盘，第一卷盘上盘绕设有软管，软管一端安装于第一卷盘的内圈上，另一端安装于进气管上，壳体的内部安装有为气囊注入气体的注气机构，第一卷盘通过驱动机构驱动，连接板下端安装有箱体，箱体中安装有带动水下定位信标上下移动的收卷机构。

作为优选的技术方案，注气机构包括多级气缸、注气管、多个橡胶囊、多块压板和多根通气管，橡胶囊均设置于壳体的开口中，橡胶囊的最外侧均粘连固定于壳体的内壁面上，压板均安装于橡胶囊的内侧面上，多级气缸安装于压板之间，第一卷盘的内部形成密封腔，第一卷盘的一侧面上设有安装孔，安装孔中安装有密封轴承，注气管一端安装于密封轴承的内圈中，并与密封腔连通，另一端安装于壳体的内壁面上，通气管一端均安装于橡胶囊上，并与橡胶囊连通，另一端均安装于注气管上，并均与注气管连通，第一卷盘的内圈上设有第一气孔，软管正对于第一气孔处设有第二气孔。

作为优选的技术方案，驱动机构均包括第一伺服电机、轴杆、第一齿轮、第二齿轮和滚珠轴承，轴杆一端安装于第一卷盘另一侧的中心处，滚珠轴承嵌入式于壳体的内壁面上，轴杆另一端安装于滚珠轴承的内圈中，第一伺服电机的尾部安装于壳体的内壁面上，第一齿轮安装于第一伺服电机的转轴上，第二齿轮安装于轴杆上，第二齿轮与第一齿轮啮合连接。

作为优选的技术方案，收卷机构包括第二伺服电机、第二卷盘和钢丝绳，第二伺服电机安装于箱体中，第二卷盘安装于第二伺服电机的转轴上，箱体的底面正对于卷盘处设有通孔，钢丝绳一端盘绕设置于第二卷盘上，另一端穿过通孔与水下定位信标固定连接，通孔的内壁面上安装有橡胶圈，橡胶圈的内圈面与钢丝绳的外壁面相触。

作为优选的技术方案，罩体为透明钢化玻璃。

作为优选的技术方案，软管的内部安装有多个支撑环。

一种精度误差补偿方法，包括自校准声信标定位设备，通过浮起在水面的浮标对下方的设备进行定位，避免了因水域水的不同而影响定位效果，通过收卷机构上下移动下方的水下定位信标，以确保水下定位信标能移至不同高度的水质中，浮标上安装有信号灯、雷达应答器和无线电指向标。

本发明的有益效果是：

1、通过注气机构能往气囊中注入气体，使气囊具有浮力，并将软管放出后，通过浮力能将浮标上浮，直至使浮标漂浮在水面上，避免了受到下方水质的影响，而通过浮标自身携带的信号灯、雷达应答器、无线电指向标能进行快速的定位；

2、通过收卷机构能上下移动水下定位信标，使水下定位信标移至不同深度的水质中，以降低水质对水下定位信标的影响，保证定位效果；

3、通过浮标和水下定位信标结合的方式大大的增加了定位效果，降低了误差。

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为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中第一卷盘的截面图；

图3为本发明在浮标浮起后的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明的一种自校准声信标定位设备，包括浮标4、水下定位信标11和连接板5，所述连接板5上端安装有顶板25，顶板25上端安装有壳体1，壳体1上端设有气囊2，气囊2上端安装有罩体3，浮标4安装于罩体3内部，气囊2的底面上安装有进气管15，壳体1内部设有第一卷盘16，第一卷盘16上盘绕设有软管17，软管17一端安装于第一卷盘的内圈上，另一端安装于进气管15上，壳体1的内部安装有为气囊注入气体的注气机构，第一卷盘16通过驱动机构驱动，连接板5下端安装有箱体6，箱体6中安装有带动水下定位信标11上下移动的收卷机构，其中，连接板能安装于水下设备的中间，使浮标设置于水下设备的上方，水下定位信标设置于水下设备的下方；

注气机构包括多级气缸14、注气管18、多个橡胶囊12、多块压板13和多根通气管19，橡胶囊12均设置于壳体1的开口中，橡胶囊12的最外侧均粘连固定于壳体1的内壁面上，压板13均安装于橡胶囊12的内侧面上，多级气缸14安装于压板13之间，第一卷盘16的内部形成密封腔29，第一卷盘16的一侧面上设有安装孔，安装孔中安装有密封轴承26，注气管18一端安装于密封轴承的内圈中，并与密封腔连通，另一端安装于壳体1的内壁面上，通气管19一端均安装于橡胶囊12上，并与橡胶囊连通，另一端均安装于注气管18上，并均与注气管连通，第一卷盘16的内圈上设有第一气孔28，软管17正对于第一气孔处设有第二气孔27，软管17的内部安装有多个支撑环31，通过支撑环能将软管的内通道撑开，避免了因受到挤压而变扁，避免了影响气体的通过。

本实施例中，驱动机构均包括第一伺服电机23、轴杆21、第一齿轮24、第二齿轮22和滚珠轴承，轴杆21一端安装于第一卷盘16另一侧的中心处，滚珠轴承嵌入式于壳体1的内壁面上，轴杆21另一端安装于滚珠轴承的内圈中，第一伺服电机23的尾部安装于壳体的内壁面上，第一齿轮24安装于第一伺服电机的转轴上，第二齿轮22安装于轴杆上，第二齿轮22与第一齿轮24啮合连接。

本实施例中，收卷机构包括第二伺服电机7、第二卷盘8和钢丝绳9，第二伺服电机7安装于箱体6中，第二卷盘8安装于第二伺服电机7的转轴上，箱体6的底面正对于卷盘处设有通孔，钢丝绳一端盘绕设置于第二卷盘上，另一端穿过通孔与水下定位信标11固定连接，通孔的内壁面上安装有橡胶圈，橡胶圈的内圈面与钢丝绳9的外壁面相触。

本实施例中，罩体3为透明钢化玻璃，增加了牢固性，也使信号灯的灯光穿过透明钢化玻璃，能起到定位的作用。

一种精度误差补偿方法，通过浮起在水面的浮标4对下方的设备进行定位，避免了因水域水的不同而影响定位效果，通过收卷机构上下移动下方的水下定位信标11，以确保水下定位信标能移至不同高度的水质中，浮标上安装有信号灯、雷达应答器和无线电指向标。

其中，多级气缸、第一伺服电机和第二伺服电机分别为防水多级气缸、防水第一伺服电机和防水第二伺服电机，水下定位信标定位的外部安装有保护壳。

在进行定位时，如附图3所示，可启动多级气缸，通过伸出的多级气缸能挤压压板，压板的移动能挤压橡胶囊，将橡胶囊中的气体顺着通气管挤入注气管中，直至顺着第一气孔和第二气孔注入到气囊中，通过膨胀的气囊能为上方的浮标提供浮力，这时，启动第一伺服电机，第一伺服电机的启动带动了第一齿轮，第一齿轮的旋转带动了第二齿轮，第二齿轮的旋转带动了轴杆，轴杆的旋转带动了第一卷盘，使第一卷盘上的软管能放出，这时，通过浮力能将气囊和浮标漂浮在水面上，避免了受到下方水质的影响，而通过浮标自身携带的信号灯、雷达应答器、无线电指向标能进行快速的定位；

并能启动第二伺服电机，第二伺服电机的启动带动了第二卷盘，通过转动的第二卷盘能将钢丝绳放出，钢丝绳放出后，水下定位信标就能下沉，并移至不同深度的水质中，以降低水质对水下定位信标的影响，保证定位效果；

通过浮标和水下定位信标结合的方式大大的增加了定位效果，降低了误差。

其中，在取下回收浮标时，重新的使多级气缸回缩，回缩的过程中能拉开橡胶囊，通过橡胶囊的吸力能将气囊中的气体顺着软管、第二气孔、第一气孔、注气管和通气管重新的回收，使气囊变扁，在气囊变扁后，气囊的浮力会相抵，这时，反向的启动第一伺服电机，通过软管的收卷就能将浮标重新的移至设备的上方。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种自校准声信标定位设备，其特征在于：包括浮标(4)、水下定位信标(11)和连接板(5)，所述连接板(5)上端安装有顶板(25)，顶板(25)上端安装有壳体(1)，壳体(1)上端设有气囊(2)，气囊(2)上端安装有罩体(3)，浮标(4)安装于罩体(3)内部，气囊(2)的底面上安装有进气管(15)，壳体(1)内部设有第一卷盘(16)，第一卷盘(16)上盘绕设有软管(17)，软管(17)一端安装于第一卷盘的内圈上，另一端安装于进气管(15)上，壳体(1)的内部安装有为气囊注入气体的注气机构，第一卷盘(16)通过驱动机构驱动，连接板(5)下端安装有箱体(6)，箱体(6)中安装有带动水下定位信标(11)上下移动的收卷机构，浮标上安装有信号灯、雷达应答器和无线电指向标；

注气机构包括多级气缸(14)、注气管(18)、多个橡胶囊(12)、多块压板(13)和多根通气管(19)，橡胶囊(12)均设置于壳体(1)的开口中，橡胶囊(12)的最外侧均粘连固定于壳体(1)的内壁面上，压板(13)均安装于橡胶囊(12)的内侧面上，多级气缸(14)安装于压板(13)之间，第一卷盘(16)的内部形成密封腔(29)，第一卷盘(16)的一侧面上设有安装孔，安装孔中安装有密封轴承(26)，注气管(18)一端安装于密封轴承的内圈中，并与密封腔连通，另一端安装于壳体(1)的内壁面上，通气管(19)一端均安装于橡胶囊(12)上，并与橡胶囊连通，另一端均安装于注气管(18)上，并均与注气管连通，第一卷盘(16)的内圈上设有第一气孔(28)，软管(17)正对于第一气孔处设有第二气孔(27)；软管(17)的内部安装有多个支撑环(31)。

2.根据权利要求1所述的自校准声信标定位设备，其特征在于：驱动机构均包括第一伺服电机(23)、轴杆(21)、第一齿轮(24)、第二齿轮(22)和滚珠轴承，轴杆(21)一端安装于第一卷盘(16)另一侧的中心处，滚珠轴承嵌入式于壳体(1)的内壁面上，轴杆(21)另一端安装于滚珠轴承的内圈中，第一伺服电机(23)的尾部安装于壳体的内壁面上，第一齿轮(24)安装于第一伺服电机的转轴上，第二齿轮(22)安装于轴杆上，第二齿轮(22)与第一齿轮(24)啮合连接。

3.根据权利要求1所述的自校准声信标定位设备，其特征在于：收卷机构包括第二伺服电机(7)、第二卷盘(8)和钢丝绳(9)，第二伺服电机(7)安装于箱体(6)中，第二卷盘(8)安装于第二伺服电机(7)的转轴上，箱体(6)的底面正对于卷盘处设有通孔，钢丝绳一端盘绕设置于第二卷盘上，另一端穿过通孔与水下定位信标(11)固定连接，通孔的内壁面上安装有橡胶圈，橡胶圈的内圈面与钢丝绳(9)的外壁面相触。

4.根据权利要求1所述的自校准声信标定位设备，其特征在于：罩体(3)为透明钢化玻璃。

5.根据权利要求1所述的自校准声信标定位设备，其特征在于：软管(17)的内部安装有多个支撑环(31)。

6.一种精度误差补偿方法，其特征在于：包括权利要求1-5任意一项所述的自校准声信标定位设备，通过浮起在水面的浮标(4)对下方的设备进行定位，避免了因水域水的不同而影响定位效果，通过收卷机构上下移动下方的水下定位信标(11)，以确保水下定位信标能移至不同高度的水质中，浮标上安装有信号灯、雷达应答器和无线电指向标。