CN1307497C - 海洋作业升沉补偿的定位坐标系统及其定位方法 - Google Patents
海洋作业升沉补偿的定位坐标系统及其定位方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1307497C CN1307497C CNB031135099A CN03113509A CN1307497C CN 1307497 C CN1307497 C CN 1307497C CN B031135099 A CNB031135099 A CN B031135099A CN 03113509 A CN03113509 A CN 03113509A CN 1307497 C CN1307497 C CN 1307497C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coordinate system
- positioning coordinate
- piston
- controller
- sea
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
本发明涉及一种能在水下预定深度保持位置稳定的海洋作业升沉补偿的定位坐标系统及其定位方法。包括有压力传感器及变送器(1)、控制器(2)、密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)、能源装置(6)及外壳(7)。本发明的定位坐标系统通过控制密度改变装置及快速到位和复位装置使之能在海水中自主下潜和上浮，并动态保持在设定深度，因此，本发明能精确定位于预定的海水深度用作海洋静止参考坐标，既适用于浅海也适用于深海；也可用于海洋环境监测、生物资源监测领域获取严格准确的重力方向的坐标。本发明克服以深海海底为坐标进行测量的缺点，无需其它平台(如海洋石油平台、或卫星)的支持，为海洋作业提供经济、实用的新型参考坐标。另外，本发明的定位方法响应速度快，过渡时间短，定位快速准确。
Description
1、技术领域：
本发明涉及一种能在水下预定深度保持位置稳定的海洋作业升沉补偿的定位坐标系统及其定位方法。属于水下潜器的创新技术。
2、背景技术：
在海洋作业时，常常需要定位坐标系统作为测量基准，如在深海采矿领域，对采矿系统进行动态的升沉补偿需要获取采矿船升沉运动信号，需要定位坐标作为测量基准；在海洋环境监测领域，为获取严格准确的水下定位数据，也需要定位坐标提供测量基准。现有这些领域已有的定位装置有如下多种类型：1、全球卫星定位系统(GPS)，但只能用于水面的物体定位；2、带有锚的水下潜标，只能用于其固定深度和固定区域；3、海床基系统固定在海底，只能在其固定区域起作用；4、平台基系统，利用海上平台也只能在其周围海域起作用。且由于声、光、电信号在水中衰减较大，后三种装置在外海、大洋或深海海域都难以采用。
3、发明内容：
本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种能在海水中自主下潜和上浮，能精确定位于预定的海水深度用作海洋静止参考坐标的海洋作业升沉补偿的定位坐标系统。本发明可用于浮式海洋作业升沉运动的测量坐标，既适用于浅海也适用于深海；也可用于海洋环境监测、生物资源监测领域获取严格准确的重力方向的坐标。
本发明的另一目的在于提供一种使上述海洋作业升沉补偿的定位坐标系统能精确定位于预定海水深度的方法。本方法响应速度快，过渡时间短，定位快速准确。
本发明的结构示意图如附图所示，包括有压力传感器及变送器(1)、控制器(2)、密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)、能源装置(6)及外壳(7)，其中压力传感器及变送器(1)、控制器(2)、密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)、能源装置(6)均固装在外壳(7)上，能源装置(6)的能源分别供给控制器(2)、密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)，且压力传感器及变送器(1)的输出端与控制器(2)的输入端连接，控制器(2)的输出端分别与密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)连接，其中密度改变装置(3)包括有弹性密封件(31)、壳体(32)、活塞(33)、传动机构(34)、伺服电机(35)、伺服驱动器(36)，其中伺服驱动器(36)的输入端与控制器(2)连接，输出端与伺服电机(35)连接，伺服电机(35)与传动机构(34)的输入端连接，传动机构(34)的输出端与支承在壳体(32)上的活塞(33)连接，弹性密封件(31)设在活塞(33)的外端，且其外沿(31A)通过连接件固装在壳体(32)上，并与壳体(32)密封连接。
上述传动机构(34)包括有齿轮传动副(34A)、滚珠丝杆传动副(34B)，其中齿轮传动副(34A)的主动轮与伺服电机(35)的输出轴连接，从动轮与滚珠丝杆传动副(34B)的丝杆连接，活塞(33)与滚珠丝杆传动副(34B)的螺母连接，螺母与活塞(33)连接。
上述齿轮传动副(34A)、滚珠丝杆传动副(34B)及活塞(33)、弹性密封件(31)可设有若干套，对称装设在壳体(32)上。
本发明海洋作业升沉补偿的定位坐标系统的定位方法，包括有如下步骤：
1)先测定定位坐标系统整体的体积，然后根据浮力定理调整定位坐标系统整体体积或质量使其平均密度等于水的密度；
2)通过压力传感器测出定位坐标系统在实际深度的压力，并将该压力与设定深度的压力比较得出压差信号，使密度改变装置(3)做出相应变化，并通过快速到位和复位装置(4)使定位坐标系统动态稳定于设定水深处。
上述步骤2)中有下列两种情况：
1)当实际压力值大于设定的极限值时，启动快速到位和复位装置(4)，使之产生向上的推力，使定位坐标系统快速到达或恢复到预定位置；反之亦然；以实现位置的粗调；
2)当实际的压力值大于设定值时，密度改变装置(3)中的活塞向外推出，增大体积，从而使定位坐标系统的平均密度减小，浮力大于其重力，定位坐标系统上升；反之亦然；经若干次反复后就能实现位置的精调。
本发明的海洋作业升沉补偿的定位坐标系统通过推进器及控制其体积的变化使之能在海水中自主下潜和上浮，因此，本发明能精确定位于预定的海水深度用作海洋静止参考坐标，既适用于浅海也适用于深海；也可用于海洋环境监测、生物资源监测领域获取严格准确的重力方向的坐标。本发明克服以深海海底为坐标进行测量的缺点，无需其它平台(如海洋石油平台、或卫星)的支持，为海洋作业提供经济、实用的新型参考坐标。另外，本发明的定位方法响应速度快，过渡时间短，定位快速准确。
4、附图说明：
图1为本发明海洋作业升沉补偿定位坐标系统的结构示意图；
图2为本发明海洋作业升沉补偿定位坐标系统密度改变装置(3)的结构示意图；
图3为本发明海洋作业升沉补偿定位坐标系统的工作控制流程图；
图4为本发明海洋作业升沉补偿定位坐标系统的控制原理框图；
图5为本发明控制器(2)的电路图。
5、具体实施方式：
实施例：
本发明的结构示意图如图1所示，包括有压力传感器及变送器(1)、控制器(2)、密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)、能源装置(6)及外壳(7)，其中压力传感器及变送器(1)、控制器(2)、密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)、能源装置(6)均固装在外壳(7)上，能源装置(6)的能源分别供给控制器(2)、密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)，且压力传感器及变送器(1)的输出端与控制器(2)的输入端连接，控制器(2)的输出端分别与密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)连接。本发明中的压力传感器可使用市售产品。
上述密度改变装置(3)包括有弹性密封件(31)、壳体(32)、活塞(33)、传动机构(34)、伺服电机(35)、伺服驱动器(36)，其中伺服驱动器(36)的输入端与控制器(2)连接，输出端与伺服电机(35)连接，伺服电机(35)与传动机构(34)的输入端连接，传动机构(34)的输出端与支承在壳体(32)上的活塞(33)连接，弹性密封件(31)设在活塞(33)的外端，且其外沿(31A)通过连接件固装在壳体(32)上，并与壳体(32)密封连接。弹性密封件(31)用于防水，活塞运动实现改变体积，该结构由于弹性密封件(31)紧贴活塞，活塞承受了弹性密封件(31)传来的水压力，故可使用较薄的弹性密封膜，以提高改变体积的响应特性，且能实现体积的精确调整。
上述传动机构(34)包括有齿轮传动副(34A)、滚珠丝杆传动副(34B)，其中齿轮传动副(34A)的主动轮与伺服电机(35)的输出轴连接，从动轮与滚珠丝杆传动副(34B)的丝杆连接，活塞(33)与滚珠丝杆传动副(34B)的螺母连接，螺母与活塞(33)连接。
上述齿轮传动副(34A)、滚珠丝杆传动副(34B)及活塞(33)、弹性密封件(31)可分别设有若干套，对称装设在壳体(32)上。本实施例中，齿轮传动副(34A)、滚珠丝杆传动副(34B)及活塞(33)、弹性密封件(31)可分别设有两套，对称装设在壳体(32)上。
为使本发明的海洋作业升沉补偿定位坐标系统能快速到达或回复到预定深度，上述快速到位和复位装置(4)采用推进器。本实施例中，推进器为螺旋桨。
上述推进器可通过电力驱动装置或液压驱动装置。本实施例中，推进器的驱动装置为直流减速电机。
上述外壳(7)上还固装有信号接收和反射装置(5)，信号接收和反射装置(5)与控制器(2)连接。信号接收和反射装置(5)可采用超声接收和反射器，也可采用长波装置等，以实现升沉运动的检测。本实施例中，信号接收和反射装置(5)采用超声接收和反射器。
上述能源装置(6)可为直流电源、交流电源、氢原料电池、锂电池或核能源。本实施例中，能源装置(6)为干电池。
上述海洋作业升沉补偿的定位坐标系统的定位方法，包括有如下步骤：
1)先测定定位坐标系统整体的体积，然后根据浮力定理调整定位坐标系统整体体积或质量使其平均密度等于水的密度；
2)通过压力传感器测出定位坐标系统在实际深度的压力，并将该压力与设定深度的压力比较得出压差信号，使密度改变装置(3)做出相应变化，并通过快速到位和复位装置(4)使定位坐标系统动态稳定于设定水深处。
上述步骤2)中有下列两种情况：
1)当实际压力值大于设定的极限值时，启动快速到位和复位装置(4)，使之产生向上的推力，使定位坐标系统快速到达(或恢复)到预定位置；反之亦然；以实现位置的粗调；
2)当实际的压力值大于设定值时，密度改变装置(3)中的活塞向外推出，增大体积，从而使定位坐标系统的平均密度减小，浮力大于其重力，定位坐标系统上升；反之亦然；经若干次反复后就能实现位置的精调。
本发明的工作控制流程图如图3所示，能源装置(6)开启后，控制器(2)得电，并执行初始化程序使系统初始化，接着压力传感器检测压力，预处理器把压力传感器检测得到的压力信号转换为需要的电信号，该信号送入控制器经采样处理后获得实际的压力值，然后把该实际压力值与设定值比较，接着根据差压信号的大小作出相应的运算，得出控制值，并执行以下任务：
1)若压力超出极限值，则执行快速到位；
2)若压力不出超极限值，则执行以下任务：
(1)若压力在许可范围内，保持密度不变，并继续检测实际压力；
(2)若压力不在许可范围内，改变密度，并继续检测实际压力。
在经历若干循环后，海洋作业升沉补偿定位坐标能动态稳定于设定深度。
本发明中的密度改变装置(3)的工作过程为：伺服驱动器(36)根据控制器的控制信号驱动伺服电机(35)使其速度变化；伺服电机经传动机构(34)带动活塞(33)改变体积，实现密度的调节。弹性密封膜(31)用于防水进入装置内部，同时和活塞(33)完成改变体积的功能，该结构能实现体积的精确调整。
本发明中的信号接收和反射装置(5)可实现水下测量基准的功能，如用于接收在进行海洋作业的船只等发来的声波，然后反射回去，以实现对船只等的升沉深度的检测。
本发明海洋作业升沉补偿定位坐标系统的控制原理框图如图4所示，控制器(2)的电路图如图5所示，包括有89C52中央处理器(U1)、62256静态RAM(U4)、74LS373锁存器(U2)、AD574模数转换器(U6)、8155并行口扩展器(U5)、MAX232PC串行通信接口(U7)及其它接口器件。其中62256静态RAM、74LS373锁存器用于构成89C52扩展存贮器；由于89C52并行I/O有限，8155用于扩展并行I/O；MAX232PC用于构成系统与外部进行串行通信的接口，由接头J16引出；J15用于连接压力传感器与预处理器；J14用于连接超声控制器；J13用于连接快速到位机构；J12用于连接密度调节的伺服驱动器；开关SW2re用于开机控制，开关SW2re用常闭的干簧管，下水工作前用磁铁切断，下水时取下磁铁开关接通，系统开始工作；开关SW3是湿敏开关，用于检测定位坐标系统内部的湿度，当湿度超限时，向89C52中央处理器CPU发中断信号，使89C52中央处理器CPU向外部发出报警信号；开关SW2用于检测定位坐标系统内部的活塞工作行程，当行程超限时，向89C52中央处理器CPU发信号，使89C52中央处理器CPU采取相应的处理；本发明中，类似SW2功能的开关可设有若干个。
Claims (5)
1、一种海洋作业升沉补偿的定位坐标系统，包括有压力传感器及变送器(1)、控制器(2)、密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)、能源装置(6)及外壳(7)，其中压力传感器及变送器(1)、控制器(2)、密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)、能源装置(6)均固装在外壳(7)上，能源装置(6)的能源分别供给控制器(2)、密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)，且压力传感器及变送器(1)的输出端与控制器(2)的输入端连接，控制器(2)的输出端分别与密度改变装置(3)、快速到位和复位装置(4)连接，其特征在于密度改变装置(3)包括有弹性密封件(31)、壳体(32)、活塞(33)、传动机构(34)、伺服电机(35)、伺服驱动器(36)，其中伺服驱动器(36)的输入端与控制器(2)连接，输出端与伺服电机(35)连接，伺服电机(35)与传动机构(34)的输入端连接，传动机构(34)的输出端与支承在壳体(32)上的活塞(33)连接，弹性密封件(31)设在活塞(33)的外端，且其外(31A)通过连接件固装在壳体(32)上，并与壳体(32)密封连接。
2、根据权利要求1所述的海洋作业升沉补偿的定位坐标系统，其特征在于上述传动机构(34)包括有齿轮传动副(34A)、滚珠丝杆传动副(34B)，其中齿轮传动副(34A)的主动轮与伺服电机(35)的输出轴连接，从动轮与滚珠丝杆传动副(34B)的丝杆连接，活塞(33)与滚珠丝杆传动副(34B)的螺母连接，螺母与活塞(33)连接。
3、根据权利要求2所述的海洋作业升沉补偿的定位坐标系统，其特征在于上述齿轮传动副(34A)、滚珠丝杆传动副(34B)及活塞(33)、弹性密封件(31)可设有若干套，对称装设在壳体(32)上。
4、一种权利要求1所述海洋作业升沉补偿的定位坐标系统的定位方法，其特征在于包括有如下步骤：
1)先测定定位坐标系统整体的体积，然后根据浮力定理调整定位坐标系统整体体积或质量使其平均密度等于水的密度；
2)通过压力传感器测出定位坐标系统在实际深度的压力，并将该压力与设定深度的压力比较得出压差信号，使密度改变装置(3)做出相应变化，并通过快速到位和复位装置(4)使定位坐标系统动态稳定于设定水深处。
5、根据权利要求4所述的海洋作业升沉补偿的定位坐标系统的定位方法，其特征在于上述步骤2)中有下列两种情况：
1)当实际压力值大于设定的极限值时，启动快速到位和复位装置(4)，使之产生向上的推力，使定位坐标系统快速到达或恢复到预定位置；反之亦然；以实现位置的粗调；
2)当实际的压力值大于设定值时，密度改变装置(3)中的活塞向外推出，增大体积，从而使定位坐标系统的平均密度减小，浮力大于其重力，定位坐标系统上升；反之亦然；经若干次反复后就能实现位置的精调。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB031135099A CN1307497C (zh) | 2003-01-06 | 2003-01-06 | 海洋作业升沉补偿的定位坐标系统及其定位方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB031135099A CN1307497C (zh) | 2003-01-06 | 2003-01-06 | 海洋作业升沉补偿的定位坐标系统及其定位方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1515460A CN1515460A (zh) | 2004-07-28 |
| CN1307497C true CN1307497C (zh) | 2007-03-28 |
Family
ID=34239305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB031135099A Expired - Fee Related CN1307497C (zh) | 2003-01-06 | 2003-01-06 | 海洋作业升沉补偿的定位坐标系统及其定位方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1307497C (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9423251B2 (en) | 2014-12-25 | 2016-08-23 | Ocean University Of China | Type of along-the-cable reciprocating motion control mechanism |
| TWI664114B (zh) * | 2018-09-26 | 2019-07-01 | 崑山科技大學 | 具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1313323C (zh) * | 2004-11-03 | 2007-05-02 | 上海大学 | 超小型碟形水下机器人 |
| CN1967618B (zh) * | 2005-11-14 | 2011-06-29 | 中国船舶重工集团公司第七一○研究所 | 实时传输潜标装置 |
| US8509972B2 (en) | 2006-08-29 | 2013-08-13 | Industrial Technology Research Institute | Electronic pet and pet interaction system thereof |
| US7562634B2 (en) | 2006-08-29 | 2009-07-21 | Industrial Technology Research Institute | Diving device |
| CN100432639C (zh) * | 2006-11-21 | 2008-11-12 | 国营武昌造船厂 | 一种浮筒液位监测系统及其方法 |
| CN104670445B (zh) * | 2013-11-30 | 2017-02-15 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种潜水器超深保护装置及方法 |
| CN103895847B (zh) * | 2014-04-02 | 2016-02-03 | 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 | 一种移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置 |
| CN108116631B (zh) * | 2016-11-30 | 2019-06-11 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种浮力调节装置的浮力自调整控制方法 |
| CN107380376B (zh) * | 2017-07-31 | 2018-06-19 | 乐清市风杰电子科技有限公司 | 能在环周360度内调整驱动方向的球形水下机器人 |
| CN108357646B (zh) * | 2018-01-08 | 2019-12-10 | 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 | 一种用于保持甲板平稳的海上公路浮力补偿装置 |
| CN108189990B (zh) * | 2018-01-18 | 2019-05-31 | 冯亿坤 | 水下航行器对接锁紧装置 |
| CN115092367A (zh) * | 2022-04-24 | 2022-09-23 | 西北工业大学 | 一种小型auv的浮力调节装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4007505A (en) * | 1975-11-10 | 1977-02-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Flexible stabilizer for underwater vehicle |
| US4183316A (en) * | 1977-12-05 | 1980-01-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Variable volume depth control |
| JPH07228293A (ja) * | 1994-02-18 | 1995-08-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水中ロボットの深度設定装置 |
| US6142092A (en) * | 1997-06-13 | 2000-11-07 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Depth control device |
-
2003
- 2003-01-06 CN CNB031135099A patent/CN1307497C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4007505A (en) * | 1975-11-10 | 1977-02-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Flexible stabilizer for underwater vehicle |
| US4183316A (en) * | 1977-12-05 | 1980-01-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Variable volume depth control |
| JPH07228293A (ja) * | 1994-02-18 | 1995-08-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水中ロボットの深度設定装置 |
| US6142092A (en) * | 1997-06-13 | 2000-11-07 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Depth control device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9423251B2 (en) | 2014-12-25 | 2016-08-23 | Ocean University Of China | Type of along-the-cable reciprocating motion control mechanism |
| TWI664114B (zh) * | 2018-09-26 | 2019-07-01 | 崑山科技大學 | 具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1515460A (zh) | 2004-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1307497C (zh) | 海洋作业升沉补偿的定位坐标系统及其定位方法 | |
| CN103310610B (zh) | 基于智能浮标和智能潜水器的移动海洋观测网 | |
| CN106768043B (zh) | 海洋多参数剖面测量仪 | |
| CN201362339Y (zh) | 浅海自持式漂流循环探测浮标 | |
| Eriksen et al. | Seaglider: A long-range autonomous underwater vehicle for oceanographic research | |
| CN103439971B (zh) | 一种库区水下地形及水质指标探测机器人 | |
| CN201397138Y (zh) | 极地近岸海洋环境实时监测系统 | |
| CN105270583A (zh) | 测量型无人艇及测量方法 | |
| JP2003302221A (ja) | Ｇｐｓ式波高・流向流速計測装置及びｇｐｓ式波高・流向流速計測システム | |
| CN205819497U (zh) | 一种用于水下地形测绘的无人测量船 | |
| CN101793518A (zh) | 走航式多参数综合水体垂直剖面调查系统和方法 | |
| CN101782455A (zh) | 海洋平台锚泊辅助动力定位模型测试装置 | |
| CN204037874U (zh) | 测量型无人艇 | |
| CN208270783U (zh) | 基于移动平台的海洋断面观测链 | |
| CN206410731U (zh) | 海洋多参数剖面测量仪 | |
| CN204124327U (zh) | 一种无人勘察船 | |
| CN205333068U (zh) | 一种自持式漂流循环剖面探测浮标 | |
| CN205898118U (zh) | 河道断面测绘仪 | |
| CN2751309Y (zh) | 一种有站位、深度测量和无线通信功能的海流计 | |
| CN109835437A (zh) | 一种深海剖面测量浮标 | |
| CN113654529B (zh) | 一种潮汐水位监测的智能监测装置及其工作方法 | |
| CN207747984U (zh) | 一种基于压电效应的海洋波浪能发电浮标 | |
| CN207317800U (zh) | 一种深海逆式回声测量系统 | |
| Crowell | Small AUV for hydrographic applications | |
| CN209296759U (zh) | 一种内置gnss的低功耗adcp流速测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |