CN203889014U - 一种智能水上侦察机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种智能水上侦察机器人。它包括OCU控制系统、机器人本体控制系统；所述机器人本体控制系统包括密封舱体、本体控制单元、与所述本体控制单元分别相连的驱动模块、GPS通讯模块、图像采集模块、声呐信息采集模块、电源模块、无线AP模块；所述本体控制单元通过所述无线AP模块与所述OCU控制系统进行无线通讯。本实用新型具有体积小，采集信息多，操作方便等特点，可广泛应用于江河湖泊的环境监测、治安侦察和无人巡防等。

Description

一种智能水上侦察机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机器人，特别是公开一种智能水上侦察机器人。

背景技术

随着科技的发展，机器人技术也得到了长足的发展，机器人应用领域也越来越广，其中在水上作业的机器人也属于机器人领域中的重要一环。本实用新型主要涉及一种水上智能侦察机器人。水上智能侦察机器人是一款针对湖泊及近海水域进行智能侦察的水上机器人，具有体积小，采集信息多，操作方便等特点，可广泛应用于江河湖泊的环境监测、治安侦察、和无人巡防等。

目前，国内外已经研制出较多的水上机器人，这些水上机器人各有特点。例如专利“CN201254266Y”中公开的一种多功能水面机器人，其主要特点是提供一种抗倾覆的方式航行，虽然能在水面上实现救援、监测信息传输等任务，但是其结构复杂，控制操作难度大，且只适用于水面作业，具有一定的局限性。再例如专利“CN201725222U”中公开的小型水面机器人装置，其主要的特点是小型化，重量轻，且采用新型的导航方法可以优化行驶路径，节约能源，但其信息采集和传递功能单一，不能够实现水上水下监测。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种能在浅水、较窄水路、礁石较多等复杂水域进行作业，并且能够通过无线控制实现浅水域的水上水下全天候侦察与监测，代替人类完成许多复杂的水面侦查，降低作业风险，也可用于军事侦察、险情侦察等领域的智能水上侦察机器人。

本实用新型是这样实现的：一种智能水上侦察机器人，其特征在于：包括OCU控制系统、机器人本体控制系统；所述机器人本体控制系统包括密封舱体、本体控制单元、与所述本体控制单元分别相连的驱动模块、GPS通讯模块、图像采集模块、声呐信息采集模块、电源模块、无线AP模块；所述本体控制单元通过所述无线AP模块与所述OCU控制系统进行无线通讯；

所述图像采集模块包括与所述本体控制单元相连的图像信息处理单元、分别与所述图像信息处理单元相连的位于舱体底部的水下摄像头、位于舱体前端的水上摄像头、位于舱体上端的夜视摄像头；

所述声呐信息采集模块包括与所述本体控制单元相连的声呐信息处理单元、与所述声呐信息处理单元相连的位于所述舱体底部的声呐装置；

所述驱动模块包括与本体控制单元相连的推进器驱动单元、与所述推进器驱动单元分别相连的电流保护电路、位于所述舱体尾部的推进器。

所述舱体包括上盖、舱体扶手、防水密封圈、容置仓、支撑架，所述上盖与容置仓之间通过所述防水密封圈密封，所述舱体扶手位于所述上盖的两侧并固定在所述容置仓顶部，所述支撑架固定于所述容置仓的底部，所述推进器固定在所述容置仓的尾部；所述电源模块通过电源导轨固定在所述容置仓内的前半部分，所述本体控制单元固定在所述容置仓内的后半部分；所述电源模块通过在所述电源导轨滑动以调节所述舱体的重心。

所述夜视摄像头通过旋转云台与所述舱体上端相连，所述驱动模块还包括与所述本体控制单元相连的旋转云台驱动单元、与所述旋转云台驱动单元相连的所述旋转云台。

所述电源模块由电池盒、动力电池、控制电池、第一电池固定板、第二电池固定板、编码器、编码器固定板组成，所述动力电池、控制电池分别通过所述第一电池固定板、第二电池固定板固定在所述电池盒内，所述编码器通过所述编码器固定板固定在所述电池盒的上方，所述电池盒的底部与所述电源导轨相连。所述电池盒将所述动力电池与所述控制电池、电源模块与所述本体控制单元完全隔离，避免产生相互干扰，提高所述OCU控制系统在与所述机器人本体控制系统在进行数据交换时的可靠性。

所述本体控制单元将所述图像采集模块的图像数据、声呐信息采集模块的声呐数据、电源模块的电源数据、GPS通讯模块的定位数据通过所述无线AP模块发送至所述OCU控制系统，所述OCU控制系统根据所述图像数据、声呐数据、电源数据、定位数据进行分析，并向所述本体控制单元发送行进控制指令；所述本体控制单元接收到行进控制指令之后计算出控制数据，并将所述控制数据传送至所述驱动模块。

所述驱动模块的推进器驱动单元通过改变推进器的脉宽控制所述推进器的动作。

所述本体控制单元与所述OCU控制系统实时交互数据，当所述OCU控制系统在运行中失去与所述本体控制单元的联系或无法进行传输数据时，所述本体控制单元在2秒内自动停机，以使得所述机器人本体控制系统保持在无法传输数据时的物理位置，便于根据所述OCU控制系统从所述本体控制单元获得的最后传输的定位数据找到所述机器人本体控制系统，防止出现所述机器人本体控制系统在不受控状况下继续行驶而导致的失踪或损毁。

本实用新型的有益效果是：通过所述的可拆卸的密封舱体及电源模块实现在水上作业，通过本体控制单元、GPS通讯模块、图像采集模块、声呐信息采集模块实现水上、水下侦察和GPS定位等功能，并通过所述OCU控制系统实现人机交互操作。本实用新型，是一款针对湖泊及近海水域进行智能侦察的水上机器人，具有体积小，采集信息多，操作方便等特点，可广泛应用于江河湖泊的环境监测、治安侦察、和无人巡防等。

附图说明

图1是本实用新型方框原理图。

图2是本实用新型机器人本体控制系统的外部结构示意图。

图3是本实用新型舱体与推进器的结构爆炸图。

图4是本实用新型机器人本体控制系统的结构示意图。

图5是本实用新型电源模块与电源导轨的结构示意图。

图6是图5的结构爆炸图。

其中：1、OCU控制系统；2、机器人本体控制系统；3、舱体；4、本体控制单元；5、驱动模块；6、GPS通讯模块；7、图像采集模块；8、声呐信息采集模块；9、电源模块；10、无线AP模块；11、电源导轨； 31、上盖；32、舱体扶手；33、防水密封圈3；34、；35、支撑架；51、旋转云台；52、推进器驱动单元；53、电流保护电路；54、推进器；55、旋转云台驱动单元；71、图像信息处理单元；72、水下摄像头；73、水上摄像头；74、夜视摄像头；91、电池盒；92、动力电池；93、控制电池；94、第一电池固定板；95、第二电池固定板；96、编码器；97、编码器固定板。

具体实施方式

根据图1~图6，本实用新型包括OCU控制系统1、机器人本体控制系统2；所述机器人本体控制系统2包括密封舱体3、本体控制单元4、与所述本体控制单元4分别相连的驱动模块5、GPS通讯模块6、图像采集模块7、声呐信息采集模块8、电源模块9、无线AP模块10；所述本体控制单元4通过所述无线AP模块10与所述OCU控制系统1进行无线通讯。

所述图像采集模块7：包括与所述本体控制单元4相连的图像信息处理单元71、分别与所述图像信息处理单元71相连的位于舱3体底部的水下摄像头72、位于舱体3前端的水上摄像头73、位于舱体3上端的夜视摄像头74；所述夜视摄像头74通过旋转云台51与所述舱体3上端相连。

所述声呐信息采集模块8：包括与所述本体控制单元4相连的声呐信息处理单元81、与所述声呐信息处理单元81相连的位于所述舱体3底部的声呐装置82。

所述驱动模块5：包括与所述本体控制单元4相连的推进器驱动单元52、与所述推进器驱动单元52分别相连的电流保护电路53、位于所述舱体3尾部的推进器54。所述驱动模块5还包括与所述本体控制单元4相连的旋转云台驱动单元55、与所述旋转云台驱动单元55相连的所述旋转云台51。

所述舱体3：包括上盖31、舱体扶手32、防水密封圈33、容置仓34、支撑架35，所述上盖31与容置仓34之间通过所述防水密封圈33密封，所述舱体扶手32位于所述上盖31的两侧并固定在所述容置仓34顶部，所述支撑架35固定于所述容置仓34的底部，所述推进器54固定在所述容置34仓的尾部；所述电源模块9通过电源导轨11固定在所述容置仓34内的前半部分，所述本体控制单元4固定在所述容置仓34内的后半部分；所述电源模块9通过在所述电源导轨11滑动以调节所述舱体3的重心。

所述电源模块9：由电池盒91、动力电池92、控制电池93、第一电池固定板94、第二电池固定板95、编码器96、编码器固定板97组成，所述动力电池92、控制电池93分别通过所述第一电池固定板94、第二电池固定板95固定在所述电池盒91内，所述编码器96通过所述编码器固定板97固定在所述电池盒91的上方，所述电池盒91的底部与所述电源导轨11相连。所述电池盒91将所述动力电池92与所述控制电池93、电源模块9与所述本体控制单元4完全隔离，避免产生相互干扰，提高所述OCU控制系统1在与所述机器人本体控制系统2在进行数据交换时的可靠性。即使在所述动力电池92的电量耗尽的情况下，依然可以有效地与所述OCU控制系统1进行数据交互。

所述本体控制单元4将所述图像采集模块7的图像数据、声呐信息采集模块8的声呐数据、电源模块9的电源数据、GPS通讯模块6的定位数据通过所述无线AP模块10发送至所述OCU控制系统1，所述OCU控制系统1根据所述图像数据、声呐数据、电源数据、定位数据进行分析，并向所述本体控制单元4发送行进控制指令；所述本体控制单元4接收到行进控制指令之后，根据控制命令的格式、类型计算出控制数据，并将所述控制数据传送至所述驱动模块5。所述驱动模块5的推进器驱动单元52通过改变推进器54的脉宽控制所述推进器54的动作，实现机器人本体控制系统2的前进、后退、左拐、右拐和停复机功能。根据所述图像数据的分析，所述OCU控制系统1向所述本体控制单元4发送控制命令，所述本体控制单元4接收到控制命令后计算出控制数据，并通过所述旋转云台驱动单元55对所述旋转云台进行左右转向控制。

为了防止所述OCU控制系统1与所述机器人本体控制系统2发生失联状况：在所述本体控制单元4与所述OCU控制系统1实时交互数据时，当所述OCU控制系统1在运行中失去与所述本体控制单元4的联系或无法进行传输数据时，所述本体控制单元在2秒内自动停机，以使得所述机器人本体控制系统2保持在无法传输数据时的物理位置，便于根据所述OCU控制系统1从所述本体控制单元4获得的最后传输的定位数据找到所述机器人本体控制系统2，防止出现所述机器人本体控制系统2在不受控状况下继续行驶而导致的失踪或损毁。

所述OCU控制系统1可在 Microsoft公司生产的型号为Windows7的操作系统平台上，编写控制程序及操作界面，并通过罗技有限公司生产的型号为F710的无线控制手柄发送协议控制命令给OCU控制系统1所在PC端，并通过OCU控制系统1所在PC端将命令通过无线AP模块10发送至本体控制单元4；其中，所述的编写控制程序及操作界面是为了实现OCU控制系统1的主要作用：即实现对远程控制所述机器人本体控制系统2的行动控制、以及接收来自机器人本体控制系统2的各种数据（包括图像数据、声呐数据、电源数据、定位数据），该编写的控制程序可以根据本实用新型所公开的对于所述机器人本体控制系统2的行动控制进行编写，是成熟的技术手段并且为本领域技术人员常规的技术手段，因此对于程序本身及操作界面，本实用新型不作详述。本实用新型的发明重点在于所述机器人本体控制系统2的本身模块组成、连接关系、以及完成所述机器人本体控制系统2与所述OCU控制系统1之间的数据交互。

所述本体控制单元4可采用 NXP公司生产的型号为LPC2368 的微处理器。所述电机驱动模块5采用ATMEL公司生产的型号为MEAGA32微处理器，并使用PID运算调速。所述GPS模块6采用NXP公司生产的型号为ARM7微处理器和UCOS操作系统。所述图像采集模块7采用SAMSUNG公司生产的型号为ARM9-S3C2416微处理器和TI公司生产的TMS320-DM6437数字信号处理处理器，并采用LINUX操作系统。所述声呐信息采集模块8，采用NXP公司生产的型号为ARM7微处理器和2.4GHz数据传输协议。所述无线AP模块10可采用BROADCOM公司生产的型号为BCM6338的微处理器和Fedora公司生产的LINUX操作系统。

Claims (7)

1.一种智能水上侦察机器人，其特征在于：包括OCU控制系统、机器人本体控制系统；所述机器人本体控制系统包括密封舱体、本体控制单元、与所述本体控制单元分别相连的驱动模块、GPS通讯模块、图像采集模块、声呐信息采集模块、电源模块、无线AP模块；所述本体控制单元通过所述无线AP模块与所述OCU控制系统进行无线通讯；

所述图像采集模块包括与所述本体控制单元相连的图像信息处理单元、分别与所述图像信息处理单元相连的位于舱体底部的水下摄像头、位于舱体前端的水上摄像头、位于舱体上端的夜视摄像头；

所述声呐信息采集模块包括与所述本体控制单元相连的声呐信息处理单元、与所述声呐信息处理单元相连的位于所述舱体底部的声呐装置；

所述驱动模块包括与本体控制单元相连的推进器驱动单元、与所述推进器驱动单元分别相连的电流保护电路、位于所述舱体尾部的推进器。

2.根据权利要求 1 所述的一种智能水上侦察机器人，其特征在于：所述舱体包括上盖、舱体扶手、防水密封圈、容置仓、支撑架，所述上盖与容置仓之间通过所述防水密封圈密封，所述舱体扶手位于所述上盖的两侧并固定在所述容置仓顶部，所述支撑架固定于所述容置仓的底部，所述推进器固定在所述容置仓的尾部；所述电源模块通过电源导轨固定在所述容置仓内的前半部分，所述本体控制单元固定在所述容置仓内的后半部分；所述电源模块通过在所述电源导轨滑动以调节所述舱体的重心。

3.根据权利要求 1 所述的一种智能水上侦察机器人，其特征在于：所述夜视摄像头通过旋转云台与所述舱体上端相连，所述驱动模块还包括与所述本体控制单元相连的旋转云台驱动单元、与所述旋转云台驱动单元相连的所述旋转云台。

4.根据权利要求 2 所述的一种智能水上侦察机器人，其特征在于：所述电源模块由电池盒、动力电池、控制电池、第一电池固定板、第二电池固定板、编码器、编码器固定板组成，所述动力电池、控制电池分别通过所述第一电池固定板、第二电池固定板固定在所述电池盒内，所述编码器通过所述编码器固定板固定在所述电池盒的上方，所述电池盒的底部与所述电源导轨相连。

5.根据权利要求 1 或3所述的一种智能水上侦察机器人，其特征在于：所述机器人本体控制系统的本体控制单元将所述图像采集模块的图像数据、声呐信息采集模块的声呐数据、电源模块的电源数据、GPS通讯模块的定位数据通过所述无线AP模块发送至所述OCU控制系统，所述OCU控制系统根据所述图像数据、声呐数据、电源数据、定位数据进行分析，并向所述本体控制单元发送行进控制指令；所述本体控制单元接收到行进控制指令之后计算出控制数据，并将所述控制数据传送至所述驱动模块。

6.根据权利要求 5所述的一种智能水上侦察机器人，其特征在于：所述驱动模块的推进器驱动单元通过改变推进器的脉宽控制所述推进器的动作。

7.根据权利要求 5所述的一种智能水上侦察机器人，其特征在于：所述本体控制单元与所述OCU控制系统实时交互数据，当所述OCU控制系统在运行中失去与所述本体控制单元的联系或无法进行传输数据时，所述本体控制单元在2秒内自动停机。