CN206413625U - 一种水下机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水下机器人，包括，控制器、驱动模块、通信模块、姿态获取模块和图像获取模块，驱动模块、通信模块和姿态获取模块均与控制器相连，所述控制器根据通信模块接收到的航行命令和/或姿态获取模块获取的姿态信息，利用驱动模块调整水下无人船的航行姿态，所述图像获取模块与所述通信模块相连，所述通信模块将图像获取模块获取的图形信息转发至水上控制端。通过图像获取模块将获取的水下图像信息直接通过通信模块发送至水上基站，通过水上基站有线或无线发送到相应的图像显示屏上，这样用户就能够看到通过水下无人船拍摄的图像或视频信息。
Description
技术领域
本实用新型属于机器人领域，具体地说，涉及一种水下机器人。
背景技术
水下机器人也称无人水下潜水器，它是一种可以在水下代替人完成某种任务的装置，在外形上更像一艘微小型潜艇，水下机器人的自身形态是依据水下工作要求来设计的，水下机器人是将人工智能、探测识别信息融合、智能控制、系统集成等多方面的技术集中应用于同一水下载体上，在没有人工控制，或者人工进行半自动控制下，完成地质、地形等的探测。
目前的水下机器人能够实现水下航拍和地形、地质的探测等，民用方面的应用还很有限，目前除了作为娱乐用途的无人船之外，用于钓鱼的无人船在民用市场的需求越来越大，因此对于钓鱼无人船提出了越来越高的要求。
另外如何通过图像获取模块观察水下环境，获知鱼群种类，以及观察水下无人船进行探鱼、集鱼、钓鱼的过程，成为目前亟待解决的技术问题。
有鉴于此特提出本实用新型。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种水下机器人，能够通过图像获取模块观察水下环境，获知鱼群种类，以及观察水下无人船进行探鱼、集鱼、钓鱼的过程。
为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：
本实用新型一种水下机器人，包括，控制器、驱动模块、通信模块、姿态获取模块和图像获取模块，驱动模块、通信模块和姿态获取模块均与控制器相连，所述控制器根据通信模块接收到的航行命令和/或姿态获取模块获取的姿态信息，利用驱动模块调整水下无人船的航行姿态，所述图像获取模块与所述通信模块相连，所述通信模块将图像获取模块获取的图形信息转发至水上控制端。
优选地，所述图像获取模块包括摄像头和为摄像头提供光照条件的照明灯， 所述摄像头设置在水下无人船的头部，所述照明灯设置在摄像头周围。
优选地，所述摄像头为能够通过通信模块将采集的图像或视频信息共享到互联网中的网络摄像头。
优选地，所述水上控制端上设有能够抓取图形信息中每个生物的生物图形并根据生物图形确定每个生物的生物种类的图形处理模块。
优选地，所述照明灯为能够自动根据无人船周围的光照强度进行补光的光感照明灯。
优选地，所述姿态获取模块设置在电路板上，包括，检测水下无人船的平衡数据的陀螺仪、检测水下无人船的加速度数据的加速度计和检测方位数据的磁强计；所述电路板上设有至少两个磁强计，所述至少两个磁强计重合堆叠放置或以电路板为对称平面对称设置在电路板两侧。
优选地，所述驱动模块包括，设置在水下无人船重心前方调整水下无人船的垂直方向的运动的垂直推进器、分别设置在水下无人船尾部两侧控制水下无人船的前进、后退和转弯的水平推进器。
优选地，还包括根据对移动目标的跟随命令获取移动目标的位置信息并控制驱动模块对移动目标进行跟随的智能跟随模块，所述智能跟随模块与所述控制器相连。
优选地，所述智能跟随模块上设有能够根据接收到通信模块发送的一键跟随命令，对距离水下无人船最近的移动生物进行跟随的一键跟随单元。
优选地，包括与控制器相连的能够实时获取水下无人船的位置信息的全球定位模块。
采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。
用户可以通过水上基站向通信模块发送相应控制指令，利用控制器控制驱动模块来完成集鱼、寻鱼、钓鱼的过程，并且还能通过图像获取模块获取的图像信息来观察水下鱼群或水下的环境，图像获取模块(例如，摄像机、照相机)将获取的水下图像信息直接通过通信模块发送至水上基站，通过水上基站有线或无线 发送到相应的图像显示屏上，这样用户就能够看到通过水下无人船拍摄的图像或视频信息。
用户可以预先设定需要跟踪、捕捉、锁定的对应鱼的种类，当相机拍摄到与该对应鱼的种类的鱼之后，就会将该鱼作为目标生物，然后获取目标生物的位置信息，驱动水下无人船进行跟踪、捕捉、锁定。
通过多个磁强计对检测的方位信息进行校准，然后将校准结果作为磁强计检测的最终方位信息结果，并且由于电路板厚度较小，多个磁强计检测的方位信息的偏差较小，进而使通过多个磁强计进行校准后得到的最终方位信息更加准确。
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：
图1是本实用新型的一个实施例的水下机器人的结构框图；
图2是本实用新型的另一个实施例的水下机器人的结构框图；
图3是本实用新型的再一个实施例的水下机器人的结构框图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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实用新型和简化描述， 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实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下述实施例中，将水下水下无人船设计成平均密度与周围水域的密度相近似，水下无人船内设有密封腔，该密封腔具有防水效果，能够保护密封腔内的各个用电模块不会浸水，进而保证水下无人船的正常工作，并且通过该密封腔与水下无人船外壳体及各个部件之间的配合，来使水下无人船达到与周围水域密度相近似，进而在水域中实现零浮力的效果，通过零浮力的水下无人船能够更好的调整航行方向和航行姿态，另外，在没有动力驱动的情况下水下无人船能够静止悬停在水中。
实施例一
如图1所示，本实用新型提出了一种水下机器人，包括，控制器1、驱动模块2、通信模块3、姿态获取模块4和图像获取模块5，驱动模块2、通信模块3和姿态获取模块4均与控制器1相连，所述控制器1根据通信模块3接收到的航行命令和/或姿态获取模块4获取的姿态信息，利用驱动模块2调整水下无人船的航行姿态，所述图像获取模块5与所述通信模块3相连，所述通信模块3将图像获取模块5获取的图形信息转发至水上控制端6。
在上述技术方案中，本实用新型能够根据姿态获取模块4获取的姿态信息控制水下无人船的航行姿态，以及水下无人船利用控制器1根据该航行姿态进行姿态的自动调整和纠正，另外，图像获取模块5(例如，摄像机、照相机)将获取的水下图像信息直接通过通信模块3发送至水上基站，通过水上基站有线或无线发送到相应的图像显示屏上，这样用户就能够看到通过水下无人船拍摄的图像或视频信息，在水下无人船上设有探鱼、集鱼和钓鱼的装置，用户可以通过水上基站向通信模块3发送相应控制指令，利用控制器1控制驱动模块2来完成集鱼、 寻鱼、钓鱼的过程，并且还能通过图像获取模块5获取的图像信息来观察水下鱼群或水下的环境。
优选地，所述图像获取模块5包括摄像头和照明灯，所述摄像头设置无人船的头部，所述照明灯设置在摄像头周围，为摄像头提供光照条件。
在上述技术方案中，照明灯可以设置在摄像头两侧或者上下，为摄像头提供必要的照明条件，由于光在水下散失比较快所以一般水下10米以上的深度光照强度都不会很好，另外如果是晚上作业的话，如果没有照明灯摄像头也不能正常工作，因此为了保证摄像头的正常工作，需要为摄像头设置照明灯，利用该照明灯为摄像头进行补光，这样能够保证水下无人船能够在10米以下的区域进行作业。
优选地，所述摄像头为网络摄像头，能够通过通信模块3将采集的图像或视频信息共享到互联网中。
优选地，所述水上控制端6上设有图形处理模块，能够抓取图形信息中每个生物的生物图形，并根据生物图形确定每个生物的生物种类。
所述照明灯为光感照明灯，能够自动根据无人船周围当前的光照强度进行补光，这样能够节省照明灯的光照消耗的电量，并且当该光感照明灯能够根据检测到周围的光照强度进行自动打开和关闭，无需人工操控，方便用户使用。
所述姿态获取模块设置在电路板上，包括，陀螺仪41、加速度计42和磁强计43，所述姿态数据包括，所述陀螺仪41检测的平衡数据、所述加速度计42检测的水下无人船的速度信息和磁强计43检测的方位信息。
所述电路板上设有至少两个磁强计43，所述至少两个磁强计43重合堆叠放置或以电路板为对称平面对称设置在电路板两侧。
这样通过两个磁强计43对检测的方位信息进行校准，然后将校准结果作为磁强计43检测的最终方位信息结果，并且由于电路板厚度较小，两个磁强计43检测的方位信息的偏差较小，进而使通过两个磁强计43进行校准后得到的最终方位信息更加准确。并且由于两个磁强计43只是在垂直方向上有偏差这样控制器在进行校准计算时只要针对垂直方向进行相应计算校准就可以，能够减少控制器的计算量，进而加快了计算速率，并且还能够提高水下无人船方位检测的准确 性。
并且，还可以将两个磁强计43整合成一体，进而使两个磁强计43检测的偏差进一步减小，使整个校准算法能够更加准确，这样就能提高水下无人船的工作性能。
也可以在电路板上设置两个以上的磁强计43，这样就可以利用多个磁强计43的相互校准来使水下无人船方位检测的准确性得到更加有效的提高。
另外，在电路板上还可以设置两个加速度计42，这样就可以利用两个加速度计42进行互补校正，这样经过校正后得到的加速度值能够更加准确，进而提高水下无人船的工作性能。
所述驱动模块2包括，设置在水下无人船重心前方的垂直推进器、分别设置在水下无人船尾部两侧的水平推进器，其中，垂直推进器调整水下无人船的垂直方向的运动，两个水平推进器控制水下无人船的前进、后退和转弯。
如图2所示，在上述技术方案的基础上，还包括智能跟随模块7，所述智能跟随模块7与所述控制器1相连，所述控制器1接收到通信模块3发送的对移动目标的跟随命令后，获取移动目标的位置信息，并利用智能跟随模块7对移动目标进行跟随。
在上述技术方案中，当用户通过遥控器或者手机或其他控制端向无人船发出对某移动目标(可以是鱼、人、水下潜艇或者其他能够移动的物体)的跟随命令后，首先获取移动目标的位置信息，对移动目标进行锁定，然后启动智能跟随模块7，控制水下无人船对移动目标进行跟随，其中，移动目标还可以是鱼群。这样，当用户想要观察某个鱼或鱼群的生活状态时，或者想要跟踪一些其他水下移动目标时，就可以利用该智能跟随模块7对移动目标进行跟随了，进而方便了用户的使用。
优选地，所述控制器1获取移动目标与水下无人船的当前距离，并利用智能跟随模块7保持当前距离对移动目标进行跟踪。
更优选地，所述智能跟随模块7与通信模块3相连，所述智能跟随模块7接收到通信模块3发送的一键跟随命令后，对距离水下无人船最近的移动生物进行跟随。
当用户为了娱乐，只是想要对周围某种移动物体进行跟随，用户自己又没有目标，就可以启动一键跟随命令，这样智能跟随模块7就会搜索距离水下无人船最近的移动生物，并将该移动生物作为移动目标进行跟随。
如图3所示，在上述技术方案的基础上，所述水下机器人还包括与控制器1相连的全球定位模块8能够实时获取水下无人船的位置信息。
该全球定位模块8为GPS模块或北斗模块，这样能够实时获知该水下无人船的位置，这样能够对水下无人船进行跟踪定位，也能方便用户寻找水下无人船，给用户带来便利。
实施例二
本实施例提出了一种水下无人船图像控制方法，步骤包括，
S1，利用图像获取模块获取图像信息；
S2，将图像信息与姿态获取模块获取的姿态数据进行结合，控制驱动模块调整水下无人船的航行姿态。
优选地，所述步骤S2具体包括：
S21，抓取图像信息中所有的生物图形，将每个生物图形与数据库中的存储图形进行匹配，获取与每个生物图形相对应的生物种类；
S22，根据生物种类从所有的生物图形中，确定目标生物的位置信息；
S23，根据目标生物的位置信息和姿态获取模块获取的姿态数据调整水下无人船的航行姿态。
在上述技术方案中，图像获取模块为相机，相机将拍摄的图片传送到用户的手机或遥控器上，这样手机或遥控器就可以对图片中的鱼、水藻或其他生物进行图像抓取，然后将每个生物的图片与数据库中的存储图形进行比对，然后根据比对结果获取与每个生物图形相对应的存储图形的生物种类；
另外用户可以预先设定需要跟踪、捕捉、锁定的对应鱼的种类，当相机拍摄到与该对应鱼的种类的鱼之后，就会将该鱼作为目标生物，然后获取目标生物的位置信息，驱动水下无人船进行跟踪、捕捉、锁定。
优选地，所述姿态数据包括：
陀螺仪检测的平衡数据、加速度计检测的加速度数据、磁强计检测的方位数据；
优选地，所述步骤S23具体包括：
S231，根据平衡数据和加速度数据确定水下无人船的俯仰数据和滚转数据；
S232，将俯仰数据、滚转数据和方位数据进行结合确定水下无人船的当前航行方向；
S233，将当前航行方向与目标生物的位置信息进行比较确定偏移量，根据偏移量启动驱动模块调整水下无人船的航行方向。
对所述陀螺仪进行零偏校正，利用零偏校正后的陀螺仪获取平衡数据，利用所述加速度计检测的加速度数据计算俯仰速度&滚转角速度，并将平衡数据和俯仰速度&滚转角速度进行结合确定水下无人船的俯仰姿态和滚转姿态。
在上述技术方案中，由于陀螺仪会受到水下无人船上的各个结构或组件的影响，或者其他情况，陀螺仪检测的平衡数据会有偏差，因此需要首先将陀螺仪进行零偏校正，进而保证陀螺仪的检测精度，零偏校正完成后，陀螺仪就会获取相应的平衡数据；
然后将该平衡数据与加速度计检测的俯仰速度&滚转速度进行结合，确定水下无人船当前的俯仰姿态(即，水下无人船偏移水平面的姿态)和滚转姿态(即，水下无人船偏移)，例如，能够确定水下无人船在向前、后、左、右、上、下六个方位中的偏移航行姿态。
对所述磁强计进行零偏校正和椭圆校正，利用校正后的磁强计获取方位数据，所述控制器将方位数据、平衡数据和俯仰速度&滚转角速度进行结合确定水下无人船的当前航行方向。
在上述技术方案中，受环境因素和磁强计自身因素的影响，磁强计常存在较大的航向角误差，为了保证磁强计的精度，首先要对磁强计进行零偏校正和椭圆校正，然后再利用校正后的磁强计获取水下无人船的方位数据(即，获取水下无人船在东、南、西、北四个方向中所处的方位)，并将该方位数据与上述方案中利用陀螺仪和加速度计获得的俯仰速度&滚转角速度进行结合，能够进一步确定 出水下无人船的当前航行方向。
所述加速度计进行姿态补偿，之后将获取的加速度数据去除重力项得到去重加速度数据，对获取的三轴的去重加速度数据进行积分，确定出水下无人船的当前航行速度。
陀螺仪检测的平衡数据是水下无人船参考坐标系与水下无人船本体坐标系的旋转矩阵，所述加速度计的测量值是基于水下无人船本体坐标系的，将本体坐标系分为三个坐标轴即x轴、y轴、z轴，测量值本身就是三轴的；
然后，利用该加速度计获取相应的三轴加速度数据，姿态补偿就是把三轴加速度数据转换到参考坐标系中，由于获取的加速度数据中会有重力加速度，因此，需要将重力加速度进行去除，最后对经过姿态补偿和去除重力项之后获得的三轴的加速度值分别进行积分，就知道水下无人船在三个方向上的当前航行速度。
优选地，所述步骤S233具体包括：
Sa，计算俯仰数据偏移平衡位置的俯仰偏移量；当俯仰偏移量超出设定俯仰偏移阈值时，启动驱动模块中的垂直推进器，将水下无人船调整到平衡位置；
或者，Sb，计算滚转数据偏移平衡位置的滚转偏移量；当滚转偏移量超出设定滚转偏移阈值时，利用驱动模块中的垂直推进器和水平推进器将水下无人船调整到平衡位置；
或者，Sc,计算方位数据与目标方位的方位偏移量；当方位偏移量超出设定方位偏移阈值时，启动驱动模块中的水平推进器，将水下无人船调整到目标方位。
其中，平衡位置与目标方位均是根据目标生物的位置进行确定的。进而来通过这种方式，来完成对目标生物的跟踪、锁定以及捕获等任务，进而方便用户的使用。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。
Claims (10)
1.一种水下机器人，其特征在于，包括，控制器、驱动模块、通信模块、姿态获取模块和图像获取模块，驱动模块、通信模块和姿态获取模块均与控制器相连，所述控制器根据通信模块接收到的航行命令和/或姿态获取模块获取的姿态信息，利用驱动模块调整水下无人船的航行姿态，所述图像获取模块与所述通信模块相连，所述通信模块将图像获取模块获取的图形信息转发至水上控制端。
2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述图像获取模块包括摄像头和为摄像头提供光照条件的照明灯，所述摄像头设置在水下无人船的头部，所述照明灯设置在摄像头周围。
3.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征在于，所述摄像头为能够通过通信模块将采集的图像或视频信息共享到互联网中的网络摄像头。
4.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述水上控制端上设有能够抓取图形信息中每个生物的生物图形并根据生物图形确定每个生物的生物种类的图形处理模块。
5.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征在于，所述照明灯为能够自动根据无人船周围的光照强度进行补光的光感照明灯。
6.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述姿态获取模块设置在电路板上，包括，检测水下无人船的平衡数据的陀螺仪、检测水下无人船的加速度数据的加速度计和检测方位数据的磁强计；
所述电路板上设有至少两个磁强计，所述至少两个磁强计重合堆叠放置或以电路板为对称平面对称设置在电路板两侧。
7.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述驱动模块包括，设置在水下无人船重心前方调整水下无人船的垂直方向的运动的垂直推进器、分别设置在水下无人船尾部两侧控制水下无人船的前进、后退和转弯的水平推进器。
8.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，还包括根据对移动目标的跟随命令获取移动目标的位置信息并控制驱动模块对移动目标进行跟随的智能跟随模块，所述智能跟随模块与所述控制器相连。
9.根据权利要求8所述的水下机器人，其特征在于，所述智能跟随模块上 设有能够根据接收到通信模块发送的一键跟随命令，对距离水下无人船最近的移动生物进行跟随的一键跟随单元。
10.根据权利要求8所述的水下机器人，其特征在于，包括与控制器相连的能够实时获取水下无人船的位置信息的全球定位模块。
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