CN208635789U - 一种可自由倾转的水下文物探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用涉及水下文物探测领域，具体涉及一种可自由倾转的水下文物探测装置，包括水下电子舱，水下电子舱两侧分别通过机翼连接倾转装置，倾转装置与推进器相连接；所述倾转装置包括壳体、从动件以及壳体内设置的连杆、圆盘、圆盘驱动电机和支撑台；支撑台用来限制圆盘的自由度，圆盘上铰连接有连杆，连杆伸出壳体外并与从动件铰连接，从动件与推进器相连接；从动件铰连接在壳体一侧的凸起上；所述水下电子舱尾部设有螺旋桨；水下电子舱头部内设有照明设备和防水摄像机。本装置驱动灵活，功能齐全，既实现了在水中的多自由度运动和平稳工作，又可获得水下文物的位置和图像信息，从而提高了探测作业的可靠性和探测的准确度。

Description

一种可自由倾转的水下文物探测装置

技术领域

本实用涉及机械装备技术领域和水下文物探测领域，具体涉及一种可进行水下考古研究、能满足无人考察需求的可自由倾转的水下文物探测装置。

背景技术

中国拥有近300万平方公里的辽阔海疆、18000多公里的海岸线和丰富的内陆水域，其中蕴含着种类多样、数量巨大的水下文物。随着计算机处理技术的发展，水下探测技术不断完善，人类已经从简单的人工潜水拍摄发展到水下机器人自动拍摄。在海洋考古和探索方面，2000年Dwight F. Coleman等人在Design and implementation of advancedunderwater imaging systems for deep sea marine archaeological surveys（Oceans.IEEE, 2000:661-665 vol.1.）一文中提出了一种深水机器人系统，该系统用绳索与母船连接，水下部分携带防水高清摄像机拍摄水下状况，并通过光纤把视频、图像信息实时上传到母船的控制室。我国深海科考潜水器“蛟龙号”的技术发展现在也很成熟，但这些大型水下探测装置结构庞大复杂，多为潜艇形结构，且设备成本和检测成本很高。

国内研究水下探测装置这方面内容的主要单位有哈尔滨工程大学、沈阳自动化研究所等高校和一些科研院所，一般在实验室环境下搭建水下机器视觉系统对特定的水下目标进行识别检测。在水下机器视觉的研究方面，2009年哈尔滨工程大学的刘和祥博士在“面向AUV回收控制的水下机器视觉研究”(博士学位论文，哈尔滨工程大学，2009.)一文中设计了一个基于投影矩阵的标定模型，并对水下机器人的双目视觉系统进行标定，经过水下三维测量试验，绝对误差控制在正负5毫米以内。为进一步消除视觉标定的误差问题，2010年公丕亮等在“基于视觉的 UVMS单路标定位误差分析”（计算机仿真, 2010, 27(10):144-147.）一文中建立了一个基于双目视觉三角校正的误差模型，通过比较随机粒子分布和误差椭圆，该误差模型具有较高的可信度。在水下探测装置的具体应用方面，2015年福州大学的姚立纲等人发明了“一种浅水桥墩水下检测机器人”（专利授权号：CN 204489154U），其机架上设置浮体，内部设置有推进装置，前端设有由电机组件驱动的清洗刷具，既可以近距离观察浅水桥墩表面，还可以对浅水桥墩表面异物进行清洗，但该机器人仅适合在浅水区域工作，其应用具有局限性。2015年昆明理工大学的潘楠等人发明了“一种水下物证搜索装置”（专利授权号：CN 204681508U），其利用水下拖拉绳控制密封水囊，并借助微型摄像头对水底物证进行搜索，但该装置无法回收证物。2015年中国人民解放军工程兵学院的段子扬等人发明了“一种新型水下检测平台”（专利授权号：CN204313868U），其包括了潜入水中作业的平台装置主机和在水面外控制平台水下运动的遥控器，平台装置主机通过数据线与遥控器连接，但是该装置的照相机设置在螺旋桨的上方，会导致其传输图像的质量容易受螺旋桨的影响。

现有的水下探测装置，具备的功能不完整，并不适用于水下文物的探测。有的装置通过改变在水中的浮力来实现上升和下潜，反应时间慢，不够机动灵活；有的装置能实现一定角度的旋转，但控制困难，稳定性差。因此，需要一种适用于水下文物探测的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的：在水下文物探测领域，针对现有的水下探测装置不适用于水下文物的视觉检测和实时探测，提供一种可自由倾转的水下文物探测装置，通过融合机器视觉技术，能够满足无人考察和水下环境探测等需求，在水下考古研究方面很有应用前景。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的，一种可自由倾转的水下文物探测装置，其特征是，所述水下文物探测装置包括水下电子舱，水下电子舱两侧分别通过机翼连接倾转装置，倾转装置与推进器相连接；

所述倾转装置包括壳体、从动件以及壳体内设置的连杆、圆盘、圆盘驱动电机和支撑台；支撑台用来限制圆盘的自由度，圆盘上铰连接有连杆，连杆伸出壳体外并与从动件铰连接，从动件与推进器相连接；从动件铰连接在壳体一侧的凸起上；

所述水下电子舱尾部设有螺旋桨；水下电子舱头部内设有照明设备和防水摄像机。

优选的，其中一个机翼上设有声呐探测器。

优选的，所述水下电子舱经由光纤与水面控制台相连接。

优选的，所述推进器包括旋翼、舵机和舵机底板，旋翼由舵机控制旋转，推进器通过舵机底板从动件底板与从动件相连接。

优选的，所述防水摄像机有两个，两个防水摄像机对称分布在照明设备的两侧，两个防水摄像机底部的基座通过螺钉与水下电子舱连接固定。

优选的，所述照明设备为盒状，照明设备底部的基座通过螺钉安装在水下电子舱头部内。

优选的，所述水下电子舱的材质为PVC，水下电子舱为密封机构，水下电子舱内部设有集成控制电路板。

优选的，所述水下电子舱包括底板和顶罩，底板四个角上设有底座。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

第一，本实用新型的驱动更加灵活。本装置在水下电子舱两侧的机翼末端上各布置一个推进器，通过倾转装置对两个推进器实现了自由倾转，本装置末端连接着螺旋桨，实现了装置在水中多自由度运动和水下平稳工作，从而提高了探测作业的可靠性。

第二，本实用新型的功能更加齐全。装置前端搭载的摄像机可用于判断水下环境和深度，记录水下文物的位置和图像信息，从而提高了探测的准确度。

附图说明

图1是本实用新型一种可自由倾转的水下文物探测装置的三维结构示意图（从动件处于竖直状态）。

图2是图1所述的探测装置中倾转装置的立体结构示意图。

图3是图1所述的探测装置中倾转装置的剖视结构示意图。图4是图1所述的探测装置中推进器处于水平状态的三维结构示意图（从动件处于水平状态）。

图中：1光纤、2水下电子舱、3螺旋桨、4推进器、5倾转装置、6机翼、7声呐探测器、8防水摄像机、9照明设备、10底座、11旋翼、12舵机、13舵机底板、14从动件底板、15从动件、16连杆、17圆盘、18支撑台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

如图 1 至图 4 所示，一种可自由倾转的水下文物探测装置，它包括光纤1、水下电子舱2、螺旋桨3、推进器4、倾转装置5、机翼6、声呐探测器7、防水摄像机8、照明设备9和底座10。光纤1连接水下电子舱2与水面控制台，水面控制台发出的控制信号经光纤1传输至水下电子舱2，从而控制装置在水中的运动。水下电子舱2两侧的机翼6末端上各设置一个倾转装置5，倾转装置5与推进器4相连，推进器4用来控制装置在水中各方向的运动。同时一侧机翼6的中部放置有声呐探测器7，用于探测装置在前进方向的地形和障碍物。水下电子舱2尾部与螺旋桨3相连，螺旋桨3为装置在水中的前进提供动力。水下电子舱2前端设置有防水摄像机8和照明设备9，照明设备9可协助防水摄像机2用于判断水下环境以及记录文物的图像信息。

圆盘所需的运动只是绕着圆盘电机轴转动，但是圆盘在电机轴的方向（从图3看就是垂直纸面向里的方向）可能会产生移动，所以支撑台的作用是限制圆盘在这个方向的自由度。另外，连杆表面和圆盘表面并不是直接接触的，而是通过铰接，这也为支撑台的安装提供了空间。

光纤与圆盘驱动电机之间没有直接的连接关系，圆盘驱动电机由水下电子舱内的集成电路板控制转动，而这个控制信号是由水面上的人通过光纤将其传递给水下电子舱内的集成电路板.

光纤是用来把控制信号传递给水下电子舱的，水下电子舱内的集成电路板主要控制装置中照明设备的开闭、摄像机的开闭、倾转装置的驱动、推进器的驱动以及螺旋桨的驱动。

本实用新型的实施例：探测之前，首先应该在探测船上装配好探测装置，并且确保所有元器件能正常工作，所有水下连接器的配合是正确的，然后将一种可自由倾转的水下文物探测装置放入海水中，使装置保持悬浮状态。水面控制台将控制信号通过光纤1传输给水下电子舱2，水下电子舱2两侧机翼6上的倾转装置5同时开始工作，倾转装置5中的圆盘17由机翼6中的电动机控制而转动，固定在圆盘17上的连杆16驱动从动件15，从动件底板14与舵机底板13相连从而使得推进器4也随之摆动，在摆动过程中推进器4实现了任一角度的倾转。

如图1所示，当倾转装置5中的从动件15处于竖直位置时，推进器4的旋翼旋转并提供竖直方向的动力，使得探测装置能实现上升或下潜的功能。改变电机的转向即可实现上升和下潜，比如顺时针旋转产生的拉力可以带动下潜，逆时针产生的拉力可以带动上升。或者，顺时针旋转产生的推力可以带动前进，逆时针产生的推力可以带动后退。

如图4所示，当从动件15处于水平位置时，旋翼旋转并提供水平方向的动力，使得探测装置能实现前进或后退的功能。假设装置正在朝前方运动，两个推进器获得相同的动力，则这个装置保持平稳的朝前方的运动状态。

当从动件15处于两个极限位置之间时，探测装置在水中处于“转弯”状态，从而达到改变探测路线和方向的目的。左转与右转的状态是一样的，不同的是在行进过程中电机的转向。假设装置正在朝前方运动，两个推进器获得相同的动力，则这个装置保持平稳的朝前方的运动状态。假如要实现“右转”（装置在纸平面朝外运动），只需要让纸平面里侧的推进器获得的动力大于纸平面外侧的推进器获得的动力，就会让装置朝外偏转，从而实现右转。假如要实现“左转”（装置在纸平面朝内运动），只需要让纸平面外侧的推进器获得的动力大于纸平面里侧的推进器获得的动力，就会让装置朝内偏转，从而实现左转。

当装置到达目标位置的时候，利用装置前端搭载的防水摄像机8可以判断当前的水下环境和深度，并记录水下文物的位置和图像信息，完成所有的观测和探测任务后，装置保存所有记录的数据并返回，并通过水面控制台控制装置上浮至水面，收起光纤1，关闭相关仪器即可。

Claims (8)

1.一种可自由倾转的水下文物探测装置，其特征是，所述水下文物探测装置包括水下电子舱（2），水下电子舱（2）两侧分别通过机翼（6）连接倾转装置（5），倾转装置（5）与推进器（4）相连接；

所述倾转装置（5）包括壳体、从动件（15）以及壳体内设置的连杆（16）、圆盘（17）、圆盘驱动电机和支撑台（18）；支撑台（18）用来限制圆盘（17）的自由度，圆盘（17）上铰连接有连杆（16），连杆（16）伸出壳体外并与从动件（15）铰连接，从动件（15）与推进器（4）相连接；从动件（15）铰连接在壳体一侧的凸起上；

所述水下电子舱（2）尾部设有螺旋桨（3）；水下电子舱（2）头部内设有照明设备（9）和防水摄像机（8）。

2.根据权利要求1所述的一种可自由倾转的水下文物探测装置，其特征是，其中一个机翼（6）上设有声呐探测器（7）。

3.根据权利要求1或2所述的一种可自由倾转的水下文物探测装置，其特征是，所述水下电子舱（2）经由光纤（1）与水面控制台相连接。

4.根据权利要求3所述的一种可自由倾转的水下文物探测装置，其特征是，所述推进器（4）包括旋翼（11）、舵机（12）和舵机底板（13），旋翼（11）由舵机（12）控制旋转，推进器（4）通过舵机底板（13）从动件底板（14）与从动件（15）相连接。

5.根据权利要求4所述的一种可自由倾转的水下文物探测装置，其特征是，所述防水摄像机（8）有两个，两个防水摄像机（8）对称分布在照明设备（9）的两侧，两个防水摄像机（8）底部的基座通过螺钉与水下电子舱（2）连接固定。

6.根据权利要求5所述的一种可自由倾转的水下文物探测装置，其特征是，所述照明设备（9）为盒状，照明设备（9）底部的基座通过螺钉安装在水下电子舱（2）头部内。

7.根据权利要求6所述的一种可自由倾转的水下文物探测装置，其特征是，所述水下电子舱（2）的材质为PVC，水下电子舱（2）为密封机构，水下电子舱（2）内部设有集成控制电路板。

8.根据权利要求1所述的一种可自由倾转的水下文物探测装置，其特征是，所述水下电子舱（2）包括底板和顶罩，底板四个角上设有底座（10）。