CN208969510U - 一种潜水器六自由度运动实时测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于潜水作业技术领域，公开了一种潜水器六自由度运动实时测量装置,光学标记点粘贴于被测量刚体上；摄像头以串联方式接入摄像头无线接入点；摄像头采集的数据通过陆地无线接入点进入网线集线器；测量服务器接收来自网络集线器的数据，显控计算机通过网络集线器接收来自测量服务器的测量结果。本实用新型测量过程和结果与潜水器型号无关，省去因潜水器型号变化增加的额外工作；系统基于商用传感器和软件开发，数据刷新快，测量精度高，操作简单，后期易于升级。

Description

一种潜水器六自由度运动实时测量装置

技术领域

本实用新型属于潜水作业技术领域，尤其涉及一种潜水器六自由度运动实时测量装置。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

潜水器由于其工作时间长、作业范围大的特性而日益成为人类进行海洋探索和海洋资源开发的重要工具，在科研、商业及军事领域得到了广泛的应用。

目前，用于海洋探测开发的潜水器主要分为载人潜水器和无人潜水器，无人潜水器又包括遥控潜水器和自治潜水器两种。在各类潜水器的研制过程中，水池试验是进行潜水器运动控制研究的重要手段，通过测量潜水器在水池中的运动参数对控制器的设计进行指导和修正，使得潜水器达到预期的控制指标。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)水池试验中，对潜水器运动参数的测量主要通过潜水器自身搭载的传感器完成，这使得潜水器必需在全系统集成结束之后才能进行水池试验，增长了研发周期，

(2)对于某些传感器来说水池条件不满足其使用所需的环境条件，例如对于多普勒测速仪，如果水池深度和宽度条件不满足使用要求，将无法获得正确的数据反馈。

(3)对于某些传感器随时间推移存在累积误差。例如惯性导航传感器每小时的累积误差高达几百米，这已远超水池的主尺度。

(4)各类潜水器所搭载传感器的型号和接口各不相同，为了得到正确的传感器数据，每台潜水器都要进行大量的调试工作。

解决上述技术问题的难度和意义：

难度：现有技术很难寻找一种适合潜水器水池试验的通用技术手段和硬件设备，并能为潜水器控制计算机或控制器提供符合工业通信标准的六自由度数据接口。

意义：本实用新型缩短潜水器的研制周期，避免潜水器水池试验对所搭载传感器的依赖，省去因传感器型号不同而产生的调试工作，为潜水器控制系统提供实时运动状态信息。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种潜水器六自由度运动实时测量装置。本实用新型提供一种基于商用传感器的非接触式六自由度实时测量系统，提供完备的六自由度数据，操作简便，数据更新快，潜水器只要配置了执行机构即可进行水池实验，缩短研发周期。

本实用新型是这样实现的，一种潜水器六自由度运动实时测量控制装置设置有：

光学标记点；

光学标记点粘贴于被测量刚体(潜水器)上；

摄像头以串联方式接入摄像头无线接入点；

摄像头采集的数据通过陆地无线接入点进入网线集线器；

测量服务器接收来自网络集线器的数据，在测量服务器中处理摄像头原始数据，得到被测对象的各自由度运动参数；

显控计算机通过网络集线器接收来自测量服务器的测量结果，解析为监控软件所需要的数据格式，进行实时显示并为潜水器的控制器提供相应的传感器数据。

进一步，摄像头至少两个，且具有相同的接口。

综上所述，本实用新型的优点及积极效果为：

本实用新型提供一种基于商用传感器的非接触式六自由度实时测量系统，提供完备的六自由度数据，操作简便，数据更新快，潜水器只要配置了执行机构即可进行水池实验，缩短研发周期.

本实用新型基于对标记点的光学捕捉完成测量，测量的精度和效果只取决于光噪声大小、摄像头感光元件精度以及软件的后处理能力，与水池主尺度并无关联。

本实用新型基于摄像头捕捉的标记点位置实时处理生成被测量对象的六自由度数据，各时刻的测量相互独立，因此无累积误差。

本实用新型体现在光学测量系统应用于潜水器运动的测量。

测量手段不依赖于潜水器本身所搭载的传感器，使得潜水器运动控制性能的研究工作不受潜水器本身研发周期的影响；

测量过程和结果与潜水器型号无关，省去因潜水器型号变化增加的额外工作；

系统基于商用传感器和软件开发，数据刷新快，测量精度高，操作简单，后期易于升级；

数据传输介质为网络，可将系统接入公网或专用网络，实现对系统的远程访问和控制，将数据共享给有需求的研究人员。

本系统与传统组合导航方式的对比

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的潜水器六自由度运动实时测量装置示意图。

图中：1、网络集线器；2、测量服务器；3、显控计算机；4、摄像头(不少于两只，根据需要可增加)；5、摄像头无线接入点；6、陆地单元无线接入点；7、光学标记点。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

六自由度－物体在空间具有六个自由度，即沿X、Y、Z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型实施例提供的潜水器六自由度运动实时测量装置。包括：网络集线器1、测量服务器2、显控计算机3、摄像头4(不少于两只，根据需要可增加)、摄像头无线接入点5、陆地单元无线接入点6、光学标记点7。

光学标记点7粘贴于被测量对象，摄像头4以串联方式接入摄像头无线接入点5，摄像头4本身提供两个相同的接口方便实现串联，摄像头采集的数据通过陆地无线接入点6进入网线集线器1，测量服务器2接收来自网络集线器1的数据，在配套的专用软件中处理摄像头4原始数据，得到被测对象的各自由度运动参数，显控计算机3通过网络集线器1接收来自测量服务器的测量结果，解析为监控软件所需要的数据格式，进行实时显示并为潜水器的控制器提供相应的传感器数据。

下面结合具体分析对本发民作进一步描述。

本实用新型实施例提供的潜水器六自由度运动实时测量控制方法，包括：

运行测量软件，调整摄像头的位置和参数，对标记点识别；同时在测量软件中建立刚体坐标系；

测量刚体的运动，对测得的原始数据计算得出刚体的六自由度数据，并按照某种格式传输给显控计算机；

显控计算机解析六自由度数据帧，并实时显示，同时将六自由度数据共享给潜水器的控制器，进行运动控制算法的调试。

本实用新型实施例提供的潜水器六自由度运动实时测量控制系统包括：

测量服务器，用于运行测量软件；调整摄像头的位置和参数，使粘贴于刚体全部标记点被识别；测量软件计算得出刚体的六自由度数据，并按照某种格式传输给显控计算机；

摄像头，用于测量刚体的运动，各摄像头测得的原始数据由无线网络传输给测量服务器中的测量软件；

显控计算机，用于解析六自由度数据帧，并实时显示，同时将六自由度数据共享给潜水器的控制器，进行运动控制算法的调试；

刚体，为潜水器，用于搭载标记点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种潜水器六自由度运动实时测量装置，其特征在于，所述潜水器六自由度运动实时测量控制装置设置有：

光学标记点；

光学标记点粘贴于被测量刚体上；

摄像头以串联方式接入摄像头无线接入点；

摄像头采集的数据通过陆地无线接入点进入网线集线器；

测量服务器接收来自网络集线器的数据，

显控计算机通过网络集线器接收来自测量服务器的测量结果。

2.如权利要求1所述的潜水器六自由度运动实时测量装置，其特征在于，摄像头至少两个，且具有相同的接口。

3.如权利要求1所述的潜水器六自由度运动实时测量装置，其特征在于，刚体为潜水器，潜水器集成有控制器并通过网络连接测量服务器。