巨魷仿生水下機(jī)器人

1、浙江海洋學(xué)院“巨魷”水下機(jī)器人“Architeuthis Dux” Underwater Vehicle船舶與海洋工程-智慧海洋研發(fā)團(tuán)隊(duì)2012-6-12012-8-29第一期，挑戰(zhàn)競(jìng)賽設(shè)計(jì)Underwater Vehicle設(shè)計(jì)要求比賽場(chǎng)地：海洋航行器按申報(bào)功能進(jìn)行5分鐘的實(shí)航。室內(nèi)游泳池（長(zhǎng)50米，寬21米，深2米，池壁等間距布設(shè)8臺(tái)水下攝像機(jī)）。比賽場(chǎng)地上有若干限寬門，門寬1m，高度為從池底起出水0.5m，涂裝醒目的顏色。比賽中除非航行器沉底，否則不得人工干預(yù)比賽。起點(diǎn)-終點(diǎn)限寬門布設(shè)圖技術(shù)要求，各種設(shè)計(jì)不做限制。動(dòng)力裝置：鼓勵(lì)采用除螺旋槳之外的推進(jìn)器；姿態(tài)控制：鼓勵(lì)采用除鰭舵之外的姿態(tài)

2、控制方式；控制方式：鼓勵(lì)采用除人工遙控控制之外的控制方式；數(shù)據(jù)傳輸：安裝數(shù)據(jù)鏈路，在地面實(shí)時(shí)顯示航行軌跡。系統(tǒng)使用頻率要求：系統(tǒng)使用頻率應(yīng)符合國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)的頻率分配規(guī)定，參賽者應(yīng)在規(guī)定時(shí)間上報(bào)系統(tǒng)使用頻率，一經(jīng)上報(bào)不能改變。現(xiàn)場(chǎng)不能隨意開(kāi)機(jī)，屆時(shí)賽場(chǎng)將備掃頻儀和GPS信號(hào)監(jiān)視設(shè)備，違例將被取消參賽資格。評(píng)分要點(diǎn)：根據(jù)航行器航行姿態(tài)、航線航行、穿越限寬門（或避障礙）、動(dòng)力方式、航行控制的方式、航行控制的精確性和穩(wěn)定性、抗過(guò)載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容評(píng)分，設(shè)加分項(xiàng)。分值包含航行評(píng)分、功能評(píng)分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告作為評(píng)分參考。每個(gè)評(píng)分項(xiàng)由評(píng)委打分取平均值計(jì)入總分。各獎(jiǎng)項(xiàng)按分?jǐn)?shù)高低取名次。評(píng)分項(xiàng)加分項(xiàng)1.使用

3、新型推進(jìn)方式5-102.使用新型導(dǎo)航控制方式5-103.裝載前視或下視或側(cè)視攝像裝置，且可實(shí)時(shí)下傳圖像供地面顯示3-54.具備下潛持續(xù)航行能力2-55.總體設(shè)計(jì)新穎2-56.加工水平2-57.航海文化創(chuàng)意1-58.其它功能（每項(xiàng)）1-21海底礦產(chǎn)概要海洋中蘊(yùn)藏著豐富的生物資源和礦產(chǎn)資源，隨著陸地資源的枯竭，海洋資源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)人類發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的推動(dòng)作用越趨明顯。礦產(chǎn)種類可以毫不夸張地說(shuō)，海洋中幾乎有陸地上有的各種資源，而且還有陸地上沒(méi)有的一些資源。目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有以下六大類：1、石油和天然氣據(jù)估計(jì)，世界石油極限儲(chǔ)量1萬(wàn)億噸，可采儲(chǔ)量3000億噸，其中海底石油1350億噸；世界天然氣儲(chǔ)量2

4、55280億立方米，海洋儲(chǔ)量占140億立方米。上世紀(jì)末，海洋石油年產(chǎn)量達(dá)30億噸，占世界石油總產(chǎn)量的50%。我國(guó)在臨近各海域油氣儲(chǔ)藏量約4050億噸。由于發(fā)現(xiàn)豐富的海洋油氣資源，我國(guó)有可能成為世界五大石油生產(chǎn)國(guó)之一。2、煤鐵等固體礦產(chǎn)世界許多近岸海底已開(kāi)采煤鐵礦藏。日本海底煤礦開(kāi)采量占其總產(chǎn)量的30%；智利、英國(guó)、加拿大、土耳其也有開(kāi)采。日本九州附近海底發(fā)現(xiàn)了世界上最大的鐵礦之一。亞洲一些國(guó)家還發(fā)現(xiàn)許多海底錫礦。已發(fā)現(xiàn)的海底固體礦產(chǎn)有20多種。我國(guó)大陸架淺海區(qū)廣泛分布有銅、煤、硫、磷、石灰石等礦。3、海濱砂礦海濱沉積物中有許多貴重礦物，如：含有發(fā)射火箭用的固體燃料鈦的金紅石；含有火箭、飛機(jī)外殼

5、用的鈮和反應(yīng)堆及微電路用的鉭的獨(dú)居石；含有核潛艇和核反應(yīng)堆用的耐高溫和耐腐蝕的鋯鐵礦、鋯英石；某些海區(qū)還有黃金、白金和銀等。我國(guó)近海海域也分布有金、鋯英石、鈦鐵礦、獨(dú)居石、鉻尖晶石等經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高的砂礦。4、多金屬結(jié)核、富鈷錳結(jié)核多金屬結(jié)核含有錳、鐵、鎳、鈷、銅等幾十種元素。世界海洋35006000米深的洋底儲(chǔ)藏的多金屬結(jié)核約有3萬(wàn)億噸。其中錳的產(chǎn)量可供全世界用18000年，鎳可用25000年。我國(guó)已在太平洋調(diào)查200多萬(wàn)平方千米的面積，其中有30多萬(wàn)平方千米為有開(kāi)采價(jià)值的遠(yuǎn)景礦區(qū)，聯(lián)合國(guó)已批準(zhǔn)其中15萬(wàn)平方千米的區(qū)域分配給我國(guó)作為開(kāi)辟區(qū)。富鈷錳結(jié)核儲(chǔ)藏在3004000米深的海底，容易開(kāi)采?，F(xiàn)在

6、美、日等國(guó)已設(shè)計(jì)了一些開(kāi)采系統(tǒng)。海底礦產(chǎn)資源是指賦存于大洋海底表層的沉積物中的多金屬結(jié)核（又稱錳結(jié)核）礦產(chǎn)。大洋錳結(jié)核這一巨大的潛在礦產(chǎn)，廣泛分布于世界的洋底。由于其形態(tài)和成分上的特征各異，人們通常又把它稱為錳結(jié)核、錳團(tuán)塊、錳礦球，或錳瘤等。它人多產(chǎn)于海底表層，賦存的海域主要為水深30005000米的深海平原、海溝、海谷、海底火山和群島附近。開(kāi)采海底礦產(chǎn)錳結(jié)核礦的最大特點(diǎn)是蘊(yùn)藏量巨大，所含的稀貴金屬銅、鈷、鎳又多。僅就太平洋海域而言，據(jù)梅洛和梅納德估計(jì)；其蘊(yùn)藏量達(dá)16000多億噸，約含錳2000多億噸，銅50多億噸，鎳90多億噸，鈷30億噸，相當(dāng)于陸地礦山中儲(chǔ)有銅的50倍，錳的200倍，鎳的6

7、00倍，鈷的3000倍。如果考慮到大洋錳結(jié)核礦如此大的儲(chǔ)量，而且還在繼續(xù)增長(zhǎng)，可以毫不夸張地說(shuō)，深海大洋錳結(jié)核礦是人類“用之不竭的資源”。5、熱液礦藏?zé)嵋旱V藏是一種含有大量金屬的硫化物，海底裂谷噴出的高溫巖漿冷卻沉積形成，已發(fā)現(xiàn)30多處礦床。僅美國(guó)在加拉帕戈斯裂谷儲(chǔ)量就達(dá)2500萬(wàn)噸，開(kāi)采價(jià)值39億美元。6、可燃冰是一種被稱為天然氣水合物的新型礦物，在低溫、高壓條件下，由碳?xì)浠衔锱c水分子組成的冰態(tài)固體物質(zhì)。其能量密度高，雜質(zhì)少，燃燒后幾乎無(wú)污染，礦層厚，規(guī)模大，分布廣，資源豐富。據(jù)估計(jì)，全球可燃冰的儲(chǔ)量是現(xiàn)有石油天然氣儲(chǔ)量的兩倍。在上世紀(jì)日本、前蘇聯(lián)、美國(guó)均已發(fā)現(xiàn)大面積的可燃冰分布區(qū)。我國(guó)也

8、在南海和東海發(fā)現(xiàn)了可燃冰。據(jù)測(cè)算，僅我國(guó)南海的可燃冰資源量就達(dá)700億噸油當(dāng)量，約相當(dāng)于我國(guó)目前陸上油氣資源量總數(shù)的1/2。在世界油氣資源逐漸枯竭的情況下，可燃冰的發(fā)現(xiàn)又為人類帶來(lái)新的希望。由于人類對(duì)兩極海域和廣大的深海區(qū)還調(diào)查得很不夠，大洋中海底礦產(chǎn)如何開(kāi)采等待人類解決。小型簡(jiǎn)易作業(yè)型ROV 深水機(jī)器人ROV水下機(jī)器人概述隨著石油、天然氣等海洋資源的開(kāi)發(fā)從近海延伸到深海，水下機(jī)器人(也稱無(wú)人潛水器)因其安全、高效、作業(yè)深度大、能在水下長(zhǎng)時(shí)間工作而日益成為開(kāi)發(fā)海洋資源的重要工具。按照無(wú)人潛水器與水面支持設(shè)備(母船或平臺(tái))間聯(lián)系方式的不同，水下機(jī)器人可以分為兩大類：一類是人遠(yuǎn)程遙控水下機(jī)器人，即

9、遙控水下機(jī)器人(Remotely Operated Vehicle，ROV)，通常有臍帶纜;另一類是無(wú)纜水下機(jī)器人，即自動(dòng)水下機(jī)器人(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)，自帶能源，依靠自身的自治能力來(lái)管理和控制自己。小型的水下機(jī)器人為了減小行進(jìn)阻力，減少動(dòng)力消耗，通常采用玻璃纖維和金屬板件將外表做成流線型，如魚(yú)雷形或者球形。而無(wú)纜水下機(jī)器人(Auv)由于攜帶的能源有限，為了增加水下操作時(shí)間，減少動(dòng)力消耗，所以一般更加注意減少行進(jìn)阻力，注意形體方面的優(yōu)化。ROV經(jīng)濟(jì)性好、下水出水靈活性高、環(huán)境適應(yīng)性好、作業(yè)效率高、使用有效等優(yōu)點(diǎn)，ROV通過(guò)與水面相聯(lián)的臍帶電纜獲

10、取能源，動(dòng)力充足，作業(yè)時(shí)間不受能源的限制，可搭載較多的儀器設(shè)備;信息和數(shù)據(jù)的傳遞和交換快捷方便、數(shù)據(jù)量大;操作者在水上控制和操作，工作環(huán)境安全;其運(yùn)行和控制等由水面功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)、工作站與操作員通過(guò)人機(jī)交互的方式來(lái)進(jìn)行，人的介入使得許多復(fù)雜的控制問(wèn)題變得簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制潛水器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)時(shí)觀察潛水器探測(cè)的目標(biāo)信息和聲納視頻圖像，作業(yè)效率更高，其總體決策能力和水平較高，應(yīng)對(duì)環(huán)境能力更強(qiáng)。此外，ROV沒(méi)有電池艙，重量和體積要小于同級(jí)別的AUV，技術(shù)要求和成本也相對(duì)較低。但其活動(dòng)范圍受到臍帶電纜的制約，特別是在復(fù)雜水下環(huán)境下易造成纏繞事故，根據(jù)本比賽要求穿過(guò)多個(gè)限寬門，綜合考慮采用無(wú)線遙控

11、模式。深水作業(yè) ROV觀測(cè) ROV吊放 “巨魷號(hào)”ROV簡(jiǎn)介用于海底礦產(chǎn)勘探和采樣工作系統(tǒng)總體定位海底蘊(yùn)藏巨量的貴重礦產(chǎn)資源，由于海底條件惡劣狀況復(fù)雜，水下機(jī)器人(也稱無(wú)人潛水器)因其安全、高效、作業(yè)深度大、能在水下長(zhǎng)時(shí)間工作而日益成為開(kāi)發(fā)海洋資源的重要工具。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)海底礦場(chǎng)資源勘測(cè)，鉆探、取樣的作業(yè)型機(jī)器人。潛器尺寸：（長(zhǎng)寬高）<1m*0。6m*1。5m結(jié)構(gòu)材質(zhì)：PVC塑料+不銹鋼+ABS樹(shù)脂+特種鋁+鈦合金+碳纖維浮力和壓艙物：PVC泡沫浮體，開(kāi)放式結(jié)構(gòu)重量：約計(jì)75kg；有效載荷：15kg。(基礎(chǔ)ROV本體)推進(jìn)器：4個(gè)直流無(wú)刷式推進(jìn)器-2個(gè)水平方向(前進(jìn)推動(dòng)力11kg)-1

12、個(gè)垂直方向，預(yù)留兩電機(jī)接口（控制與驅(qū)動(dòng)）壓力補(bǔ)償，用于推進(jìn)器的電子重置過(guò)電流保護(hù)裝置速度：水平2，8節(jié)，垂直1。2節(jié)，側(cè)向？節(jié)。轉(zhuǎn)圈率60度/秒。攝像頭：標(biāo)準(zhǔn)攝像頭：彩色LL。CCD，460TV線，0。1lux。附選：變焦攝像頭，480TV線，1lux，機(jī)械臂：一臺(tái)兩自由度機(jī)械臂，預(yù)留一臺(tái)三自由度機(jī)械臂位置與接口。鉛蓄電池：12V-20Ah電池四節(jié)。外圍附件：2個(gè)照明燈，主體無(wú)纜遙控：激光雷達(dá)定位、無(wú)線視頻傳輸、無(wú)線微波遙控仿魷魚(yú)特性，仿生魷魚(yú)腹部為浮體材料，使得機(jī)器人能在海中沉浮，仿生腕足的多個(gè)機(jī)械手臂，能在海底各種作業(yè)。例如進(jìn)行海底表層鉆探時(shí)，鉆桿從主體中間深入海底，繞口周圍多個(gè)機(jī)械臂如魷

13、魚(yú)腕足牢牢的抓固在海底，保證鉆探的穩(wěn)定性；單個(gè)機(jī)械手臂可進(jìn)行水下物品抓取采樣；單個(gè)多個(gè)機(jī)械臂進(jìn)行協(xié)作，如爬行動(dòng)物一樣在海底行走。主體為圓錐形結(jié)構(gòu)，上部為浮體，下部為主負(fù)載。整體結(jié)構(gòu)采用了分層式造型，整體分為頂層、中層和底層三層，兩邊輔以高強(qiáng)度的樹(shù)脂邊框。頂層主要用來(lái)安裝固定后面采用的浮力塊，而中層主要用來(lái)安裝固定裝載有控制元件的浮力筒和懸掛推進(jìn)器，下層主要是留出安裝后續(xù)的擴(kuò)展設(shè)備，譬如機(jī)械手，配重塊之類。三層的所有零件基本上都采用不銹鋼飯金件，在保證強(qiáng)度的同時(shí)還能兼顧整體的美觀。 側(cè)視圖 俯視圖設(shè)計(jì)靈感巨魷Giant Squid(拉丁文Architeuthis Dux)。魷魚(yú)是頭足綱的軟體動(dòng)物

14、，反應(yīng)極為靈敏，行動(dòng)十分迅速，巨大的身軀在海中矯健如飛。頭部?jī)蓚?cè)具有一對(duì)發(fā)達(dá)的眼和圍繞口周圍的有8只腕足和2條長(zhǎng)長(zhǎng)的用于進(jìn)食的觸角。隱藏于它們吸盤中的微型鉤子可以牢牢鎖定獵物，捕食食物時(shí)用觸腕纏住將其吞食。魷魚(yú)噴射如水下火箭，行動(dòng)迅速，腕足靈活自如，抓取物體。提供足夠浮力，巨型魷魚(yú)體內(nèi)含有大量的氨。 8只腕足靈活自如觸角上吸盤內(nèi)倒刺牢牢抓住魷魚(yú)仿生魷魚(yú)特性，仿生魷魚(yú)腹部為浮體材料，使得機(jī)器人能在海中沉浮，仿生腕足的多個(gè)機(jī)械手臂，能在海底各種作業(yè)。例如進(jìn)行海底表層鉆探時(shí)，鉆桿從主體中間深入海底，繞口周圍多個(gè)機(jī)械臂如魷魚(yú)腕足牢牢的抓固在海底，保證鉆探的穩(wěn)定性；單個(gè)機(jī)械手臂可進(jìn)行水下物品抓取采樣；單

15、個(gè)多個(gè)機(jī)械臂進(jìn)行協(xié)作，如爬行動(dòng)物一樣在海底行走。主體為圓錐形結(jié)構(gòu)，上部為浮體，下部為主負(fù)載。整體結(jié)構(gòu)采用了分層式造型，整體分為頂層、中層和底層三層，兩邊輔以高強(qiáng)度的樹(shù)脂邊框。頂層主要用來(lái)安裝固定后面采用的浮力塊，而中層主要用來(lái)安裝固定裝載有控制元件的浮力筒和懸掛推進(jìn)器，下層主要是留出安裝后續(xù)的擴(kuò)展設(shè)備，譬如機(jī)械手，配重塊之類。三層的所有零件基本上都采用不銹鋼飯金件，在保證強(qiáng)度的同時(shí)還能兼顧整體的美觀。采用這種形式的整體框架主要是考慮到分層式結(jié)構(gòu)在總體布置方面比較方便，層次分明，加掛和裝換設(shè)備儀器比較容易，而且高強(qiáng)度的樹(shù)脂邊框（鈦合金，碳纖維）還能起到圍護(hù)、支撐和保護(hù)其他部件(推進(jìn)器、浮力筒、攝

16、像頭等)的作用。主體浮動(dòng)框架主結(jié)構(gòu)：升降及平衡設(shè)置模塊設(shè)計(jì)；魷魚(yú)主體：錯(cuò)落粗管鰩式平衡：調(diào)節(jié)平衡。ROV除承受自身重量外，ROV經(jīng)常需攜帶一些外載荷，完成一些特殊作業(yè)任務(wù)，如攜帶吸泥泵、液壓剪、液壓扳手、鉆石線切割鋸、打磨刷等作業(yè)工機(jī)具，攜帶海底管線/電纜檢測(cè)工具TSS340、聲納等檢測(cè)設(shè)備。尤其是在深水作業(yè)中，盡可能攜帶所需的全部工機(jī)具，能完成所需的各種作業(yè)，減少了ROV往返支持船甲板與水下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)路程與時(shí)間，極大提升ROV作業(yè)能力與工作效率。由于要求體積很小，各部分必須高度集成，充分利用空間，因而設(shè)計(jì)潛水器本體的總布置。主結(jié)構(gòu)由7部分組成，分別是：基礎(chǔ)框架、上尾艙、下尾艙、左前艙、右前艙、

17、底座、防撞架，其中基礎(chǔ)框架為結(jié)構(gòu)的核心參照和承力結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)框架的上部為吊點(diǎn)，下方連接底座，前方連接左右前艙，后方連接上下尾艙。左右前艙之間形成云臺(tái)的安裝空間。防撞架也固定于基礎(chǔ)框架上，并環(huán)繞左右前艙，用于保護(hù)云臺(tái)設(shè)備。主結(jié)構(gòu)采用鍛鋁表面經(jīng)陽(yáng)極氧化處理，部件連接采用不銹鋼螺栓，密封件采用丁腈橡膠O形圈。動(dòng)力推進(jìn)及姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)力裝置：螺旋槳之外、姿態(tài)控制：鰭舵之外。為滿足后期改進(jìn)，主控器預(yù)留多個(gè)推進(jìn)器接口。水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)都是靠推進(jìn)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中絕大部分屬于電機(jī)推動(dòng)器，還有少量的液壓推進(jìn)器。一般水下機(jī)器人要求能實(shí)現(xiàn)水下空間的六自由度運(yùn)動(dòng)，三個(gè)平移運(yùn)動(dòng)即進(jìn)退、升降、側(cè)移，三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即轉(zhuǎn)向、俯仰和

18、橫搖。由于水下機(jī)器人的使用目的和場(chǎng)合不一樣，并非所有的都要做6自由度運(yùn)動(dòng)，但是為了滿足水下機(jī)器人的最低機(jī)動(dòng)性，至少也要求水下機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)進(jìn)退、升降和轉(zhuǎn)向三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。這一次的作業(yè)型機(jī)器人主要定位在完成水下任務(wù)上，要求能快速準(zhǔn)確的到達(dá)觀測(cè)目標(biāo)所在地，所以對(duì)于平移運(yùn)動(dòng)的要求高于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而在三個(gè)姿態(tài)角方面，航向角直接關(guān)系到水下機(jī)器人的前進(jìn)方向，是最重要一個(gè)姿態(tài)角，所以2個(gè)水平推進(jìn)器要求推力大，轉(zhuǎn)速控制精度高（安裝光電編碼轉(zhuǎn)速反饋）俯仰角主要關(guān)系到機(jī)器人的爬坡運(yùn)動(dòng)，但是這種工況比前進(jìn)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)得相對(duì)少一些，所以重要性相對(duì)次之。這一次的作業(yè)型機(jī)器人的機(jī)動(dòng)特性要求并不高，所以主要定位于實(shí)現(xiàn)三個(gè)平移運(yùn)動(dòng)

19、和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。水下機(jī)器人要求實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)即自由度直接影響到后面推進(jìn)器數(shù)量和布局。由于本機(jī)器人側(cè)重于水下勘探作業(yè)，而非進(jìn)行遠(yuǎn)距離航行，故驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，保證推進(jìn)靈活性。因前期控制開(kāi)支，減少電機(jī)數(shù)量，布置2個(gè)水平推進(jìn)器和2個(gè)垂直推進(jìn)器。要求電機(jī)可以控制調(diào)速，正反轉(zhuǎn)倒車。電機(jī)采用高性能直流無(wú)刷電機(jī)，大功率推進(jìn)。推進(jìn)器布置及機(jī)動(dòng)能力水平推進(jìn)器沿縱向布置，與浮心具有同等高度。垂直推進(jìn)器沿垂向布置，與浮心具有同樣的縱向坐標(biāo)。相比于單垂直推進(jìn)器的設(shè)計(jì)，左右兩個(gè)垂直推進(jìn)器設(shè)計(jì)具備更佳的橫傾調(diào)節(jié)能力。推進(jìn)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次水下機(jī)器人的推進(jìn)器均采用自主設(shè)計(jì)組裝形式。推進(jìn)器主要由推進(jìn)電機(jī)、連接架、螺旋槳、導(dǎo)流罩和

20、傳動(dòng)軸幾大部分組成。其主要工作原理為通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使之與螺旋槳轉(zhuǎn)速匹配，然后推進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸連接，然后帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)。其中導(dǎo)流罩通過(guò)4根輻條直接固定在電機(jī)上，為了防止抖動(dòng)時(shí)產(chǎn)生干涉，另外還增加兩根連接條將導(dǎo)流罩與連接架固定。推進(jìn)器軸線與ROV擺放形式選擇上面這種布局方式主要是考慮到它的水平機(jī)動(dòng)性較好，推力平穩(wěn)，可知，當(dāng)使用的推進(jìn)器性能差別不大而且a角取5o(仍可根據(jù)后續(xù)實(shí)際情況調(diào)整)時(shí)，損失在y軸方向的推力和：軸的轉(zhuǎn)矩都會(huì)相當(dāng)小，在推進(jìn)器推力有限時(shí)，采用這種方式的布局能夠合理的增加推力，并造成的擾動(dòng)最小。方案三、液壓動(dòng)力系統(tǒng)除AUV與小功率的ROV以外，載人潛水器與大功率水

21、下機(jī)器人都需要利用電液控制系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)，并使用壓力實(shí)現(xiàn)各種機(jī)器人動(dòng)作，如機(jī)械手動(dòng)作；螺旋槳的驅(qū)動(dòng)控制等等。液壓系統(tǒng)相比于電動(dòng)控制有以下優(yōu)勢(shì)：1.液壓系統(tǒng)的重量功率比和重量扭矩比小，能容量大，這是深海水下運(yùn)載器減少體積和重量所需要的。在相同功率下，電機(jī)比液壓馬達(dá)重量大12-25倍，在相同扭矩下，電機(jī)比液壓馬達(dá)重12-150倍。2.液壓系統(tǒng)容易獲得較大的力和力矩，一般機(jī)械傳動(dòng)欲獲得很大的力或力矩，要通過(guò)一系列復(fù)雜的減速，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低而且成本高。液壓傳動(dòng)比較容易使工作油液獲得高的單位壓力。3.能在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。液壓系統(tǒng)采用變量泵或調(diào)速閥，或兩者同時(shí)使用，可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)做到大傳動(dòng)比的無(wú)

22、級(jí)調(diào)速。4.用恒功率變量泵容易在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。在相同功率下，可以有效的提高工作效率，減少動(dòng)力消耗。在PV值(壓力與速度的乘積)基本恒定的情況下，能適應(yīng)工作負(fù)荷經(jīng)常變化的需要。5.傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，均勻，無(wú)沖擊，運(yùn)動(dòng)慣量小。由于液壓馬達(dá)體積小，重量輕，其運(yùn)動(dòng)慣性質(zhì)量不超過(guò)同功率電機(jī)的10%，所以啟動(dòng)快。新型推進(jìn)器設(shè)計(jì)高壓氣瓶驅(qū)動(dòng)控制氣動(dòng)閥門，蒸汽噴射推進(jìn)，低噪聲，無(wú)泵，高溫高壓蒸汽噴射推進(jìn)。自主最新發(fā)明：磁流體與噴射混合推進(jìn)技術(shù)-高速高效低噪音噴射推進(jìn)技術(shù)。噴水推進(jìn)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)：水下矢量推進(jìn)技術(shù)姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)裝置，采用陀螺儀gyroscope利用高速回轉(zhuǎn)體的動(dòng)量矩敏感殼體相

23、對(duì)慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或二個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置。靜電、激光和光纖等三種高精度陀螺儀的工程設(shè)計(jì)方法，光學(xué)陀螺儀沒(méi)有與加速度有關(guān)的誤差，而且它的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)快，不需要預(yù)熱和溫度控制；測(cè)量速度范圍沒(méi)有限制，標(biāo)度因數(shù)的線性度和穩(wěn)定性高。因此，和機(jī)械陀螺儀相比較，光學(xué)陀螺儀在低成本和小型化等方面具有優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)期它們將會(huì)有進(jìn)一步的發(fā)展。光纖陀螺儀光纖陀螺儀是以光導(dǎo)纖維線圈為基礎(chǔ)的敏感元件，由激光二極管發(fā)射出的光線朝兩個(gè)方向沿光導(dǎo)纖維傳播。光傳播路徑的變，決定了敏感元件的角位移。買光纖陀螺儀就到航天長(zhǎng)城光纖陀螺儀與傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺儀相比，優(yōu)點(diǎn)是全固態(tài)，沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件和摩擦部件，壽命長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)范圍大，瞬時(shí)啟

24、動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕。與激光陀螺儀相比，光纖陀螺儀沒(méi)有閉鎖問(wèn)題，也不用在石英塊精密加工出光路，成本低。激光陀螺儀激光陀螺儀的原理是利用光程差來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)角速度（Sagnac效應(yīng)）。在閉合光路中，由同一光源發(fā)出的沿順時(shí)針?lè)较蚝头磿r(shí)針?lè)较騻鬏數(shù)膬墒夂凸飧缮?，利用檢測(cè)相位差或干涉條紋的變化，就可以測(cè)出閉合光路旋轉(zhuǎn)角速度。通過(guò)陀螺儀感應(yīng)裝置的變化，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)的重力塊改變重心，達(dá)到平衡。俯仰結(jié)構(gòu)示意圖手臂抓取及鉆探系統(tǒng)電液混合驅(qū)動(dòng)-仿生機(jī)械設(shè)計(jì)。尤其是水下作業(yè)機(jī)械手來(lái)說(shuō)，每增加1個(gè)自由度都要耗費(fèi)巨大的成本。方案一：串聯(lián)機(jī)械臂關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型機(jī)械臂，這種機(jī)械臂模擬了人體上肢的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械臂的基

25、座、大臂和小臂由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)依次連接，參照人類上肢，這三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)分部被稱作腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，前三個(gè)關(guān)節(jié)的作用是將末端執(zhí)行器送達(dá)預(yù)定位置，而末端執(zhí)行器的姿態(tài)則由腕部狀態(tài)確定，腕部多采用兩自由度或三自由度的結(jié)構(gòu)。對(duì)于抓取作業(yè)，則可通過(guò)腕部動(dòng)作對(duì)作物進(jìn)行分離而盡量少用大關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的主要缺點(diǎn)是坐標(biāo)計(jì)算及控制較復(fù)雜，定位精度差，由于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)太多，不適于重載，但是工作空間大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)，而且樣品本身重量并不大，采樣定位精度要求也不高。方案二：并聯(lián)機(jī)械臂并聯(lián)機(jī)械臂相對(duì)于串聯(lián)機(jī)械臂，具有承載能力強(qiáng)、剛度大和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于四自由度機(jī)械臂，三自由度機(jī)械臂結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕，體積較小

26、，控制容易，是近年來(lái)國(guó)際上機(jī)器人領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)之一，如3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)和2T1R空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)等。文中提出了一種新型三自由度擬人并聯(lián)機(jī)械臂，分析了該三自由度并聯(lián)機(jī)械臂的位置和工作空間，為其合理的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。這種機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)相對(duì)于靜平臺(tái)具有2個(gè)移動(dòng)和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械臂重量較輕，工作范圍大，裝配工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。新型三自由度機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)布局特點(diǎn)新型三自由度擬人并聯(lián)機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)示意如圖1所示。其中直線電機(jī)1和3，導(dǎo)軌12，滑塊10和11，定長(zhǎng)桿9，支撐桿8構(gòu)成一條2P-4R運(yùn)動(dòng)支鏈1，鉸接于腕7的一端;直線電機(jī)2，導(dǎo)軌4，滑塊5，定長(zhǎng)桿6構(gòu)成另一條1P-2R運(yùn)動(dòng)支

27、鏈2，鉸接于腕7的另一端;各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行;各個(gè)移動(dòng)副之間相互平行。整個(gè)機(jī)構(gòu)由3個(gè)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，完成腕的2個(gè)自由度的移動(dòng)和1個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)。方案三：液壓機(jī)械臂：而對(duì)于機(jī)械手，尤其是水下作業(yè)機(jī)械手來(lái)說(shuō)，每增加1個(gè)自由度都要耗費(fèi)巨大的成本。而對(duì)于機(jī)械手，尤其是水下作業(yè)機(jī)械手來(lái)說(shuō)，每增加1個(gè)自由度都要耗費(fèi)巨大的成本。機(jī)械手有7個(gè)自由度，其中手臂4個(gè)自由度，腕部3個(gè)自由度。其關(guān)節(jié)由液壓葉片馬達(dá)和氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。機(jī)械手的手爪是三指靈巧手，有7個(gè)關(guān)節(jié)，均由一個(gè)氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。方案四：采用多種方式混合機(jī)械臂：爪子為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，大臂為液壓驅(qū)動(dòng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)靈巧。主臂與輔臂-爪子優(yōu)化設(shè)計(jì)-采用模塊

28、化安裝，類似瑞士軍刀，根據(jù)作業(yè)對(duì)象，對(duì)應(yīng)更換。多用途專用鉗-刀-夾鉆探系統(tǒng)（水下懸浮式鉆探與機(jī)械臂緊抓式鉆探）懸浮式-靈活方便-適合淺層采樣。鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)候，力的作用與反作用，裝置本體會(huì)反向旋轉(zhuǎn)，需安裝側(cè)推，與回旋力抵消，保持本體平衡，如同直升飛機(jī)，主旋翼與側(cè)推尾槳。直升機(jī)動(dòng)力主要由主旋翼和尾槳。旋翼一般由渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)或活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)由傳動(dòng)軸及減速器等組成的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，也可由槳尖噴氣產(chǎn)生的反作用力來(lái)驅(qū)動(dòng)。直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主旋翼提供升力，把直升機(jī)舉托在空中，主發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)也輸出動(dòng)力至尾部的小螺旋槳，機(jī)載陀螺儀能偵測(cè)直升機(jī)回轉(zhuǎn)角度并反饋至尾槳，通過(guò)調(diào)整小螺旋槳的螺距可以抵消大螺旋槳產(chǎn)生的不同

29、轉(zhuǎn)速下的反作用力。水下懸浮鉆探裝備，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)側(cè)推尾槳旋轉(zhuǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化轉(zhuǎn)速比，尾槳型號(hào)，使得不論鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)快慢，尾槳側(cè)推力恰好等于回旋力，使得本體平衡。通過(guò)稱為“傾斜盤”的機(jī)構(gòu)可以改變直升飛機(jī)的旋翼的槳葉角，從而實(shí)現(xiàn)旋翼周期變距，以此改變旋翼旋轉(zhuǎn)平面不同位置的升力來(lái)實(shí)現(xiàn)改變直升機(jī)的飛行姿態(tài)，再以升力方向變化改變飛行方向。水下機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)激光雷達(dá)定位技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境下，水下機(jī)器人要到達(dá)一定的位置并完成一定的任務(wù)，首先必須根據(jù)周圍環(huán)境中的特征信息確定自身在環(huán)境中的相對(duì)位置，這就是水下機(jī)器人的定位。定位技術(shù)是水下機(jī)器人導(dǎo)航的關(guān)鍵和基本問(wèn)題。目前，水下機(jī)器人的導(dǎo)航定位方

30、法有很多，兩種最基本的位姿估計(jì)法為絕對(duì)定位和相對(duì)定位。絕對(duì)定位是指利用導(dǎo)航信標(biāo)或地圖來(lái)進(jìn)行定位，主要包括：GPS導(dǎo)航定位、概率定位、電磁導(dǎo)航定位以及聲音導(dǎo)航定位等，這些方法大多測(cè)量精度不高，且所需時(shí)間長(zhǎng)。相對(duì)定位就是由水下機(jī)器人初始位置的距離和方向來(lái)確定當(dāng)前位置的過(guò)程，主要包括慣性導(dǎo)航定位和激光或紅外的導(dǎo)航定位等，其中由于激光的測(cè)量距離遠(yuǎn)、精度高和不易受干擾等優(yōu)點(diǎn)而成為目前定位研究的熱點(diǎn)。提出一種利用一維激光測(cè)距儀完成室內(nèi)水下機(jī)器人定位的方法，有效降低了工程應(yīng)用中的設(shè)備成本，與已有的位姿估計(jì)法和地圖匹配法相比，簡(jiǎn)化了機(jī)器人定位問(wèn)題，使定位更加簡(jiǎn)便。LIDAR是一種集激光，全球定位系統(tǒng)(GPS)

31、和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)三種技術(shù)與一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM。這三種技術(shù)的結(jié)合，可以高度準(zhǔn)確地定位激光束打在物體上的光斑。它又分為目前日臻成熟的用于獲得地面數(shù)字高程模型(DEM)的地形LIDAR系統(tǒng)和已經(jīng)成熟應(yīng)用的用于獲得水下DEM的水文LIDAR系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)的共同特點(diǎn)都是利用激光進(jìn)行探測(cè)和測(cè)量，這也正是LIDAR一詞的英文原譯，即Light Detection And Ranging-LIDAR。LiDAR是激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。用激光器作為發(fā)射光源，采用光電探測(cè)技術(shù)手段的主動(dòng)遙感設(shè)備。激光雷達(dá)是激光技術(shù)與現(xiàn)代光電探測(cè)技術(shù)結(jié)合的先進(jìn)探測(cè)方式。由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信息

32、處理等部分組成。發(fā)射系統(tǒng)是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導(dǎo)體激光器及波長(zhǎng)可調(diào)諧的固體激光器以及光學(xué)擴(kuò)束單元等組成；接收系統(tǒng)采用望遠(yuǎn)鏡和各種形式的光電探測(cè)器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見(jiàn)光多元探測(cè)器件等組合。激光雷達(dá)采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測(cè)方法按照探測(cè)的原理不同可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等激光雷達(dá)。激光雷達(dá)是一種工作在從紅外到紫外光譜段的雷達(dá)系統(tǒng)，其原理和構(gòu)造與激光測(cè)距儀極為相似。科學(xué)家把利用激光脈沖進(jìn)行探測(cè)的稱為脈沖激光雷達(dá)，把利用連續(xù)波激光束進(jìn)行探測(cè)的稱為連續(xù)波激光雷達(dá)。激光雷達(dá)的作用是能

33、精確測(cè)量目標(biāo)位置（距離和角度）、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度、振動(dòng)和姿態(tài)）和形狀，探測(cè)、識(shí)別、分辨和跟蹤目標(biāo)。而激光雷達(dá)是利用機(jī)載藍(lán)綠激光器發(fā)射和接收設(shè)備，通過(guò)發(fā)射大功率窄脈沖激光，探測(cè)海面下目標(biāo)并進(jìn)行分類，既簡(jiǎn)便，精度又高。水下機(jī)器人定位過(guò)程原理坐標(biāo)系的建立該方法通過(guò)各種幾何方法確定水下機(jī)器人與室內(nèi)環(huán)境的位置關(guān)系，所用到的坐標(biāo)系統(tǒng)主要有兩個(gè)，機(jī)器人坐標(biāo)系和室內(nèi)參考坐標(biāo)系。水下機(jī)器人在導(dǎo)航定位過(guò)程中，為了尋找角點(diǎn)，需要轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在機(jī)器人上的云臺(tái)帶動(dòng)一維激光測(cè)距儀的旋轉(zhuǎn)，直到一維激光測(cè)距儀的光斑對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)。所以本文選取將機(jī)器人坐標(biāo)系建立在云臺(tái)上，以云臺(tái)旋轉(zhuǎn)的水平方向?yàn)閄軸，縱軸移動(dòng)方向?yàn)閅軸，按右手系確定Z軸。

34、由于機(jī)器人是移動(dòng)的，機(jī)器人坐標(biāo)系也是相對(duì)的，所以要建立一個(gè)室內(nèi)固定的參考坐標(biāo)系來(lái)準(zhǔn)確定位機(jī)器人和空間物體。為了更好的描述水下機(jī)器人及室內(nèi)物體的位置，本文中室內(nèi)參考坐標(biāo)系選取以墻角為頂點(diǎn)。兩個(gè)坐標(biāo)系的建立示意圖如圖1所示。定位系統(tǒng)原理首先，要確定機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)與一維激光測(cè)距儀的相對(duì)位置關(guān)系。由于機(jī)器人坐標(biāo)系建立在云臺(tái)上，因此先對(duì)云臺(tái)和一維激光測(cè)距儀標(biāo)定，這是準(zhǔn)確求取目標(biāo)點(diǎn)在場(chǎng)景坐標(biāo)系中三維坐標(biāo)的前提條件。其基本方法是先在云臺(tái)上建立機(jī)器人坐標(biāo)系，然后利用云臺(tái)獲取的水平方向和垂直方向的旋轉(zhuǎn)角度分別記為A和B，以及一維激光測(cè)距儀采集到的距離信息d求取其轉(zhuǎn)換關(guān)系。這樣室內(nèi)環(huán)境中任何一特征點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系

35、下的三維坐標(biāo)，記為(xt,yt,zt)，都可以通過(guò)此轉(zhuǎn)換關(guān)系求得。通過(guò)人機(jī)交互式遙操作旋轉(zhuǎn)云臺(tái)尋找墻角，使一維激光測(cè)距儀的光斑打到此墻角點(diǎn)，并以此墻角點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，墻角三條棱線為坐標(biāo)軸建立室內(nèi)參考坐標(biāo)系。根據(jù)上面所述，空間目標(biāo)點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)在對(duì)云臺(tái)和激光測(cè)距儀標(biāo)定后都可以求得，以下要解決的問(wèn)題是如何把目標(biāo)點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到室內(nèi)參考坐標(biāo)系下。為完成機(jī)器人坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，必須要求出兩個(gè)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T。而要求得R和T必須在兩個(gè)坐標(biāo)系下有至少三個(gè)已知坐標(biāo)的非共線點(diǎn)才能進(jìn)行測(cè)量，即若能在機(jī)器人坐標(biāo)系(設(shè)為O1)和參考坐標(biāo)系(設(shè)為O2)下尋找到至少

36、三個(gè)在兩個(gè)坐標(biāo)系下坐標(biāo)分別已知的公共點(diǎn)，且三個(gè)點(diǎn)非共線，便能求出O1和O2的相對(duì)關(guān)系，即可以求出R、T。以下的問(wèn)題就是要解決如何在機(jī)器人坐標(biāo)系下得到三個(gè)以上的點(diǎn)的坐標(biāo)并通過(guò)激光測(cè)距儀的距離信息得到旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T。通過(guò)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，由激光測(cè)距儀掃描得到在參考坐標(biāo)系下的分別在X、Y、Z軸上的三個(gè)點(diǎn)A、B、C，如圖2所示。的DLS-C15激光測(cè)距傳感器 LMSZOO單線激光雷達(dá)是最常用的激光雷達(dá)類型，其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)獲取速度快，一幀數(shù)據(jù)只包含一條掃描線，數(shù)據(jù)量小，便于快速處理。這種激光雷達(dá)的缺點(diǎn)是只能獲得位于一個(gè)掃描平面的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)在嚴(yán)格意義上仍屬于二維空間數(shù)據(jù)。本文研究中使用的單線激光雷達(dá)參數(shù)

37、見(jiàn)。掃描角度范圍180掃描電機(jī)工作周期75角度分辨率0。25/0。5/1目標(biāo)10%反射率下測(cè)量距離10最大測(cè)量距離80測(cè)量分辨率10系統(tǒng)測(cè)距誤差+-15工作溫度0-50視頻無(wú)線傳輸無(wú)線模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本應(yīng)用方案簡(jiǎn)要技術(shù)說(shuō)明一、無(wú)線圖像監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成前端：攝像機(jī)、鏡頭、云臺(tái)、解碼器，與閉路監(jiān)控系統(tǒng)相同。終端：硬盤錄像機(jī)、監(jiān)視器或電視機(jī)、矩陣等控制器，與閉路監(jiān)控系統(tǒng)相同。傳輸通道：包括兩個(gè)分系統(tǒng)：微波圖像傳輸系統(tǒng)-用于把監(jiān)控點(diǎn)圖像傳送到監(jiān)控室。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)-用于把監(jiān)控室各項(xiàng)控制命令傳送到監(jiān)控點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控點(diǎn)云臺(tái)、鏡頭等無(wú)線控制。二、無(wú)線圖像傳輸系統(tǒng)：無(wú)線發(fā)射機(jī)-無(wú)線接收機(jī)-低噪聲放大器-

38、八木定向天線三、無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)傳輸特點(diǎn)微波圖像傳輸系統(tǒng)：-無(wú)線、實(shí)時(shí)、連續(xù)、無(wú)失真?zhèn)鬏斠宦穲D像和聲音。-接駁任何品牌的彩色/黑白/夜視攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、矩陣、監(jiān)視器、電視機(jī)等視頻設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻和音頻信號(hào)。-傳輸距離300米50公里。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：-無(wú)線、無(wú)延時(shí)、靈活傳輸云臺(tái)鏡頭等控制命令。-接駁任何品牌的硬盤錄像機(jī)、矩陣控制器以及專用鍵盤。-RS232或RS485標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，碼速率：1200/2400/4800/9600可選。-傳輸距離5-30公里，可與微波圖像系統(tǒng)配套。四、微波信號(hào)的傳輸條件采用微波產(chǎn)品構(gòu)建無(wú)線遠(yuǎn)程電視監(jiān)控系統(tǒng)，有一個(gè)近似苛刻的條件是要求每一監(jiān)控點(diǎn)到監(jiān)控之間空中無(wú)阻

39、擋，即要求發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)阻擋，也就是所謂的視距傳輸條件。視距傳輸條件的內(nèi)涵是：眼睛能夠看到的地方（或光能夠穿透的東西），微波信號(hào)就能夠傳過(guò)去，否則微波信號(hào)就傳不過(guò)去。微波圖像傳輸系統(tǒng)的傳播特點(diǎn)：微波圖像傳輸系統(tǒng)工作頻率高，相對(duì)波長(zhǎng)短，其繞射能力差，傳輸時(shí)，必須滿足視距條件。即接收和發(fā)射天線之間無(wú)遮擋，有遮擋時(shí)可加大功率繞射或設(shè)立中繼站發(fā)站。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳播特點(diǎn)：由于監(jiān)控系統(tǒng)的控制分系統(tǒng)工作于一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式，一臺(tái)發(fā)射機(jī)要求能夠覆蓋所有監(jiān)控點(diǎn)，為此，一般無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都工作在高頻波段，其頻率比較低，信號(hào)的繞射、反射能力強(qiáng)，所以發(fā)射天線和接收天線之間無(wú)需滿足可視條件，也就是說(shuō)一般

40、情況下，無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)和無(wú)線數(shù)據(jù)接收機(jī)之間可以有阻擋。五、無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)連接與調(diào)試微波圖像傳輸系統(tǒng)：可以駁接任何品牌的攝像機(jī)、球機(jī)，彩色或黑白攝像機(jī)。無(wú)需調(diào)試，即裝即通。DC12V供電。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：透明通道，無(wú)需用戶提供任何通信協(xié)議。直接與硬盤錄像機(jī)或矩陣控制器相連即可。AC220V或者AC24V供電。數(shù)據(jù)格式：1個(gè)停止位，8位數(shù)據(jù)位，奇/偶/無(wú)校驗(yàn)（可設(shè)置），無(wú)需調(diào)試，即裝即通。毫瓦級(jí)無(wú)線影音傳輸設(shè)備是一種各方面性能都比較的出色的品種，它的功率余量大，更能適合各種復(fù)雜的實(shí)際環(huán)境。在使用0db的小全向天線時(shí)，在空曠地能保證傳輸500米以上，而且發(fā)射機(jī)工藝精湛，金屬外殼，散熱條件良好，長(zhǎng)時(shí)間

41、工作溫升很低。信號(hào)輸入端子是常用的AV插座，所以能更方便地和攝像機(jī)、VCD等信號(hào)源配接。發(fā)射機(jī)體積62x42x48mm，重量70克。毫瓦的設(shè)備清單：毫瓦發(fā)射機(jī)-0dB的小全向發(fā)射天線-0dB的小全向接收天線-小型接收機(jī)工作頻率：1.2GHz頻點(diǎn)：1.08G、1.12G、1.16G、1.20G1.3GHz頻點(diǎn)：1.24G、1.28G、1.32G、1.36G2.4G頻點(diǎn)：2.413G、2.432G、2.451G、2.47G操作說(shuō)明：A、將音視頻連接線，兩端的紅、白兩個(gè)頭，用于接收機(jī)跟監(jiān)視器(電視機(jī))之間的連接；其中PT-603接收機(jī)：VIDEOOUT為視頻輸出，AUDIOOUT為音視輸出，分別連接

42、于監(jiān)視器(電視機(jī))的視頻、音頻輸入口；B、將發(fā)射機(jī)的VIDEO與攝像機(jī)(頭)VIDEO通過(guò)AV線連接線起來(lái)，其中發(fā)射機(jī)的工作環(huán)境要求為DV12V穩(wěn)壓電源，亦可使用干電池供電；C、無(wú)線影音傳輸設(shè)備工作前必需做到：通電前必需先接天線；D、頻道選擇：在發(fā)射機(jī)側(cè)面有一組四位的撥碼開(kāi)關(guān)，改變發(fā)射機(jī)側(cè)面的撥碼位置就是改變發(fā)射頻道。工作電壓DC9-12V，工作電流600mA，頻道數(shù)量4個(gè)頻道，傳輸頻率0。9G1。2GHz，接收頻率0.9G1.2G輸出功率1000mW，無(wú)障礙傳輸距離500800m，外形顏色黑色，工作溫度-10°+50°接收機(jī)體積115*60*20，發(fā)射機(jī)體積62x52x3

43、8mm(mm)，重量200g功能特點(diǎn)：DC12V供電、耗電小、輸出功率大、傳輸距離遠(yuǎn)；體積小、重量輕、散熱快、密封效果好，全防水外殼；PLL技術(shù)、線性調(diào)試、防浪涌技術(shù)、具有較強(qiáng)的抗干擾性能；調(diào)頻方式、音視頻同步傳輸，圖像實(shí)時(shí)連續(xù)且清晰穩(wěn)定，無(wú)失真。整體結(jié)構(gòu)材料與浮體材料浮力筒設(shè)計(jì)浮力筒密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般是將其安裝在一個(gè)絕緣的腔體內(nèi)。通常的實(shí)際做法有以下兩種：首先就是將腔體里面充油，通過(guò)油來(lái)實(shí)現(xiàn)空間的絕緣，這種方法可靠性比較好，而且能夠保證內(nèi)外壓平衡，降低腔體壁厚減輕重量，這種形式一般在深海環(huán)境下使用較多;另外一種就是采用耐壓浮力筒，并進(jìn)行相應(yīng)的密封設(shè)計(jì)，保證空間的絕緣同時(shí)又能提供相應(yīng)的浮力。這種

44、做法主要用于淺水及中等水深的環(huán)境，由于工作壓力有限，所以壁厚通常也不會(huì)很大。它的絕緣可靠性完全取決于密封，所以密封形式的選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得相當(dāng)重要。從現(xiàn)有的水下機(jī)器人發(fā)生使用故障來(lái)看，因?yàn)槊芊鈫?wèn)題產(chǎn)生的電子元器件故障比其他故障要多?？紤]到工作壓力不是很大，而且最后尾部封頭需要安裝多個(gè)水密接插件，而且接插件與封頭之間也存在密封問(wèn)題，所以最后確定尾部封頭采用平蓋形式。ROV除承受自身重量外，還需承受外攜載荷的重量，這就需足夠浮力材料為ROV在水中重量提供浮力補(bǔ)償，保證ROV在水下游走時(shí)具備最大的穩(wěn)定性與機(jī)動(dòng)性，因此，浮力材料除為ROV提供必須的凈浮力外，還能提高ROV攜帶有效載荷能力，減少ROV整

45、體重量與外型尺寸，提高其水下運(yùn)動(dòng)能力，是ROV必不可少的一部分。一臺(tái)ROV配備浮力材料取決于ROV攜帶實(shí)際載荷情況，因此，ROV規(guī)格數(shù)中，一個(gè)重要參數(shù)是其攜帶外載荷的能力。噴涂黃油漆，浮力材料一般安置在ROV頂部，而底部安放重型部件，這樣整個(gè)ROV系統(tǒng)的浮力材料中心與ROV重力中心分開(kāi)，便可在ROV水下工作時(shí)，為ROV提供靈活性、穩(wěn)定性。當(dāng)ROV不攜帶外載荷時(shí)，需放置鉛塊做壓載物，來(lái)調(diào)整ROV的浮力狀態(tài)，ROV出廠時(shí)，其供應(yīng)商都會(huì)配備相應(yīng)的鉛塊。裝備在ROV的外載荷是靜態(tài)的，故浮力材料補(bǔ)償ROV重量時(shí)，盡可能保持ROV在水中接近中性，以提高ROV運(yùn)動(dòng)的機(jī)動(dòng)性，但實(shí)際中ROV常保持略正浮力狀態(tài)，

46、以保證ROV臍帶纜被水下結(jié)構(gòu)物或船螺旋槳割斷后，能利用其自身正浮力漂浮至海面，能被快速搜查與打撈上來(lái)。電控系統(tǒng)控制方式：采用無(wú)線遙控方式、半潛巡航設(shè)計(jì)無(wú)線遙控：背鰭露出天線，天線防水，潛入水下1米，岸上也可接收信號(hào)進(jìn)行工作，潛水狀態(tài)時(shí)進(jìn)入無(wú)人自動(dòng)工作狀態(tài)，天線收縮（或裸露在水中）自動(dòng)控制。電控系統(tǒng)ROV水下控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，微處理器（MCU）融合了處理器。它具有豐富的系統(tǒng)與應(yīng)用外設(shè)及標(biāo)準(zhǔn)的接口：外部總線接口（EBI）、10/100Base-T型以太網(wǎng)卡接口、4個(gè)通用同步/異步接收/發(fā)送器（USART）、主機(jī)/從機(jī)串行外設(shè)接口（SPI）、兩線接口（TWI）、3個(gè)同步串行控制器（SSC）、USB2。0全速（12MB/s）主機(jī)端口、USB2.0全速（12MB/s）器件端口等等。該芯片具有高性能、低功耗、低成本、小體積等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各種嵌入式系統(tǒng)中，如通信、軍事、航空、航天、工業(yè)控制、交通等領(lǐng)域?？刂葡到y(tǒng)的其它模塊的搭建。光纖發(fā)射卡-通訊串口電子羅盤調(diào)試串口-多通道A/D模塊-開(kāi)關(guān)量輸入。3.1控制系統(tǒng)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的可以工作的系統(tǒng)，通常由微控制器（MCU），時(shí)鐘電路、實(shí)時(shí)電路、擴(kuò)展存儲(chǔ)器電路、復(fù)位電路等組成。為減少系統(tǒng)的復(fù)雜性系統(tǒng)最小系統(tǒng)沒(méi)有搭建實(shí)時(shí)電路，