一种潜水跟拍水下机器人

1.本发明属于水下机器人领域，具体涉及一种潜水跟拍水下机器人。


背景技术：

2.随着海洋旅游业发展，潜水爱好者增多，伴随而来就是水下拍照业务的蓬勃发展。然而潜水人员在水下拍照留念时只能够依靠同伴为自己拍摄或者依靠水下机器人拍摄。常见的水下缆控机器人由于其自身携带缆线，容易缠绕、打结，并且携带不便，不便于用于潜水跟拍。而无缆水下机器人由于需要携带锂电池供能，存在续航问题。针对以上技术的不足，本发明提出了一种无需人员操作，自动跟随潜水员的跟拍机器人。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提一种无缆、高续航的潜水跟拍水下机器人。
4.本发明的目的通过如下技术方案来实现：
5.一种潜水跟拍水下机器人，包括两个水平螺旋桨推进器、垂直螺旋桨推进器、观测舱、壳体和电池支架；壳体内安装有阳极氧化铝型材作为骨架，壳体后侧加工有左右涵道，两个水平螺旋桨推进器安装在左右涵道内部，并固定在骨架上；垂直螺旋桨推进器位于壳体中部，并固定在骨架上，壳体顶部和底部设有通孔模块，垂直螺旋桨推进器与通孔模块相通；电池支架位于壳体内部后侧底部，并固定在骨架上；观测舱安装在壳体前端，并固定在骨架上；观测舱包括透明筒、控制板、摄像头和步进电机；透明筒的两端设有端盖以密封透明筒，摄像头位于透明筒内部前端，步进电机与摄像头侧面连接，控制板位于摄像头后面，并与步进电机连接，用于控制步进电机，带动摄像头在角度为
±
30
°
的范围内转动和定位到特定的位置。
6.进一步地，所述壳体周围填充浮力材料，以增强垂直方向的机动力。
7.进一步地，所述壳体和观测舱组成的结构四周为弧面结构。
8.进一步地，所述控制板通过自带的io控制水平螺旋桨推进器和垂直螺旋桨推进器的正反转和转速。
9.进一步地，所述摄像头为具有定基线长定焦双目摄像头，所述摄像头将采集到的视频信息上传到控制板，控制板根据摄像头上传的信息，通过轻量化的卷积神经网络对场景中的物体进行识别、测距并通过视差信息构建场景的稀疏点云地图。
10.本发明的有益效果在于：
11.本发明提供的潜水跟拍水下机器人，动力来源为螺旋桨推进器。本发明采用两个水平螺旋桨推进器，并将水平螺旋桨推进器设置于水下机器人的涵道内，有效的提高水平螺旋桨推力以及降低功耗。此外推进器涵道包含在机器人内部，减少传统外露推进器容易造成的螺旋桨误伤人员的问题，提高了安全性，避免了近距离操作时的危险。同时搭载在电子舱内的控制系统可搭载智能系统，保持与潜水员的安全距离，并可以用过预设手势对机器人进行无接触才做，进一步提升安全性。本发明封闭且经过水动力优化的机器人封闭外
壳能有有效的减少机器人的阻力，并保证三个推进器控制下机器人的稳定性和操纵性，减少了机器人的能耗。
附图说明
12.图1是本发明潜水跟拍水下机器人的结构示意图；
13.图2为本发明潜水跟拍水下机器人的前视图；
14.图3为本发明潜水跟拍水下机器人的下视图；
15.图4为本发明观测舱的结构示意图；
16.图5为本发明观测舱的俯视图；
17.图6为本发明潜水跟拍水下机器人的结构透视如图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明做进一步描述。
19.根据图1至图3，本发明提供的一种潜水跟拍水下机器人，包括两个水平螺旋桨推进器1、垂直螺旋桨推进器2、观测舱3、壳体4和电池支架27。
20.所述壳体4为潜水跟拍机器人的支撑件，内有阳极氧化铝型材作为骨架。根据图1和图6，两个水平螺旋桨推进器1分别位于壳体4后侧的左右涵道25内，固定在阳极氧化铝型材上，用以驱动潜水跟拍水下机器人的前进、后退和旋转。两个水平螺旋桨推进器1位于涵道25内，能减少叶尖的诱导阻力，进而提升效率，在相同的功率消耗下，涵道25能提升水平螺旋桨推进器1的推力。同时由于涵道25的环括作用，具有更好的安全性。
21.所述设置在阳极氧化铝型材上的水平螺旋桨推进器1可以根据需要改变在型材上固定的相对位置，配置灵活，便于安装、放置。
22.所述垂直螺旋桨推进器2设置于壳体4中部，固定在阳极氧化铝型材上，数量为一个。观测舱3设置于壳体4的阳极氧化铝型材上，设置于潜水跟拍机器人最前端，用于实施监测跟踪对象、实时录像和潜水跟拍水下机器人的运动控制，达到自主跟随。
23.由于本机器人比重大于水的比重，会产生负浮力。为解决这问题，在壳体4周围填充浮力材料，以降低对垂直螺旋桨推进器2的性能要求，增强垂直方向的动力。同时垂直螺旋桨推进器2的上下为通孔模块26，有效增强垂直螺旋桨推进器2的推力。
24.所述电池架27设置于壳体4内部后侧底部，固定在阳极氧化铝型材上，数量为一个，可以根据需要调节电池架27位置调节水下机器人中心位置从而调节浮态。
25.所述壳体4和观测舱3组成的结构四周围为弧面结构，能有效的减少在水中运动的阻力，降低功耗。
26.根据图4至图6，观测舱3包括透明筒6、摄像头14、步进电机15和控制板13。
27.所述透明筒6的两端设有端盖10，用于透明筒6的密封。摄像头14、控制板13和步进电机15设置于透明筒6内，步进电机15用于驱动摄像头14旋转。
28.所述控制板13为nvidia jetson tx2，通过内置的ros(robot operation system)控制步进电机15，带动摄像头14在角度为
±
30
°
的范围内转动和定位到特定的位置，以配合实现潜水跟拍水下机器人的监视、跟踪的需要。
29.所述控制板13通过自带的io控制水平螺旋桨推进器1，和垂直螺旋桨推进器2的正
反转和转速，从而可以控制潜水跟拍水下机器人的进退、偏转和上浮下沉。
30.所述摄像头14为具有定基线长定焦双目摄像头，通过将两个摄像头采集到的视频信息上传到控制板13中，计算两个图像的视差进而确定潜水跟拍目标的位置，使水下机器人保持特点距离跟随跟拍目标。
31.所述控制板13可通过摄像头14上传的信息，通过轻量化的卷积神经网络对场景中的物体进行识别、测距并通过视差信息构建场景的稀疏点云地图。
32.除此之外，可以通过预设在系统内的手势指令对潜水跟拍水下机器人进行远程无接触控制与操作。
33.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种潜水跟拍水下机器人，其特征在于：包括两个水平螺旋桨推进器(1)、垂直螺旋桨推进器(2)、观测舱(3)、壳体(4)和电池支架(27)；壳体(4)内安装有阳极氧化铝型材作为骨架，壳体(4)后侧加工有左右涵道(25)，两个水平螺旋桨推进器(1)安装在左右涵道(25)内部，并固定在骨架上；垂直螺旋桨推进器(2)位于壳体(4)中部，并固定在骨架上，壳体(4)顶部和底部设有通孔模块(26)，垂直螺旋桨推进器(2)与通孔模块(26)相通；电池支架(27)位于壳体(4)内部后侧底部，并固定在骨架上；观测舱(3)安装在壳体(4)前端，并固定在骨架上；观测舱(3)包括透明筒(6)、控制板(13)、摄像头(14)和步进电机(15)；透明筒(6)的两端设有端盖(10)以密封透明筒(6)，摄像头(14)位于透明筒(6)内部前端，步进电机(15)与摄像头(14)侧面连接，控制板(13)位于摄像头(14)后面，并与步进电机(15)连接，用于控制步进电机(15)，带动摄像头(14)在角度为
±
30
°
的范围内转动和定位到特定的位置。2.根据权利要求1所述的一种潜水跟拍水下机器人，其特征在于：所述壳体(4)周围填充浮力材料，以增强垂直方向的机动力。3.根据权利要求1所述的一种潜水跟拍水下机器人，其特征在于：所述壳体(4)和观测舱(3)组成的结构四周为弧面结构力。4.根据权利要求1所述的一种潜水跟拍水下机器人，其特征在于：所述控制板(13)通过自带的io控制水平螺旋桨推进器(1)和垂直螺旋桨推进器(2)的正反转和转速。5.根据权利要求1所述的一种潜水跟拍水下机器人，其特征在于：所述摄像头(14)为具有定基线长定焦双目摄像头，所述摄像头(14)将采集到的视频信息上传到控制板(13)，控制板(13)根据摄像头(14)上传的信息，通过轻量化的卷积神经网络对场景中的物体进行识别、测距并通过视差信息构建场景的稀疏点云地图。

技术总结
本发明属于水下机器人领域，具体涉及一种潜水跟拍水下机器人。本发明包括两个水平螺旋桨推进器、垂直螺旋桨推进器、观测舱和壳体、电池支架；壳体内安装有阳极氧化铝型材作做的骨架，壳体加工有左右涵道，两个水平螺旋桨推进器安装在涵道内，并固定在骨架上，垂直螺旋桨推进器位于壳体中部，并固定在骨架上，壳体顶部和底部设有通孔模块，垂直螺旋桨推进器与通孔模块相通，电池支架位于壳体内部后侧底部，并固定在骨架上，观测舱安装在壳体前端，并固定在骨架上。本发明封闭且经过水动力优化的机器人封闭外壳能有有效的减少机器人的阻力，并保证三个推进器控制下机器人的稳定性和操纵性，减少了机器人的能耗。减少了机器人的能耗。减少了机器人的能耗。


技术研发人员：韩凤磊 张嘉伟 李晗生 曹强 赵毅铭 赵望源 钟贻 刘靖 聂英钊 彭潇 吴禹良
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2022/5/5