[发明专利]用于水下目标探测与处置的遥操作无人潜水器

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下探测与作业机器，特别是一种无人潜水器，应用于清澈水域和混浊水域水下目标探测与处置技术领域。

背景技术

遥操作无人潜水器（Remote Operated Vehiele，ROV）是水下探测与作业机器，由于它广泛地应用了机器人的相关技术，目前又称其为水下机器人。遥操作无人潜水器系统包括带有推进装置、水下摄像机的潜水器本体、连接潜水器和水面系统的电缆和水面动力供应系统组成。由于遥操作无人潜水器可以替代人潜入水下探测水下目标，大大减轻了相关作业对潜水员的依赖，扩展了人类的探索范围，同时提高了人们在危险环境下作业能力与作业安全性。近年来，遥操作无人潜水器得到了越来越多的应用，成为国际上的研究热点之一。

遥操作无人潜水器多数配备有水下摄像系统，在操作方式上，操作人员通过操作设备观察ROV传输上来的图像进行第一视角操作。常规的ROV在应用方面具有很明显的局限性：

首先，通过第一视角图像进行遥控操作仅限于在清澈的水域进行水下探测，难以应用于混浊水域。实际上，在我国大部分的水域，包括近海、大多数城市内河等水质混浊，泥沙含量高。以黄浦江为例，在强光辅助下，摄相机在水下的观测距离仅为5cm左右。显然采用摄像机在混浊水域进行水下检测的办法几乎失效。

其次，大多数ROV并不具备对水下目标进行操作与处置的能力。而在某些应用场合中，人们要求ROV不但能检测发现水下目标，而且要求ROV能对目标进行相关的操作，如捕获、打捞可疑目标等。

第三，由于通常在水下缺乏明显的参照物，所采用的第一视角遥控操作方式下，操作人员通过经验进行判断和操作，这不但提高了操作难度，而且很难实现对ROV的准确定位。

第四，常规ROV采用电缆传输信息，其传输距离与信息的带宽有限。

可实现混浊水域水下目标探测与处置的多功能ROV的目的在于提高ROV的使用性能，拓展ROV的应用范围。在这方面，法国、美国等海洋国家做了大量的工作，但没有检索到能克服上述全部技术缺陷的相关技术文献，也尚未制造出克服上述技术缺陷的可靠的能够应用于浑浊水域水下目标探测与处置的相关潜水器产品。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于水下目标探测与处置的开架式遥操作无人潜水器，尤其是用以实现混浊水域水下目标探测与处置，从而提高无人潜水器的使用性能，扩展其应用范围。

本发明的构思是：

1. 为了使ROV在清水和混浊水域均可进行探测，水下探测设备采用强光探照灯和微光摄相机以满足清水探测，还另外采用探测声呐以实现混水探测。同时为了灵活控制探测角度，在ROV前部安装俯仰转动云台，云台上的随动微光摄相机与分体式探测声呐的声学透镜可随俯仰云台转动。

2. 为了使ROV具有对水下目标进行操作与处置的能力，在ROV上预留机械手的机械与电气接口，机械手与潜水器之间通过搭板与螺栓进行机械连接，通过可插拔式连接缆进行电气连接。机械手可以方便拆卸与安装，机械手拆卸后不影响潜水器的探测功能。所采用的连接方式方便更换安装使用不同形式的机械手，如抱持式机械手、网兜式机械手、机械臂等等，以满足不同方式的水下处置操作需要。

3. 为实现对ROV进行准确定位，在ROV上安装定位、定姿传感器组。传感器组包括姿态参考系统、声呐高度计、水压计和超短基线定位声呐应答器。其中姿态参考系统可获得潜水器的实时姿态，包括磁艏向角、横滚角和俯仰角；声呐高度计可获得潜水器距河床或海床的高度；水压计用于获得潜水器的入水深度；超短基线定位声呐应答器通过与母船的超短基线定位声呐系统配合，以确定潜水器相对于母船的位置。

4. 为了提高ROV机载信息传输距离与信息传输带宽，在ROV与水面控制站之间采用光纤通信。光纤通信电路板可将接入的两路图像和多路数字信号合并调制成一路光信号传输。

5. 为了满足ROV的动力需要，ROV的电源仓接入的交流电源后变换输出24V~48V可调的直流电源，为多个螺旋桨推进器提供最大3600W的输出功率；电源管理仓内发热器件通过水冷模块进行冷却。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：