观察型水下机器人ROV系统配置极其实际应用

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观察型⽔下机器⼈ROV系统配置极其实际应⽤
广谱抗菌素⑸机械臂
ROV在完成⽔下⽬标观察的同时,⼀般还需要装配⼀到两个机械⼿(臂),以便执⾏诸如海底取样、线缆切割等⽔下作业任务。机械⼿的主要技术指标包括⾃由度、物理尺⼨、抓取能⼒以及钳⼝扭矩等。
⒉潜⽔器与推进系统
⼀台ROV通常有三组推进器,分别⽤来推动潜器在横向、纵向和垂向三个⽅向的运动。推进器的数量与功率需根据ROV 的⾃⾝重量和作业⽔域环境等因素确定。
⽬前,ROV的推进系统主要有槽道推进型和⽮量推进型两⼤类。槽道推进型需要三组推进器,分别负责潜⽔器在前后、左右和上下三个⽅向的运动,故也称三轴推进。槽道式推进器的推⼒⽅向固定并通过潜器重⼼。⽮量推进器通过调整推⽔⾓度和转速,从⽽获得额外操纵⼒矩,输出指定⽅向的推⼒,在垂直⾯分解后垂直⽅向的⼒⽤于调节纵倾,⽔平⽅向的⼒⽤于保持速度,因⽽,也称为全⽅向推进。与槽道式推进器不同,⽮量推进器的推⼒可调且不⼀定通过潜⽔器的中⼼。
⽮量推进具有航⾏阻⼒⼩,动⼒效率⾼,可⾼速低耗⾏驶的优点,代表了推进技术的主流发展⽅向。使⽤⽮量推进器替代槽道推进,还可以使潜器更加轻量化、⼩型化,改善潜器内部布置,更好地满⾜其操纵性能的要求。从另⼀⾓度来看,由于槽道式推进的三组推进器可以独⽴执⾏前后、左右和上下
三个⽅向的运动,在静⽔区域完成⾼精准的动作有⼀定优势。如果能使⽤以⽮量推进技术为主、槽道式侧推为辅的混合式推进系统,可能会进⼀步改善ROV的操控性能。
⒊动⼒定位技术与定深定向
动⼒定位系统成本较⾼,⼜考虑⽔下定位精度、时间延迟以及运载潜器的随动性等因素,观察型ROV⼀般不配备动⼒定位系统。但是,⾃动定向和⾃动定深功能是观察型ROV系统必须具备的性能,否则将为ROV的系统操控带来极⼤的不便。
⒋⽬标观察系统锁紧螺栓
作为观察型的ROV的重要性能指标之⼀,⽬标观察系统⼀般分为光学和声学两⼤类。焊接衬垫
⑴光学成像系统
①像场与景深
受⽔体清晰度等条件影响,通过光学⼿段观察海底⽬标时,⼀般都需要尽量靠近⽬标才能获取⽐较好的成像质量。另⼀⽅⾯,距离⽬标太近,就很难获得⽬标的整体轮廓,进⽽影响⽬标整体及细部的辨认。因此,在配备光学成像系统时,需要选择尽量⼤的像场以及更⼤的景深。
根据光学成像原理可知,有效感光区域越⼤、焦距越⼩,则像场⾓越⼤。在给定的允许的模糊圈直径时,景深与对光调焦的物距和所取的光圈号数成正⽐,与摄影物镜的焦距成反⽐。表1为传统135相机在不同物距、焦距及光圈下所获得的像场与景深范围。
可见,为了获取较⼤的像场与景深,就需要选择感光元件⾯积⼤、焦距⼩的相机,并配合较⼩光圈使⽤。由于鱼眼镜头的超短焦距等独特结构设计,其视⾓可以达到甚⾄超过180°,⽤于观察⽬标的全貌具有独到的优势。
②⽔体情况与低照度相机选择
⽔下的⾃然光环境⼀般都⽐较差,特别是渤海海区底质多为细粉沙,河⼝附近多为泥沙底,沿岸地区⽔质⼤多⽐较浑浊,这就需要光学成像系统可以满⾜更低的照度 (即正常成像所需最暗光强),其主要取决于镜头的进光量和感光器件的敏感度。⽬前,主流低光相机的实验室划线平板灵敏度可以达到 0.0001Lux/F1.4,甚⾄更低,现场灵敏度也低于0.01Lux。
⑵声学成像系统
①前视声纳
干油分配器前视声纳是主动声纳的⼀种,可以在探测⽅位的⼆维平⾯内发射⼀定频率的探测声波,同时接收该范模压制品
围内的回波信号,通过成像系统可视化及图像镶嵌处理分析,得到环境物体的⽅位、⼤⼩和形态等信息。进⽽可以达到⽬标探测和避碰作⽤。
双频识别声纳也可以归并为前视声纳的⼀种,其⼯作频率为兆赫兹级。系统利⽤超声波声学聚焦成像原理,获得⾼分辨率的清晰⽔下⽬标图像,范围可以达到数⼗⽶。相关资料和试验表明,双频识别声纳可清晰识别汽车轮胎、鱼、海底沙波等细⼩的特征物标。
②聚焦多波束
也称多波束成像系统,它是⼀种聚焦多波束扫描声纳,聚焦波束宽可⼩于1°,条带波束数达数百个,形成⼀定开⾓的扫描扇区,量程分辨率达厘⽶级,最⼤量程超过百⽶。与双频识别声纳相⽐,其量程更⼤;与常规的前视声纳相⽐,其扫描精度更⾼。
声学成像系统不受⽔体的光学指标影响,⾮常适合光学成像系统不能使⽤的⽔体浑浊海域。
⑶照明系统
在⼏⼗⽶海底⿊暗背景下,要想获得满意图像,光源是光学相机清晰成像的重要因素。⼤部分ROV配置的是⽯英卤素灯,功率范围从⼏⽡特到数百⽡特。光源是ROV基本配置,但⽤户可根据需要另配光源,与基本配置的⽯英卤素灯共同为⽔下光学成像提供照明。
需要特别说明的是,不是光强越⼤,成像效果越好。光强太⼤,可能会造成图像超饱和现象。所以,照明系统应由固定亮度的灯源和可调亮度的灯源共同组成,两者协同⼯作,以便提供适宜光强。
三、我国海域环境与ROV配置
观察型ROV能否有效完成⽔下作业任务,除其⾃⾝性能外,主要受作业区域⽔流(潮流)、⽔体浑浊度及⽔深等客观条件和操控⼈员的技术⽔平等⼈为因素影响。
⒈⽔深情况
s11348渤海⼀般⽔深为20~30m,最⼤⽔深达50m;黄海⼀般⽔深为50~90m,最⼤⽔深达100m;东海、南海⼀般⽔深不超过200m,冲绳海槽最深达2700m以上,南沙岛与西沙岛之间最深达5559m。
⽬前,主流的ROV系统的⼯作⽔深基本上都超过300m。如需在更深的⽔域作业,则应增加潜⽔器及搭载设备的耐压⽔深和脐带缆长度。
⒉⽔流
海⽔的流动是在潮流和海流的共同作⽤下⽽形成。黄、渤海海区由于⽔浅、海流弱,潮流的作⽤就显得很重要。在近岸及海峡、⽔道、港湾等狭窄处,因受地形限制多为往复流,⽽在外海则多为回转流。
渤海潮流的流速⼀般为1~2kn,⽼铁⼭⽔道流速最⼤,可达6.25kn;黄海潮流的流速⼀般约为1.5kn,成⼭⾓附近可达3kn以上;东海地区的外海潮流较弱,多为旋转式;近岸⼤,多为往复式。浙闽沿岸潮流的流速约为3kn,长江⼝、杭州湾和⾈⼭岛附近,是我国近海潮流最强的地区之⼀,最⼤流速可达5kn左右;南海⼤部分海区的流速为1~2kn,琼州海峡最⼤流速可达4~5kn。
ROV推进系统决定了⽔下潜器的⾏进速度和定位与操控能⼒,⽔下潜器只有在克服了⽔流冲击的基础上才能逆⽔⾏进。如若所选设备计划在流速⼤的海域作业,就更须科学、合理配置ROV的推进系统。此外,潜⽔器的⾃重也直接影响其稳定性和可操控性。因此,需要合理配置潜⽔器的⾃重和推进功率。

本文发布于:2023-05-18 04:05:20,感谢您对本站的认可!

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