一种有缆遥控水下摄像机器人的制作方法

技术特征：

1.一种有缆遥控水下摄像机器人，包括结构系统、水下控制系统、任务载荷系统、用户控制系统、脐带电缆和电源；其特征在于，

所述结构系统包括载体框架、浮力块、推进器，以及具有透明前罩的耐压舱；水下控制系统和任务载荷系统设于耐压舱内部，耐压舱、浮力块和推进器固定安装在载体框架上；推进器共有三个，其中1个安装在载体框架的中心位置，另2个分别安装在载体框架尾部的两侧；

所述水下控制系统包括安装在耐压舱内部的基本控制模块、电机驱动模块和姿态传感器，以及安装在耐压舱外部的深度传感器和高度计；基本控制模块分别通过电缆连接至电机驱动模块、姿态传感器、深度传感器和高度计，其中与耐压舱外的部件连接由水密接插件和水密电缆完成；电机驱动模块通过电缆接至推进器；

所述任务载荷系统包括摄像头和照明灯，各自通过电缆分别与基本控制模块和脐带电缆连接；

所述用户控制系统包括用户控制终端，用户控制终端包括计算终端、触摸可视化屏幕、电缆接口和操控手柄，能通过有线通信方式与水下摄像机器人实现视频信号接收和控制信号传递；

所述脐带电缆是中性水密电缆，其内部包含多根分支电缆；其位于水下的一端分别连接结构系统、水下控制系统和任务载荷系统中的各设备，位于水上的一端分别连接用户控制作系统和电源；在通过脐带电缆向各设备提供电源的同时，利用电力线载波实现摄像头与用户控制系统之间的信号传输。

2.根据权利要求1所述的有缆遥控水下摄像机器人，其特征在于，所述载体框架是白色HDPE材料制作而成；耐压舱由机玻璃或亚克力，与铝合金管、不锈钢管或钛合金管拼接而成；所述浮力块采用与水相对密度小于0.7的浮力材料制作而成，其提供的浮力比水下摄像机器人在空气中的重量大0.5千克到5kg之间；所述推进器采用MCT90型号的直流电机，配有三叶螺旋桨；直流电机具有水下磁耦合密封结构，直流电机额定电压范围在12VDC到50VDC之间，额定功率范围在30W到200W之间。

3.根据权利要求1所述的有缆遥控水下摄像机器人，其特征在于，所述基本控制模块包括STM32系列或51系列的单片机及其辅助电路；基本控制模块还包括220V交流电转48V直流的电源板，额定功率范围在120W到800W之间；基本控制模块中设有电磁继电器，用于控制推进器和高度计供电电源的通断；所述姿态传感器模块采用MTI30或MTI300航姿参考系统，其通信接口为串口；所述深度传感器是YF-CS300D型号的压力传感器。

4.根据权利要求1所述的有缆遥控水下摄像机器人，其特征在于，所述用户控制系统还包括辅助配件，包括耳机、手写笔或控制旋钮；用户控制系统的计算终端是STM32或51系列单片机、盛博PC104微型计算机或研华微型计算机，其电缆接口中设有SW500MA电力载波监控摄像头视频接收器和有线电力猫；所述触摸可视化屏幕是诺基亚Lumia 630 635 638 RM-1010 978触摸屏。

5.根据权利要求1所述的有缆遥控水下摄像机器人，其特征在于，所述摄像头采用炫光M800摄像头，其电缆接口中设有SW500MA电力载波监控摄像头视频发送器；并对摄像头进行水下密封，密封结构具有有机玻璃制成的透明窗；所述照明灯采用LED灯，数量为两个，额定功率范围在5W到30W之间，并对LED灯进行水下密封，密封结构具有有机玻璃制成的透明窗。

6.根据权利要求1所述的有缆遥控水下摄像机器人，其特征在于，该水下摄像机器人的重量在5kg到50千克之间，其长度在30cm到80cm之间。

7.根据权利要求1所述的有缆遥控水下摄像机器人，其特征在于，所述基本控制模块中内置机动控制器模块；机动控制器模块的垂直面的纵倾力矩控制输出量通过下述公式计算获得：

τ_M＝K_pθ2(θ-θ_d)+K_dθ2q+BG_zWsinθ

其中，τ_M是垂直面的纵倾力矩，是控制输出量；θ是当前纵倾角，θ_d是当前的目标纵倾角，两者均为状态量，能通过姿态传感器测量和计算得到；(θ-θ_d)是纵倾角误差，q是垂直角速率，两者为控制输入量；K_pθ2是纵倾角误差系数，K_dθ2是垂直角速率系数，BG_zWsinθ是重力/浮力垂直静力矩，三者能通过试验测定获得，是已知参数。

8.根据权利要求1所述的水下摄像机器人，其特征在于，所述基本控制模块中内置升降控制器模块；升降控制器模块的控制输出量通过下述公式计算获得：

$F=K_p(D-D_d)+K_d\frac{\mathrm{\Δ}D}{\mathrm{\Δ}t}+K_I\∫(D-{\mathrm{\θ}}_d)dt$

其中，F是垂直面的升降力，是控制输出量；D是当前深度，D_d是当前的目标深度，两者是状态量，能通过深度传感器测量和计算得到；(D-D_d)是深度误差，是升降速率，两者是控制输入量；K_p是深度误差系数，K_d是垂直角速率系数，K_I是深度误差积分系数，∫(D-θ_d)dt是深度误差积分，均能通过试验测定获得，是已知参数。

9.根据权利要求1所述的水下摄像机器人，其特征在于，所述电源是220V交流电源，并接有电压转换装置。