一种水下精准定位探测系统的制作方法

本实用新型属于水下探测设备领域，涉及一种水下精准定位探测系统。

背景技术：

港口、码头、栈桥、水坝等工程的水下部分和布设的各种水下设施设备的日常运行状态检查、故障损伤部位检测评估等，主要依靠潜水员潜入水下进行人工检查判断，这种方法存在以下主要问题：一是水下故障损伤部位和程度难以快速检查、判断和评估；二是潜水员潜深有限，部分深水区域无法到达完成任务；三是低温、受污染等危险恶劣情况下，潜水员作业受限；四是水下维护、修复过程难以实时监控、指导。

为了解决人工检测方法存在的上述问题，当前本领域技术人员致力于研究一种水下机器人，利用能够进入水下的仪器检测水下设施设备。但是目前的水下探测仪器均无法实现精确定位和自由调整位置，因此亟需发展一种能够进行精准定位且能够自由调整位置的水下探测器。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种水下精准定位探测系统，以解决现有的水下机器人无法进行精准定位和位置调整的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种水下精准定位探测系统，包括通过缆线电性连接的水上装置和水下装置；

所述水上装置包括控制单元和集装箱，控制单元包括安装在集装箱内部的控制计算机和供电设备；

所述水下装置包括水下机器人载体和定位单元，水下机器人载体包括框架、安装在框架内的水下电源转换单元、主仪器舱与插接件单元、推进单元、信息传输模块i、压载物和探测单元及安装在框架外部的导航单元；

定位单元包括定位基阵和固定安装在水下机器人载体上的水下应答器，定位基阵由基阵框架和固定在基阵框架底部的换能器构成；收拢状态时，定位基阵折叠固定放置于集装箱中；工作状态时，定位基阵通过通讯电缆与供电设备和控制计算机连接，且定位基阵固定于码头或趸船上预设的位置处，基阵框架和换能器置于水面以下；

推进单元包括固定在框架上、能够构成矢量推进的平推推进器和竖推推进器；所述竖推推进器位于主仪器舱与插接件单元的正上方；

推进单元、探测单元、导航单元和水下应答器分别通过缆线与信息传输模块i连接；信息传输模块i与控制计算机电性连接；

所述供电设备分别与控制计算机、水下机器人载体和定位单元连接。

优选地，主仪器舱与插接件单元固定于框架的中部；

进一步优选地，水下电源转换单元和信息传输模块i密封集成于主仪器舱与插接件单元中；

进一步优选地，压载物位于主仪器舱与插接件单元的正下方。

优选地，所述导航单元由高精度电子罗盘、光纤陀螺、深度计和测高声呐组成，高精度电子罗盘和光纤陀螺固定在水下机器人载体的正前方上部；

进一步优选地，深度计和测高声呐固定在主仪器舱与插接件单元的侧后方，且位于平推推进器的下方。

优选地，所述控制计算机内设置有信息传输模块ii，信息传输模块ii与信息传输模块i通过通讯电缆连接。

优选地，探测单元位于主仪器舱与插接件单元正前方的下部，由上至下分别为视频探测器和声纳探测器。

优选地，所述供电设备包括配电箱、脐带缆绞车和发电机；

进一步优选地，所述脐带缆一部分缠绕在脐带缆绞车上，一部分分别与水下电源转换单元和信息传输模块i连接；

进一步优选地，所述供电设备采用双路供电，一路通过配电箱与外接电源连接，一路通过配电箱与发电机连接。

优选地，所述平推推进器设有4个，分布于主仪器舱与插接件单元的四个顶角。

优选地，所述基阵框架的下部由两根交叉固定的基材管组成；所述换能器设有4个，分别位于基材管的端部。

优选地，所述水上装置还包括可拆卸安装于集装箱内的吊装机构，所述吊装机构在工作时能够可拆卸固定安装在外接的码头或趸船上。

优选地，所述框架内部设置有浮力材料。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种水下精准定位探测系统，包括水下装置和水上装置，水下装置中采用水下机器人载体和定位单元，利用导航单元、水下应答器及定位单元对目标位置进行定位，同时将得到的位置信息通过信息传输模块传输给控制计算机，控制计算机控制构成矢量推进的平推推进器和竖推推进器，从而准确控制机器人前进、后退、上浮、下沉及姿态的调整，同时在出现暗流、浪涌时，通过及时调整推力方向确保机器人稳定工作。从而保证了水下探测器的水下精确定位和位置调整，从而更准确快速的获取水下信息。收拢时水下装置和水上装置均集成于集装箱中，确保系统存放安全；作业时可快速取出水下探测机器人并将其放入水中，实现系统快速展开；运输时可以快速装卸，确保系统安全高效转场。

进一步地，通过导航单元与定位单元的配合，能够准确获得水下机器人的位置、航向、速度等信息，以便于对机器人的精确操控，完成准确探测工程状态和确定故障损伤部位等工作。

进一步地，定位单元基阵框架上的四个换能器组成声基阵坐标系，同时与固定在水下机器人载体上的水下应答器相互发射和接收信号，通过测定四个换能器接受到应答器声波信号的相位差和时间差来计算换能器到应答器的方位和距离，从而实现定位功能。

进一步地，信息传输单元直接利用水下机器人的普通的供电电力线来进行数据传输，不需要在脐带缆里增加光缆，减轻脐带缆重量，提高可维修性。

进一步地，采用双路电源供电，当工作地点有市电或外接电源时采用市电或外接电源供电，当无市电或外接电源时，可采用自带发电机供电，确保系统在任何情况下均可启动工作。

进一步地，采用声光复合探测技术，结合视频探测与成像声纳探测各自的优势，满足各种清浊水质环境中的探测需要，并将水下工程设施状况清楚的成像于水面控制中心，便于检测、维护与维修。

进一步地，作业时可通过吊装机构将水下探测机器人放入水中，实现系统的快速展开；框架内设置浮力材料能够使得水下机器人载体易于收回和展开，便于控制。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的水下机器人载体前视图；

图3为本实用新型的水下机器人载体左视图；

图4为本实用新型的水下机器人载体俯视图。

其中：1为水下装置、2为脐带缆、3为吊装机构、4为脐带缆绞车、5为控制计算机、6为控制单元、7为配电箱、8为集装箱、9为水上装置、10为发电机、11为定位单元、12为通讯电缆、13为趸船、14为水下机器人载体、15为水下电源转换单元、16为主仪器舱与插接件单元、17为推进单元、18为探测单元、19为导航单元、20为水下应答器、21为信息传输模块i、22为框架、23为压载物、24为定位基阵、25为基阵框架、26为换能器、27为平推推进器、28为竖推推进器、29为高精度电子罗盘、30为光纤陀螺、31为深度计、32为测高声呐、33为信息传输模块ii、34为视频探测器、35为声纳探测器、36为缆线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1所示，水下精准定位探测系统包括水上装置9和水下装置1。水上装置9包括控制中心6、集装箱8和吊装机构3，水下装置1包括水下机器人载体14和定位单元11。控制中心6包括控制计算机5、配电箱7、脐带缆绞车4及发电机10，均固定安装在集装箱8内。收拢状态时，吊装机构3、水下机器人载体14和定位单元11均集成于集装箱8中；工作时，取出吊装机构3和定位单元11，将吊装机构3固定于码头或趸船13上，将定位单元置于水中，并通过吊装机构3将水下机器人载体14放入水中。发电机8或者外接电源经过配电箱7稳压、隔离后分别给控制计算机5、吊装机构3和定位单元11供电，同时通过脐带缆2给水下机器人载体14供电。脐带缆2缠绕在脐带缆绞车4上，当水下机器人载体14深入水中或上浮时，脐带缆绞车4通过正转或翻转对脐带缆2实现收放。通讯电缆12一端与配电箱7和控制计算机5连接，另一端连接定位单元11的定位基阵24。

如图2、3、4所示，水下机器人载体14包括框架22、水下电源转换单元15、主仪器舱与插接件单元16、推进单元17、探测单元18、导航单元19、水下应答器20、信息传输模块i21、及压载物23。主仪器舱与插接件单元16固定于框架22的中部，推进单元17中的四个平推推进器27分布于主仪器舱与插接件单元16的四个角的中上部，并固定于框架22上。推进单元17中的竖推推进器28分布于主仪器舱与插接件单元16的正上方中间位置，并固定于框架22上。探测单元18固定于框架22上，位于主仪器舱与插接件单元16正前方中下部位置，从上向下分别是视频探测器34和声纳探测器35。导航单元19中的高精度电子罗盘29和光纤陀螺30位于整个水下机器人载体14的正前上方，固定于框架22上；导航单元19中的深度计31和测高声呐32分布于主仪器舱与插接件单元16的侧后方的平推推进器27下方位置，并固定于框架22上。水下应答器20位于整个水下机器人载体14的正后上方，固定于框架22上。水下电源转换单元15和信息传输模块i21密封集成于主仪器舱与插接件单元16中。压载物23位于主仪器舱与插接件单元16的正下方，固定于框架22上。

如图1、2、3和4所示，脐带缆2的水上部分缠绕在脐带缆绞车4上并与配电箱7和控制计算机5连接，脐带缆2的水下部分进入主仪器舱与插接件单元16中与水下电源转换单元15和信息传输模块i21连接。推进单元17、探测单元18、导航单元19和水下应答器20分别通过缆线36与电源转换单元15和信息传输模块i21连接。

本实用新型的一种水下精准定位探测系统，在工作时：

集装箱8在码头或趸船13上放置平稳后，分别取出吊装机构3、定位单元11和水下机器人载体14。在码头或趸船13上固定好吊装机构3，将定位单元11放入水中并在码头或趸船13上固定好。将配电箱7与外接电源或发电机8连接并供电，启动控制单元6的控制计算机5，通过吊装机构3将水下机器人载体14放入水中。配电箱7通电后，电能通过脐带缆2进入主仪器舱与插接件单元16，经水下电源转换单元15转换成相应大小的电压和电流后驱动各器件工作。控制计算机5启动后，操作人员发出的指令通过脐带缆2传入主仪器舱与插接件单元16，经信息传输模块ii33处理后指挥各单元工作，同时，各单元的各种信息也通过缆线36传入主仪器舱与插接件单元16的信息传输模块i21处理，经处理后通过脐带缆2上传入控制计算机5中以数字、图像和画面的形式显示出来。

水下机器人载体14水中作业时，操作竖推推进器28正反转，可实现水下机器人载体的下潜或上浮；需要前进或后退时，操作平推推进器27使其正转或反转即可实现。需要转向时，操作左右两侧的平推推进器27使其出现速差即可实现。通过操作推进单元17的五个推进器，可实现水下机器人载体14的各种复杂混合路径进退、沉浮和姿态调整。

水下机器人载体14在水中的航向、速度和位置信息由定位单元11和导航单元19配合提供。定位基阵24在码头或趸船13上固定好后，即确定好了水下机器人载体的相对原点。启动定位单元11、导航单元19并通过控制计算机5对其进行同步。水下机器人载体14开始行进时，高精度电子罗盘29和光纤陀螺30会记录水下机器人载体14相对于原点的航向和速度等信息并在控制计算机5上显示出来，深度计31和测高声呐32分别记录并在控制计算机5上显示水下机器人载体14距离水面的下潜深度和距离水底的高度。固定在定位单元11基阵框架25上的四个换能器26通过与固定在水下机器人载体14上的水下应答器20相互发射和接收信号，实时快速计算出水下机器人载体14与相对原点之间的距离，并与导航单元19的信息融合后，在控制计算机5上显示水下机器人载体14的具体位置。

水下探测机器人载体14在水中进行日常运行状态检查、故障损伤部位检测评估时，主要通过探测单元18完成。当作业水域水质比较清亮时，由视频探测器34启动完成作业，当水质浑浊难易判断评估是，启动声纳探测器35将水下工程设施状况成像于水面控制单元6供判断评估。

水下精准定位探测系统工作时，操作人员对水下探测机器人载体14的各种指令输入控制计算机5后，由集成在控制计算机5中的信息传输模块ii33进行处理并加载到脐带缆2传输的电能中，经脐带缆2传输到水下机器人载体14上后，由水下机器人载体14上的信息传输模块i21进行解调，形成各种指令发往各装置驱动各单元按照指令工作。水下各单元的状态、图像等信息通过缆线36传入水下机器人载体上的信息传输模块i后，由水下机器人载体上的信息传输模块i将其加载到脐带缆2传输的电能中并上传至控制计算机5中的信息传输模块ii33，由控制计算机5中的信息传输模块ii33进行解调，形成各种指数据、图像和画面并通过控制计算机5显示出来。

综上所述，本实用新型具有通过视频与声呐成像将水下工程设施状况成像于水面控制中心，通过水面控制可实现水下探测机器人前进、后退、上浮、下沉、姿态调整、空间定位、定深定向航行，以及安全作业保护等功能。不仅解决了水下探测机器人控制、入水以及水下定位等问题，而且能够实现系统的快展开快撤，运输时可以快速装卸，确保系统安全高效转场。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。