阅读说明：本技术 一种双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台 (Posture adjusting platform for two-degree-of-freedom camera and sonar ) 是由 陈潇 夏占 徐江 徐维 袁航 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种无人船载双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台,包括平台主体(11)、横杆(12)、后上推杆(13)、后下推杆(14)、前下推杆(15)、前上推杆(16)、惯性传感器(U4)和曲柄双滑块机构,其特征在于,所述的无人船艏部开有上下贯通的围阱,围阱上端开口敞开,下端开口用声纳导流罩封闭,所述的平台主体(11)为长筒形结构并竖直地位于所述的围阱之中,平台主体(11)通过轴承安装在所述的横杆(12)上,横杆(12)穿过平台主体(11)的质量中心,平台主体(11)开有上下竖直方向的导槽。本发明的姿态调整平台结构简单、反应速度快,可将无人船摄像头、水下探测声纳的平台主体与舵机的遥臂的运动状态连接,使姿态稳定平台对操舵带来的横摇进行快速补偿。(The invention provides an unmanned ship-borne two-degree-of-freedom camera and a posture adjusting platform for sonar, which comprises a platform main body (11), a cross rod (12), a rear upper push rod (13), a rear lower push rod (14), a front lower push rod (15), a front upper push rod (16), an inertial sensor (U4) and a crank double-slider mechanism and is characterized in that a fore part of the unmanned ship is provided with a trap which is communicated up and down, an opening at the upper end of the trap is opened, an opening at the lower end of the trap is closed by a sonar flow guide cover, the platform main body (11) is of a long cylindrical structure and is vertically positioned in the trap, the platform main body (11) is arranged on the cross rod (12) through a bearing, the cross rod (12) penetrates through the mass center of the platform main body (11), and the platform main body (11) is provided with a guide groove in the. The attitude adjusting platform is simple in structure and high in response speed, and can connect the motion states of the unmanned ship camera and the platform body of the underwater detection sonar with the remote arm of the steering engine, so that the attitude stabilizing platform can quickly compensate for the rolling caused by steering.)

一种双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台

技术领域

本发明属于电子设备姿态稳定技术领域，具体涉及一种无人船载双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台。

背景技术

无人船作为一种常见的水面航行载体，正在被广泛应用于水环境监测、水下地形地貌勘探等领域。为了保证监测、勘探任务的顺利进行，无人船需要搭载摄像头、水下探测声纳等装置，为使其在浪流干扰下仍能维持较好的工作状态，必需具有一个安装摄像头、水下探测声纳等装置的姿态稳定平台。

现有技术中的姿态稳定平台一般都是采用陀螺仪和加速度传感器采集平台姿态后，进行机械补偿实现稳定的。不过，搭载摄像头、水下探测声纳等装置的无人船，航行与江湖海洋的水面上，受到波浪及无人船自身不稳定的影响，一般普通民用的姿态稳定技术难以适用于无人船航行的严苛工况。无人船一般吨位较小，相对于水面波浪情况，横摇或操舵造成的摆动角度和升沉相对距离较大。现有技术中也有应用于船舶的摄像头稳定平台，不过要么应用于大型船舶，不适用于小型无人船；或采用结构技术复杂的多自由度云台，成本高、反应速度慢。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台，结构简单、反应速度快，可应用于无人船摄像头、水下探测声纳等装置的姿态稳定平台，将平台主体与舵机的遥臂的运动状态连接，使姿态稳定平台对操舵带来的横摇进行快速补偿。同时，带有升降装置对无人船的升沉进行补偿，保证船载像头、水下探测声纳精准工作。

本发明的具体技术方案是一种无人船载双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台，包括平台主体、横杆、后上推杆、后下推杆、前下推杆、前上推杆、惯性传感器和曲柄双滑块机构，其特征在于，

所述的无人船艏部开有上下贯通的围阱，围阱上端开口敞开，下端开口用声纳导流罩封闭，在围阱上端开口处还具有用电动作动器启闭的风雨罩，所述的风雨罩为半球壳状，用于在风雨气象中封闭围阱上端开口，

所述的后上推杆、后下推杆、前下推杆和前上推杆的缸体底部端盖固定安装在无人船船体上，前下推杆和前上推杆上下对称并位于所述的围阱指向船艏的前端，后上推杆和后下推杆上下对称并位于所述的围阱指向船艉的后端，前下推杆和前上推杆与后下推杆和后上推杆以无人船横剖面对称，前下推杆和前上推杆的活塞中心线共线并位于无人船中纵剖面内，后下推杆和后上推杆的活塞中心线共线并位于无人船中纵剖面内，

所述的横杆一端与前下推杆和前上推杆的活塞的自由端固定安装，横杆另一端与后下推杆和后上推杆的活塞的自由端固定安装，横杆的中心线位于无人船中纵剖面和水平剖面的交线上，

所述的平台主体为长筒形结构并竖直地位于所述的围阱之中，平台主体通过轴承安装在所述的横杆上，横杆穿过平台主体的质量中心，平台主体开有上下竖直方向的导槽，

所述的惯性传感器安装的平台主体的筒形结构内，

所述的曲柄双滑块机构包括滑块一、摇杆和滑块二，所述的滑块一位于平台主体的导槽内，所述的滑块二与无人船的操控舵的摇臂连接，由所述的摇臂驱动滑块二作直线往复运动，所述的摇杆分别铰接在滑块一和滑块二上。

更进一步地，还包括摄像头和水下声纳，所述的摄像头通过电动云台安装在平台主体的上端并露出所述的围阱之外，所述的水下声纳通过电动云台安装在平台主体的下端并位于声纳导流罩之上。

本发明的有益效果是1)本发明的姿态调整平台，其平台主体与舵机的摇臂的运动状态连接，使姿态稳定平台对操舵带来的横摇进行快速补偿，降低了运算工作量，避免了因横摇角度过大，超出了惯性传感器测量阈值而带来的算法不收敛问题；2)具有惯性传感器，采用现有技术的算法配合电动推杆，能够对无人船的沉浮进行补偿；3)取消了现有技术中多自由度平台中对无人船纵摇的补偿机构，因为无人船纵摇摇角相对较小、摆动周期长，并且无人船搭载的摄像头、水下探测声纳等设备也有自身稳定装置，对无人船纵摇补偿意义不大，反而造成姿态调整平台自身及安装结构复杂、成本高。

附图说明

图1为安装本发明的双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台的无人船示意图；

图2为本发明的双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台立体示意图；

图3为本发明的双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台的工作示意图；

图4为本发明的双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台的模块结构示意图；

图中，姿态调整平台1，平台主体11，横杆12，后上推杆13，后下推杆14，前下推杆15，前上推杆16，摄像头17，水下声纳18，

无人船船体2，操控舵3，推进器4。

具体实施方式

下面结构说明书附图对本发明的具体技术方案作进一步地描述。

如附图1所示，搭载有本发明的双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台的无人船，所述的无人船艏部开有上下贯通的围阱，围阱上端开口敞开，下端开口用声纳导流罩封闭，在围阱上端开口处还具有用电动作动器启闭的风雨罩，所述的风雨罩为半球壳状，用于在风雨气象中封闭围阱上端开口。操控舵3和推进器4用以实现无人船的运动控制。

如附图2所示，本发明的为双自由度摄像头及声纳用姿态调整平台包括平台主体11、横杆12、后上推杆13、后下推杆14、前下推杆15、前上推杆16、惯性传感器U4、曲柄双滑块机构、摄像头17和水下声纳18。后上推杆13、后下推杆14、前下推杆15、前上推杆16为电动推杆。摄像头17和水下声纳18分别通过电动云台安装在体平台主体11的上下两端上。横杆12从平台主体11的几何中心穿过并通过轴承与平台主体11转动连接到一起。所述的曲柄双滑块机构包括滑块一、摇杆和滑块二，所述的滑块一位于平台主体11的导槽内，所述的滑块二与无人船的操控舵3的摇臂连接，由所述的摇臂驱动滑块二作直线往复运动，所述的摇杆分别铰接在滑块一和滑块二上。通过控制舵机U3，可以操控平台主体11绕横杆12所在轴线转动。横杆12的两端安置有四个电动推杆，为后上推杆13、后下推杆14、前下推杆15和前上推杆16，后上推杆13与前上推杆16保持同步运动，其伸出位移等于后下推杆14与前下推杆15的缩进位移。通过操控4根电动推杆，横杆12可沿竖直方向上下移动。后上推杆13、后下推杆14、前下推杆15和前上推杆16的缸体安装基座均固定安装在无人船船体2内，并为横杆12提供支撑。

如附图3所示，由于横杆12的姿态由电动推杆后下推杆14、后上推杆13、前上推杆16、前下推杆15所固定，所以当舵机U3操控其摇臂转动时，平台主体11将与横杆12所在轴线X的垂直轴Y之间产生旋转角度(记为α)。因此通过调节α，可以修正无人船横摇产生的Y轴角度偏移。比如，无人船的操控舵3的舵面向右舷转向，无人船船艏向右舷偏转，因离心力的作用，无人船船体2产生向右舷的横摇。此时，通过操控舵3的摇臂的作用，通过曲柄双滑块机构带动，平台主体11产生一个向左舷的转动，从而抵消了无人船向右转向带来的向右舷的横摇。无人船在海浪的作用下发生沉浮时，惯性传感器U4侦察到平台主体11的上下位移b，可通过现有的算法计算补偿量，操控电动推杆后下推杆14、后上推杆13、前上推杆16、前下推杆15，调整横杆12在Y轴上的位移，可以修正无人船升沉产生的Y轴位移。

如附图4所示，舵机控制器U2用以控制舵机U3，也能驱动平台主体11进行相对于横杆12的转动。推杆控制器U5用于完成电动推杆后下推杆14、后上推杆13、前上推杆16、前下推杆15的伸缩同步控制。惯性传感器U4安置在平台主体11内，用于实时采集平台主体11的姿态。无人船MCU U1通过分析惯性传感器U4返回的姿态信息，解算平台主体11的升沉状态，并向推杆控制器U5发布操控指令，以实现对平台主体11纵向位置距离的控制。

虽然本发明已经以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。