專利名稱：基于雙絞線的遙控水下機器人中繼器控制裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種遙控水下機器人的中繼器視頻傳輸與數(shù)據(jù)通信技 術(shù)，具體地說是一種通過雙絞線完成水面對中繼器的控制以及中繼器視頻 的傳輸與顯示的基于雙絞線的遙控水下機器人中繼器控制裝置。
背景技術(shù)：
遙控水下機器人是一種工作在海中的設備，通常它有三個部分組成， 水面單元、中繼器和潛水器。水面單元與中繼器之間主要通過絞車由鎧纜 連接，中繼器與潛水器之間通過系纜連接。具體的見圖l。水面單元主要用 來操作潛水器和中繼器，并把潛水器和中繼器上的視頻和傳感器等信息通 過監(jiān)視器和人機界面顯示出來。鎧纜和系纜內(nèi)部都包含動力線、雙絞線和 光纖，鎧纜外部有鎧裝層，為承重纜，承擔著潛水器和中繼器的重量，系 纜為非承重纜，在水中接近零浮力。中繼器通過鎧纜把潛水器施放到某一 作業(yè)水深，潛水器脫離中繼器，通過控制中繼器上的系纜絞車，收放系纜，
使得潛水器具有一定的作業(yè)半徑。中繼器上通常安裝有一臺攝像機、2個水 下燈及幾個電磁閥，因此，無論是在視頻傳輸和數(shù)據(jù)通信上負載量都不是 很大。傳統(tǒng)的中繼器系統(tǒng)釆用鎧纜中的1根同軸向水面?zhèn)鬏斠曨l， 一根雙 絞線傳數(shù)據(jù)。同軸傳輸視頻受到傳輸距離的限制，通常的范圍在幾百米以 下，而數(shù)據(jù)通常釆用RS-485或CAN總線通過雙絞線進行傳輸，傳輸?shù)木?離最長也不過1200米左右，顯然中繼器釆用上述方式向水面單元傳輸視頻 和數(shù)據(jù)均受到長度方面的限制，隨著海洋事業(yè)的發(fā)展，對水下機器人的需 求也隨之提高，要求水下機器人向更深、多功能和網(wǎng)絡化方向發(fā)展，因此 傳統(tǒng)的中繼器系統(tǒng)的視頻和數(shù)據(jù)傳輸遠遠不能滿足水下機器人發(fā)展的需 要。現(xiàn)代光纖技術(shù)的發(fā)展，在水下機器人的中繼器上也可應用，但由于水 下釆用光纖傳輸需要水密光纜和光多路復用器等設備，使得成本非常高， 通常是在潛水器上應用光纖，因為潛水器上的視頻源多，控制的數(shù)據(jù)量大。 中繼器若不釆用光纖，也可以使用雙絞線釆用調(diào)制解調(diào)技術(shù)，使視頻和數(shù) 據(jù)傳輸達到幾千米，但是視頻和數(shù)據(jù)各占用一對雙絞線，在鎧纜長度短時， 兩對雙絞線從占用鎧纜的空間和增加鎧纜的重量方面的矛盾還不算突出， 但是距離長時，會使鎧纜的重量增加，占用空間也變大，而且兩對雙絞線 還要使用不同的類型的調(diào)制解調(diào)設備，這增加了中繼器部分電子艙的安裝 空間和重量，而且也增加了成本與不可靠性。
實用新型內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種釆用一對雙絞線傳輸視頻和數(shù)據(jù)的遙控水下機器人中繼器控制 裝置，既可以將中繼器的視頻傳輸?shù)剿?，又可以實現(xiàn)水面對中繼器信號 的釆集和控制。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型釆用的技術(shù)方案是
本實用新型基于雙絞線的遙控水下機器人中繼器控制裝置，該水下機
器人具有水面單元、中繼器及潛水器，其特征在于分別在水面單元及中 繼器建立以太網(wǎng)，水面單元的以太網(wǎng)和水下中繼器的以太網(wǎng)經(jīng)主、從調(diào)制 解調(diào)器通過一對雙絞線連接起來，構(gòu)成一個統(tǒng)一的以太網(wǎng)絡傳輸視頻信號 和控制信號。
所述水面單元的以太網(wǎng)由主控計算機的網(wǎng)口、 1/0釆集節(jié)點的網(wǎng)口、視 頻解碼器的網(wǎng)口以及主調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)口分別與水面單元中的網(wǎng)絡交換機 的網(wǎng)口連接構(gòu)成；所述水下中繼器的以太網(wǎng)由中繼器的I/O采集及輸出節(jié)點 的網(wǎng)口 、視頻編碼器的網(wǎng)口以及從調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)口分別與中繼器中的網(wǎng) 絡交換機的網(wǎng)口相連構(gòu)成；所述雙絞線設于鎧纜中，并通過該雙絞線將中 繼器中的視頻和信號傳到水面單元，同時水面單元也通過該雙絞線實現(xiàn)對 中繼器的控制
本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點
1. 減輕重量，減少安裝空間。本實用新型基于雙絞線的遙控水下機器 人中繼器控制裝置用釆用一對雙絞線進行視頻和數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省了鎧纜中 雙絞線的資源，降低了鎧纜的重量和減小了鎧纜的直徑，同時也節(jié)省了水
面儲存鎧纜的絞車的大小和空間；
2. 傳輸距離遠。本實用新型利用主、從調(diào)制解調(diào)器，在一對雙絞線上 把以太網(wǎng)的傳輸距離進行延長，可達到幾千米，這樣使得基于以太網(wǎng)技術(shù) 的視頻和控制得以實現(xiàn)，不但節(jié)省了原有方式中的一對雙絞線而且傳輸距 離也比原來傳統(tǒng)的同軸和雙絞線方式傳的更遠；
3. 可通過以太網(wǎng)觀看水下視頻。本實用新型利用基于以太網(wǎng)技術(shù)的視 頻編碼器和解碼器，不但能夠?qū)⒅欣^器上的視頻在水面還原成監(jiān)視器直接 顯示的信號，而且也可以通過以太網(wǎng)在計算機上直接瀏覽數(shù)字格式的視頻， 這樣可以方便的進行視頻的存儲或通過以太網(wǎng)在連網(wǎng)的其它計算機上觀看 視頻，非常方便；
4. 增加了系統(tǒng)的可擴展性。本實用新型水面單元與中繼器控制之間也 采用以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)采集和進行中繼器執(zhí)行機構(gòu)的控制，系統(tǒng)的可擴展性 和程序的可繼承、可移植性大大增強；
5. 結(jié)構(gòu)簡單。本實用新型水面單元和水下中繼器均釆用以太網(wǎng)通信技 術(shù)，使得整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)成了基于以太網(wǎng)技術(shù)的分布式控制系 統(tǒng)，減少了系統(tǒng)的接口類型和連線，符合現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展趨勢，該種裝置 可應用在其它相關(guān)類似的場合。

圖1為遙控水下機器人的組成結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型中繼器控制裝置組成框圖。
具體實施方式
如圖l所示，為遙控水下機器人的組成示意圖，主要包括3個部分 水面單元、中繼器和潛水器，水面單元通過鎧纜與中繼器相連，潛水器通 過系纜與中繼器相連。鎧纜和系纜內(nèi)部均有動力線、雙絞線和光纖等。動 力線用來從水面向中繼器和潛水器傳送動力，雙絞線用來傳送數(shù)據(jù)或信號， 光纖用來傳輸視頻和數(shù)據(jù)。鎧纜外面為鎧裝層，鎧纜的主要作用為傳輸動 力和信號，輔助作用是作為承重纜，用來起吊中繼器和潛水器。水下機器 人工作時是先通過施放鎧纜，將中繼器和潛水器一同施放到海下指定作業(yè) 水深，潛水器脫離中繼器，同時再通過施放中繼器中的系纜，操作潛水器 使它游離中繼器進行觀察和作業(yè)。系纜一般在海水中為零浮力纜，這樣潛 水器工作時，系纜不會對潛水器造成較大的干擾。
本實用新型采用以太網(wǎng)作為水面與中繼器進行視頻和數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮?心，水面的網(wǎng)絡節(jié)點有主控計算機、I/O釆集節(jié)點、視頻解碼器，水下的
網(wǎng)絡節(jié)點有i/o采集及輸出節(jié)點和視頻編碼器，水面單元與水下的中繼器釆
用一對雙絞線進行網(wǎng)絡擴展和網(wǎng)絡連接，使中繼器上的視頻通過基于以太 網(wǎng)的視頻編碼器和視頻解碼器進行傳輸與顯示，水面單元與中繼器也由主 控計算機通過以太網(wǎng)完成信號釆集及執(zhí)行機構(gòu)的控制。
如圖2所示，為水面單元和中繼器的系統(tǒng)組成框圖，它主要由水面單元 和水下兩部分構(gòu)成。水面單元主要包括主控計算機、1/0釆集節(jié)點、操作面 板、視頻解碼器、監(jiān)視器、主調(diào)制解調(diào)器以及網(wǎng)絡交換機等；水下部分即 中繼器包括I/0釆集及輸出節(jié)點、視頻編碼器和從調(diào)制解調(diào)器、攝像機以及
網(wǎng)絡交換機等構(gòu)成。水面單元的操作面板與i/o釆集節(jié)點相連，由i/o釆集
節(jié)點釆集操作面板上的命令；視頻解碼器的視頻輸出口與監(jiān)視器連接，由 監(jiān)視器顯示視頻圖像；水面單元主控計算機的網(wǎng)口、 1/0釆集節(jié)點的網(wǎng)口、
視頻解碼器的網(wǎng)口以及主調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)口分別與水面單元中的網(wǎng)絡交換
機的網(wǎng)口連接，構(gòu)成水面單元的以太網(wǎng)絡；水下部分的I/0采集及輸出節(jié)點 用來釆集和控制中繼器中的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)；視頻編碼器的視頻輸入端 與中繼器中的攝像機相連；中繼器的l/0采集及輸出節(jié)點的網(wǎng)口、視頻編碼 器的網(wǎng)口以及從調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)口分別與中繼器的網(wǎng)絡交換機的網(wǎng)口相 連，構(gòu)成水下中繼器的以太網(wǎng)絡。水面單元的主調(diào)制解調(diào)器的另一接口
(LINE)端，接水面鎧纜中的一對雙絞線，中繼器的從調(diào)制解調(diào)器的接口 (LINE)端接中繼器上鎧纜里與水面單元對應的那一對雙絞線，這樣水面 單元的以太網(wǎng)和水下中繼器的以太網(wǎng)通過主、從調(diào)制解調(diào)器經(jīng)一雙絞線連 接起來，構(gòu)成一個統(tǒng)一的以太網(wǎng)絡。借助這個以太網(wǎng)絡，中繼器的攝像機 視頻輸入到視頻編碼器，經(jīng)以太網(wǎng)傳到水面單元，水面單元的視頻解碼器 將視頻編碼器的數(shù)據(jù)還原成監(jiān)視器顯示的實時視頻圖像。水面單元對中繼器的控制是由水面單元的i/o釆集節(jié)點釆集操作面板的開關(guān)命令，由主控計 算機通過以太網(wǎng)讀取水面單元i/o節(jié)點的數(shù)據(jù)，經(jīng)過程序處理，將控制命令通過以太網(wǎng)傳到水下中繼器的I/O釆集及輸出節(jié)點，從而控制中繼器上的執(zhí) 行機構(gòu)，并把中繼器I/O釆集及輸出節(jié)點所釆集的傳感器的數(shù)據(jù)讀到水面單 元的主控計算機，經(jīng)過處理后在水面單元的人機界面上進行顯示。
權(quán)利要求1.一種基于雙絞線的遙控水下機器人中繼器控制裝置，其特征在于分別在水下機器人的水面單元及中繼器建立以太網(wǎng)，水面單元的以太網(wǎng)和水下中繼器的以太網(wǎng)經(jīng)主、從調(diào)制解調(diào)器通過一對雙絞線連接起來，構(gòu)成一個統(tǒng)一的以太網(wǎng)絡傳輸視頻信號和控制信號。
2. 按權(quán)利要求1所述的基于雙絞線的遙控水下機器人中繼器控制裝 置，其特征在于所述水面單元的以太網(wǎng)由主控計算機的網(wǎng)口、 1/0釆集節(jié) 點的網(wǎng)口、視頻解碼器的網(wǎng)口以及主調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)口分別與水面單元中 的網(wǎng)絡交換機的網(wǎng)口連接構(gòu)成。
3. 按權(quán)利要求1所述的基于雙絞線的遙控水下機器人中繼器控制裝 置，其特征在于所述水下中繼器的以太網(wǎng)由中繼器的I/0釆集及輸出節(jié)點 的網(wǎng)口 、視頻編碼器的網(wǎng)口以及從調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)口分別與中繼器中的網(wǎng) 絡交換機的網(wǎng)口相連構(gòu)成。
4. 按權(quán)利要求1所述的基于雙絞線的遙控水下機器人中繼器控制裝 置，其特征在于所述雙絞線設于鎧纜中，并通過該雙絞線將中繼器中的 視頻和信號傳到水面單元，同時水面單元也通過該雙絞線實現(xiàn)對中繼器的 控制。
專利摘要本實用新型涉及一種基于雙絞線的遙控水下機器人中繼器控制裝置，分別在水下機器人的水面單元及中繼器建立以太網(wǎng)，水面單元的以太網(wǎng)和水下中繼器的以太網(wǎng)經(jīng)主、從調(diào)制解調(diào)器通過一對雙絞線連接起來，構(gòu)成統(tǒng)一的以太網(wǎng)絡傳輸視頻信號和控制信號；所述水面單元的以太網(wǎng)由主控計算機的網(wǎng)口、I/O采集節(jié)點的網(wǎng)口、視頻解碼器的網(wǎng)口以及主調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)口分別與水面單元中的網(wǎng)絡交換機的網(wǎng)口連接構(gòu)成；所述水下中繼器的以太網(wǎng)由中繼器的I/O采集及輸出節(jié)點的網(wǎng)口、視頻編碼器的網(wǎng)口以及從調(diào)制解調(diào)器的網(wǎng)口分別與中繼器中的網(wǎng)絡交換機的網(wǎng)口相連構(gòu)成。本實用新型節(jié)省了水面儲存鎧纜的絞車大小和空間；傳輸距離遠，增加了系統(tǒng)的可擴展性。
文檔編號H04N7/10GK201174756SQ20082001190
公開日2008年12月31日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者崔勝國, 王曉輝, 洋 趙, 威 郭 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所