一种利用实时VR技术的深海探测设备的制作方法

2026-10-25  

  

一种利用实时VR技术的深海探测设备的制作方法(图1)

  本专利针对现有深海探测设备无法实时反馈海底环境、依赖潜艇拍摄及人力成本高的问题,提出融合实时VR技术、仿生学设计与蓝绿激光技术的深海探测方案。通过仿水母结构实现设备轻量化与稳定移动,搭载多组传感器及3D成像系统,可实时构建海底动态模型,提升环境监测与目标搜寻效率。设备内置存储单元与机械拾取器,兼具样本采集功能,显著优化深海探测的实时性与智能化水平。

  本实用新型提供了一种利用实时VR技术的深海探测设备,设备将深海的全貌全天候环境的变化实时的反馈给人类用以研究海洋环境变化甚至是人类难以探寻的沉于深海的船只、飞机或是古代遗迹的搜寻发现为目的,属于深海探测领域。设计实现能对深海环境实时还原的远程遥控设备。

  浩瀚的海洋占住了地球表面积的71%,深底丰富的石油蕴藏、堆积着无数的锰团以及其他资源吸引着一些工业发达国家竞相进行海洋开发事业。深海探测技术是进行海洋开发的必要手段,它是由深潜器、工作母船(水面支援船)和陆上基地所组成的一个完整的系统。深海探测设备是具有水下观察和作业能力的活动深潜水装置。它主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务,并可以作为潜水员活动的水下作业基地。然而,现有的深海探测设备辅助装置上缺少既有助于提供样品探测空间又有助于实现探测液存储及过滤功能的装置,不能满足实际情况的需求。

  目前的深海探测以及海洋环境的搭建都是建立在以缆控潜水器为根基,抓取照片后再进行数据处理拼接而成,并不能实时的反馈信息以及动态、真实的反应海洋全貌。而对于深海环境、热泉环境等探测现有的无人遥控设备往往无法取得很好的拍摄效果,就只是拍摄深海大环境视频也要借助潜艇的设备,好配大量人力物力。并且现在的海洋VR技术并未被广泛研究且基本只能用于观赏以及娱乐。本设计结合体感交互技术、VR技术以及蓝绿激光技术等,设计实现能对深海环境实时还原的远程遥控设备。这对未来深海探测具有深刻的意义。

  本实用新型提供了一种利用实时VR技术的深海探测设备,目的在于针对现有产品的缺陷,提供可以实时虚拟海底环境还原海底地貌的VR无人遥控设备,以弥补现有产品的不足。

  本实用新型包括仿水母身体结构内伞与外伞形成的封闭式内腔(1)、内伞形成的开放式腔体(6)、固定轴(2)、缆绳、蓝绿激光设备节点、蓝绿激光传感器(4)、四组眼睛(5)、放置四组眼睛的支架、3D传感器、3D传感器设备放置台(9)、存储单元(7)、固定足(3)、拾取器(8)。其中,多组蓝绿激光设备节点设置在缆绳上,两个蓝绿传感器分别设置在设备正中间位置的垂直支架的上下两端,四组眼睛分别放置在环绕在周围的四个支架的上,支架都与放置台连接,3D传感器设备放置台设在底部呈圆形且为内伞底部,以上设备均置于内伞中,呈封闭状态。存储单元置在设备右边,设在内外伞之间。固定足四条,固定在设备外伞底,部每条底部都有具有伸展性的八只爪,拾取器一条在设备最中间,固定在放置台下,可伸缩、旋转,底部有三爪。

  本实用新型的优势在于,将深海探测设备与未被用于海底科研的实时VR技术、仿生学设计及体感技术的结合,设备轻、与简便,可以对现在深海环境实时绘制3D场景,真实反映海底地貌,能实时的反馈信息以及动态、真实的反应海洋全貌,达到减少甚至无需进入这些领域便可清楚其发展状态地形地貌以及生物状态的目的,以及用于船只遇难等海上事故的搜寻时提高搜寻的效率。

  在此设计中重点是未被用于海底科研的实时VR技术与体感技术的结合,也考虑到了设备的轻型与简便性,同时,应用仿生学设计,模仿水母身体结构,拟完成设备样图如图1。

  箱型水母拥有二十四只眼睛能探测到挡住道路的障碍物。这里用摄像头及体感技术结合外加颜色区分去模拟箱型水母的眼睛。这里设计用JADE摄像机作为主要传感器,每一个摄像机配置一个600mPP电子m的透镜,然后加上者蓝绿光测探传感器。箱型水母的的眼睛是分工合作的,这里四组眼睛分别拥有不同的功能即用不同的设备代替。一付可以感知大小和颜色的眼睛,这里蓝绿光探测传感器可以实现探测物体大小形状及其运动的功能,同时,蓝绿光传感技术也是重要的通信技术。这里将红外CMOS感器改成蓝绿激光CMOS传感器。RGB彩色摄像机加CMOS图像传感器就可以捕捉物体的颜色拍摄物体视频实时捕捉物体动作。3D传感器可以将这些信息综合后实时传输给处理器,合成3D动态模型及场景。

  实时动态模型及场景绘制采用LynxA相机所使用的技术结合MIT的研究人员最新研究出的3D成像技术。达到设备精巧成像精细的目的。

  由于现有的蓝绿激光技术使用距离的限制,这里拟在缆绳上设置蓝绿激光设备节点,提高其可用深度。

  本文应用水母可以自己产生气体调节压力及漂浮、下沉的运动方式设计仿水母推进器。这里用到的是海水液压技术作为推进器及压力调节机制。在此潜水器内放置容积等于所要求的最大福利调节量的耐压水箱,用容积式海水泵蒋水香中的水排出,或从外界注水,使潜水器的重量发生变化,以此来控制潜水器的沉浮。水母的吸水和喷水是通过同一个开口,所以其收缩动作较为缓慢,且喷口很大,游动速度较慢。因此,完全的模仿水母的运动方式又会使得设备的运动过于缓慢和不平稳,这里用触手的摆动运动作为运动模式以水压作为驱动。

  在这里还考虑到拾取样本的功能,利用水母的嘴的部分作为设PP电子备的拾取器。将其设计为机械手的形式同样以海水液压作为驱动。此设备是日本小松公司制作的机械手,由于考虑到设备自身的重量以及体积大小,用于保存样本的空间并不能太大。我们只考虑抓去小的轻的物体,这里为减轻设备重量,将设备的臂粗减小,使之能承载1Kg的物体,抓取范围不变。

  存储装置设在开放式腔体的内壁上,开口向上,呈“袋鼠的育儿袋”的形状,与外界连通。

  为了满足拍摄对保护层的透明度以及绝缘性、稳定性等的要求,这里采用硅橡胶作为制作内、外伞的材料。在设备体内还要设置必要的“骨架”以防止压力给设备带来损伤,同时作为设备固定的平台。

  此外探测器还要具备回避危险的能力,特别是要防止鱼类生物体错认为其为食物将其吞下的情况。这里利用水母逃避敌害的原理。水母可以产生生物光,当遇到敌害时他们会释放刺眼的强烈光线。探测器采用激光拉曼技术,使用拉曼光谱代替生物光,这里,设所有的移动物体均为危险生物,当生物距离设备一定距离时就会触发感应器发出耀眼的激光,这里将探测器设置成自动模式无需人为控制。

  一些种类(贻贝、蚶、扇贝等)在足的腹中线稍后处有一孔,称为足丝(byssus orifice),通入足丝囊内。它的上皮细胞分泌的物物质遇水会立即变硬形成贝壳素的丝状物,集合成足丝(byssus),用以固着外物。本文应用贝类的这一特征并对其加以改进。用水母的对称的两对触角作为固定脚,并且两对固定脚用较耐腐蚀的钢作为材料。固定足的伸缩和灵活性使用节点作为控制点,末端设计成6型。爪与每个节点使用钢丝进行连接。当设备到达海底且找到合适的位置时,由人为控制固定脚下放,当固定脚完全展开时,爪立即伸展扎进砂石中。这样整个设备便会非常牢固。当设备回收或移动时,人为控制收起固定脚。设计简图如图3

  设备入水后,有远程操控平台上的人员操控寻找合适及需要的地区或环境控制其着陆范围。设备着陆后可控制设备在海底进行移动,需要时,放下固定足固定设备同时传送清楚的3D影响到控制台。

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