漂流探测水下机器人装置及控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108312151A(43)申请公布日2018.07.24(21)申请号201810057279.5(22)申请日2018.01.22(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人曹建孙玉山张国成冉祥瑞徐昊王子楷吴凡宇贾晨凯焦文龙王力锋(51)Int.Cl.B25J11/00(2006.01)B25J9/16(2006.01)B63C11/48(2006.01)B63C11/52(2006.01)B63C11/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称漂流探测水下机器人装置及控制方法(57)摘要本发明公开了一种漂流探测水下机器人装置及控制方法，属于探测水下机器人技术领域。机器人主体是鱼雷型结构，在机器人艏部搭载水文探测设备ADCP(声学多普勒剖面测速仪)、测距声呐、应急抛载；中间舱段为耐压舱，耐压舱内分为能源舱和控制舱两部分，能源舱内有两块高能量密度锂电池，分别用于动力和控制供电；尾段搭载保形天线(包含北斗定位与通讯、无线电和WiFi)、DVL、深度计、测距声呐。在机器人尾部左右两侧布置高效率推进器，在机器人前后各设置一个垂向槽道推进器。本发明根据机器人周围环境、任务指令，智能实现选择漂流模式的开启或关闭，从而实现低功耗、长航程，长时间的探测监控任务。CN108312151ACN108312151A权利要求书1/1页1.漂流探测水下机器人装置及控制方法，其特征在于：所述的漂流探测水下机器人装置包括艏部测距声呐(1)、声学多普勒剖面测速仪(2)、测距声呐一(3)、艏部垂向推进器一(4)、电池舱(5)、收放吊点(6)、控制舱(7)、艉部垂向推进器二(8)、保形天线(9)、总开关(10)、艉部稳定翼(11)、艉部测距声呐(12)、纵向推进器(13)、DVL(14)、测距声呐二(15)；声学多普勒剖面测速仪(2)、艏部垂向推进器一(4)、电池舱(5)、控制舱(7)、艉部垂向推进器二(8)、艉部测距声呐(12)依次连接；声学多普勒剖面测速仪(2)由圆柱体空腔和圆锥形机体组成，艏部测距声呐(1)安装在声学多普勒剖面测速仪(2)的侧面；艏部垂向推进器一(4)和艉部垂向推进器二(8)均为圆柱体，底面圆半径与声学多普勒剖面测速仪(2)的底面圆半径相等；电池舱(5)为三节圆柱体，底面圆半径与声学多普勒剖面测速仪(2)的底面圆半径相等，收放吊点(6)为中心带圆孔的方形片状物，安装在电池舱(5)的侧面；控制舱(7)为两节圆柱体，底面圆半径与声学多普勒剖面测速仪(2)的底面圆半径相等；艉部测距声呐(12)为曲面柱体，保形天线(9)和测距声呐二(15)安装在艉部测距声呐(12)的侧面，艉部稳定翼(11)由四片组成，均布在艉部测距声呐(12)的顶部，纵向推进器(13)和DVL(14)安装在艉部测距声呐(12)的内部腔体。2.根据权利要求1所述的漂流探测水下机器人装置及控制方法，其特征在于：所述的艏部测距声呐(1)、测距声呐一(3)、艉部测距声呐(12)、测距声呐二(15)采用模块化设计，处理板和换能器集成于一个耐压壳中，使用标准六芯水密接插件用于供电和数据传输；电池舱(5)和控制舱(7)为耐压舱，安装有标准水密接插件，电池舱(5)和控制舱(7)之间通过密封卡环轴向密封连接，整个耐压舱由两端平面端盖和密封卡环轴向密封。3.根据权利要求1所述的漂流探测水下机器人装置及控制方法，其特征在于：所述的电池舱(5)内放置搭载高密度锂电池；收放吊点(6)采用单点吊装。4.根据权利要求1所述的漂流探测水下机器人装置及控制方法，其特征在于：所述的控制舱(7)内安装有基础控制计算机、任务规划计算机、姿态传感器、应急抛载控制板等控制设备和关键传感器；姿态传感器实时获取当前机器人的首向角，横摇角、纵倾角，控制计算机根据姿态传感器测得的数据，推算出当前姿态和速度，与任务所需的目标状态对比，做出相应决策。5.根据权利要求1所述的漂流探测水下机器人装置及控制方法，其特征在于：所述的保形天线(9)将无线电、GPS/北斗、WiFi天线集成于一体。6.根据权利要求1所述的漂流探测水下机器人装置及控制方法，其特征在于：一种漂流探测水下机器人装置的控制方法，包括以下步骤：(1)机器人在工作时，随着水流漂流，推进器仅是调整机器人姿态；(2)在定点悬停监测时，两个主推控制机器人在纵向方向的位置和艏向角，两个垂推控制机器人在深度方向的位置和纵倾；(3)在机动动作时，两个主推推进器具有不同的转速产生差速实现机动；(4)水下机器人所搭载的测距声呐测得距离障碍物信息，进行机动躲避；(5)根据环境和自身的情况，判别当前适合