[發明專利]水下機器人傳感器故障診斷方法及系統

無效

• 申請號: 200710044784.8
• 申請日: 2007-08-10
• 公開（公告）號: CN101344460A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發明（設計）人: 朱大奇
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳學雯

技術領域

本發明涉及水下機器人故障診斷技術領域，尤其涉及水下機器人傳感器故障診斷方法。本發明還涉及水下機器人傳感器故障診斷系統。

背景技術

海洋是人類發展的四大戰略空間(陸、海、空、天)中繼陸地之后的第2大空間，是生物資源、能源、水資源和金屬資源的戰略性開發基地，是最有發展潛力的空間，對我國經濟與社會發展產生著直接、巨大的支撐作用。作為人類探索和開發海洋的助手，水下機器人特別是無人水下機器人UUV(UnmannedUnderwater?Vehicle)將在這一領域發揮重要作用。

公開號為CN1709766的專利，介紹了一種浮力和推進器雙驅動方式遠程自治水下機器人，用于海洋水下工程技術領域。該發明包括：機器人主體，一對主翼，一對推進器和垂直尾翼，機器人主體的外部是整流用的透水殼，主翼和垂直尾翼具有低流體阻力翼型，主翼設置于透水殼后部，對稱分布于透水殼左右兩側，垂直尾翼設置于透水殼尾部，在透水殼的垂直對稱面內。推進器設置在主翼的外側。該發明具有推進器驅動和浮力驅動兩種驅動方式，在浮力驅動模式下依靠浮力和重心的調節產生推力和控制運動方向，具有高的續航能力，在推進器驅動模式下依靠推進器產生推力，依靠左右推進器的推力差和重心調節控制運動方向，具有高機動能力。

美國專利號為US5995992的專利公開了一種用于海洋科學測量與搜索的6英尺長，直徑為13英寸的自治水下機器人。介紹了它的計算機系統，I/O口，水下浮力，回收框架，電池動力，高速串口，實時數據采集及其控制系統的設計。

以上發明專利均是有關無人水下機器人裝置的設計，但由于海洋深處工作環境的復雜性，不可預測性，水下機器人一旦出現故障，不僅機器人無法完成水下作業任務，而且機器人本身也難以回收，損失巨大。因此其可靠性技術研究與設計十分關鍵。而直接服務于水下機器人可靠性的故障診斷技術的研究幾乎還是空白，特別是水下機器人傳感器系統的故障檢測與隔離技術的研究未見任何專利公開。

發明內容

針對上述背景技術中存在的技術空白，本發明所要解決的技術問題第一方面在于提供一種水下機器人傳感器故障診斷方法；

另外，本發明所要解決的技術問題第二方面還在于提供一種以DSP系統為核心的水下機器人傳感器故障診斷系統。

作為本發明第一方面的一種水下機器人傳感器故障診斷方法，其包括以下步驟：

a、利用水下機器人深度傳感器、速度傳感器、方向傳感器檢測水下機器人位于水中深度數據、水中航行速度數據、方向數據，并將這些數據轉換成其對應的電壓信號送至水下機器人的信號預處理器中；

b、所述水下機器人的信號預處理器將獲得的深度數據、水中航行速度數據、方向數據的電壓信號通過串行通訊輸送至水面母船上的水下機器人傳感器診斷裝置；

c、水下機器人傳感器故障診斷裝置對來自水下機器人信號預處理器的不同時間系列的深度數據、水中航行速度數據、方向數據的電壓信號進行非線性主元分析NPCA處理，得到水下機器人深度傳感器、速度傳感器、方向傳感器的平方預期誤差SPE，再對不同時刻深度傳感器、速度傳感器、方向傳感器做相似處理，得到在各個時刻的水下機器人深度傳感器、速度傳感器、方向傳感器的平方預期誤差SPE大小分布，利用平方預期誤差SPE跳變數值，來判定水下機器人深度傳感器、速度傳感器、方向傳感器是否發生故障，實現對水下機器人深度傳感器、速度傳感器、方向傳感器的檢測。

在上述方法中，所述步驟c中得到水下機器人深度傳感器、速度傳感器、方向傳感器的平方預期誤差SPE的方法是通過重構深度傳感器、速度傳感器、方向傳感器下一時刻的信號大小，與該時刻深度傳感器、速度傳感器、方向傳感器實測信號相減再利用差值平方求和，得到水下機器人深度傳感器、速度傳感器、方向傳感器的平方預期誤差SPE。

在上述方法中，還包括一故障傳感器的隔離步驟，所述隔離步驟是分別用某個傳感器i的重構值代替下一時刻該傳感器的實測信號，其它兩傳感器仍用實測信號，將各傳感器下一時刻的實測信號與重構預測信號相減，差值平方求和得到水下機器人對該傳感器i的平方預期誤差SPE_i，當SPE_i存在跳變時，則傳感器i正常，當SPE_i不存在跳變時，則傳感器i故障，從而隔離出具體的故障傳感器。

在上述方法中，所述水下機器人的信號預處理器與水面母船上的水下機器人傳感器診斷系統之間采用485串行接口進行數據傳遞。