[發明專利]一種自主式水下航行器數字化舵角檢測裝置及舵角標定方法

在審

• 申請號: 201510955940.0
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN105444664A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 張國成;孫玉山;李岳明;蔣龍杰;吳海波;潘無為;劉亦輝;李優仁;姜大鵬;曹建
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30;G01C1/00
• 代理公司: 哈爾濱市船大專利事務所 23201
• 代理人: 張貴豐

技術領域

本發明涉及的是一種AUV舵角角度檢測裝置，尤其是一種采用舵槳聯合操控AUV的數字化舵角檢測裝置。

背景技術

AUV是水下機器人中的一種,它是無纜式水下機器人，習慣上把它稱為自主式水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle，AUV)。AUV自帶能源，依靠自身的自治能力來管理和控制自己以完成所賦予的使命。AUV是一種理想的測量儀器平臺，由于噪聲輻射小，可以貼近要觀測的對象(如以設定高度進行海底地形跟蹤)，因而可以獲取采用常規手段不能獲取的高質量數據和圖像。加之造價低，隱蔽性好，安全性高，使AUV正逐步成為海洋觀察和探測的重要手段。

舵槳聯合操控AUV采用多推進器聯合舵、翼的結構和控制方式，與多推進器框架式及單推進器流線型水下機器人相比，具有控制靈活、功能多樣、適應范圍廣等特點，受到該領域研究人員的廣泛關注。與其他操控方式的AUV相比，其舵機傳動機械系統安裝時不可避免的存在一定的間隙，造成舵角死區，這影響了其航行作業的效果，因而舵角的實時檢測非常重要。目前應用的舵角檢測裝置主要是在舵機軸上加一套電位器或是光電檢測裝置，考慮到水下使用，需要對其做動密封處理，工藝復雜，成本較高，同時還會額外增加傳動系統的負荷。由于增加了動密封的環節，其檢測精度有所下降，系統的可靠性也有所降低。

發明內容

本發明的目的在于提出一種使用靈活、安裝方便、精確度高、穩定可靠、抗干擾能力強、易于實現，并且成本低廉的自主式水下航行器數字化舵角檢測裝置。本發明的目的還在于提出一種自主式水下航行器數字化舵角檢測裝置及舵角標定方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明的自主式水下航行器數字化舵角檢測裝置包括垂直舵基準模塊1、垂直舵測量模塊2、水平舵基準模塊3、水平舵測量模塊4和數據處理模塊5，所述的垂直舵基準模塊1、垂直舵測量模塊2、水平舵基準模塊3和水平舵測量模塊4均以MPU9250為核心構成且分別通過RS485串口與數據處理模塊5連接，所述的數據處理模塊5以AVR單片機為核心構成且通過RS232串口與控制系統即上位機連接。

本發明的自主式水下航行器數字化舵角檢測裝置還可以包括：

1、所述的垂直舵基準模塊1安裝在AUV主艇體部分，其核心組件MPU9250坐標系的X軸正方向與AUV艇體艏向一致、Z軸與垂直舵舵軸一致；垂直舵測量模塊2安裝在垂直舵舵板表面，其核心組件MPU9250坐標系的X軸正方向與AUV艇體艏向一致、Z軸與垂直舵舵軸一致；水平舵基準模塊3安裝在AUV主艇體部分，其核心組件MPU9250坐標系的X軸正方向與AUV艇體艏向一致、Y軸與水平舵舵軸一致；水平舵測量模塊4安裝在水平舵舵板表面，其核心組件MPU9250坐標系的X軸正方向與AUV艇體艏向一致、Y軸與水平舵舵軸一致。

2、所述的垂直舵基準模塊1測量AUV艇體繞MPU9250坐標系Z軸旋轉的角度；垂直舵測量模塊2測量垂直舵舵板繞MPU9250坐標系Z軸旋轉的角度；水平舵基準模塊3測量AUV艇體繞MPU9250坐標系Y軸旋轉的角度；水平舵測量模塊4測量水平舵舵板繞MPU9250坐標系Y軸旋轉的角度；所述的數據處理模塊5接收并處理垂直舵基準模塊1、垂直舵測量模塊2、水平舵基準模塊3和水平舵測量模塊4傳輸來的角度信息并傳輸給控制系統。

3、所述的垂直舵基準模塊1、垂直舵測量模塊2、水平舵基準模塊3、水平舵測量模塊4和數據處理模塊5中的所有電子元器件采用貼片封裝，且各模塊整體進行硫化密封處理。

本發明的自主式水下航行器數字化舵角檢測裝置的舵角標定方法為：

(1)AUV控制系統供電，各個模塊上電，讀取狀態字，完成MPU9250初始化；

(2)控制垂直舵機轉動，當垂直舵板到達中間位置即0度時，停止轉動，上位機發送垂直舵角標定指令，數據處理模塊5讀取垂直舵基準模塊1和垂直舵測量模塊2繞Z軸轉動的角度，計算兩者的角度差值α₀，并將該值寫入到內部E²PROM中；

(3)控制水平舵機轉動，當水平舵板到達中間位置即0度時，停止轉動，上位機發送水平舵角標定指令，數據處理模塊5讀取水平舵基準模塊3和水平舵測量模塊4繞Y軸轉動的角度，計算兩者的角度偏值β₀，并將該值寫入到內部E²PROM中，標定完成。

與已有技術相對比本發明具有如下優越性：