[發(fā)明專利]漂流探測水下機器人裝置及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810057279.5
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108312151B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹建;孫玉山;張國成;冉祥瑞;徐昊;王子楷;吳凡宇;賈晨凱;焦文龍;王力鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/16;B63C11/48;B63C11/52;B63C11/00
• 代理公司: 23109 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所
• 代理人: 董玉嬌;高倩

本發(fā)明公開了一種漂流探測水下機器人裝置及控制方法，屬于探測水下機器人技術(shù)領(lǐng)域。機器人主體是魚雷型結(jié)構(gòu)，在機器人艏部搭載水文探測設(shè)備ADCP(聲學多普勒剖面測速儀)、測距聲吶、應(yīng)急拋載；中間艙段為耐壓艙，耐壓艙內(nèi)分為能源艙和控制艙兩部分，能源艙內(nèi)有兩塊高能量密度鋰電池，分別用于動力和控制供電；尾段搭載保形天線(包含北斗定位與通訊、無線電和WiFi)、DVL、深度計、測距聲吶。在機器人尾部左右兩側(cè)布置高效率推進器，在機器人前后各設(shè)置一個垂向槽道推進器。本發(fā)明根據(jù)機器人周圍環(huán)境、任務(wù)指令，智能實現(xiàn)選擇漂流模式的開啟或關(guān)閉，從而實現(xiàn)低功耗、長航程，長時間的探測監(jiān)控任務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于探測水下機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及漂流探測水下機器人裝置及控制方法。

背景技術(shù)

海洋的總面積為3.6x10s平方千米，占地球總面積的70.8％。海水總體積約為1.37xl護立方千米，平均水深約為3800米，最深的馬里亞納海溝為11034米。在這廣裹無垠的海洋空間里，蘊含著豐富的海洋生物資源、礦物資源和能源，它是人類可持續(xù)發(fā)展的重要財富，研究和合理利用海洋，對于人類的經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義由于河流海洋資源開發(fā)和水文環(huán)境監(jiān)測的迫切需要，世界上很多國家不斷發(fā)展更新著水文探測系統(tǒng)。越來越多高效經(jīng)濟的監(jiān)測裝置和方法被采用。水下機器人作為一種水下環(huán)境探測和調(diào)查的重要手段之一逐漸受各國的重視。水下機器人具有全天候、高效、安全等特點，正是由于這些特點決定了其是一種優(yōu)良的水文環(huán)境監(jiān)測平臺之一。

水下機器人是一個復(fù)雜的非線性動態(tài)系統(tǒng)，以海流為代表的環(huán)境干擾，所搭載的負載變化，都會影響水下機器人的動力學模型精度，基于線性系統(tǒng)理論和牛頓一歐拉方程建立的水下機器人動力學模型都是基于參數(shù)化的模型，不具有在線修正功能。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有逼近任意非線性映射的能力，而且具有在線學習功能，為了提高水下機器人動力學模型辨識精度，國內(nèi)外研究人員嘗試利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行水下機器人模型辨識。現(xiàn)有的水下機器人均采用電池作為其能源，續(xù)航時間一般在幾小時至幾十小時不等，在電池電量耗盡前需要結(jié)束任務(wù)，很難做到長時間監(jiān)測的任務(wù)。大部分水下機器人采用舵槳操控方式，在低速時，舵效很低，無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)艏、下潛等機動動作，在低速情況下極易受水流影響，很難保持姿態(tài)，無法實現(xiàn)定點監(jiān)測等特殊任務(wù)。

結(jié)合現(xiàn)有方案并針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種漂流探測水下機器人，能長時間執(zhí)行探測任務(wù)，并且能在低速情況下保持良好的機動性，可以實現(xiàn)定點監(jiān)測等任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為河流勘察，監(jiān)測提供一個低功耗、持久、靈活、智能的能夠在復(fù)雜水流下保持姿態(tài)穩(wěn)定、定速定向巡航、懸停等運動功能，保證水下機器人工作時穩(wěn)定性和靈活性漂流探測水下機器人裝置及控制方法。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

漂流探測水下機器人裝置，機器人主體是魚雷型結(jié)構(gòu)，在機器人艏部搭載水文探測設(shè)備ADCP(聲學多普勒剖面測速儀)、測距聲吶、應(yīng)急拋載；中間艙段為耐壓艙，耐壓艙內(nèi)分為能源艙和控制艙兩部分，能源艙內(nèi)有兩塊高能量密度鋰電池，分別用于動力和控制供電；尾段搭載保形天線(包含北斗定位與通訊、無線電和WiFi)、DVL、深度計、測距聲吶。在機器人尾部左右兩側(cè)布置高效率推進器，在機器人前后各設(shè)置一個垂向槽道推進器。

一種漂流探測水下機器人裝置的控制方法，包括以下步驟：

(1)機器人在工作時，隨著水流漂流，推進器僅是調(diào)整機器人姿態(tài)；

(2)在定點懸停監(jiān)測時，兩個主推控制機器人在縱向方向的位置和艏向角，兩個垂推控制機器人在深度方向的位置和縱傾；

(3)在機動動作時，使兩個主推推進器具有不同的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生差速實現(xiàn)機動。

(4)水下機器人所搭載的測距聲吶能測得距離障礙物信息，進行機動躲避。

(5)能根據(jù)環(huán)境和自身的情況，判別當前適合的運動狀態(tài)，智能改變運動狀態(tài)和模式。