[發明專利]一種水下機器人近場檢測感知系統

有效

• 申請號: 201910503558.4
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110275169B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 唐智杰;陸佳琪
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01S15/02
• 分類號: G01S15/02;G01D21/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

1.一種水下機器人近場檢測感知系統,?包括一個水下機器人（1）、一個捷聯慣導系統（2）、多個壓力傳感器（3）、多個矢量水聽器（4）、一個三維云臺（5）、一個姿態傳感器（6）、一個前視聲吶（7）、一個攝像頭（8）和一個上位機（9），其特征在于：

1）?所述水下機器人（1）具有多軸螺旋槳驅動，可實現自身姿態和運動控制，通過以太網與所述上位機（9）相連；

2）所述捷聯慣導系統（2）搭載于所述水下機器人（1）上，內含有速度陀螺，加速度計和微型計算機，速度陀螺用于測量所述水下機器人（1）的角運動信息，加速度計用于測量所述水下機器人（1）的線運動信息；

3）所述多個壓力傳感器（3）安裝于所述水下機器人（1）側線和前端陣列中，用于所述水下機器人（1）近場水流擾動沖擊檢測；

4）所述多個矢量水聽器（4）安裝于所述水下機器人（1）側線和前端陣列內，用來接受水中的聲信號，可以將水聲信號轉化為電信號，用于和多個壓力傳感器（3）進行數據融合，實現水下擾動源的近場感知、定向和定位；

5）所述三維云臺（5）安裝于所述水下機器人（1）下，用于裝載所述前視聲吶（7）和所述攝像頭（8），所述捷聯慣導系統（2）和所述姿態傳感器（6）電連接并綜合信息，該信息用于控制所述三維云臺（5）位姿，以實現對所述前視聲吶（7）和所述攝像頭（8）探測角度的自動調節，用于所述水下機器人（1）在水下涌流中調節姿態以保持所述前視聲吶（7）和所述攝像頭（8）既定探測角度；

6）所述姿態傳感器（6）安裝于所述三維云臺（5）的內部，內含有陀螺儀和加速度計，用于獲取所述水下機器人（1）的姿態信息；

7）所述前視聲吶（7）安裝于所述三維云臺（5）上，可以進行既定的角度和范圍的掃描，通過發射聲脈沖并接受不同位置回波信號完成水下信息采集，用于實現前視聲吶探測目標；

8）所述攝像頭（8）安裝于所述三維云臺（5）上，可進行既定角度的水下光學圖像的采集，用于實現前視光學視頻對目標的檢測；

9）所述上位機（9）用于遠程控制所述水下機器人（1）和接收聲吶數據，顯示所述前視聲吶（7）掃描的二維聲吶圖像數據和所述攝像頭（8）獲取的圖像數據，所述上位機（9）可在水下水流擾動沖擊下用于接受所述多個壓力傳感器（3）反饋的所述水下機器人（1）側線和前端的壓力變化和壓力分布的數據，通過水下近場擾動沖擊定位算法使所述水下機器人（1）能夠探測和定位附近的擾動源，為所述水下機器人（1）實現水下近場檢測感知提供可靠依據；

所述水下近場擾動沖擊定位算法，其實現過程為：

水下近場擾動沖擊會引起水波變化，水波產生的力作用在所述水下機器人（1）表面的側線的前端的所述多個壓力傳感器（3）上和所述多個矢量水聽器（4），從而產生壓力和水聲場矢量參數變化，通過分析所述上位機（9）顯示的所述多個壓力傳感器（3）反饋的壓力分布曲線和所述多個矢量水聽器（4）所獲取的測量水聲場中的矢量參數數據，可辨別擾動源的移動方向，以評估擾動源的水平位置，進一步確定擾動源的縱向位置，以實測壓力值與理論壓力計算值的差值絕對值為目標函數，然后，采用無導數估計法，給定一個初始解，迭代計算下一個解，最終估計擾動源與側線之間的距離。

2.根據權利要求1所述的水下機器人近場檢測感知系統，其特征在于所述水下機器人（1）側線和前端安裝所述多個壓力傳感器（3）陣列，模仿魚類側線系統對水下近場環境的感知，所述多個壓力傳感器（3）可以檢測所述水下機器人（1）周圍水波產生擾動沖擊，從而產生壓力變化并轉化為電信號顯示于所述的上位機（9）中。

3.根據權利要求1所述的水下機器人近場檢測感知系統，其特征在于所述上位機（9）可用于顯示所述多個壓力傳感器（3）陣列的壓力分布曲線數據和所述多個矢量水聽器（4）所獲取的測量水聲場中的矢量參數數據，通過分析側線和前端壓力分布曲線和矢量參數數據，可以辨別擾動源的方向和位置，并推斷擾動源與所述水下機器人（1）之間的距離，使所述水下機器人（1）具有感知外界擾動沖擊的能力。