[發(fā)明專利]一種水下機器人近場檢測感知系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910503558.4
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110275169B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐智杰;陸佳琪
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明公開了一種水下機器人近場檢測感知系統(tǒng),捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)安裝于水下機器人上，可測量水下機器人的角運動和線運動信息，多個壓力傳感器安裝于水下機器人側(cè)線和前端陣列中，用于水下機器人近場水流擾動沖擊檢測，多個矢量水聽器安裝于水下機器人側(cè)線和前端陣列內(nèi)，用于水下目標(biāo)定位和追蹤，姿態(tài)傳感器安裝于三維云臺的內(nèi)部，內(nèi)含有陀螺儀和加速度計等運動傳感器，用于獲取前視聲吶和攝像頭的姿態(tài)信息，能在水下擾動涌流中調(diào)節(jié)前視聲吶探測姿態(tài)以保持前視聲吶和攝像頭既定探測角度，通過水下近場擾動沖擊定位算法使水下機器人能夠探測和定位附近的擾動源，為水下機器人實現(xiàn)水下近場檢測感知提供可靠依據(jù)，實現(xiàn)對水下近場水流擾動沖擊感知和定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下機器人的水下近場感知領(lǐng)域，特別是涉及一種基于水下機器人側(cè)線和前端壓力傳感器的水下機器人近場檢測感知系統(tǒng)。

背景技術(shù)

海洋是人類生存和發(fā)展的第二大空間，對我國的經(jīng)濟、人文和社會的發(fā)展有著直接和巨大的影響。水下機器人在海洋資源勘探、水下救援、海底地貌研究等方面取得巨大的實際應(yīng)用成果。水下機器人對環(huán)境的感知能力是水下機器人現(xiàn)階段研究的關(guān)鍵。由于水下機器人特殊而復(fù)雜的工作環(huán)境，水下環(huán)境的變化將會直接決定機器人是否能夠正常工作，所以探究水下機器人對水下環(huán)境的感知，可以為機器人提供重要的水流環(huán)境信息，有助于指導(dǎo)水下航行器更準(zhǔn)確地完成水下探測任務(wù)。

為了應(yīng)對不同復(fù)雜的環(huán)境，水下機器人配備了不同的探測系統(tǒng)。目前，水下機器人主要依靠聲吶和視覺圖像方法對水下目標(biāo)進行探測和定位。聲吶技術(shù)主動發(fā)射聲波并接收水下目標(biāo)物體返回的聲波，從而測量目標(biāo)的位置、速度等信息，遠(yuǎn)距離探測效果好，在近場作業(yè)時，聲吶探測存在盲區(qū)，且噪聲大、精度較差；又由于光線的折射、散射及水下懸浮物的干擾，采用視覺圖像方法得到的水下圖像存在失真、對比度低的缺點。然而，在地形比較復(fù)雜、光線暗弱、噪聲繁雜的區(qū)域，已有的感知系統(tǒng)無法正常地發(fā)揮作用。由于這些限制因素的存在，水下機器人如何近場感知周圍水流變化、探測水下目標(biāo)，如何更準(zhǔn)確地完成水下任務(wù)，這是一個迫切需要解決的難題。

因此實時感知水下機器人近場水流沖擊擾動干擾，感知周圍的水流變化信息，可以提高水下機器人水下航行性能，如何提高水下機器人感知近場水流擾動沖擊能力是本發(fā)明所需要解決的核心問題。

中國實用新型專利ZL?201820732741.2公開了“一種模塊化的多功能水下探測器”，通過模塊化設(shè)計，實現(xiàn)水下目標(biāo)探測。不適于近場水流沖擊擾動感知。

中國發(fā)明專利ZL?201210089034.3公開了“電磁式水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點搭載裝置”，通過水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點實現(xiàn)多種情況下的水下試驗和海洋檢測。不適于近場水流沖擊擾動感知。

中國發(fā)明專利ZL?201711434606.6公開了“一種用于水下感知與取樣的機器人”，通過攝像頭實現(xiàn)水下機器人感知和取樣。不適于近場水流沖擊擾動感知。

中國發(fā)明專利ZL?201810020550.8公開了“基于紅通道的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水下光學(xué)智能感知方法”，通過光學(xué)信息對水下場景進行智能感知，利用紅通道算法和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速獲取水下高精度感知圖像。不適于近場水流沖擊擾動感知。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種水下機器人近場檢測感知系統(tǒng)，實現(xiàn)對水下近場水流擾動沖擊的感知和定位。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的構(gòu)思是：

由于水下機器人搭載的聲吶和視覺圖像在近場作業(yè)時，聲吶探測存在盲區(qū)且噪聲大以及視覺圖像獲得的水下圖像存在失真、對比度低的缺點。通過水下機器人側(cè)線和前端的多個壓力傳感器陣列，通過上位機顯示多個壓力傳感器陣列反饋的壓力分布曲線數(shù)據(jù)，辨別擾動源的水平位置和縱向位置，推斷擾動源與水下機器人之間的距離，實現(xiàn)對水下近場水流擾動沖擊的感知和定位。

根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：