[發明專利]一種水下弱磁信號收集機器人及其探測目標物的方法

有效

• 申請號: 202010329247.3
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111498066B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 付友;劉俊奇
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;G01V3/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明提供一種水下弱磁信號收集機器人，包括：鎂合金碳纖維殼體、防水的無刷電機、主板、自旋螺桿、重力舵塊、螺旋槳以及環狀石墨烯電池；所述主板包括：無刷電機驅動模塊、運動姿態控制模塊、弱磁傳感器模塊、弱磁信號收集模塊以及無線通信模塊。本發明所述的機器人，可以游動到所布防的水域，多個機器人之間可以構成傳感陣列并相互通信，協同收集弱磁信號，并根據弱磁信號探測設防水域中的目標物，并且確定目標物的空間位置、移動速度和加速度，并據此預測出目標物的運動軌跡。

技術領域

本發明涉及探測技術領域，具體而言，尤其涉及一種水下弱磁信號收集機器人及其探測目標物的方法。

背景技術

鐵磁性物質在水下空間航行時，會影響水下的磁場的空間分布，利用該原理可以有效探測設防水域中入侵的蛙人、艦艇等目標物。然而，江、河、湖、海等深水區域往往會存在湍急的水流，甚至海嘯，這些流速巨大的水流會將水下的探測傳感器沖離測量水域、損壞傳感器，如果采用機械方式固定水下弱磁傳感器則需要采取深水作業，會耗費大量的人力。

由此可見，如何開發一種能夠自動到達防水域，并且能夠經受住水下急流的水下弱磁探測機器人，已成為現有技術中有待解決的問題。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種水下弱磁信號收集機器人及其探測目標物的方法。本發明主要利用一種水下弱磁信號收集機器人，包括：鎂合金碳纖維殼體、防水的無刷電機、主板、自旋螺桿、重力舵塊、螺旋槳以及環狀石墨烯電池；所述主板包括：無刷電機驅動模塊、運動姿態控制模塊、弱磁傳感器模塊、弱磁信號收集模塊以及無線通信模塊。

進一步地，所述鎂合金碳纖維殼體為流線型的甜甜圈結構，其主要功能是抵消急速流動水流的沖擊和保護支撐機器人的其余各種結構，所述防水的無刷電機鑲嵌在所述鎂合金碳纖維殼體的中心位置，所述防水的無刷電機帶動螺旋槳的轉動為整個機器人在水中行進提供推力。

更進一步地，所述主板上的所述無刷電機驅動模塊連接所述防水的無刷電機，所述防水的無刷電機驅動所述防水的無刷電機的轉動方向和轉動速度；所述運動姿態控制模塊連接并驅動所述自旋螺桿，所述自旋螺桿從所述重力舵塊的中心穿過，并且與所述重力舵塊上的螺孔相互嚙合，驅動所述重力舵塊沿所述自旋螺桿的軸向移動，通過對所述收集機器人的重心移動來調整機器人在水下的姿態。

進一步地，所述弱磁傳感器模塊測量水中的磁場強度信號，并將所述磁場強度信號傳遞到弱磁信號收集模塊中進行處理，所述弱磁信號收集模塊將運算結果通過所述無線通信模塊傳遞到上位機處理，并通過環狀石墨烯電池提供穩定的電能。

本發明還包含一種水下弱磁信號收集機器人探測目標物的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：根據布防的水域的水文特征和待探測的水域空間的容積，確定所要布置的所述收集機器人的數量n；

步驟S2：將所述收集機器人設置到指定水域的底部，所述n個收集機器人按照間距為a均勻地排列為一字形陣列，以一字陣列的任意一末端為起點，將所述收集機器人順次標號為1到n；

步驟S3：以1號收集機器人為原點，所述n個收集機器一字陣列的陣列方向為z軸，以向水域延伸的水平面的方向為0度角，建立柱坐標系，則空間中點坐標為(α，z，r)；所述向水域延伸的水平面方向與z軸不互相垂直；

步驟S4：采集n個所述收集機器人上的所述弱磁傳感器模塊所測的磁場信號；采集的信息包括：縱向磁場強度MXj、橫向磁場強度MYj以及垂直磁場強度MZj，其中，j表示傳感器的編號，j取值為1到n；

步驟S5：計算每個所述收集機器人收集到的磁場信號，通過波速行程算法，計算出所設防區域的磁場強度的分布的三維矩陣；

步驟S6：將磁場強度的三維矩陣的結果變成可視化圖形的表示，顯示在上位機的屏幕之上；