[發明專利]一種水下探測器及其環邊避障方法

有效

• 申請號: 202110480581.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113311848B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 張永林;吳夢宇;浦珺妍;王丹;張博文;劉超;劉宇;秦雙發
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種水下探測器，包括主機艙、控制艙和尾鰭，主機艙前方攝像頭下設有左、中、右三個紅外測距傳感器，分別對左前方，正前方和右前方的扇形區域探測；主機艙內設有重心調節裝置，根據探測器姿態調節探測器的重心；控制艙根據探測結果控制尾鰭擺動，提供探測器前進和轉向的動力；本發明還公開了此水下探測器的環邊避障方法，根據左、中、右三個紅外探測的實時信息，結合模糊控制規則，計算并控制尾鰭的擺動幅度和速率從而實現環邊避障。本發明的水下探測器在此環邊避障方法下，基于多個紅外探測結果，計算并調整行進方向和速率，避障的準確率高、實時性強；避障后調整行進方向保持貼邊巡游，對水下邊界和邊界處目標探索更全面。

技術領域

本發明涉及一種水下探測器及其環邊避障方法，屬于水下路徑探測領域。

背景技術

隨著傳感器、計算機和智能控制技術的進步，以及海洋經濟的日益發展，水下機器人的研究和開發逐漸得到了科學家們的重視。仿生機器魚因其擁有工作時間長、運動范圍大、能在機動性能要求比較高的水下環境工作等優點，它可以高效的進行海底勘測、海洋生物觀察、海洋生物考察、海洋救生等許多工作；仿生機器魚水下工作的前提是其要擁有自主導航與避障能力，因此，路徑規劃問題一直是科研者們的重要研究方向。機器魚的路徑規劃就是在一定的障礙環境條件下，尋求一條從起始點到目標點的可行路徑，能讓機器魚安全、無碰撞地到達指定位置。

但若水底地形未知，如何更好地讓作業人員快捷了解水下地形結構，便于后續作業，這是一個問題，而了解水下地形結構最重要的便是探尋水下各個方向邊界問題；另一方面，由于水浪的存在以及水底水流不斷運動導致很多需要被勘探的物體堆積在水下的邊界處，很多水下作業需要作業人員或者機器魚緊貼岸邊的水底進行，如何讓機器魚能夠避障的同時還能環繞水底邊界巡游并記錄同樣是個十分具有研究價值的問題，關于這兩個問題，行業內尚沒有妥善的解決方法。

發明內容

發明目的：本發明旨在提供一種在自主避障的同時，對水下邊界進行勘探、對邊界處目標物全面準確探測識別的水下探測器及其環邊避障方法。

技術方案：本發明的水下探測器包括主機艙、控制艙、電池艙和尾鰭，所述主機艙前方攝像頭下設有左、中、右三個紅外測距傳感器，分別探測探測器正前方以及左前方與右前方障礙物距離情況，主機艙內設有重心調節裝置，根據紅外探測器姿態調節重心；所述尾鰭提供探測器前進和轉向的動力。

所述主機艙的底部還設有用以測量并記錄水壓的壓力傳感器。

所述主機艙還包括信號傳輸天線，用于對外發送所測量的水壓信息，探測器巡游及避障時拍攝的圖片。

所述紅外測距傳感器所測距離為傳感器前方7-40cm。

所述水下探測器的環邊避障方法，包括以下步驟：

a)探測器的初始貼邊標志位為0，于水中向前直游；

b)根據紅外測距傳感器反饋測距結果，判斷行進方向上有無障礙物或到達邊界；

c)若判定存在障礙物或到達邊界，切換探測器行動狀態為避障狀態，貼邊標志位從0切換為1，根據障礙物距離與模糊控制規則計算應減小的速度和轉向角度并控制探測器減速并右轉，并通過前置攝像頭對前方環境拍照保存，當左側紅外測距傳感器檢測到障礙物或邊界距離大于避障警戒值L時，切換探測器行動狀態為巡游狀態，貼邊標志位從1切換為0，根據左側紅外測量結果與模糊控制規則計算探測器轉向角度并控制探測器向左偏轉，貼邊巡游；

d)若判定無障礙物或未到達邊界，則探測器保持貼邊巡游狀態并加速直游。

當所述貼邊標志位為0時，探測器向前加速直游；當貼邊標志位為1時，探測器執行左貼邊行為。

進一步的，步驟c中，所述減速的算法為：