[發(fā)明專利]一種基于人工側(cè)線的水下履帶裝備狀態(tài)感知系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110497641.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN112985516B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申焱華;吳家雄;馮志鵬;楊舒迪;焦倩;李雨莎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波;付忠林

本發(fā)明公開了一種基于人工側(cè)線的水下履帶裝備狀態(tài)感知系統(tǒng)，包括安裝在待進(jìn)行狀態(tài)感知的水下履帶裝備上的人工側(cè)線系統(tǒng)、慣性傳感器、超聲波探測頭、多通道信號(hào)采集模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊；其中，多通道信號(hào)采集模塊用于循環(huán)采集人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測信號(hào)，并傳遞到數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊用于基于人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測信號(hào)，融合慣性傳感器和超聲波探測頭的檢測信號(hào)，結(jié)合渦街理論與伯努利理論，感知當(dāng)前流場狀態(tài)下的水流來流速度，來流方向，并對(duì)當(dāng)前流場中的水下履帶裝備狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)感知，實(shí)現(xiàn)水下履帶裝備的姿態(tài)檢測、局部流場檢測和障礙物檢測。本發(fā)明可以有效地預(yù)測水下履帶裝備作業(yè)過程中的局部流場信息、裝備姿態(tài)信息以及局部障礙物信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下履帶裝備環(huán)境感知與緊急避障技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于人工側(cè)線的水下履帶裝備狀態(tài)感知系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，河流水澇頻發(fā)，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)急救援裝備的研制發(fā)展迫在眉睫。水澇災(zāi)害多樣，地點(diǎn)不定，導(dǎo)致單一的應(yīng)急救援裝備難以用于所有場景。例如水流較為湍急、河面較窄的河道，普通的清淤船無法有效作業(yè)，可以依靠具備遙控作業(yè)能力的強(qiáng)涉水、多功能、高機(jī)動(dòng)的履帶式裝備協(xié)同進(jìn)行地面水下應(yīng)急救援作業(yè)，完成清淤、推障、探測等功能。

水下應(yīng)急搶險(xiǎn)環(huán)境較惡劣，以河流應(yīng)急搶險(xiǎn)為例，履帶裝備水下行走作業(yè)過程中，河流渾濁，能見度低，水下空間環(huán)境復(fù)雜，伴隨著電磁干擾，導(dǎo)致視覺信號(hào)與聲吶信號(hào)難以發(fā)揮功效。在河流流速較快時(shí)，水動(dòng)力嚴(yán)重影響水下履帶裝備行走作業(yè)的穩(wěn)定性。而失穩(wěn)的履帶裝備會(huì)嚴(yán)重制約應(yīng)急救援任務(wù)的進(jìn)度。

水下履帶式應(yīng)急救援裝備，是一種水下特種裝備，在具備行走功能的前提下，需要具有特定的作業(yè)功能。與普通水下航行器不同，水下履帶裝備不具備流線外形，其局部水動(dòng)力更加復(fù)雜，且履帶與水下土壤接觸，稀軟的水下地形同樣對(duì)履帶裝備的姿態(tài)產(chǎn)生影響。因此，傳統(tǒng)的感知技術(shù)無法有效實(shí)現(xiàn)水下履帶裝備狀態(tài)的精確感知；所以亟需尋求一種依靠多種車載傳感器，多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的方法，對(duì)水下履帶裝備狀態(tài)進(jìn)行感知，以保障應(yīng)急搶險(xiǎn)工作的順利進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于人工側(cè)線的水下履帶裝備狀態(tài)感知系統(tǒng)，以解決針對(duì)水下應(yīng)急救援中，河流水域渾濁，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，當(dāng)視覺信號(hào)與電磁信號(hào)無法發(fā)揮作用時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)無法有效實(shí)現(xiàn)水下履帶裝備狀態(tài)感知的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種基于人工側(cè)線的水下履帶裝備狀態(tài)感知系統(tǒng)，所述水下履帶裝備狀態(tài)感知系統(tǒng)包括安裝在待進(jìn)行狀態(tài)感知的水下履帶裝備上的人工側(cè)線系統(tǒng)、慣性傳感器、超聲波探測頭、多通道信號(hào)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；

所述多通道信號(hào)采集模塊用于循環(huán)采集所述人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測信號(hào)，并將采集到的所述人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測信號(hào)傳遞到所述數(shù)據(jù)處理模塊；

所述數(shù)據(jù)處理模塊用于基于所述人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測信號(hào)，融合所述慣性傳感器和所述超聲波探測頭的檢測信號(hào)，結(jié)合渦街理論與伯努利理論，感知當(dāng)前流場狀態(tài)下的水流來流速度，來流方向，并對(duì)當(dāng)前流場中的水下履帶裝備狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)感知，實(shí)現(xiàn)水下履帶裝備的姿態(tài)檢測、局部流場檢測和障礙物檢測。

進(jìn)一步地，所述人工側(cè)線系統(tǒng)包括多個(gè)壓強(qiáng)傳感器。

進(jìn)一步地，所述人工側(cè)線系統(tǒng)的布置方式為：

利用三維建模軟件，批量建立不同姿態(tài)的水下履帶裝備和不同地形的水下環(huán)境的三維實(shí)體模型；根據(jù)建立的實(shí)體模型，通過流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件對(duì)水下履帶裝備水下行駛過程進(jìn)行模擬，得到水下履帶裝備外形上壓強(qiáng)變化的敏感點(diǎn)；

在各壓強(qiáng)變化的敏感點(diǎn)處分別布置壓強(qiáng)傳感器，組成人工側(cè)線系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理模塊具體用于：

對(duì)所述信號(hào)采集模塊傳遞進(jìn)來的所述人工側(cè)線系統(tǒng)的檢測信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波，然后進(jìn)行傅里葉變換，得到所述人工側(cè)線系統(tǒng)的時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)；