一种自主导航水底探测机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水底探测技术领域，具体是一种自主导航水底探测机器人。
【背景技术】
[0002]目前，主要的水底探测方法有两种方式，一是使用ROV或者AUV搭载声呐系统进行扫描，二是将声呐搭载到船上，人工沿轨迹开船扫描。这两种方式都有其缺点，ROV或者AUV造价太高，维护成本高，需要专业人员操控。人工开船探测工作量大，如果探测水域面积大，水面环境复杂，操作人员的工作量会很大，同时开船还具有一定的危险性。
[0003]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种自主导航水底探测机器人，以解决现有技术存在的问题。
[0004]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种自主导航水底探测机器人，其特征在于:包括有船体，船体上设置有电源系统、主控系统、导航系统、通讯系统、声呐系统、推进系统，由电源系统、主控系统、导航系统、通讯系统、声呐系统、推进系统构成水面机器人，其中:
所述主控系统由单片机及其外围电路构成；
所述导航系统由设置在船体上的电子罗盘、姿态传感器和GPS定位系统构成，导航系统中电子罗盘、姿态传感器、GPS定位系统分别接入主控系统的单片机，完成自主导航与自动任务；
所述通讯系统由无线数传图传电台构成，无线数传图传电台接入主控系统的单片机，无线数传图传电台将水面机器人的各种信息实时发送至地面基站；
所述的声呐系统由单片机、调制升压电路、水声换能器、滤波器、信号放大器组成，是本系统的数据采集核心。单片机发出信号，通过调制升压电路将信号放大为24V/125KHZ的电信号，经过水声换能器将电信号转换为声音信号。声音经过水底或者水中物体的反射形成回波，水声换能器接收回波信号，并且将回波转换为电信号，电信号经过滤波、放大到单片机。单片机根据电信号可以计算出水底的情况。然后将水底的信号经过一定的协议发送到主控系统。
[0005]所述电源系统供电至主控系统、导航系统、通讯系统、声呐系统。
[0006]所述的一种自主导航水底探测机器人，其特征在于:所述的推进系统为双电机推进差速推进方式。外置有防水草装置，可以在水草密集的地方工作。
[0007]所述的一种自主导航水底探测机器人，其特征在于:所述船体上前端还安装有超声波避障传感器与摄像头。
[0008]所述的一种自主导航水底探测机器人，其特征在于:所述声呐系统完成水底地形探测与鱼群探测，声呐控制系统与主控系统直接通讯，将采集到的水底信息包括水底硬度、深度，鱼群大小、鱼群深度、水温等发送给主控系统。
[0009]本发明提供了一种自主导航水底探测机器人，能够自动进行水底探测，实时返回探测数据。续航能力强，一次可探测水域面积广，效率高，携带方便。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是可用范围远、重量轻、操作简单，简化了工作流程与工人工作量。水底探测速度快，数据稳定可靠，并且实时对水底地形、物体进行显不O
【附图说明】
[0011]图1为本发明的侧视结构示意图。
[0012]图2为声呐系统示意图。
【具体实施方式】
[0013]参见图1所示，一种自主导航水底探测机器人，包括有船体2，船体2上设置有电源系统4、主控系统1、导航系统、通讯系统9、超声波系统7、推进系统10，由电源系统4、主控系统1、导航系统、通讯系统9、声呐系统8、水声换能器3、推进系统构成水面机器人，其中:
主控系统I由单片机及其外围电路构成；
导航系统由设置在船体2上的电子罗盘、姿态传感器和GPS定位系统5构成，导航系统中电子罗盘、姿态传感器、GPS定位系统5分别接入主控系统I的单片机，完成自主导航与自动任务；
通讯系统9由无线数传图传电台构成，无线数传图传电台接入主控系统I的单片机，无线数传图传电台将水面机器人的各种信息实时发送至地面基站；
声呐系统由安装在船体2底部的水声换能器3与声波发送/接收系统8构成，声呐控制系统8接入主控系统I ;水声换能器与声呐控制系统直接相连，将电信号转换为声信号，并且将接收到的回波信号转换为电信号传给声呐控制系统。
[0014]电源系统4供电至主控系统1、导航系统、通讯系统9、声呐主控系统8。
[0015]推进系统为外置式双直流电机11驱动的螺旋桨10推进结构与防水草装置12。
[0016]船体2上前端还安装有超声波避障传感器6与摄像头7。
[0017]声呐系统完成水底地形探测与鱼群探测，声呐控制系统与主控系统I直接通讯，将采集到的水底信息包括水底硬度、深度，鱼群大小、鱼群深度、水温等发送给主控系统I。
[0018]本发明中，主控系统I包括单片机与外围电路，导航系统包括电子罗盘、姿态传感器和GPS定位系统5，其姿态传感器集成在主控系统I上面。主控系统I与无线数传图传电台直接相连，通过无线数传图传电台将机器人采集到的数据发送到地面基站上显示记录下来。主控系统I根据导航系统采集到的位置信息等数据控制声波发送/接收系统8，实现自主导航与水底实时扫描。本实例中使用的两套推进系统包含外挂式双直流电机11与螺旋桨10，两套推进器采用外置式安装方式，方便拆卸与安装，且外部安装有防水草装置12，可以在水草密集的地方正常工作。
[0019]本实例中，所述机器人上面安装有超声波传感器6，通过超声波传感器6能够发现前方与侧面的障碍物，其与主控系统I直接相连，通过主控系统1，实现自主避障。所述机器人上面安装有摄像头7，其与无线数传图传电台直接相连。通过无线数传图传电台将采集到的视频数据发送到地面基站。操控人员可以实时观察船前方180度范围内的水域情况。
[0020]本发明的特点如下:
1、装有视频监控系统，操作人员可以实时观察水域环境。装有超声波避障系统，在自主导航过程中能够实现自主避障。
[0021]2、具有手工模式与自动模式与指导模式等采样方式。手工模式下由手持遥控器控制机器人行驶到定点进行扫描与探测。该操作过程中配合摄像头使用可以在视距外采样监测。自动模式下由基站设置好采样任务后，由GPS定位系统、电子罗盘、状态传感器等采集到船的当前位置、方向等信息，主控系统根据这些信息控制机器人按规划好的路线航行探测扫描。教练模式下可以人工手动输入探测位置的经玮度，机器人自动导航到该任务点进行探测扫描。
[0022]3、具有失效保护机制，当基站信号、遥控器信号丢失或者机器人电量不足时，会触发返航行为，即返回到出发点，以防止机器人丢失。
[0023]扫描监测过程如下:
1、机器人到达目标点或者按航线自动行驶时，声呐主控系统中单片机13发射125KHz的电子脉冲信号。
[0024]2、电子脉冲经过调制，升压模块14后，经水声换能器3转换为声波信号传递到水中。
[0025]3、声波经水底或水中物体反射到水声换能器3中，水声换能器3将声波信号转换为电信号。
[0026]4、电信号经过信号放大单元16放大与滤波器15滤波后，发送到声呐控制系统8，声呐控制系统8接收到经过处理后的电信号，经过计算得出水底和水中的信息，并将信息通过无线数传模块发回到地面站，地面站根据这些信息将水底与水中信息通过图像的形式直观实时的显示出来。
【主权项】
1.一种自主导航水底探测机器人，其特征在于:包括有船体，船体上设置有电源系统、主控系统、导航系统、通讯系统、声呐系统、推进系统，由电源系统、主控系统、导航系统、通讯系统、声呐系统、推进系统构成水面机器人，其中: 所述主控系统由单片机及其外围电路构成； 所述导航系统由设置在船体上的电子罗盘、姿态传感器和GPS定位系统构成，导航系统中电子罗盘、姿态传感器、GPS定位系统分别接入主控系统的单片机，完成自主导航与自动任务； 所述通讯系统由无线数传图传电台构成，无线数传图传电台接入主控系统的单片机，无线数传图传电台将水面机器人的各种信息实时发送至地面基站； 所述声呐系统由安装在船体底部的水声换能器与声呐主控制系统构成，声呐主控制系统与船的主控系统直接相连；声呐控制系统由单片机、调制升压电路、水声换能器、滤波器、信号放大器组成，是本系统的数据采集核心； 所述电源系统供电至主控系统、导航系统、通讯系统、声呐系统。2.根据权利要求1所述的一种自主导航水底探测机器人，其特征在于:所述推进系统为外置式双直流电机驱动的螺旋桨推进结构，且外部装有防水草装置。3.根据权利要求1所述的一种自主导航水底探测机器人，其特征在于:所述船体上前端还安装有超声波避障传感器与摄像头。4.根据权利要求1所述的一种自主导航水底探测机器人，其特征在于:所述声呐系统完成水底地形探测与鱼群探测，声呐控制系统与主控系统直接通讯，将采集到的水底信息包括水底硬度、深度，鱼群大小、鱼群深度、水温等发送给主控系统。
【专利摘要】本发明公开了一种自主导航水底探测机器人，包括有船体，船体上设置由电源系统、主控系统、导航系统、通讯系统、声呐系统、推进系统构成的水面机器人。本发明提供了一种自主导航水底探测机器人，能够自动进行水底探测，实时返回探测数据。续航能力强，一次可探测水域面积广，效率高，携带方便。
【IPC分类】B63C11/48, G01S15/96, G01S15/93
【公开号】CN104960651
【申请号】CN201510424545
【发明人】朱宏磊, 李治洋, 汤永报
【申请人】安徽科微智能科技有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月16日