自主水下航行器及其控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及水下航行器领域，特别是涉及一种自主水下航行器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着世界人口膨胀和地球资源的紧张，同时计算机技术、人工智能技术、微电子技术和软件行业的发展，人们越来越注重海洋相关产业的发展。海洋环境错综复杂，不适合人工长期作业，但在海洋开发中经常会遇到海洋环境检测、海上设备结构故障检测、人员船只搜救、港口安全巡航等问题，因此，自主水下航行器的研制对于海洋产业的发展格外重要。
[0003]目前，常用的水下航行器分为载人潜水器和无人潜水器两种。无人潜水器又分为远程遥控潜水器(R0V，Remotely Operated Vehicle)和自主水下航行器(AUV，AutonomousUnderwater Vehicle)。远程遥控潜水器是一种通过线缆与水面母船相连实现潜水器的远程遥控的潜水器，而自主水下航行器则是一种在水下实现自主补给和自主决策的潜水器。
[0004]现有的自主水下航行器在水中难以精确且实时调整平衡，容易在不同方向上发生倾斜，从而难以平稳运行，影响工作。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对自主水下航行器无法灵活地保持平衡的问题，提供一种可灵活地保持平衡的自主水下航行器及其控制方法。
[0006]—种自主水下航行器，所述自主水下航行器包括平衡调节舱，所述平衡调节舱内设有翻滚平衡调节机构、俯仰平衡调节机构及配重块，所述配重块可沿第一方向移动并绕第二方向转动地设于所述平衡调节舱内，所述俯仰平衡调节机构可驱动所述配重块在所述第一方向上移动，以改变所述自主水下航行器在所述第一方向上的重心位置;所述翻滚平衡调节机构可驱动所述配重块绕所述第二方向转动，以改变所述翻滚平衡调节机构在第三方向的重心位置，所述第三方向垂直于所述第一方向。
[0007]上述自主水下航行器，通过改变翻滚平衡调节机构在不同方向上重心，以对自主水下航行器适时进行自动平衡调节，从而增加该自主水下航行器的运行稳定性，避免自主水下航行器发生不同方向上的倾斜，影响自主水下航行器100的工作。
[0008]在其中一个实施例中，所述俯仰平衡调节机构包括俯仰调节驱动件与滑动组件，所述配重块设置于所述翻滚平衡调节机构上，所述翻滚平衡调节机构包括用于驱动所述配重块转动的翻滚调节驱动件，所述滑动组件连接于所述翻滚调节驱动件，所述俯仰调节驱动件驱动所述滑动组件运动，以带动所述翻滚平衡调节机构移动。
[0009]在其中一个实施例中，所述俯仰平衡调节机构还包括传动连接所述俯仰调节驱动件与所述滑动组件的第一传动组件，所述俯仰调节驱动件转动以驱动所述第一传动组件运动，以带动所述滑动组件沿所述第一方向移动;所述翻滚调节机构还包括传动连接所述翻滚调节驱动件与所述配重块的第二传动组件，所述翻滚调节驱动件转动以驱动所述第二传动组件运动，以带动所述配重块转动。
[0010]在其中一个实施例中，所述第一传动组件包括丝杆及丝杆螺母，所述丝杆一端固接于所述俯仰调节驱动件，另一端安装所述丝杆螺母;所述滑动组件包括移动面板及与所述丝杆平行延伸、并穿过所述移动面板的滑动轴，所述移动面板一侧与所述翻滚平衡调节结构连接，另一侧与丝杆螺母固接，所述移动螺母沿所述丝杆移动并带动所述移动面板沿所述滑动轴移动;所述第一传动组件包括小齿轮轴、小齿轮、大齿轮及穿过所述大齿轮与所述配重块的传动轴，所述小齿轮轴一端固接于所述翻滚调节驱动件，另一端固接于所述小齿轮，所述大齿轮与所述小齿轮啮合，并通过所述传动轴连接于所述配重块。
[0011 ]在其中一个实施例中，所述自主水下航行器还包括:
[0012 ]视觉舱，所述视觉舱内设有摄像头；
[0013]垂直推进舱，所述垂直推进舱内设有用于推动所述自主水下航行器沿所述第三方向运动的垂直推进器；
[0014]电控舱，所述电控舱内设有控制系统;及
[0015]水平推进装置，所述水平推进装置安装于所述自主水下航行器的外壁上，且沿平行于所述第一方向的方向设置；
[0016]其中，所述平衡调节舱、视觉舱、垂直推进舱及电控舱可拆卸连接。
[0017]在其中一个实施例中，所述视觉舱内设有云台固定板及安装于所述云台固定板的云台机构，所述云台机构包括云台连接件及与所述云台连接件传动连接，以驱动所述云台连接件运动的云台电机，所述云台连接件与所述摄像头连接，以在所述云台电机的驱动下带动所述摄像头运动。
[0018]在其中一个实施例中，所述水平推进装置包括沿周向间隔设置于所述自主水下航行器的外壁上的水平推进器，所述水平推进器的延伸方向与所述垂直推进器的延伸方向垂直;所述垂直推进舱开设有垂直于所述第一方向且贯通所述垂直推进舱的贯通孔，所述垂直推进器设于所述贯通孔内。
[0019]在其中一个实施例中，所述自主水下航行器还包括多个连接结构，多个所述连接结构包括连接于所述视觉舱与平衡调节舱之间的第一舱体密封连接结构、连接于所述平衡调节舱与所述垂直推进舱之间的第二舱体密封连接结构、连接于所述垂直推进舱与所述电控舱之间的第三舱体密封连接结构、及设于所述电控舱未连接所述垂直推进舱一端的第四舱体密封结构;其中，所述第二舱体密封连接结构、第三舱体密封连接机构及第四舱体密封结构均突设有电缆接头。
[0020]在其中一个实施例中，所述电控舱内设有固定结构及安装于所述固定结构的锂电池、九轴惯性传感单元模块、图像处理控制板、主控制板、电机驱动器及推进器驱动模块;所述锂电池、九轴惯性传感单元模块、图像处理控制板、电机驱动器及所述推进器驱动模块均通信连接于所述主控制板，所述图像处理控制板通信连接于所述摄像头与所述锂电池，所述电机驱动器通信连接于所述俯仰平衡调节机构及所述翻滚平衡调节机构，所述推进器驱动模块通信连接于所述垂直推进器与所述水平推进装置。
[0021]—种自主水下航行器的控制方法，所述自主水下航行器的控制方法包括以下步骤:
[0022]将自主水下航行器放入预设区域，控制系统控制翻滚平衡调节机构及俯仰平衡调节机构调整所述自主水下航行器的平衡；
[0023]所述控制系统规划路径，并控制所述自主水下航行器沿规划路径航行；
[0024]判断是否遇到障碍物；
[0025]当所述自主水下航行器遇到障碍物时，所述控制系统重新规划路线，并控制所述自主水下航行器重新沿规划路径航行，当所述自主水下航行器未遇到障碍物时，所述控制系统控制所述自主水下航行器沿原规划路径航行；
[0026]所述控制系统获得障碍物的图像信息与位置信息，并根据所述图像信息与所述位置信息进行相应判断。
【附图说明】
[0027]图1为一实施方式的自主水下航行器的示意图；
[0028]图2为图1所示的自主水下航行器的内部结构示意图；
[0029]图3为图1所示的自主水下航行器的视觉舱的内部结构示意图；
[0030]图4为图1所示的自主水下航行器的平衡调节舱的内部结构示意图；
[0031]图5为图1所示的自主水下航行器的垂直推进舱的内部结构示意图；
[0032]图6为图1所示的自主水下航行器的电控舱的内部结构示意图；
[0033]图7为图6所示的电控舱内的控制系统的模块图；
[0034]图8为图1所示的自主水下航行器的水平推进装置的结构示意图；
[0035]图9为图1所示的自主水下航行器的第一舱体密封连接结构的剖视图；
[0036]图10为图1所示的自主水下航行器的第二舱体密封连接结构的结构示意图；
[0037]图11为图1所示的自主水下航行器的第一舱体密封连接结构的结构示意图；
[0038]图12为图1所示的自主水下航行器的第四舱体密封连接结构的结构示意图；
[0039]图13为一实施方式的故障检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0040]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0041 ]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0042]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0043]如图1及图2所示，本较佳实施例的一种自主水下航行器100。该自主水下航行器100包括平衡调节舱30，平衡调节舱30内设有翻滚平衡调节机构37、俯仰平衡调节机构35及配重块376，配重块376可沿第一方向移动并绕第二方向转动地设于所平衡调节舱30内。
[0044]其中，俯仰平衡调节机构35可驱动配重块376在第一方向上移动，以改变自主水下航行器100在第一方向上的重心位置。翻滚平衡调节机构37可驱动配重块376绕第二方向转动，以改变翻滚平衡调节机构35在第三方向的重心位置，第三方向垂直于第一方向。
[0045]上述自主水下航行器100，通过改变翻滚平衡调节机构37在不同方向上重心，以对自主水下航行器100适时进行自动平衡调节，从而增加该自主水下航行器1