一种水下机器人导航装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及水下机器人【技术领域】，提供一种水下机器人导航装置，其包括导航数据采集单元、双口RAM以及导航数据处理单元，其中，导航数据采集单元包括惯性测量件、磁罗盘、探测声纳、深度计、传感器结构模组以及视觉平台模组，该惯性测量件、磁罗盘、探测声纳、深度计、传感器结构模组以及视觉平台模组完成导航数据的采集，并分别连接传输到单片机，单片机通过双口RAM传递到导航数据处理单元，通过融合多种类型的导航采集器的导航数据，使它们优势互补，通过数字信号处理芯片的滤波融合处理，得到导航数据的最优估计，从而形成精确度较高的导航数据，控制水下机器人进行行驶和定位。
【专利说明】一种水下机器人导航装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水下机器人【技术领域】，尤其涉及一种水下机器人导航装置。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，人类对水下资源的探索和利用越来越广泛，例如资源矿产的开采、水电站、核电站的建设等。水下机器人对人类在海洋石油开发、海洋科学研宄、海洋矿藏勘测开发、海底打捞救生以及核电工业设备测量等方面具有重要的意义，特别是一些狭窄、污染，且具有一定危险性的水域，对水下机器人的需求越来越多。
[0003]目前，惯性导航系统是最常见和应用最广泛的导航系统，惯性导航系统在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不容易受到干扰破坏，但是单独通过惯性导航系统很难满足水下航行所需要的导航精度和定位要求，仅靠提高惯性传感器的性能来提高导航和定位精确度是非常有限的。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种水下机器人导航装置，旨在解决现有技术中单独通过惯性导航系统很难满足水下航行所需要的导航精度和定位要求，仅靠提高惯性传感器的性能来提高导航和定位精确度是非常有限的问题。
[0005]本实用新型是这样实现的，一种水下机器人导航装置，所述水下机器人导航装置包括:
[0006]导航数据采集单元，所述导航数据采集单元包括惯性测量件、磁罗盘、探测声纳、深度计、传感器结构模组以及视觉平台模组，所述惯性测量件、磁罗盘、探测声纳、深度计、传感器结构模组以及视觉平台模组分别连接到单片机，所述单片机位于水下机器人的电子舱内；
[0007]其中，所述惯性测量件和磁罗盘设置在水下机器人外围框架前端，所述惯性测量件和磁罗盘通过RS232串口与电平转换器连接，所述电平转换器与所述单片机连接；
[0008]所述深度计设置在水下机器人外围框架上，所述深度计与所述单片机之间还设有AD转换板；
[0009]所述探测声纳包括设置在水下机器人外围框架前端上方的扫描成像声纳和前端下方的避碰声纳，所述扫描成像声纳与所述避碰声纳通过特征提取芯片连接到所述单片机；
[0010]所述传感器结构模组包括位于所述水下机器人外围框架前端的激光投射器和激光振镜，所述激光投射器和所述激光振镜通过第一滤波器与所述单片机连接；
[0011]所述视觉平台模组包括位于所述水下机器人外围框架前端上部的第一摄像机和位于所述水下机器人外围框架底部的第二摄像机，所述第一摄像机和第二摄像机通过图像处理芯片连接到所述单片机；
[0012]所述单片机连接双口 RAM，所述双口 RAM连接导航数据处理单元，所述导航数据处理单元内置于水下机器人的电子舱内；
[0013]所述导航数据处理单元包括与所述双口 RAM连接的数字信号处理芯片，所述数字信号处理芯片连接导航计算机，所述导航计算机设有CAN总线接口。
[0014]作为一种改进的方案，所述惯性测量件包括分别通过所述RS232接口与所述电平转换器连接的陀螺仪和加速计。
[0015]作为一种改进的方案，所述导航数据处理单元还包括与所述数字信号处理芯片连接的FLASH和存储器。
[0016]作为一种改进的方案，所述AD转换板与所述深度计之间设有第二滤波器。
[0017]由于水下机器人导航装置包括导航数据采集单元、双口 RAM以及导航数据处理单元，其中，导航数据采集单元包括惯性测量件、磁罗盘、探测声纳、深度计、传感器结构模组以及视觉平台模组，该惯性测量件、磁罗盘、探测声纳、深度计、传感器结构模组以及视觉平台模组完成导航数据的采集，并分别连接传输到单片机，单片机通过双口 RAM传递到导航数据处理单元，通过融合多种类型的导航采集器的导航数据，使它们优势互补，通过数字信号处理芯片的滤波融合处理，得到导航数据的最优估计，从而形成精确度较高的导航数据，控制水下机器人进行行驶和定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型提供的水下机器人导航装置的结构示意图；
[0019]其中，1-导航数据采集单元，2-惯性测量件，3-磁罗盘，4-探测声纳，5-深度计，6-传感器结构模组，7-视觉平台模组，8-单片机，9-RS232串口，10-电平转换器，Il-AD转换板，12-扫描成像声纳，13-避碰声纳，14-特征提取芯片，15-激光投射器，16-激光振镜，17-第一滤波器，18-第一摄像机，19-第二摄像机，20-图像处理芯片，21-双口 RAM，22-导航数据处理单元，23-数字信号处理芯片，24-导航计算机，25-CAN总线接口，26-陀螺仪，27-加速计，28-FLASH，29-存储器，30-第二滤波器。
【具体实施方式】
[0020]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0021]图1示出了本实用新型提供的水下机器人导航装置的结构示意图，为了便于说明，图中仅给出了与本实用新型相关的部分。
[0022]在本实用新型中，水下机器人采用开放式的机械结构和常规的模块化设计，其中，水下机器人外围框架内固定上下两层压力舱，并且设置五个推进器，包括三个垂直方向推进器和两个水平方向推进器，其中，该水下机器人外围框架的前端左右两侧分别设置一个垂直方向的推进器，中部对称设置两个水平方向推进器，后部中间位置设置垂直方向推进器，其中本实用新型的整体结构是基于该水下机器人的布局设置的，具体如下:
[0023]水下机器人导航装置包括:
[0024]导航数据采集单元1，所述导航数据采集单元I包括惯性测量件2、磁罗盘3、探测声纳4、深度计5、传感器结构模组6以及视觉平台模组7，所述惯性测量件2、磁罗盘3、探测声纳4、深度计5、传感器结构模组6以及视觉平台模组7分别连接到单片机8，所述单片机8位于水下机器人的电子舱内；
[0025]其中，所述惯性测量件2和磁罗盘3设置在水下机器人外围框架前端，所述惯性测量件2和磁罗盘3通过RS232串口 9与电平转换器10连接，所述电平转换器10与所述单片机8连接；
[0026]所述深度计5设置在水下机器人外围框架上，所述深度计5与所述单片机8之间还设有AD转换板11 ；
[0027]所述探测声纳4包括设置在水下机器人外围框架前端上方的扫描成像声纳12和前端下方的避碰声纳13，所述扫描成像声纳12与所述避碰声纳13通过特征提取芯片14连接到所述单片机8 ；
[0028]所述传感器结构模组6包括位于所述水下机器人外围框架前端的激光投射器15和激光振镜16，所述激光投射器15和所述激光振镜16通过第一滤波器17与所述单片机8连接；
[0029]所述视觉平台模组7包括位于所述水下机器人外围框架前端上部的第一摄像机18和位于所述水下机器人外围框架底部的第二摄像机19，所述第一摄像机18和第二摄像机19通过图像处理芯片20连接到所述单片机8 ;
[0030]所述单片机8连接双口 RAM21，所述双口 RAM21连接导航数据处理单元22，所述导航数据处理单元22内置于水下机器人的电子舱内；
[0031]所述导航数据处理单元22包括与所述双口 RAM21连接的数字信号处理芯片23，所述数字信号处理芯片23连接导航计算机24，所述导航计算机24设有CAN总线接口 25。
[0032]其中，惯性测量件2包括分别通过所述RS232接口与所述电平转换器10连接的陀螺仪26和加速计27。
[0033]为了完善导航计算机24的功能，导航数据处理单元22还包括与所述数字信号处理芯片23连接的FLASH28和存储器29。
[0034]在本实用新型中，AD转换板11与所述深度计5之间设有第二滤波器30。
[0035]在本实用新型中，惯性测量件2通过陀螺仪26和加速计27获取当前水下机器人的位置、速度和姿态等9维信息，通过RS232串口 9传递到数字信号处理芯片23 ；
[0036]磁罗盘3可以获取当前水下机器人的三维姿态信息，同样通过RS232串口 9传递到数字信号处理芯片23 ；
[0037]深度计5为液压变送器，通过膜片感应内外侧水压差来确定水深，其输出为
4-20mA的模拟电流，经过第二滤波器的处理后转换为0-5V的电压信号，经过AD转换板11转成数字信号，串行方式传递到数字信号处理芯片23 ;
[0038]扫描成像声纳12和避碰声纳13对水下机器人的方位进行采集，并通过特征提取芯片14提取当前的方位信息，通过单片机8传递到数字信号处理芯片23 ;
[0039]位于所述水下机器人外围框架前端的激光投射器15和激光振镜16，实现对行驶环境的三维测量，主要完成对水下地貌的测量和前视窗景的导航；
[0040]通过第一摄像机18和第二摄像机19从不同的角度对水下机器人的行驶或者工作环境进行图像采集，并通过图像处理芯片20基于相应的视差原理，恢复当前环境的三维图像信息，重现水下环境；
[0041]通过上述各个传感器等部件对导航信息的采集，DSP芯片依据惯性导航理论以及其他导航参数的结合，实现组合式导航的过程，其导航准确度较高，精准度较高。
[0042]本实用新型以扫描成像声纳、结构光和双目视觉组成多尺度环境探测传感器系统，并辅以多普勒测速仪、加速度计、陀螺仪等惯性导航传感器，以同时定位与地图创建(SLAM)为多传感器融合主要算法，构建深海复杂环境下大范围、长程、多尺度精确导航定位系统，可用于海底基础网络维护、海底资源调查、海洋科学研宄、地形地貌探测、水下考古、军事应用等方面。深海自主机器人(AUV)是支撑探查和开发海洋资源、开展海洋科学研宄、进行海洋工程作业的重要技术手段和装备，对于形成从浅海到深海的立体探查与作业能力，大幅提高我国参与国际海洋竞争能力，加速我国向更深更远的海洋进军的进程具有重要的意义。
[0043]水下机器人导航装置包括导航数据采集单元、双口 RAM21以及导航数据处理单元22，其中，导航数据采集单元包括惯性测量件2、磁罗盘3、探测声纳4、深度计5、传感器结构模组6以及视觉平台模组7，该惯性测量件2、磁罗盘3、探测声纳4、深度计5、传感器结构模组6以及视觉平台模组7完成导航数据的采集，并分别连接传输到单片机8，单片机8通过双口 RAM21传递到导航数据处理单元22，通过融合多种类型的导航采集器的导航数据，使它们优势互补，通过数字信号处理芯片23的滤波融合处理，得到导航数据的最优估计，从而形成精确度较高的导航数据，控制水下机器人进行行驶和定位。
[0044]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种水下机器人导航装置，其特征在于，所述水下机器人导航装置包括: 导航数据采集单元，所述导航数据采集单元包括惯性测量件、磁罗盘、探测声纳、深度计、传感器结构模组以及视觉平台模组，所述惯性测量件、磁罗盘、探测声纳、深度计、传感器结构模组以及视觉平台模组分别连接到单片机，所述单片机位于水下机器人的电子舱内； 其中，所述惯性测量件和磁罗盘设置在水下机器人外围框架前端，所述惯性测量件和磁罗盘通过RS232串口与电平转换器连接，所述电平转换器与所述单片机连接； 所述深度计设置在水下机器人外围框架上，所述深度计与所述单片机之间还设有AD转换板； 所述探测声纳包括设置在水下机器人外围框架前端上方的扫描成像声纳和前端下方的避碰声纳，所述扫描成像声纳与所述避碰声纳通过特征提取芯片连接到所述单片机； 所述传感器结构模组包括位于所述水下机器人外围框架前端的激光投射器和激光振镜，所述激光投射器和所述激光振镜通过第一滤波器与所述单片机连接； 所述视觉平台模组包括位于所述水下机器人外围框架前端上部的第一摄像机和位于所述水下机器人外围框架底部的第二摄像机，所述第一摄像机和第二摄像机通过图像处理芯片连接到所述单片机； 所述单片机连接双口 RAM，所述双口 RAM连接导航数据处理单元，所述导航数据处理单元内置于水下机器人的电子舱内； 所述导航数据处理单元包括与所述双口 RAM连接的数字信号处理芯片，所述数字信号处理芯片连接导航计算机，所述导航计算机设有CAN总线接口。
2.根据权利要求1所述的水下机器人导航装置，其特征在于，所述惯性测量件包括分别通过所述RS232接口与所述电平转换器连接的陀螺仪和加速计。
3.根据权利要求1所述的水下机器人导航装置，其特征在于，所述导航数据处理单元还包括与所述数字信号处理芯片连接的FLASH和存储器。
4.根据权利要求1所述的水下机器人导航装置，其特征在于，所述AD转换板与所述深度计之间设有第二滤波器。
【文档编号】G01C21/18GK204228171SQ201420697230
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】刘清亮 申请人:山东华盾科技股份有限公司