基于声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人及控制方法

文档序号:9888629
基于声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水下探测机器人,具体涉及一种基于声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人及控制方法。
【背景技术】
[0002]目前,一般利用电磁波作为载体,利用电磁波信号与控制信号结合,对遥控设备进行控制。但是,在水中电磁波的耗散太大,通讯传输距离不远,很难将控制信号传输到欲控制的对象,造成水下遥控比较困难。
[0003]而且,现今应用于海底的探测机器人主要分为两类:一类是有缆水下机器人,即遥控潜器(remote operated vehicle,简称ROV);另一类是无缆水下机器人,即自主式水下潜器(autonomous underwater vehicle,简称AUV)。虽然有缆机器人能够实现实时控制,但由于脐带缆的束缚,其探测距离和探测环境都受到限制;另外有缆机器人的整套探测装置能耗大、成本高,且体积庞大需要大型船舰支持和脐带电缆帮助,严重影响了深海的长期探索与勘测。而无缆机器人由于没有电缆及时充电,只依靠机器人自身携带的电池供电而大大缩短了水下探测机器人的工作时长;而且在通讯方面由于不能接受人工的遥控信息而无法实现信息的往返传输和实时控制。

【发明内容】

[0004]本发明要解决的技术问题是:提供一种基于声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人及控制方法,将控制信号与声呐结合,实现人工遥控,同时实现了机器人下潜上浮时的蓄能发电,增加勘测机器人的水下勘测时长,降低了能耗。
[0005]本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种基于声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人,其特征在于:它包括机械结构和硬件控制结构;其中,
机械结构包括塑性外壳,以塑性外壳为中心设有若干个与塑性外壳连接的动力轴,每个动力轴上设有推进螺旋桨和压力传感器,塑性外壳外安装有压力传感器,塑性外壳内设有陀螺仪和用于伸缩塑性外壳大小的伸缩栗;
硬件控制结构包括设置在塑性外壳内的中控平台、逆变器、发电电动一体机、蓄电池、伸缩栗驱动模块和用于通讯的声呐发射模块和声呐接收模块;所述的压力传感器和陀螺仪的输出端分别与中控平台连接;中控平台的输出端分别控制逆变器和伸缩栗驱动模块;中控平台通过声呐发射模块发送数据给外部,并通过声呐接收模块接收外部发送来的指令;所述的推进螺旋桨依次与发电电动一体机、逆变器和蓄电池连接;
中控平台根据压力传感器采集的数据获得机器人的水深,根据陀螺仪采集的数据获得机器人的方向;通过对所有采集到的数据进行分析和/或外部发送来的指令,控制伸缩栗驱动模块从而控制伸缩栗扩大或缩小塑性外壳的体积、控制逆变器使得发电电动一体机通过推进螺旋桨的转动发电或者蓄电池给推进螺旋桨进行供电。
[0006]按上述方案,它还包括设置在塑性外壳上的摄像头,摄像头的输出端与所述的中控平台连接。
[0007]按上述方案,它还包括设置在塑性外壳上由所述的中控平台控制的机械臂。
[0008]按上述方案,所述的动力轴沿塑性外壳周向均匀布置6根。
[0009]上述基于声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人的控制方法,其特征在于:它包括:
1)下潜和上浮阶段:
接收外部发送来的目标水深指令,与压力传感器获得的当前水深对比,若目标水深大于当前水深,则控制伸缩栗驱动模块将塑性外壳体积缩到最紧,本机器人无动力自由下潜,直至到达目标水深,控制伸缩栗驱动模块扩大塑性外壳体积,到无动力悬浮为止;若目标水深小于当前水深,则控制伸缩栗驱动模块将塑性外壳体积扩到最大,本机器人无动力自由上浮,直至到达目标水深,控制伸缩栗驱动模块缩紧塑性外壳体积,到无动力悬浮为止;在本机器人无动力自由下潜或上浮过程中,控制逆变器,使得推进螺旋桨受水流驱动而转动的能量带动发电电动一体机进行发电并给蓄电池充电;
2)探测阶段
在探测过程中,依据外部发送来的行驶指令,控制推进螺旋桨带动本机器人按行驶指令运行,同时根据陀螺仪采集的数据获得机器人的方向,对螺旋桨的控制指令进行实时修正;探测过程中由蓄电池为螺旋桨供电;
在I)和2)的阶段中,实时的将本机器人的状态发送给外部。
[0010]本发明的有益效果为:
1、利用声呐为载体,将控制信号用声呐的方式进行无线传输,拜托了电缆束缚,无需大型航舰承载,大大减少能源消耗;通过伸缩栗控制塑性壳体的体积,从而控制机器人无动力自由上浮和下潜,并且在上浮和下潜的过程中利用水流驱动螺旋桨转动来发电蓄能,而这些电能用于在探测过程中,增加机器人的水下探测时长,降低了能耗。
[0011]2、结构简单、外观微型化且具有低能耗节能系统,可大大节约能源实现绿色低碳。
[0012]3、可以通过携带温度传感器、盐度传感器、声呐等探测仪器对海洋环境和地形进行数据采集、探测拍照,以提供更多真实有力的科学依据。
[0013]4、该机器人具有更深的探测范围、更高的通讯质量、更灵活的配备装置,未来可在海底地形地貌的探测中起到巨大作用,如可燃冰等新型低碳能源的探测、港口水下地质勘测、三峡大坝水下相关信息探测、马航遗骸的远距离探测搜寻、东方之星沉翻船事故救援等。
【附图说明】
[0014]图1为本发明一实施例的机械结构示意图。
[0015]图2为本发明一实施例的硬件结构框图。
[0016]图3为下潜过程中的控制流程图。
[0017]图4为发电电动一体机的工作原理图。
[0018]图中:丨-中控平台,2-推进螺旋桨,3-声呐发射模块,4-伸缩栗,5-压力传感器,6-摄像头,7-声呐接收模块,8-动力轴,9-机械臂。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
[0020]一种基于声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人,它包括机械结构和硬件控制结构,如图1和图2所示;其中,
机械结构包括塑性外壳,以塑性外壳为中心设有若干个与塑性外壳连接的动力轴8,每个动力轴8上设有推进螺旋桨2,塑性外壳外安装有压力传感器5,塑性外壳内设有陀螺仪和用于伸缩塑性外壳大小的伸缩栗4;
硬件控制结构包括设置在塑性外壳内的中控平台1、逆变器、发电电动一体机、蓄电池、伸缩栗驱动模块和用于通讯的声呐发射模块3和声呐接收模块7;所述的压力传感器5和陀螺仪的输出端分别与中控平台I连接;中控平台I的输出端分别控制逆变器和伸缩栗驱动模块;中控平台通过声呐发射模块3发送数据给外部,并通过声呐接收模块7接收外部发送来的指令;所述的推进螺旋桨2依次与发电电动一体机、逆变器和蓄电池连接;
中控平台I根据压力传感器5采集的数据获得机器人的水深,根据陀螺仪采集的数据获得机器人的方向;通过对所有采集到的数据进行分析和/或外部发送来的指令,控制伸缩栗驱动模块从而控制伸缩栗扩大或缩小塑性外壳的体积、控制逆变器使得发电电动一体机通过推进螺旋桨2的转动发电或者蓄电池给推进螺旋桨2进行供电。
[0021]优选的,它还包括设置在塑性外壳上的摄像头6,摄像头6的输出端与所述的中控平台I连接。
[0022]优选的,它还包括设置在塑性外壳上由所述的中控平台I控制的机械臂9。
[0023]本实施例中,所述的动力轴沿塑性外壳周向均匀布置6根,构成型六轴结构。
[0024]上述基于
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