基于声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人及控制方法_2

文档序号:9888629
声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人的控制方法,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,如图3所示,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。
[0025]工作机理:本机器人机身安装有压力传感器,压力传感器在不同深度采集到不同的数据,传输给中控平台进行分析,中控平台分析压力后,判断机器人所在水域深度,中控平台连接电动机,当中控平台收到来自于压力传感器的深度数据与预设深度值相同时,中控平台命令电动机执行预设动作,电动机连动压缩缸伸缩,压缩栗激活工作前,处于缩紧状态,外部圆球与机器人外壳连接。当收到中控平台发出的指令,前段开始伸长,压缩栗前端圆球在电动机的的推动下,控制机器人塑性外壳体积的改变,从而使机器人内外部体积增大,调定机器人浮力与重力平衡,完成机器人水下的自由悬浮。
[0026]总之,在中控平台的控制下,多个不同类型的传感器工作并采集数据。根据所采集回来的数据,控制舵机转动的功率,并且配合中控平台结合发电/电动一体化技术,做到机器人自身动力的自给自足。
[0027]除了自带能源之外,本发明使用发电电动一体机,其工作原理如图4所示,通过逆变器的切换装置实现电机的工作模式转化。机器人在自身重力下潜过程中,水对机器人产生阻力,水阻力带动6个螺旋桨转动,电机可以利用螺旋桨的旋转发电,并将其储存在蓄电装置中。当水下勘测机器人到达指定深度工作时,蓄电装置可以带动电机转动,分担了一部分电池的功效。
[0028]通讯方面,本发明采用声呐遥控技术,通过扩频声呐信号与控制信号结合对控制信号进行调制/解调,实现人与水下机器人的半双工通讯。
[0029]能耗方面,本发明实体的中间部分采用圆形塑性外壳,减少深水对机器人的阻力,节省能量的消耗,以便适合在复杂多变的海底环境进行长时间的大范围搜索;通过无缆声呐遥控,节省传统有缆机器人电缆耗损的能量;微型化的外观减轻装置重量,从而在减小水下阻力提高作业效率的同时节省能源。与此同时,本发明的水下探测机器人在长时间潜行过程中,基于定时器中断程序设计使系统具有“记忆”功能。当前的控制状态只有在遥控器主动改变时才会改变,否则会一直保持当前控制状态,从而有效地减少运动状态切换产生的额外消耗。深度定位的实现,区别于电动机带动螺旋桨转动平衡重力的方式,本发明采用的是深度触发装置,利用重力浮力实现平衡深度定位。即改变机器人的排水体积,实现对机器人浮力的控制,实现上升或下潜;区别于启动螺旋桨来实现上升或下潜,减少了能量的消耗。除了自带能源之外,本发明使用发电电动一体机,通过逆变器的切换装置实现电机的工作模式转化,从而实现了电力的自给。
【主权项】
1.一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,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。2.根据权利要求1所述的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。3.根据权利要求1所述的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。4.根据权利要求1所述的基于声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人,其特征在于:所述的动力轴沿塑性外壳周向均匀布置6根。5.权利要求1所述的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。
【专利摘要】本发明提供基于声呐遥控的低能耗微型水下探测机器人,包括机械结构和硬件控制结构;机械结构包括塑性外壳和动力轴,动力轴上设有推进螺旋桨,塑性外壳外安装有压力传感器,塑性外壳内设有陀螺仪和伸缩泵;硬件控制结构包括中控平台、逆变器、发电电动一体机、蓄电池、伸缩泵驱动模块和声纳发射模块和接收模块;根据压力传感器采集的数据获得机器人的水深和倾斜角度,根据陀螺仪采集的数据获得机器人的方向;通过对数据进行分析和/或外部发送的指令,控制伸缩泵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。本发明实现人工遥控和机器人下潜上浮时的蓄能发电,降低了能耗。
【IPC分类】G05D1/10
【公开号】CN105676874
【申请号】CN201610148942
【发明人】吕植勇, 刘侠, 龙婷婷, 徐宁, 张瑞坤, 卢文达, 帅然, 罗鹏举, 鲁盈利, 刘昌伟, 王乐, 陈振康, 刘友焱, 许晓彤, 李燕霞, 张琼芳
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月16日
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