专利名称：小型水面机器人装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水面机器人装置，尤其是一种带有自动控制装置的小型水面机器 人装置。
背景技术：
水面机器人也称作无人船，即为无人操控的智能的水面平台，可搭载各种监控监 测勘探设备进行不同应用。其应用目前正逐步得到推广。对于没有人操控而需要完全自主 行驶的水面机器人来说，导航方法至关重要。导航算法是指当输入给无人船目的地后，水面 机器人根据自身所在位置，驶向目的地。期间要经过数学运算，给自身的螺旋桨、船舵(若 是双螺旋桨船体，则是调整两桨的差速)发出指令，不断校正，最终到达目的地的方法。目前尚没有专门针对小型水面机器人(长度1米左右)的优化导航方法。小型水 面机器人体积小、重量轻，航行时受水流影响大，往往难以走出预定的路线。目前的导航方 法都是每时每颗保持船头对准目的地。当水面机器人航行在水面时，会受到水流影响。而 在目前的导航算法中，由于水流在水面机器人行驶时不方便用传感器准确测量，水流的影 响一般都是靠实时校正船的方向来克服。这样，船从起始点到终点的路径会是一条曲线，曲 线的曲率主要取决于水流速度、船速以及校正频率。一般对于小型无人船而言，由于最大速 度和船本身质量的限制，这个曲率一般都比较大。从而增加了不必要的能耗，并延长了到达 目的地的时间。水面波动较大时，若小型水面机器人速度过快转角过大还会出现翻船的危 险。若遇到障碍时，还有可能发生碰撞情况。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种带有自动控制装置的小型水面机器人装置。本实用新型的目的是通过采用以下技术方案来实现的小型水面机器人装置，包括船体和设在船体上的驱动装置和控制装置，所述控制 装置包括水流速传感器、导航装置和中央控制器；所述导航装置包括GPS卫星定位传感器、电子罗盘和惯性导航模块；所述导航装置与中央控制器电路连接；所述控制装置与驱动装置电路连接，并实现对船体的自动导航。作为本实用新型的优选技术方案，所述惯性导航模块包括三轴陀螺仪或三轴加速 度传感器。作为本实用新型的优选技术方案，所述控制装置还包括雷达和激光测距传感器。作为本实用新型的优选技术方案，所述驱动装置包括电池和驱动电机。本实用新型的有益效果是相对于现有技术，本实用新型小型水面机器人的体积 小、重量轻，采用电力驱动，自身无污染排放，相比大型船，不仅节约了能耗，节省了人力，而 且成本较低。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型小型水面机器人转弯示意图；图3是本实用新型At时间内小型水面机器人角速度ω与位移d关系图；图4是本实用新型t时刻朝向ht示意图。图中1.船体，2.中央控制器，3. GPS卫星定位传感器，4.惯性导航模块，5.雷达， 6，激光测距传感器，7.水流速传感器，8.驱动电机，9.电池，10.电子罗盘。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步说明如图1至图4所示，小型水面机器人装置，包括船体1和设在船体1上的驱动装置 和控制装置，所述控制装置包括水流速传感器7、导航装置和中央控制器2 ；所述导航装置 包括GPS卫星定位传感器3、电子罗盘10和惯性导航模块4 ；所述导航装置与中央控制器2 电路连接；所述控制装置与驱动装置电路连接，并实现对船体1的自动导航。本实施例中，所述惯性导航模块4包括三轴陀螺仪或三轴加速度传感器。所述控 制装置还包括雷达5和激光测距传感器6。所述驱动装置包括电池9和驱动电机8。小型水面机器人自适应水流优化导航方法，该方法包括以下步骤(1)小型水面机器人通过中央控制器接收GPS定位传感器的信号，得到其绝对坐 标；(2)中央控制器接收惯性导航模块的信号，得到小型水面机器人的加速度、角速 度，并对所得加速度或角速度积分，获得实时的速度及角度；(3)中央控制器接收激光测距传感器或雷达的数据，判断与前方障碍物之间距 罔；(4)中央控制器接收电子罗盘的数据，获得前进的方向；(5)中央控制器接收水流速传感器的数据，获得水流的速度。(6)中央控制器将上述所得数据进行处理后，通过驱动装置和转向装置控制小型 水面机器人的航向。本实用新型的小型水面机器人包括以下几种能力。自适应水流导航当小型水面机器人的中央控制器以某种方式收到目的地的地理坐标以后，会从 GPS接收器中读取当前的经纬度坐标，并将其转化为横纵坐标的原点。小型水面机器人接下 来会从电子指南针读取自身的朝向，并通过计算，控制驱动装置和转向装置。在行驶过程中，每隔一定的时间间隔，中央控制器会从GPS接收器读取当前经纬 度坐标，并转化到以起始点为原点的横纵坐标系，得到当前k时刻的位置坐标Xk，Yk ；同时中 央控制器从电子指南针读取当前k时刻的朝向hk。这样，中央控制器便可计算出此k时刻 小型水面机器人朝向的偏角。通过小型水面机器人的数学模型，可以计算出在下一个时间 间隔k+1时刻之前，动力装置和转向装置的指令。该数学模型基于通过静水实验得到的一些静态方程。如，转弯半径r、角速度ω与 螺旋桨转速V、船舵角度θ的关系，或转弯半径r、角速度ω与螺旋桨转速vl、ν2的关系(双螺旋桨)。数学表达式为，
权利要求一种小型水面机器人装置，包括船体和设在船体上的驱动装置和控制装置，其特征是所述控制装置包括水流速传感器、导航装置和中央控制器；所述导航装置包括GPS卫星定位传感器、电子罗盘和惯性导航模块；所述导航装置与中央控制器电路连接；所述控制装置与驱动装置电路连接，并实现对船体的自动导航。
2.根据权利要求1所述的小型水面机器人装置，其特征是所述惯性导航模块包括三 轴陀螺仪或三轴加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的小型水面机器人装置，其特征是所述控制装置还包括雷达 和激光测距传感器。
4.根据权利要求1所述的小型水面机器人装置，其特征是所述驱动装置包括电池和 驱动电机。
专利摘要本实用新型涉及小型水面机器人装置，机器人装置包括船体和驱动装置、控制装置，控制装置包括水流速传感器、导航装置和中央控制器；导航装置包括GPS传感器、电子罗盘和惯性导航模块，实现自动导航。本实用新型体积小、重量轻，不仅节约能耗，节省人力，而且成本低、便于使用。本实用新型的导航方法可优化行驶路径，节约能源，同时防翻，防撞，避障，达到稳定运行的目的。
文档编号G01C21/16GK201725222SQ20102018546
公开日2011年1月26日 申请日期2010年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者张云飞, 张祚, 成亮, 王铭钰 申请人:珠海云洲智能科技有限公司