[发明专利]一种用于水下无线充电系统的激光对准装置及方法

权利要求书

1.一种激光对准装置，用于AUV外置的充电装置与固定无线充电装置间的精确对准，该激光对准装置包括对准发射装置和对准接收装置，所述对准发射装置装设于所述固定无线充电装置上，所述对准接收装置装设于所述AUV外置的充电装置表面，其特征在于，所述对准发射装置包括：

激光发射器组，通电时发射激光束，用于与AUV进行对准；

水声接收器，用于接收AUV发送的水声信号；

控制模块，用于控制激光发射器组的工作状态和工作模式；

所述对准接收装置包括：

激光接收器组，用于接收对应的激光信号；

水声发送器，用于向所述固定的无线充电装置发送水声信号，并控制所述激光接收器组的工作状态；

控制模块，用于控制各推进器，以及调整AUV的姿态及速率。

2.根据权利要求1所述的激光对准装置，其特征在于，所述激光发射器组由五个激光发射器组成，其中包括两个水平方向、两个垂直方向以及一个位于中心的激光发射器。

3.根据权利要求1所述的激光对准装置，其特征在于，所述激光接收器组由由五个激光接收器组成，其中包括两个水平方向、两个垂直方向以及一个位于中心的激光接收器。

4.根据权利要求3所述的激光对准装置，其特征在于，所述激光接收器为激光二级管。

5.根据权利要求1所述的激光对准装置，其特征在于，所述水声接收器为水听器，所述水声发送器为换能器。

6.根据权利要求1所述的激光对准装置，其特征在于，所述对准接收装置的控制模块为AUV的导航及控制系统。

7.一种水下无线充电系统，包括固定于海底的固定充电装置和AUV，其特征在于，所述系统还包括权利要求1-6之一的激光对准装置。

8.一种激光对准方法，用于权利要求1-6之一的激光对准装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)AUV需要进行充电时，首先确定固定无线充电装置的方向与位置信息，调整自身姿态，控制航行速度，向所述固定无线充电装置靠近；

2)AUV根据自身位置信息与固定无线充电装置的位置信息计算两者间距离，当距离满足预设阈值距离时，所述对准接收装置的水声发送器发送水声信号通知所述固定无线充电装置开始进行激光对准；

3)所述水声接收器接收并处理所述水声信号，并交由所述对准发射装置的控制模块处理，所述对准发射装置的控制模块发送控制命令，驱动激光发射器组工作，发射激光束；

4)所述对准接收装置的控制模块读取所述对准接收装置的接收器组状态，判断各接收器与发射器是否对准，控制相应的推进器进行AUV姿态调整；

5)双方对准后，AUV根据两者间距离控制行进速度，行进过程中不断进行姿态微调；

6)AUV根据所述外置充电装置上设置的传感器判断其是否与所述固定充电装置有效对接；

7)所述固定无线充电装置检测到对接完成后，驱动电路进行电磁转换，开始为AUV进行充电。

9.根据权利要求8所述的对准方法，其特征在于，步骤2)中的所述阈值为激光在水下环境中的有效传输距离。

10.根据权利要求8所述的对准方法，其特征在于，步骤4)的判断和控制的具体方法是首先进行水平对准，即控制垂直方向的推进器对水平方向的激光接收器进行对准，确保对准双方处于同一深度；然后进行垂直对准，即控制水平方向的推进器调节方向角和偏航角，对垂直方向的激光接收器进行对准；进行完水平和垂直对准后，如果中心的激光接收器仍未对准，则进行姿态微调，进行中心对准。