[发明专利]一种用于水域信息采集的水域侦察机器人及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水域信息采集的水域侦察机器人及其控制方法，特别是涉及一种采用圆柱形船体结构和导管螺旋桨并主要依靠水流推动前进的水上机器人及其控制方法。 

背景技术

洪灾和水质污染是最为严重的流域安全问题，与百姓的生活息息相关。洪灾是由于江、河、湖、库水位猛涨，堤坝漫溢或溃决，使洪水入境而造成的灾害，具有频发性、普遍性、破坏性、区域性等特点。我国水网密布，而且每年春季和夏季洪水时有泛滥，除沙漠、极端干旱区和高寒区外，我国其余大约2/3的国土面积都存在不同程度和不同类型的洪水灾害，除了对农业造成重大灾害外，还会造成工业甚至生命财产的巨大损失，是威胁人类生存的十大自然灾害之一。除此之外，我国的水资源存在的一个严重问题是水污染。随着工业进程的推进，水质污染和富营养化成为近年来常见的流域问题，直接关系到人们的饮水安全。

通过洪灾和水域污染的主要特征可以看出其巨大的危害性，所以洪灾和水域污染时期的水域侦察和流域灾情评估工作就显得尤为重要。目前，传统的水域侦察方式主要归结为两类：一类是飞机低空航拍，另一类是水上机器人侦察。

直升飞机或小型飞机低空航拍方法可以快速整体地对水域的情况作初步了解，为洪灾等突发事件的救援工作提供直观的图像信息。但是飞机航拍水域侦察方法受天气条件的影响较大，而且高山峡谷等地形复杂地区气候变化突然，如遇强烈气流或风雨和大雾等能见度较差天气，极易造成事故给工作人员带来危险。如果需要对水域的水位和岸堤破坏等具体情况进行全面详尽地侦察分析，飞机航拍侦察方法的人力物力成本较高，而且操作难度较大，所以本发明采用水上机器人技术进行水域信息采集。

水上机器人采用依靠水流推动前进的运动方式并配合太阳能电池板供能可以解决功耗问题，但洪灾时期流域情况复杂，水流湍急，现有的机器人结构设计的难以保证足够的水流推动力、稳定性和坚固性。

发明内容

为了弥补现有水域侦察方式存在的成本和功耗较高、操作难度大等方面的问题，以及普通船体稳定性和坚固性的不足，本发明提供一种用于水域信息采集的水域侦察机器人及其控制方法，且该水域侦察机器人主要依靠水流推动前进。

本发明采用下述技术方案：一种用于水域信息采集的水域侦察机器人，包括船体和安装在船体上的驱动单元、主控单元、水域信息采集单元、能量供应单元以及无线通信单元，主控单元分别连接水域信息采集单元、无线通信单元和能量供应单元；其特征在于：所述船体采用圆柱形船体结构，船体直径为300~500mm，圆柱形船体厚度为200~250mm，吃水深度150~200mm，船体底层由硬质材料制成；船体外侧为橡胶等弹性材料，船体内部由轻质致密泡沫填充；所述驱动单元为贯穿船体的两个导管螺旋桨，两个导管螺旋桨对称安装在船体两侧，导管螺旋桨的中心至船体下底面的距离为50~60mm；导管螺旋桨为内设螺旋桨的导管且导管由轻质坚固材料制成，外径为80~100mm，每个导管的端口安装过滤防护网，螺旋桨位于导管内部的中间位置；通过两侧驱动电机转速和转向的配合可以实现船体的三种控制模式：船体两侧驱动电机推动力和喷水方向相同时，向后喷水实现船体直线前进，向前喷水实现船体直线后退；两侧驱动电机推动力相同而喷水方向相异时，左侧导管螺旋桨向前喷水而右侧导管螺旋桨向后喷水实现船体水平方向逆时针零半径旋转；左侧导管螺旋桨向后喷水而右侧导管螺旋桨向前喷水实现船体水平方向顺时针零半径旋转；前进或后退和水平方向零半径旋转这两种运动模式的配合使用可以实现船体的曲线运动。

一种用于水域信息采集的水域侦察机器人的控制方法，其特征在于：所述水域侦察机器人依靠水流推动前进，当水域侦察机器人进入死水区时，启动导管螺旋桨的驱动电机，在电子罗盘模块和流域信息的指导下对船体进行控制，实现姿态调整并脱离死水区；当需要在指定水域持续信息采集时，启动驱动电机逆水流方向推动机器人，从而使机器人速度减缓以增加在指定水域的信息采集时间；当需要前往指定水域采集信息时，启动驱动电机顺水流方向推动机器人，从而使机器人加速抵达目标水域。

本设计提供一种能够侦察洪灾或污染水域情况的水域侦察机器人，通过将水位和水域画面信息与位置信息融合后利用GPRS进行数据回传，可以全流域侦察洪灾情况并根据数据分析判断侦察水域的受灾情况。

本发明有以下优点和有益效果：