[发明专利]水下机器人的水下本体装置及自主避障方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下作业设备，具体涉及一种水下机器人的水下本体装置及自主避障方法。

背景技术

作为人类研究和开发海洋的得力助手，水下机器人在海洋工程领域正扮演着越来越重要的角色，尤其在海底电缆铺设、海底搜救和海底军事设施维护等工程领域。水下机器人能够在潜水员不可能到达的深度进行综合考察和研究，并能完成各种作业任务，在海洋开发中发挥着极其重要的作用。

但是未知多变的海洋环境比陆地环境要复杂得多，加上水下机器人自身存在强耦合、非线性、欠驱动及模型不确定性，使得有效控制成为技术难点。按控制方式来分，主要有遥控水下机器人ROV（Remotely Operated Vehicle）和自治水下机器人AUV（Autonomous Underwater Vehicle）。凭借遥控水下机器人的低成本、控制简便性和信息交互实时性好，以及能满足作业机械手和复杂水下探测设备的电力需求，从而在决策和作业水平上，仍是当今使用最广且最为重要的水下勘探和侦查设备。而水下机器人的重要组成部分-水下机器人本体装置的设计显得特别重要。水下机器人本体装置就是水下机器人的水下潜水器本体，负责水下机器人水下作业时的具体任务的执行，主要用于执行水面操作人员的手动操控，并将水下环境的局部信息和自身的所有状态信息上传至水面。而目前国外和国内的水下机器人本体装置，通讯多采用双绞线传输，通讯质量不高，尤其对于高清水下视频，往往达不到比较好的效果。

发明内容

本发明提供一种水下机器人的水下本体装置及自主避障方法，具有四自由度运动，能进行自主避障，具有高质量的实时高清视频、遥测数据和操控灵活性。

为实现上述目的，本发明提供一种水下机器人的水下本体装置，其固定于水下机器人框架中，其特点是，该水下本体装置包含：

主控系统，其通过光电复合缆通信连接水面的控制中心，接收水面的远程控制指令，并上传水下的视频信息和传感数据；

旋转云台，其上设有视频接收设备，旋转云台的输入端通信连接主控系统，主控系统根据远程控制指令控制旋转云台带动视频接收设备旋转；

传感器系统，其包含声纳组件，声纳组件实时探测水下环境，传送水下环境信息至主控系统，主控系统根据水下环境信息向水下本体装置的运动机构输出运动控制指令。

上述主控系统包含：

嵌入式主控板，其上传传感器系统的传感数据至水面的控制中心，接收水面的远程控制指令，进行解析后输出水下本体装置的运动控制指令；

数据采集板，其通信连接嵌入式主控板，接收传感器系统的数字和模拟的传感数据并传送至嵌入式主控板，并将运动控制指令输出至水下本体装置的运动机构；

多串口板，其通信连接嵌入式主控板，接收传感器系统的RS485和RS232的传感数据并传送至嵌入式主控板；多串口板还连接光电复合缆，嵌入式主控板通过多串口板通信连接水面的控制中心。

上述主控系统通过光端机通信连接光电缆接口板，并通过光电缆接口板与光电复合缆连接，以通过光电复合缆与水面的控制中心建立通信连接。

上述水下本体装置还包含动力驱动系统，动力驱动系统作为水下本体装置的运动机构，接收主控系统输出的运动控制指令，驱动水下机器人进行运动。

上述动力驱动系统包含：

垂向推进器，其设置于水下机器人框架纵剖面的艏艉端，控制水下机器人进行潜浮和纵倾运动；

艉部推进器，其设置于水下机器人框架艉部的左右两侧，控制水下机器人进行进退和艏向运动。

上述水下本体装置还包含功率分配板，其输入端电路连接光电缆接口板，接收光电缆接口板输出的电源，并分配至光端机、主控系统、旋转云台、传感器系统和水下本体装置的运动机构。

上述声纳组件包含：

测距声纳，其设置于水下机器人前端上方，水下作业时测量前方目标或障碍物的距离，将所得的距离数据传送至主控系统和水面的控制中心进行处理；

前视声纳，其设置于水下机器人前端上方，水下作业时测量同一水平面周围目标或障碍物的状况，将所得的图像数据上传至主控系统和水面的控制中心进行处理。

上述传感器系统还包含：

摄像机，其作为视频接收设备设置于水下机器人前方并与旋转云台机械连接，摄像机由旋转云台带动旋转，采集图像数据通过主控系统上传至水面的控制中心；

压力传感器，其设置于水下本体装置的后端下方，检测水下机器人所处深度，将深度数据通过主控系统上传至水面的控制中心；