[发明专利]漂流探测水下机器人装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种漂流探测水下机器人装置及控制方法，属于探测水下机器人技术领域。机器人主体是鱼雷型结构，在机器人艏部搭载水文探测设备ADCP(声学多普勒剖面测速仪)、测距声呐、应急抛载；中间舱段为耐压舱，耐压舱内分为能源舱和控制舱两部分，能源舱内有两块高能量密度锂电池，分别用于动力和控制供电；尾段搭载保形天线(包含北斗定位与通讯、无线电和WiFi)、DVL、深度计、测距声呐。在机器人尾部左右两侧布置高效率推进器，在机器人前后各设置一个垂向槽道推进器。本发明根据机器人周围环境、任务指令，智能实现选择漂流模式的开启或关闭，从而实现低功耗、长航程，长时间的探测监控任务。

技术领域

本发明属于探测水下机器人技术领域，具体涉及漂流探测水下机器人装置及控制方法。

背景技术

海洋的总面积为3.6x10s平方千米，占地球总面积的70.8％。海水总体积约为1.37xl护立方千米，平均水深约为3800米，最深的马里亚纳海沟为11034米。在这广裹无垠的海洋空间里，蕴含着丰富的海洋生物资源、矿物资源和能源，它是人类可持续发展的重要财富，研究和合理利用海洋，对于人类的经济和社会发展具有重要的意义由于河流海洋资源开发和水文环境监测的迫切需要，世界上很多国家不断发展更新着水文探测系统。越来越多高效经济的监测装置和方法被采用。水下机器人作为一种水下环境探测和调查的重要手段之一逐渐受各国的重视。水下机器人具有全天候、高效、安全等特点，正是由于这些特点决定了其是一种优良的水文环境监测平台之一。

水下机器人是一个复杂的非线性动态系统，以海流为代表的环境干扰，所搭载的负载变化，都会影响水下机器人的动力学模型精度，基于线性系统理论和牛顿一欧拉方程建立的水下机器人动力学模型都是基于参数化的模型，不具有在线修正功能。由于神经网络具有逼近任意非线性映射的能力，而且具有在线学习功能，为了提高水下机器人动力学模型辨识精度，国内外研究人员尝试利用神经网络进行水下机器人模型辨识。现有的水下机器人均采用电池作为其能源，续航时间一般在几小时至几十小时不等，在电池电量耗尽前需要结束任务，很难做到长时间监测的任务。大部分水下机器人采用舵桨操控方式，在低速时，舵效很低，无法实现转艏、下潜等机动动作，在低速情况下极易受水流影响，很难保持姿态，无法实现定点监测等特殊任务。

结合现有方案并针对上述现有技术的不足，本发明提出一种漂流探测水下机器人，能长时间执行探测任务，并且能在低速情况下保持良好的机动性，可以实现定点监测等任务。

发明内容

本发明的目的是为河流勘察，监测提供一个低功耗、持久、灵活、智能的能够在复杂水流下保持姿态稳定、定速定向巡航、悬停等运动功能，保证水下机器人工作时稳定性和灵活性漂流探测水下机器人装置及控制方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

漂流探测水下机器人装置，机器人主体是鱼雷型结构，在机器人艏部搭载水文探测设备ADCP(声学多普勒剖面测速仪)、测距声呐、应急抛载；中间舱段为耐压舱，耐压舱内分为能源舱和控制舱两部分，能源舱内有两块高能量密度锂电池，分别用于动力和控制供电；尾段搭载保形天线(包含北斗定位与通讯、无线电和WiFi)、DVL、深度计、测距声呐。在机器人尾部左右两侧布置高效率推进器，在机器人前后各设置一个垂向槽道推进器。

一种漂流探测水下机器人装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)机器人在工作时，随着水流漂流，推进器仅是调整机器人姿态；

(2)在定点悬停监测时，两个主推控制机器人在纵向方向的位置和艏向角，两个垂推控制机器人在深度方向的位置和纵倾；

(3)在机动动作时，使两个主推推进器具有不同的转速产生差速实现机动。

(4)水下机器人所搭载的测距声呐能测得距离障碍物信息，进行机动躲避。

(5)能根据环境和自身的情况，判别当前适合的运动状态，智能改变运动状态和模式。