[发明专利]基于水下仿生球形/半球形机器人群的广域水流感知方法

说明书

本发明提出一种基于水下仿生球形/半球形机器人群的广域水流感知方法，机器人包括一球形/半球形外壳、一压力传感器阵列，压力传感器阵列沿外壳周向布置，该方法包括：步骤1，确定压力传感器阵列中的迎水面压力传感器，读取迎水面压力传感器的数据，计算各个迎水面压力传感器感测的压力；步骤2，将各个所述迎水面压力传感器感测的压力、水流对机器人迎水面的压力、以及读数最大的压力传感器的感受面垂直方向与水流方向的夹角为参数，求解水流方向和水流强度。本发明解决了小型化水下机器人无法实现水流强度和水流方向感知的问题，可以根据机器人群的感知信息，完成广域环境水流信息的实时记录和绘制，且实现成本低。

技术领域

本发明属于水下机器人感知领域，具体涉及一种基于水下仿生球形/半球形机器人群的广域水流感知方法。

背景技术

水下环境复杂多样，对海洋进行探索困难重重，特别是在深海区域，光线缺乏，高压，缺氧，人类难以在这样的极端环境下作业。因此，人们开始越来越多的把探索海洋的重任交给水下机器人去完成。受水生生物侧线感知器官的启发，人工测线系统因分布灵活、功耗低等优点受到越来越多研究人员的重视。

当前基于人工侧线系统的仿生鱼可以实现其自身姿态感知，如速度及运动方向。在多机器鱼协同感知方面，特定机器鱼可以实现对相邻仿生机器鱼摆动姿态(如摆动频率、幅度)的感知，并且可以感知相邻机器鱼相对位置和姿态的感知。

在夜晚、深水等光线缺乏的环境，传统的红外相机、摄像等装置组成的机器人视觉系统难以发挥作用。侧线系统作为水生生物独有的感知器官，为水生生物提供重要的环境信息。但是，现有的小型水下机器人水下感知系统尚未解决广域环境下的水流信息的感知问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于水下仿生球形/半球形机器人群的广域水流感知方法，可以满足小型水下机器人在广域环境下的水流信息的感知需求。

有鉴于此，本发明提供了一种基于水下仿生球形/半球形机器人群的广域水流感知方法，所述机器人包括一球形/半球形外壳、一压力传感器阵列，所述压力传感器阵列沿所述外壳周向布置，所述方法包括：

步骤1，确定压力传感器阵列中的迎水面压力传感器，读取迎水面压力传感器的数据，计算各个迎水面压力传感器感测的压力；

步骤2，将各个所述迎水面压力传感器感测的压力、水流对机器人迎水面的压力、以及读数最大的压力传感器的感受面垂直方向与水流方向的夹角为参数，求解水流方向和水流强度。

优选地，所述压力传感器阵列沿所述外壳周向等角度间隔分布。

优选地，所述压力传感器阵列至少由4个压力传感器组成，且至少在所述机器人的正前方、正后方、正左方和正右方分别设置所述压力传感器。

优选地，所述压力传感器阵列由12个压力传感器组成。

优选地，所述压力传感器的感受面垂直方向平行于所述机器人的赤道面。

优选地，在所述步骤1中，所述“确定所述压力传感器阵列中的迎水面压力传感器”包括：

读取所述压力传感器阵列中各个压力传感器的数据，选择数值较大的前N/2个压力传感器作为迎水面压力传感器，其中N为压力传感器个数。

优选地，在所述步骤2中，求解所述水流方向和水流强度具体包括：

以各个所述迎水面压力传感器感测的压力、水流对机器人迎水面的压力F_W、以及读数最大的压力传感器的感受面垂直方向与水流方向的夹角α为参数，求得多组F_W和α的解；

根据多组F_W解的平均值求解所述水流强度其中，ρ为水下环境密度，S为压力传感器感受面横截面积；