[发明专利]一种多航态复合驱动水下机器人控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种多航态复合驱动水下机器人控制系统及其控制方法，包括下位机主控模块，用于接收机载通信模块和水下传感器信息获取模块的数据，并下发到执行模块；上位机主控模块，即岸上PC，下发指令至下位机主控模块；导航模块，用于海底平整度检测以及浮出水面后的自身定位；水下传感器信息获取模块，用于采集画面信息、深度信息、速度信息、氮气气体信息、气体流量信息、漏水检测信息和测距信息；机载通信模块，用于进行下位机主控模块与上位机监控模块的通信；执行模块，包含推进器、电磁阀、无杆气缸以及机翼气缸,接收到下位机主控模块的运动指令后对应器件动作，从而达到对多航态复合驱动水下机器人的运动控制。

技术领域

本发明属于水下机器人多航态控制的技术领域，具体涉及一种多航态复合驱动水下机器人控制系统及其控制方法。

背景技术

水下自主机器人是指无人驾驶或遥控，能够在水下自主航行的机器人，其按驱动方式主要分为全驱动自主水下机器人和欠驱动自主水下机器人，两者主要的区别是提供推力而架设的螺旋桨式推进器的个数不大相同。然而对于全驱动自主水下机器人来说，在不具备岸上供电系统的支持下，其续航能力将受到很大影响，并且全驱动水下机器人只能依靠的动力来源只有推进器，一旦其中有一个或多个推进器发生故障将对其自主控制产生极大的影响，甚至失去控制，其次，对于欠驱动自主水下机器人来说，目前市面上所设计的水下欠驱动机器人仅能够实现简单的控制，无法利用其仅有的推进器实现大幅度的深度变化，同样由于推进器工作时所需功率较大，这使得水下机器人又需要较大的封闭空间来放置储能设备，同时对电池的选取也带来挑战。其次，目前市面上的欠驱动水下滑翔机器人(underwater glider，UG)多为简易的单鱼雷状形状，通过依靠自身重力与浮力平衡关系推进的带翼无人水下航行器，其大多本身未采用螺旋桨式推进器等做主要推进装置，使得其运动即为缓慢。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，结合了全驱动自主水下机器人、欠驱动自主水下机器人以及欠驱动水下滑翔机器人各自的优点，设计出一种新型的多航态复合驱动水下机器人，本发明基于此机器人进行开发，通过根据其自身特点采用了多电磁阀进行气路控制，此外通过单个推进器，作为其动力提供的来源之一，还设计有即可以作为方向控制应用也可以作为动力提供来源的尾舵组件设计。此外还设置有一对可绕固定在两侧机翼上的轴进行旋转的导流板组件，机翼携带导流板以及太阳能板，解决了目前水下自主机器人续航能力小的缺陷的同时，使其能够实现多航态的自主运动。进一步的，本发明所设计机器人自身携带储存高压气体的储气罐，并利用了欠驱动水下滑翔机器人在水下滑翔的原理，使其完全可以实现水下滑翔机器人的滑翔动作。总体而言，所设计的多航态复合驱动水下机器人的控制系统及其控制方法能够实现对本发明所对应的机器人进行较多运动和姿态控制，此外配合较为合理的程序设计，使得所设计的机器人能够进行水下五个自由度的运动的同时，无需过多推进器及较大储电设备能实现多自由度运动的实现，此外能够适应较多的水下应用场景。总体而言，所设计的控制系统及控制方法较为独特，对于对应的机器人能够实现较好的控制。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种多航态复合驱动水下机器人控制系统及其控制方法，其包括上位机监控模块、机载通信模块、下位机主控模块、水下传感器信息获取模块、导航模块和执行模块；

下位机主控模块，用于接收机载通信模块和水下传感器信息获取模块的数据，并下发到执行模块；

上位机主控模块，用于监控水下机器人的运动状态画面，并通过机载通信模块下发运动指令至下位机主控模块；

导航模块，用于在水底进行平整度的检测以及在机器人出水面后通过机载通信模块进行自身的定位；

水下传感器信息获取模块，用于采集水下机器人运动状态画面信息、深度信息、底面平整度信息、速度信息、氮气气体信息、气体流量信息、漏水检测信息和测距信息；

机载通信模块，用于下位机主控模块与上位机监控模块进行通信；