基于聲吶遙控的低能耗微型水下探測機器人及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水下探測機器人，具體涉及一種基于聲吶遙控的低能耗微型水下探測機器人及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，一般利用電磁波作為載體，利用電磁波信號與控制信號結(jié)合，對遙控設(shè)備進行控制。但是，在水中電磁波的耗散太大，通訊傳輸距離不遠，很難將控制信號傳輸?shù)接刂频膶ο?，造成水下遙控比較困難。
[0003]而且，現(xiàn)今應(yīng)用于海底的探測機器人主要分為兩類:一類是有纜水下機器人，即遙控潛器(remote operated vehicle，簡稱ROV)；另一類是無纜水下機器人，即自主式水下潛器(autonomous underwater vehicle，簡稱AUV)。雖然有纜機器人能夠?qū)崿F(xiàn)實時控制，但由于臍帶纜的束縛，其探測距離和探測環(huán)境都受到限制；另外有纜機器人的整套探測裝置能耗大、成本高，且體積龐大需要大型船艦支持和臍帶電纜幫助，嚴(yán)重影響了深海的長期探索與勘測。而無纜機器人由于沒有電纜及時充電，只依靠機器人自身攜帶的電池供電而大大縮短了水下探測機器人的工作時長;而且在通訊方面由于不能接受人工的遙控信息而無法實現(xiàn)信息的往返傳輸和實時控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于聲吶遙控的低能耗微型水下探測機器人及控制方法，將控制信號與聲吶結(jié)合，實現(xiàn)人工遙控，同時實現(xiàn)了機器人下潛上浮時的蓄能發(fā)電，增加勘測機器人的水下勘測時長，降低了能耗。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:一種基于聲吶遙控的低能耗微型水下探測機器人，其特征在于:它包括機械結(jié)構(gòu)和硬件控制結(jié)構(gòu);其中，
機械結(jié)構(gòu)包括塑性外殼，以塑性外殼為中心設(shè)有若干個與塑性外殼連接的動力軸，每個動力軸上設(shè)有推進螺旋槳和壓力傳感器，塑性外殼外安裝有壓力傳感器，塑性外殼內(nèi)設(shè)有陀螺儀和用于伸縮塑性外殼大小的伸縮栗；
硬件控制結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在塑性外殼內(nèi)的中控平臺、逆變器、發(fā)電電動一體機、蓄電池、伸縮栗驅(qū)動模塊和用于通訊的聲吶發(fā)射模塊和聲吶接收模塊;所述的壓力傳感器和陀螺儀的輸出端分別與中控平臺連接；中控平臺的輸出端分別控制逆變器和伸縮栗驅(qū)動模塊；中控平臺通過聲吶發(fā)射模塊發(fā)送數(shù)據(jù)給外部，并通過聲吶接收模塊接收外部發(fā)送來的指令；所述的推進螺旋槳依次與發(fā)電電動一體機、逆變器和蓄電池連接；
中控平臺根據(jù)壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)獲得機器人的水深，根據(jù)陀螺儀采集的數(shù)據(jù)獲得機器人的方向；通過對所有采集到的數(shù)據(jù)進行分析和/或外部發(fā)送來的指令，控制伸縮栗驅(qū)動模塊從而控制伸縮栗擴大或縮小塑性外殼的體積、控制逆變器使得發(fā)電電動一體機通過推進螺旋槳的轉(zhuǎn)動發(fā)電或者蓄電池給推進螺旋槳進行供電。
[0006]按上述方案，它還包括設(shè)置在塑性外殼上的攝像頭，攝像頭的輸出端與所述的中控平臺連接。
[0007]按上述方案，它還包括設(shè)置在塑性外殼上由所述的中控平臺控制的機械臂。
[0008]按上述方案，所述的動力軸沿塑性外殼周向均勻布置6根。
[0009]上述基于聲吶遙控的低能耗微型水下探測機器人的控制方法，其特征在于:它包括:
1)下潛和上浮階段:
接收外部發(fā)送來的目標(biāo)水深指令，與壓力傳感器獲得的當(dāng)前水深對比，若目標(biāo)水深大于當(dāng)前水深，則控制伸縮栗驅(qū)動模塊將塑性外殼體積縮到最緊，本機器人無動力自由下潛，直至到達目標(biāo)水深，控制伸縮栗驅(qū)動模塊擴大塑性外殼體積，到無動力懸浮為止;若目標(biāo)水深小于當(dāng)前水深，則控制伸縮栗驅(qū)動模塊將塑性外殼體積擴到最大，本機器人無動力自由上浮，直至到達目標(biāo)水深，控制伸縮栗驅(qū)動模塊縮緊塑性外殼體積，到無動力懸浮為止；在本機器人無動力自由下潛或上浮過程中，控制逆變器，使得推進螺旋槳受水流驅(qū)動而轉(zhuǎn)動的能量帶動發(fā)電電動一體機進行發(fā)電并給蓄電池充電；
2)探測階段
在探測過程中，依據(jù)外部發(fā)送來的行駛指令，控制推進螺旋槳帶動本機器人按行駛指令運行，同時根據(jù)陀螺儀采集的數(shù)據(jù)獲得機器人的方向，對螺旋槳的控制指令進行實時修正;探測過程中由蓄電池為螺旋槳供電；
在I)和2)的階段中，實時的將本機器人的狀態(tài)發(fā)送給外部。
[0010]本發(fā)明的有益效果為:
1、利用聲吶為載體，將控制信號用聲吶的方式進行無線傳輸，拜托了電纜束縛，無需大型航艦承載，大大減少能源消耗;通過伸縮栗控制塑性殼體的體積，從而控制機器人無動力自由上浮和下潛，并且在上浮和下潛的過程中利用水流驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動來發(fā)電蓄能，而這些電能用于在探測過程中，增加機器人的水下探測時長，降低了能耗。
[0011]2、結(jié)構(gòu)簡單、外觀微型化且具有低能耗節(jié)能系統(tǒng)，可大大節(jié)約能源實現(xiàn)綠色低碳。
[0012]3、可以通過攜帶溫度傳感器、鹽度傳感器、聲吶等探測儀器對海洋環(huán)境和地形進行數(shù)據(jù)采集、探測拍照，以提供更多真實有力的科學(xué)依據(jù)。
[0013]4、該機器人具有更深的探測范圍、更高的通訊質(zhì)量、更靈活的配備裝置，未來可在海底地形地貌的探測中起到巨大作用，如可燃冰等新型低碳能源的探測、港口水下地質(zhì)勘測、三峽大壩水下相關(guān)信息探測、馬航遺骸的遠距離探測搜尋、東方之星沉翻船事故救援等。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明一實施例的機械結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明一實施例的硬件結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖3為下潛過程中的控制流程圖。
[0017]圖4為發(fā)電電動一體機的工作原理圖。
[0018]圖中:丨-中控平臺，2-推進螺旋槳，3-聲吶發(fā)射模塊，4-伸縮栗，5-壓力傳感器，6-攝像頭，7-聲吶接收模塊，8-動力軸，9-機械臂。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0020]一種基于聲吶遙控的低能耗微型水下探測機器人，它包括機械結(jié)構(gòu)和硬件控制結(jié)構(gòu)，如圖1和圖2所示;其中，
機械結(jié)構(gòu)包括塑性外殼，以塑性外殼為中心設(shè)有若干個與塑性外殼連接的動力軸8，每個動力軸8上設(shè)有推進螺旋槳2，塑性外殼外安裝有壓力傳感器5，塑性外殼內(nèi)設(shè)有陀螺儀和用于伸縮塑性外殼大小的伸縮栗4;
硬件控制結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在塑性外殼內(nèi)的中控平臺1、逆變器、發(fā)電電動一體機、蓄電池、伸縮栗驅(qū)動模塊和用于通訊的聲吶發(fā)射模塊3和聲吶接收模塊7;所述的壓力傳感器5和陀螺儀的輸出端分別與中控平臺I連接；中控平臺I的輸出端分別控制逆變器和伸縮栗驅(qū)動模塊；中控平臺通過聲吶發(fā)射模塊3發(fā)送數(shù)據(jù)給外部，并通過聲吶接收模塊7接收外部發(fā)送來的指令;所述的推進螺旋槳2依次與發(fā)電電動一體機、逆變器和蓄電池連接；
中控平臺I根據(jù)壓力傳感器5采集的數(shù)據(jù)獲得機器人的水深，根據(jù)陀螺儀采集的數(shù)據(jù)獲得機器人的方向；通過對所有采集到的數(shù)據(jù)進行分析和/或外部發(fā)送來的指令，控制伸縮栗驅(qū)動模塊從而控制伸縮栗擴大或縮小塑性外殼的體積、控制逆變器使得發(fā)電電動一體機通過推進螺旋槳2的轉(zhuǎn)動發(fā)電或者蓄電池給推進螺旋槳2進行供電。
[0021]優(yōu)選的，它還包括設(shè)置在塑性外殼上的攝像頭6，攝像頭6的輸出端與所述的中控平臺I連接。
[0022]優(yōu)選的，它還包括設(shè)置在塑性外殼上由所述的中控平臺I控制的機械臂9。
[0023]本實施例中，所述的動力軸沿塑性外殼周向均勻布置6根，構(gòu)成型六軸結(jié)構(gòu)。
[0024]上述基于