一种半浅溢油检测水下自治机器人 |
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申请号 | CN201610179843.1 | 申请日 | 2016-03-25 | 公开(公告)号 | CN105818947A | 公开(公告)日 | 2016-08-03 |
申请人 | 中国海洋大学; | 发明人 | 刘贵杰; 刘鹏; 王安忆; 穆为磊; 王新宝; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种半浅 溢油 检测 水 下自治 机器人 ,其技术方案是:它包括脉冲氙灯(1)、侧扫声呐(2)、前端浮体(3)、垂直 推进器 (4)、控制系统(5)、北斗模 块 (6)、自 锁 舵 机(7)、后端浮体(8)、压 力 传感器 (9)、 电池 (10)、超声传感器(11)、 光电倍增管 (12)、透光板(13)、后推进器(14)、导流罩(15)。本发明外形采用 流线 水滴型设计,侧扫声呐置于机器人身体外部、尾部采用可进行360°旋转的双推进器、底部采用多个超声传感器,具有水阻力小、续航时间长、扫描图像清晰、可快速探寻障碍物、灵活性强、推进力大、控制方便、功耗小、造价低、隐蔽性好、安全性高等特点。 | ||||||
权利要求 | 1.一种半浅溢油检测水下自治机器人,其特征在于:它包括脉冲氙灯(1)、侧扫声呐(2)、前端浮体(3)、垂直推进器(4)、控制系统(5)、北斗模块(6)、自锁舵机(7)、后端浮体(8)、压力传感器(9)、电池(10)、超声传感器(11)、光电倍增管(12)、透光板(13)、后推进器(14)、导流罩(15); |
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说明书全文 | 一种半浅溢油检测水下自治机器人技术领域[0001] 本发明属于海洋环境保护技术领域,特别涉及一种溢油检测机器人。 背景技术[0002] 水下自治机器人(AUV)是一种理想的测量仪器平台,由于噪声辐射小,可以贴近要观测的对象,因而可以获取采用常规手段不能获取的高质量数据。加之造价低、隐蔽性好、安全性高,使水下自治机器人正逐步成为海洋观测和探测的重要手段。现有水下机器人还存在:一是声呐大都隐藏在机器人身体内,对声呐扫描信号会产生遮挡,扫描图像干扰物多的问题;二是外形设计阻力大;三是现有水下机器人大都采用尾部单推进器推进,推进力小,航行速度慢,姿态控制困难;四是现有机器人防托底措施采用底扫雷达,功耗大,图像处理困难。 发明内容[0003] 本发明的目的是:提供一种半浅溢油检测水下自治机器人,可实现对海洋溢油污染区域水下污染状态的跟踪监测,且造价低、灵活性强、隐蔽性好、安全性高。 [0004] 本发明的技术方案是:一种半浅溢油检测水下自治机器人,它包括脉冲氙灯(1)、侧扫声呐(2)、前端浮体(3)、垂直推进器(4)、控制系统(5)、北斗模块(6)、自锁舵机(7)、后端浮体(8)、压力传感器(9)、电池(10)、超声传感器(11)、光电倍增管(12)、透光板(13)、后推进器(14)、导流罩(15); [0005] 所述脉冲氙灯(1)用于向待检测的水域发送脉冲波,脉冲波遇到半浅溢油后反射回来,所述光电倍增管(12)接收半浅溢油反射回来的脉冲波,并将接收到的脉冲波转换成电信号,发送给所述控制系统(5); [0006] 所述侧扫声呐(2)位于机器人前部上方,用于对周围环境进行探测,并将探测到的环境数据发送给所述控制系统(5),为水下自治机器人回避障碍、规划路径提供海域信息; [0007] 所述前端浮体(3)位于机器人前部,与所述后端浮体(8)配合,在所述控制系统(5)的控制下,完成机器人水下浮力平衡调节; [0009] 所述控制系统(5)用于控制所述脉冲氙灯(1)发送脉冲波,接收所述光电倍增管(12)发送的电信号,并将电信号进行分析,得到半浅溢油的地理位置数据和溢油量数据;接收所述侧扫声呐(2)传送的环境数据,并分析环境数据得到机器人周围环境状态图,结合所述北斗模块(6)发送的地理位置信息,规划机器人运动路径,回避障碍;控制所述前端浮体(3)和后端浮体(8)配合完成水下浮力调节;控制所述自锁舵机(7)的动力输出;控制所述垂直推进器(4)与两个所述后推进器(14)按照预定的行进路线和姿态进行动作,接收所述压力传感器(9)传送的水压信号,分析得到机器人入水深度;接收所述超声传感器(11)传送的与水底距离信号,达到预定与水底距离后,停止机器人下沉; [0010] 所述北斗模块(6)用于确定机器人的地理位置,并将位置信息适时发送所述控制系统(5),以及发送给远端指挥操控人员; [0011] 所述压力传感器(9)用于采集机器人承受的水压,并将采集的水压信号发送给所述控制系统; [0012] 所述电池(10)用于机器人供电,安置在机器人下半部,降低机器人重心; [0013] 所述超声传感器(11)安装于机器人前端底部,用于实时检测机器人与水底的距离,并将监测到的与水底距离信号发送给所述控制模块(5),防止机器人触底; [0014] 所述透光板(13)用于保护所述脉冲氙灯(1)、所述光电倍增管(12),所述脉冲氙灯(1)的脉冲波可穿透所述透光板(13),经半浅溢油反射回来的脉冲波可穿透所述透光板(13)至所述光电倍增管(12); [0017] 更进一步地,所述北斗模块(6)可通过北斗卫星通信系统短消息信道,远距离传输机器人地理位置信息和运行状态信息,指挥操控人员可通过北斗卫星通信系统短消息信道和所述北斗模块(6)实现远距离对机器人的跟踪控制。 [0018] 更进一步地,所述控制系统(5)用于机器人运行状态自动监测,在运行路线偏差过大、遇到强水流、发生碰撞、预定时间内接收不到指挥操控人员的指令等情况下,引导机器人在所述北斗模块(6)的指引下应急自动返航到预定地点。 [0019] 更进一步地,所述超声传感器(11)为多个,分布在机器人正前方、底面的前部和后部,用于精准检测机器人与水底的距离,检测机器人正前方的山石障碍。 [0020] 本发明的水下自治机器人器整体外形采用流线水滴型设计,水阻力小,有利于续航时间长;将前置侧扫声呐置于机器人身体外部,减少机器人本身对声呐扫描信号的遮挡,扫描图像清晰,处理方便,可快速探寻航行器水中环境及障碍物,进行路径规划以及蔽障;尾部采用可进行360°旋转的双推进器,机动灵活,可实现快速上浅和下浮,推进力大,控制方便;底部采用两个超声传感器,功耗小,图像处理方面,反应迅速,可快速探测机器人与水底的距离,防止航行器托底;尾部采用压力传感器探测实时位置的压力信号,可计算出当前下潜深度,具有造价低、灵活性强、隐蔽性好、安全性高的特点。 附图说明 [0021] 图1为本发明系统组成框图; [0022] 图2为本发明方法流程图。 具体实施方式[0023] 实施例1:参见图1、图2,一种半浅溢油检测水下自治机器人,重70KG,长180cm,续航时间100小时,最大航速4节/秒现。它包括:脉冲氙灯(1)、侧扫声呐(2)、前端浮体(3)、垂直推进器(4)、控制系统(5)、北斗模块(6)、自锁舵机(7)、后端浮体(8)、压力传感器(9)、电池(10)、超声传感器(11)、光电倍增管(12)、透光板(13)、后推进器(14)、导流罩(15)。 [0024] 所述脉冲氙灯(1)用于向待检测的水域发送脉冲波,脉冲波遇到半浅溢油后反射回来,所述光电倍增管(12)接收半浅溢油反射回来的脉冲波,并将接收到的脉冲波转换成电信号,发送给所述控制系统(5)。 [0025] 所述侧扫声呐(2)位于机器人前部上方,用于对周围环境进行探测,并将探测到的环境数据发送给所述控制系统(5),为水下自治机器人回避障碍、规划路径提供海域信息; [0026] 所述前端浮体(3)位于机器人前部,与所述后端浮体(8)配合,在所述控制系统(5)的控制下,完成机器人水下浮力平衡调节。 [0027] 所述垂直推进器(4)与两个所述后推进器(14)在所述自锁舵机(7)的动力驱动下,在所述控制系统(5)的控制下,使机器人快速完成前进后退、上浅下浮、俯仰、艏摇、横滚等自由度动作;所述后推进器(14)可以绕所述自锁舵机(7)的动力输出轴进行360°旋转,产生相应360°的推进力,完成矢量推进功能。 [0028] 所述控制系统(5)用于控制所述脉冲氙灯(1)发送脉冲波,接收所述光电倍增管(12)发送的电信号,并将电信号进行分析,得到半浅溢油的地理位置数据和溢油量数据;接收所述侧扫声呐(2)传送的环境数据,并分析环境数据得到机器人周围环境状态图,结合所述北斗模块(6)发送的地理位置信息,规划机器人运动路径,回避障碍;控制所述前端浮体(3)和后端浮体(8)配合完成水下浮力调节;控制所述自锁舵机(7)的动力输出;控制所述垂直推进器(4)与两个所述后推进器(14)按照预定的行进路线和姿态进行动作,接收所述压力传感器(9)传送的水压信号,分析得到机器人入水深度;接收所述超声传感器(11)传送的与水底距离信号,达到预定与水底距离后,停止机器人下沉;所述控制系统(5)用于机器人运行状态自动监测,在运行路线偏差过大、遇到强水流、发生碰撞、预定时间内接收不到指挥操控人员的指令等情况下,引导机器人在所述北斗模块(6)的指引下应急自动返航到预定地点。 [0029] 所述北斗模块(6)用于确定机器人的地理位置,并将位置信息适时发送所述控制系统(5),以及发送给远端指挥操控人员;所述北斗模块(6)可通过北斗卫星通信系统短消息信道,远距离传输机器人地理位置信息和运行状态信息,指挥操控人员可通过北斗卫星通信系统短消息信道和所述北斗模块(6)实现远距离对机器人的跟踪控制。 [0030] 所述压力传感器(9)用于采集机器人承受的水压,并将采集的水压信号发送给所述控制系统。 [0031] 所述电池(10)用于机器人供电,安置在机器人下半部,降低机器人重心。 [0032] 所述超声传感器(11)所述超声传感器(11)为多个,分布在机器人正前方、底面的前部和后部,用于精准检测机器人与水底的距离,检测机器人正前方的山石障碍。 [0033] 所述透光板(13)用于保护所述脉冲氙灯(1)、所述光电倍增管(12),所述脉冲氙灯(1)的脉冲波可穿透所述透光板(13),经半浅溢油反射回来的脉冲波可穿透所述透光板(13)至所述光电倍增管(12)。 [0034] 所述导流罩(15)采用半球形,并与机器人外壳呈流线水滴形,减少水阻力。 |