CN105818947B - 一种半潜溢油检测水下自治机器人 - Google Patents

一种半潜溢油检测水下自治机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半潜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。

Description

一种半潜溢油检测水下自治机器人
技术领域
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
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
本发明的目的是：提供一种半潜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。
本发明的技术方案是：一种半潜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)；
所述脉冲氙灯(1)用于向待检测的水域发送脉冲波，脉冲波遇到半潜溢油后反射回来，所述光电倍增管(12)接收半潜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)；
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；
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；
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、下潜上浮、俯仰、艏摇、横滚等自由度动作；
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，得到半潜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；
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；
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；
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)，经半潜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)；
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。
更进一步地，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。
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。
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。
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。
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，可实现快速下潜和上浮，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
图1为本发明系统组成框图；
图2为本发明后推进器示意图。
1--脉冲氙灯、2--侧扫声呐、3--前端浮体、4--垂直推进器、5--控制系统、6--北斗模块、7--自锁舵机、8--后端浮体、9--压力传感器、10--电池、11--超声传感器、12--光电倍增管、13--透光板、14--后推进器、15--导流罩
具体实施方式
实施例1：参见图1、图2，一种半潜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。
所述脉冲氙灯1用于向待检测的水域发送脉冲波，脉冲波遇到半潜溢油后反射回来，所述光电倍增管12接收半潜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。
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；
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。
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、下潜上浮、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。
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，得到半潜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。
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。
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。
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。
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。
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，经半潜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。
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。

Claims (5)

1.一种半潜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)；
所述脉冲氙灯(1)用于向待检测的水域发送脉冲波，脉冲波遇到半潜溢油后反射回来，所述光电倍增管(12)接收半潜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)；
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；
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；
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、下潜上浮、俯仰、艏摇、横滚自由度动作；
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，得到半潜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给所述控制系统(5)，以及发送给远端指挥操控人员；
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；
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；
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；
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)，经半潜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)；
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。
2.如权利要求1所述一种半潜溢油检测水下自治机器人，其特征在于：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。
3.如权利要求1所述一种半潜溢油检测水下自治机器人，其特征在于：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。
4.如权利要求1所述一种半潜溢油检测水下自治机器人，其特征在于：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。
5.如权利要求1所述一种半潜溢油检测水下自治机器人，其特征在于：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。
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