CN108563233A - 遥控水下机器人及水下探测系统 - Google Patents

遥控水下机器人及水下探测系统 Download PDF

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高岱
邵俊臻
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Abstract

本发明涉及潜水技术领域，提供了一种遥控水下机器人及水下探测系统，该遥控水下机器人，包括惯性导航模块、浮漂通信模块和控制器通信模块，其中，惯性导航模块，用于采集机器人自身的速度和位移信息，并分别发送给浮漂通信模块和控制器通信模块；控制器通信模块，用于将机器人的速度和位移信息发送给控制器；浮漂通信模块，用于将机器人的速度和位移信息发送给浮漂。本发明的遥控水下机器人既能通过控制器通信模块直接与控制器实现信息传输，也能够通过浮漂通信模块与浮漂连接，进而与控制器实现间接的连接；既扩展了水下机器人的工作区域，同时还兼顾了结构的简化；具有结构简单、工作区域较广和灵活方便的优点。

Description

遥控水下机器人及水下探测系统
技术领域
本发明涉及潜水技术领域，尤其涉及一种遥控水下机器人及水下探测系统。
背景技术
遥控水下机器人系统是一种可以遥控的水下智能设备，用于在水下对水文环境及水下目标的探测和操作。
传统的遥控潜水器包括水下潜水器、地面控制平台、以及连接水下潜水器与地面控制平台的中性浮力缆绳。地面控制平台与水下潜水器通过中性浮力缆绳的数据通道进行通信。传统的遥控潜水器系统在通常情况下，水下潜水器与地面控制台通过长度有限的中性浮力缆绳连接，因此水下潜水器的移动范围会受到中性浮力缆绳长度限制，一般不超过100米，因此水下潜水器的工作区域受限。
针对水下潜水器工作区域受限的问题，目前有的方案提出了带有浮标信号中继的遥操作潜水器系统，扩展了水下潜水器的工作区域，可达1000米。现有公开的带有浮标信号中继的遥操作潜水器系统仅考虑了通信信号的距离延展问题，同时其所描述的水下潜水器仅仅是一个遥控操作的视觉观察系统，并不具备遥控智能水下机器人特征。而且对于近距离的工作需求而言，浮标中继系统又显得累赘。因此需要一种可适应不同工作需求的水下机器人及水下探测系统。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的遥控水下机器人及水下探测系统。
本发明的一个方面，提供了一种遥控水下机器人，包括惯性导航模块、浮漂通信模块和控制器通信模块，其中，
惯性导航模块，用于采集机器人自身的速度和位移信息，并分别发送给浮漂通信模块和控制器通信模块；
控制器通信模块，用于将机器人的速度和位移信息发送给控制器；
浮漂通信模块，用于将机器人的速度和位移信息发送给浮漂。
进一步地，惯性导航模块包括加速度计。
本发明的第二个方面，提供了一种近距离水下探测系统，包括如上述中任一所述的遥控水下机器人，还包括控制器，控制器用于接收机器人的速度和位移信息，以及编辑控制指令并发送给控制器通信模块。
进一步地，遥控水下机器人与控制器通过线缆连接。
进一步地，遥控水下机器人还包括传感器和摄像机，其中，
传感器，用于对水下环境的数据进行采集，并通过控制器通信模块发送给控制器；
摄像机，用于对水下目标进行录制图像，并通过控制器通信模块发送给控制器。
本发明的第三个方面，提供了一种远距离水下探测系统，包括上述中任一所述的遥控水下机器人，还包括浮漂和控制器，其中，
浮漂，用于将机器人的速度和位移信息无线发送给控制器；
控制器，用于接收机器人的速度和位移信息，以及编辑控制指令并通过浮漂发送给浮漂通信模块。
进一步地，遥控水下机器人与浮漂通过线缆连接，浮漂和控制器无线通信连接。
进一步地，水下机器人还包括传感器和摄像机，其中，
传感器，用于对水下环境的数据进行采集，并通过浮漂发送给控制器；
摄像机，用于对水下目标进行录制图像，并通过浮漂发送给控制器。
进一步地，控制器包括参数采集模块、判断模块、位置校准模块、位置更新模块、位置显示和位置存储模块，其中，
参数采集模块，用于采集参数并发送给判断模块；
判断模块，用于判断接收的参数是否符合校准判定条件，若符合，则将参数发送给位置校准模块，否则，则将参数发送给位置更新模块；
位置校准模块，用于将参数代入位置校准公式进行计算，并将计算出的水下机器人的位移信息发送给位置显示与存储模块；
位置更新模块，用于将参数代入位置更新公式进行计算，并将计算出的系统当前时刻的水下机器人的位移信息发送给位置显示与存储模块；
位置显示与存储模块，用于将接收的水下机器人的位移信息和系统当前时刻的水下机器人的位移信息进行显示和存储。
进一步地，参数采集模块采集的参数为：水下机器人的深度，水下机器人的加速度，水下机器人的速度，水下机器人的位移，浮漂的位置，浮漂的速度，控制器的位置，判断阈值，系统时间，系统校准时刻，系统当前时刻，线缆长度。
本发明提供的遥控水下机器人及水下探测系统，与现有技术相比具有以下进步：遥控水下机器人，包括惯性导航模块、浮漂通信模块和控制器通信模块，既能在不超过100米的近距离内通过控制器通信模块与控制器实现信息传输，也能够在100米至1000米的远距离内通过浮漂通信模块与浮漂连接，进而与控制器实现间接连接，继而实现遥控水下机器人与控制器之间的信息传输，既扩展了水下机器人的工作区域，同时还兼顾了近距离情况下结构的简化；另外，控制器通过参数采集模块、判断模块、位置校准模块、位置更新模块、位置显示和位置存储模块，能够准确的获得遥控水下机器人的位移信息；具有结构简单、机器人定位准确、工作区域较广和灵活方便的优点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例一中的遥控水下机器人的器件连接框图；
图2为本发明实施例二中的近距离水下探测系统的器件连接框图；
图3为本发明实施例三中的远距离水下探测系统的器件连接框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施例提供了遥控水下机器人及水下探测系统。
本发明中的近距离是指不超过100米，远距离是指100-1000米。
实施例一
图1示意性示出了本发明实施例一中的遥控水下机器人的器件连接框图。参照图1，本发明实施例的遥控水下机器人，包括惯性导航模块、浮漂通信模块和控制器通信模块，其中，
惯性导航模块，用于采集机器人自身的速度和位移信息，并分别发送给浮漂通信模块和控制器通信模块；
控制器通信模块，用于将机器人的速度和位移信息发送给控制器；
浮漂通信模块，用于将机器人的速度和位移信息发送给浮漂。
本实施例中，惯性导航模块分别与浮漂通信模块和控制器通信模块电连接。
本实施例中的遥控水下机器人，包括惯性导航模块、浮漂通信模块和控制器通信模块，其中，惯性导航模块带有加速度计，能够通过积分获得水下机器人当前的速度和位移；本实施例中的遥控水下机器人既能通过控制器通信模块与控制器实现信息传输，也能够通过浮漂通信模块与浮漂连接，进而与控制器实现间接连接，继而实现遥控水下机器人与控制器之间的信息传输，既扩展了水下机器人的工作区域，同时还兼顾了近距离情况下结构的简化。具有结构简单、成本较低、灵活方便的优点。
一个实施例中，遥控水下机器人还包括传感器、摄像机和执行器，其中，传感器，用于对水下环境的数据进行采集，并通过控制器通信模块发送给控制器；摄像机，用于对水下目标进行录制图像，并通过控制器通信模块发送给控制器；执行器，用于执行控制器发送的控制指令，进行对水下目标的抓取。遥控水下机器人通过传感器和摄像机对水下环境的图像等数据进行采集，并通过控制器通信模块直接发送给控制器，控制器根据这些数据对水下环境进行显示、分析、计算，并编辑控制指令给遥控水下机器人，使遥控水下机器人根据控制指令进行操作，如执行器执行控制器发送的控制指令，进行对水下目标的抓取。
实施例二
图2示意性示出了本发明实施例二中的近距离水下探测系统的器件连接框图。参照图2，本发明实施例二中的近距离水下探测系统，包括如上述实施例中所述的遥控水下机器人，还包括控制器，控制器用于接收机器人的速度和位移信息，以及编辑控制指令并发送给控制器通信模块。
其中，遥控水下机器人与控制器通过线缆连接。
本实施例中的近距离水下探测系统，在控制器与遥控水下机器人距离较近，即不超过100米的情况下，控制器与遥控水下机器人通过线缆进行信息的传输，结构比较简单、操作和使用方便。
本实施例中，遥控水下机器人还包括至少一个传感器和至少一个摄像机，其中，传感器，用于对水下环境的数据进行采集，并通过控制器通信模块发送给控制器；摄像机，用于对水下目标进行录制图像，并通过控制器通信模块发送给控制器。遥控水下机器人通过传感器和摄像机对水下环境的图像等数据进行采集，并通过控制器通信模块直接发送给控制器，控制器根据这些数据对水下环境进行显示、分析、计算，并编辑控制指令给遥控水下机器人，使遥控水下机器人根据控制指令进行操作。
实施例三
图3示意性示出了本发明实施例三中的水下探测系统的器件连接框图。参照图3，本发明实施例三中的远距离水下探测系统，包括上述中任一所述的遥控水下机器人，还包括浮漂和控制器，其中，
浮漂，用于将机器人的速度和位移信息无线发送给控制器；
控制器，用于接收机器人的速度和位移信息，以及编辑控制指令并通过浮漂发送给浮漂通信模块。
其中，水下机器人与浮漂通过线缆连接，浮漂和控制器无线通信连接。
本实施例中的远距离水下探测系统，在较远距离，即在100-1000米的情况下，遥控水下机器人与浮漂通过线缆连接，浮漂和控制器无线通信连接，控制器和遥控水下机器人通过浮漂为中继进行连接，能够实现远程的无线通信，结构比较简单、方便灵活。
本实施例中，水下机器人还包括至少一个传感器和至少一个摄像机，其中，
传感器，用于对水下环境的数据进行采集，并发送给浮漂通信模块，浮漂通信模块将接收的水下环境的数据发送给浮漂，浮漂发送给控制器；
摄像机，用于对水下目标进行录制图像，并发送给浮漂通信模块，浮漂通信模块将接收的图像发送给浮漂，浮漂发送给控制器。
遥控水下机器人通过传感器和摄像机对水下环境的图像等数据进行采集，并通过浮漂通信模块发送给浮漂，浮漂通信模块无线发送给控制器，控制器根据这些数据对水下环境进行显示、分析、计算，并编辑控制指令通过浮漂发送给遥控水下机器人，使遥控水下机器人根据控制指令进行操作。
控制器包括参数采集模块、判断模块、位置校准模块、位置更新模块、位置显示和位置存储模块，其中，
参数采集模块，用于采集参数并发送给判断模块；
判断模块，用于判断接收的参数是否符合校准判定条件，若符合，则将参数发送给位置校准模块，否则，则将参数发送给位置更新模块；
位置校准模块，用于将参数代入位置校准公式进行计算，并将计算出的水下机器人的位移信息发送给位置显示与存储模块；
位置更新模块，用于将参数代入位置更新公式进行计算，并将计算出的系统当前时刻的水下机器人的位移信息发送给位置显示与存储模块；
位置显示与存储模块，用于将接收的水下机器人的位移信息和系统当前时刻的水下机器人的位移信息进行显示和存储。
其中，参数采集模块采集的参数为：水下机器人的深度，水下机器人的加速度，水下机器人的速度，水下机器人的位移，浮漂的位置，浮漂的速度，控制器的位置，判断阈值，系统时间，系统校准时刻，系统当前时刻，线缆长度。
本实施例中的控制器通过对相关参数的采集，进而对遥控水下机器人的位移信息进行判断、校准和更新，能够实时掌握遥控水下机器人的位移信息，便于管理和回收。
一个具体实施例中，控制器对遥控水下机器人的位移信息进行计算的过程为：参数采集模块采集参数并发送给判断模块；
判断模块将接收的参数与预设值进行对比，判断是否符合校准判定条件|DROV|≤ε，且|vROV-vbuoy|≤ε，若符合，则将参数发送给位置校准模块，否则，则将参数发送给位置更新模块；
位置校准模块将参数代入位置校准公式进行计算，并将计算出的水下机器人的位移PROV发送给位置显示与存储模块；
位置更新模块将参数代入位置更新公式进行计算，并将计算出的系统当前时刻的水下机器人的位移PROV发送给位置显示与存储模块；
位置显示与存储模块将接收的水下机器人的位移PROV和系统当前时刻的水下机器人的位移PROV进行显示和存储。
其中，参数采集模块采集的参数为：水下机器人的深度DROV，水下机器人的加速度aROV，水下机器人的速度vROV，水下机器人的位移PROV，浮漂的位置PBuoy，浮漂的速度vBuoy，控制器的位置PRC，判断阈值ε，系统时间t，系统校准时刻tcali，系统当前时刻tnow，线缆长度LCable。
根据本实施例的控制器对遥控水下机器人的位移信息进行计算的方法，能够准确的掌握机器人的位移信息，并且能够实时更新位置信息，具有效率高、结果精确的优点。
本发明提供的遥控水下机器人及水下探测系统，与现有技术相比具有以下进步：遥控水下机器人，通过浮漂通信模块和控制器通信模块，既能在近距离的情况下，通过控制器通信模块与控制器实现信息传输；也能够在远距离的情况下，通过浮漂通信模块与浮漂连接，进而与控制器实现间接的无线通信连接，实现遥控水下机器人与控制器之间的信息传输；既扩展了水下机器人的工作区域，同时还兼顾了近距离情况下结构的简化；另外，控制器通过参数采集模块、判断模块、位置校准模块、位置更新模块、位置显示和位置存储模块，能够准确的计算并获得遥控水下机器人的位移信息；具有结构简单、机器人定位准确、工作区域较广和灵活方便的优点。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种遥控水下机器人，其特征在于，包括惯性导航模块、浮漂通信模块和控制器通信模块，其中，
惯性导航模块，用于采集机器人自身的速度和位移信息，并分别发送给浮漂通信模块和控制器通信模块；
控制器通信模块，用于将机器人的速度和位移信息发送给控制器；
浮漂通信模块，用于将机器人的速度和位移信息发送给浮漂。
2.根据权利要求1所述的遥控水下机器人，其特征在于，惯性导航模块包括加速度计。
3.一种近距离水下探测系统，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的遥控水下机器人，还包括控制器，控制器用于接收机器人的速度和位移信息，以及编辑控制指令并发送给控制器通信模块。
4.根据权利要求3所述的近距离水下探测系统，其特征在于，遥控水下机器人与控制器通过线缆连接。
5.根据权利要求4所述的近距离水下探测系统，其特征在于，遥控水下机器人还包括传感器和摄像机，其中，
传感器，用于对水下环境的数据进行采集，并通过控制器通信模块发送给控制器；
摄像机，用于对水下目标进行录制图像，并通过控制器通信模块发送给控制器。
6.一种远距离水下探测系统，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的遥控水下机器人，还包括浮漂和控制器，其中，
浮漂，用于将机器人的速度和位移信息无线发送给控制器；
控制器，用于接收机器人的速度和位移信息，以及编辑控制指令并通过浮漂发送给浮漂通信模块。
7.根据权利要求6所述的水下探测系统，其特征在于，遥控水下机器人与浮漂通过线缆连接，浮漂和控制器无线通信连接。
8.根据权利要求7所述的远距离水下探测系统，其特征在于，水下机器人还包括传感器和摄像机，其中，
传感器，用于对水下环境的数据进行采集，并通过浮漂发送给控制器；
摄像机，用于对水下目标进行录制图像，并通过浮漂发送给控制器。
9.根据权利要求8所述的远距离水下探测系统，其特征在于，控制器包括参数采集模块、判断模块、位置校准模块、位置更新模块、位置显示和位置存储模块，其中，
参数采集模块，用于采集参数并发送给判断模块；
判断模块，用于判断接收的参数是否符合校准判定条件，若符合，则将参数发送给位置校准模块，否则，则将参数发送给位置更新模块；
位置校准模块，用于将参数代入位置校准公式进行计算，并将计算出的水下机器人的位移信息发送给位置显示与存储模块；
位置更新模块，用于将参数代入位置更新公式进行计算，并将计算出的系统当前时刻的水下机器人的位移信息发送给位置显示与存储模块；
位置显示与存储模块，用于将接收的水下机器人的位移信息和系统当前时刻的水下机器人的位移信息进行显示和存储。
10.根据权利要求9所述的远距离水下探测系统，其特征在于，参数采集模块采集的参数为：水下机器人的深度，水下机器人的加速度，水下机器人的速度，水下机器人的位移，浮漂的位置，浮漂的速度，控制器的位置，判断阈值，系统时间，系统校准时刻，系统当前时刻，线缆长度。
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