CN109240286A - 水下机器人智能自救方法、电子设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水下机器人智能自救方法、电子设备及系统。方法步骤：实时监测电机信号和水下机器人主体压力信号；根据对电机信号和压力信号的处理结果判断水下机器人是否需要上浮；需要上浮时，单片机根据时间和水下机器人的深度变化判断水下机器人能否上浮至水面，否则控制释放压载，当检测到水下机器人上浮至深度阈值时，控制释放信标，并控制信标发送定位和报警信号至水面母船。本发明电子设备用于执行上述方法；本发明还涉及水下机器人智能自救系统。本发明通过分析检测的水下机器人主体信号进行自救控制，并控制水下机器人沿导航路线回到目标位置，或救援人员根据定位信息前来进行搜救，解决了水下机器人在工作中遇到突发状况易丢失的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人安全性技术领域，尤其涉及水下机器人智能自救方法、电子设备及系统。
背景技术
水下机器人在科学考察、深海作业、搜救打捞等领域得到广泛的应用，是人类在海洋活动特别是深海活动中的主要替代者和执行者。但水下机器人的深海作业环境十分恶劣，可能会遇到各种各样的突发紧急状况。因为研制一台机器人要投入大量的人力物力财力，研发周期长，并且机器人每次任务中得到的数据有极大的价值，对载人机器人有生命保护作用。当水下机器人在工作中遇到突发状况时容易丢失，从而导致工作数据的丢失，对海洋开发和研究是一个巨大的损失和沉重的打击。因此，水下机器人需要配置实时监控装置及出现故障时的自救系统。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供水下机器人智能自救方法、电子设备及系统，通过分析判断检测到的水下机器人主体信号进行水下机器人自救控制，解决了水下机器人在工作中遇到突发状况时容易丢失的问题。
本发明提供水下机器人智能自救方法，包括以下步骤：
步骤一、通过传感器实时监测电机信号和水下机器人主体压力信号；
步骤二、单片机对电机信号和压力信号进行处理，根据处理结果判断水下机器人主体是否需要上浮，若判断水下机器人主体不需要上浮，则跳转至步骤一；若判断水下机器人主体需要上浮，则执行步骤三；
步骤三、单片机发送自救命令，并根据时间和水下机器人主体的深度变化判断水下机器人能否能顺利上浮至水面，能顺利上浮跳转至步骤一，否则控制释放压载，并判断压载是否释放成功，是则检测水下机器人主体上浮的深度阈值，否则跳转至步骤一；当检测到水下机器人主体上浮至深度阈值时，控制释放信标，并控制信标实时发送定位信号和报警信号至水面母船。
进一步地，步骤一中，电量传感器直接测量电机的电量信号，电量信号包括电流、电压以及功率；压力传感器检测电子舱和电池舱压力信号。
进一步地，步骤三中，单片机根据所述定位信号和目标位置生成导航路线，并驱动所述水下机器人主体沿所述导航路线运动。
一种电子设备，包括处理器、存储器以及程序，其中程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，程序为水下机器人智能自救方法的执行程序。
水下机器人智能自救系统，包括电源、通信模块、监控模块、驱动模块、释放机构和信标，所述电源与所述通信模块、所述监控模块、所述驱动模块连接，所述监控模块与所述通信模块、所述驱动模块连接，所述监控模块用于实时监测所述水下机器人状况，并根据所述水下机器人状况进行控制，所述通信模块与水面母船通信连接，所述驱动模块与所述释放机构连接，一个释放机构与压载连接，另一个释放机构与信标连接，所述监控模块控制所述驱动模块驱动释放机构释放压载、信标，所述信标与卫星、所述水面母船通信连接。
进一步地，所述释放机构包括电机、释放轴和钢球，所述电机与所述驱动模块连接，所述释放轴固定在所述电机的输出轴上，所述压载内侧壁设有凹槽，电机驱动所述释放轴运动，所述释放轴将所述钢球推进所述压载内侧壁的凹槽内。
进一步地，所述监控模块包括控制单元和监测单元，所述控制单元与所述监测单元连接，所述监测单元包括电量传感器、压力传感器，所述电量传感器检测所述电机工作状况，所述压力传感器通过检测压力间接检测所述水下机器人主体的漏水状况和工作深度变化，所述控制单元对所述电量传感器、压力传感器的检测数据进行分析处理，并根据分析处理结果进行控制。
进一步地，所述信标包括外壳、天线、GPS/GPRS模块、电源芯片、配重层和固定环，所述天线、GPS/GPRS模块、电源芯片置于所述外壳内，所述天线、GPS/GPRS模块与所述电源芯片连接，所述GPS/GPRS模块与所述控制单元连接，所述GPS/GPRS模块通过所述天线接收定位信号，并将所述定位信号发送至所述控制单元进行处理，所述控制单元通过处理结果和目标位置生成导航路线，并根据所述导航路线控制所述驱动模块驱动所述水下机器人主体运动，所述配重层、所述固定环固定在所述外壳底部，所述固定环通过连接件与所述释放机构连接。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供水下机器人智能自救方法，通过分析判断检测到的水下机器人主体信号进行水下机器人自救控制，并控制水下机器人沿导航路线回到目标位置，或救援人员根据定位信息前来进行搜救，解决了水下机器人在工作中遇到突发状况时容易丢失的问题。本发明涉及电子设备，用于执行水下机器人智能自救方法；本发明还涉及水下机器人智能自救系统。
附图说明
图1为本发明的水下机器人智能自救方法流程图；
图2为本发明的水下机器人智能自救系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。
如图1所示，水下机器人智能自救方法，包括以下步骤：
步骤一、通过传感器实时监测电机信号和水下机器人主体压力信号，具体如下：因为水下机器人在水下工作时遇到的危险情况主要是舱体漏水、动力不足、系统死机、推进器故障等原因，所以通过电量传感器直接测量电机的电流、电压、功率等电量信号，通过压力传感器检测电子舱和电池舱压力信号，间接检测电子舱和电池舱漏水情况以及工作深度变化。
步骤二、单片机对电机信号和压力信号进行处理，根据处理结果判断水下机器人主体是否需要上浮，即判断是否需要实施自救；优选的，信号处理后，若判断水下机器人主体不需要上浮，则跳转至步骤一；若判断水下机器人主体需要上浮，则执行步骤三。
步骤三、单片机发送自救命令，并根据时间和水下机器人主体的深度变化判断水下机器人能否能顺利上浮至水面，能顺利上浮跳转至步骤一，否则控制释放压载，并判断压载是否释放成功，是则检测水下机器人主体上浮的深度阈值，否则跳转至步骤一。当检测到水下机器人主体上浮至深度阈值时，控制释放信标，并控制信标实时发送定位信号和报警信号至水面母船。优选的，机器人自救中，根据定位信号和目标位置生成导航路线，并驱动水下机器人主体沿导航路线运动，使得水下机器人不只是被动的等待工作人员的救援，可以自动导航回归母船或其他目标位置，避免等待时间过程容易丢失。
一种电子设备，包括处理器、存储器以及程序，其中程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，程序为水下机器人智能自救方法的执行程序。
如图2所示，水下机器人智能自救系统，安装在水下机器人主体上，包括电源、通信模块、监控模块、驱动模块、释放机构和信标，电源与通信模块、监控模块、驱动模块连接，监控模块与通信模块、驱动模块连接，监控模块用于实时监测水下机器人状况，并根据水下机器人状况进行控制，通信模块与水面母船通信连接，驱动模块与释放机构连接，一个释放机构与压载连接，另一个释放机构与信标连接，监控模块控制驱动模块驱动释放机构释放压载、信标，信标与卫星、水面母船通信连接。
在一实施例中，优选的，释放机构包括电机、释放轴和钢球，电机与驱动模块连接，释放轴安装在电机上，压载内侧壁设有凹槽。压载装载过程中，电机驱动释放轴向下运动，释放轴底端锥形段将钢球推进压载内侧壁的凹槽中，将压载固定住。监控模块监测到水下机器人无法顺利上浮时，控制驱动模块驱动电机，电机带动释放轴向上运动，钢球从凹槽中脱落，压载在自身重力作用下脱落；同理，当监控模块监测到水下机器人上浮至深度阈值时，控制驱动模块驱动电机，电机带动释放轴向上运动，释放信标。
在一实施例中，优选的，监控模块包括控制单元和监测单元，控制单元与监测单元连接，监测单元包括电量传感器、压力传感器，电量传感器检测电机工作状况，压力传感器通过检测压力间接检测水下机器人主体的漏水状况和工作深度变化，控制单元对电量传感器、压力传感器的检测数据进行分析处理，并根据分析处理结果进行控制。本实施例中，控制单元采用MSP430F149芯片进行设计，MSP430F149与电量传感器、压力传感器、释放机构、通信模块连接。
在一实施例中，优选的，信标包括外壳、天线、GPS/GPRS模块、电源芯片、配重层和固定环，天线、GPS/GPRS模块、电源芯片置于外壳内，天线、GPS/GPRS模块与电源芯片连接，电源芯片用于在与外界通信以及等待救援的过程中维持电源，GPS/GPRS模块与控制单元连接，GPS/GPRS模块通过天线接收定位信号，并将定位信号发送至控制单元进行处理，具体地，信标浮出水面后，GPS/GPRS模块中的GPS模块通过天线接收导航卫星关于信标位置的定位信号，定位信号通过GPS/GPRS模块中的GPRS模块输入MSP430F149进行处理，MSP430F149控制GPRS模块将位置信息和报警信息发送给水面工作人员，水面工作人员根据信息打捞收回水下机器人。控制单元通过处理结果和目标位置生成导航路线，并根据导航路线控制驱动模块驱动水下机器人主体运动，配重层、固定环安装在外壳底部，配重层用于使信标稳定的漂浮并保持天线所在部分浮出水面，固定环通过连接件(如缆绳)与释放机构连接，方便工作人员通过打捞信标就能拖曳收回水下机器人。
本发明通过分析判断检测到的水下机器人主体信号进行水下机器人自救控制，并控制水下机器人沿导航路线回到目标位置，或救援人员根据定位信息前来进行搜救，解决了水下机器人在工作中遇到突发状况时容易丢失的问题。本发明涉及电子设备用于执行水下机器人智能自救方法；本发明还涉及水下机器人智能自救系统。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (8)
1.水下机器人智能自救方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、通过传感器实时监测电机信号和水下机器人主体压力信号；
步骤二、单片机对电机信号和压力信号进行处理，根据处理结果判断水下机器人主体是否需要上浮，若判断水下机器人主体不需要上浮，则跳转至步骤一；若判断水下机器人主体需要上浮，则执行步骤三；
步骤三、单片机发送自救命令，并根据时间和水下机器人主体的深度变化判断水下机器人能否能顺利上浮至水面，能顺利上浮跳转至步骤一，否则控制释放压载，并判断压载是否释放成功，是则检测水下机器人主体上浮的深度阈值，否则跳转至步骤一；当检测到水下机器人主体上浮至深度阈值时，控制释放信标，并控制信标实时发送定位信号和报警信号至水面母船。
2.根据权利要求1所述的水下机器人智能自救方法，其特征在于：步骤一中，电量传感器直接测量电机的电量信号，电量信号包括电流、电压以及功率；压力传感器检测电子舱和电池舱压力信号。
3.根据权利要求1所述的水下机器人智能自救方法，其特征在于：步骤三中，单片机根据所述定位信号和目标位置生成导航路线，并驱动所述水下机器人主体沿所述导航路线运动。
4.一种电子设备，包括处理器、存储器以及程序，程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，其特征在于：程序为水下机器人智能自救方法的执行程序。
5.水下机器人智能自救系统，包括电源、通信模块、监控模块、驱动模块，其特征在于：还包括释放机构和信标，所述电源与所述通信模块、所述监控模块、所述驱动模块连接，所述监控模块与所述通信模块、所述驱动模块连接，所述监控模块用于实时监测所述水下机器人状况，并根据所述水下机器人状况进行控制，所述通信模块与水面母船通信连接，所述驱动模块与所述释放机构连接，一个释放机构与压载连接，另一个释放机构与信标连接，所述监控模块控制所述驱动模块驱动释放机构释放压载、信标，所述信标与卫星、所述水面母船通信连接。
6.根据权利要求5所述的水下机器人智能自救系统，其特征在于：所述释放机构包括电机、释放轴和钢球，所述电机与所述驱动模块连接，所述释放轴固定在所述电机的输出轴上，所述压载内侧壁设有凹槽，电机驱动所述释放轴运动，所述释放轴将所述钢球推进所述压载内侧壁的凹槽内。
7.根据权利要求6所述的水下机器人智能自救系统，其特征在于：所述监控模块包括控制单元和监测单元，所述控制单元与所述监测单元连接，所述监测单元包括电量传感器、压力传感器，所述电量传感器检测所述电机工作状况，所述压力传感器通过检测压力间接检测所述水下机器人主体的漏水状况和工作深度变化，所述控制单元对所述电量传感器、压力传感器的检测数据进行分析处理，并根据分析处理结果进行控制。
8.根据权利要求7所述的水下机器人智能自救系统，其特征在于：所述信标包括外壳、天线、GPS/GPRS模块、电源芯片、配重层和固定环，所述天线、GPS/GPRS模块、电源芯片置于所述外壳内，所述天线、GPS/GPRS模块与所述电源芯片连接，所述GPS/GPRS模块与所述控制单元连接，所述GPS/GPRS模块通过所述天线接收定位信号，并将所述定位信号发送至所述控制单元进行处理，所述控制单元通过处理结果和目标位置生成导航路线，并根据所述导航路线控制所述驱动模块驱动所述水下机器人主体运动，所述配重层、所述固定环固定在所述外壳底部，所述固定环通过连接件与所述释放机构连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190118 |