CN109240294B - 一种基于成分分析传感器切换多栖航行器工作模式的方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种基于成分分析传感器切换多栖航行器工作模式的方法。在航行器的上部和下部两侧放置两个成分分析传感器，基于两种环境介质中的组成的显著不同，根据测量航行器上部和下部两侧的环境成分所占比例，判断航行器所处的环境。设置不同环境中该成分的占比值的阈值范围，判断检测到的环境成分含量的占比值所在的阈值范围，确定航行器的工作环境是在空中、水面还是水下，并与上一时刻比较，判断航行器的工作环境是否发生变化，若发生变化，切换至对应的工作模式。本发明可以有效的保护多栖航行器，解决由于操作员未能及时改变航行器工作模式导致的航行器损坏问题。

Description

一种基于成分分析传感器切换多栖航行器工作模式的方法

技术领域

本发明涉及判断航行器工作环境的方法，具体是一种可以通过成分分析传感器判断多栖航行器工作环境的方法。

背景技术

目前，多栖无人航行器可以实现在空中和水面、水面和水下两种环境下工作，以及空中、水面和水下三种环境下工作，而环境的变换一般需要相应的模式变化。现如今一般是操纵者判断是否需要切换模式，然后由操纵者通过遥控器控制航行器以实现切换模式的功能，航行器不具有自主判断自身所处环境的能力，例如：一种空水多栖航行器，闻祥鑫，申请号：CN201710656452.9，但是该多栖航行器是通过人工遥控控制航行器的状态切换，而人工操作有一定的延迟性，不如机器反应的灵敏，所以本发明提出了一种用于多栖航行器自主判断空中，水面，水下环境的方法，即判断航行器所处的环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多栖航行器判断空中，水面，水下环境的方法。

在航行器的上部和下部两侧放置两个成分分析传感器，基于两种环境介质中的组成的显著不同，根据测量的航行器上部和下部两侧的环境成分所占比例，判断航行器所处的环境。设置不同环境中该成分的占比值的阈值范围，判断检测到的环境成分含量的占比值C所在的阈值范围，确定航行器的工作环境，并于上一时刻比较，判断航行器的工作环境是否发生变化，若发生变化，切换至对应的工作模式。设置空气中该成分的占比值的阈值为C₁，水中该成分的占比值的阈值为C₂。航行器开始工作时就开始计时，用t时刻表示航行器的工作时长为t时对应的时刻，其中t>0,t时刻为任意大于零的时刻，则t+1时刻表示该时刻的下一时刻。

步骤一、航行控制器读取两个成分分析传感器测量的成分占比值C，判断t时刻，航行器的工作环境：

步骤1.1、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u和航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d都在阈值C₁内时，判断航行器此时的工作环境为空中；

步骤1.2、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u在阈值C₁内且航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水面；

步骤1.3、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u和航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d都在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水下；

步骤二、航行控制器读取两个成分分析传感器测量的成分占比值C，判断t+1时刻航行器的工作环境：

步骤2.1、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u和航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d都在阈值C₁内时，判断航行器此时的工作环境为空中；

步骤2.2、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u在阈值C₁内且航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水面；

步骤2.3、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u和航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d都在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水下；

步骤三、比较t时刻和t+1时刻航行器的工作环境是否发生变化

工作模式1即飞行状态时，连杆与航行器主体1的角度为0度，连杆与航行器主体1平行，航行器主体1呈X型；工作模式2水面过渡状态时，连杆与航行器主体1的角度为0度，连杆与航行器主体1平行，航行器主体1呈一字型；工作模式3水下航行状态时，连杆与航行器主体1的角度一般为90度，也可根据时间情况调节，航行器主体1呈一字型：

步骤3.1、若两个时刻航行器的工作环境没有发生变化，则航行器的工作模式不需要发生变化；

步骤3.2、若t时刻航行器的工作环境为空中，而t+1时刻航行器的工作环境为水面，则航行器由空中下降到水面，切换航行器的工作模式，即由工作模式1切换为工作模式2；

步骤3.3、若t时刻航行器的工作环境为水面，而t+1时刻航行器的工作环境为水下，则航行器由水面下降到水下，切换航行器的工作模式，即由工作模式2切换为工作模式3；

步骤3.4、若t时刻航行器的工作环境为水下，而t+1时刻航行器的工作环境为水面，则航行器由水下上升到水面，切换航行器的工作模式，即由在工作模式3切换为工作模式2；

步骤3.5、若t时刻航行器的工作环境为水面，而t+1时刻航行器的工作环境为空中，则航行器由水面上升到空中，切换航行器的工作模式，即由在工作模式2切换为工作模式1。

附图说明

图1.为总体流程图。

图2.为判断是否需要切换工作模式的流程图。

图3为多栖航行器空中飞行状态的结构示意图。

图4为空水多栖航行器水面过渡状态的结构示意图。

图5为空水多栖航行器水面及水下航行状态的结构示意图。

具体实施方式

如图3至图5所示，一种空水多栖航行器，包括航行器主体1、控制模块、状态切换模块、净浮力调节模块、动力模块、通信导航模块和电源模块；所述航行器主体1的每个机翼尾部通过连杆连接有水仓室2，所述连杆的内部是中空的腔室，连杆的底部开有进水孔；所述航行器主体1的内部设置有控制模块、通信导航模块和电源模块，所述控制模块分别与状态切换模块、净浮力调节模块、动力模块、通信导航模块、电源模块相连接；所述航行器主体1的每个机翼尾部设置有状态切换模块，所述状态切换模块包括舵机3和传动装置；所述舵机3的控制端与控制模块相电性连接，舵机3的电源端与电源模块相电性连接，舵机3的输出端通过传动装置与相对应的连杆相传动连接；所述每个水仓室2内设置有净浮力调节模块和动力模块；所述净浮力调节模块包括气泵，所述气泵通过软管4将水仓室2与连杆内部相连通，气泵的控制端与控制模块相电性连接；所述动力模块包括电机5和螺旋桨6，所述电机5的输出端与螺旋桨6相传动连接，电机5的控制端与控制模块相电性连接，电机5的电源端与电源模块相电性连接；所述航行器主体1的中心轴处设置有主舵机7，主舵机7的输出端通过传动装置与中心轴相传动连接，主舵机7的控制端与控制模块相电性连接，主舵机7的电源端与电源模块相电性连接；所述航行器主体1的中心轴上方设置有天线8，天线8的顶端设置有GPS，天线8的底端与通信导航模块相连接；所述航行器主体1的中心轴下方设置有压力传感器和激光测距仪，压力传感器和激光测距仪均与控制模块相电性连接；所述航行器主体1的中心轴上方和下方设置有成分分析传感器，成分分析传感器与控制模块相电性连接；所述航行器主体1的内部设置有加速度计和陀螺仪，加速度计和陀螺仪与控制模块相电性连接；所述航行器主体1的外壳采用防水材料制成，控制模块、状态切换模块、净浮力调节模块、动力模块、通信导航模块和电源模块的外侧均设置有防水层，且各连接处采用防水密封圈加防水胶水处理，内部各模块使用也做相应的防水处理。

用航行控制器读取上部和下部两侧的成分分析传感器检测到的成分占比值，判断航行器的工作环境，再与上一时刻的工作环境相比较，判断是否需要改变航行器的工作模式。为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述。但是，本发明可以以不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实例。实例选取氧气作为所测成分，根据文献，氧气在空气中的所占比的阈值为百分之十九到百分之二十五，氧气在水中的所占比的阈值为零到百分之六。氧气在空气中的所占比的阈值C₁为百分之十九到百分之二十五，氧气在水中的所占比的阈值C₂为零到百分之六。具体如下：

步骤一、航行控制器读取两个氧传感器测量的成分占比值C，判断t时刻航行器的工作环境：

步骤1.1、当航行器上侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_u和航行器下侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_d都在阈值C₁内时，判断航行器此时的工作环境为空中；

步骤1.2、当航行器上侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_u在阈值C₁内且航行器下侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_d在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水面；

步骤1.3、当航行器上侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_u和航行器下侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_d都在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水下；

步骤二、航行控制器读取两个氧传感器检测到的氧气占比值C，判断t+1时刻航行器的工作环境：

步骤2.1、当航行器上侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_u和航行器下侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_d都在阈值C₁内时，判断航行器此时的工作环境为空中；

步骤2.2、当航行器上侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_u在阈值C₁内且航行器下侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_d在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水面；

步骤2.3、当航行器上侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_u和航行器下侧的氧传感器检测到的氧气占比值C_d都在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水下；

步骤三、比较t时刻和t+1时刻航行器的工作环境是否发生变化：

工作模式1即飞行状态时，连杆与航行器主体1的角度为0度，连杆与航行器主体1平行，航行器主体1呈X型；工作模式2水面过渡状态时，连杆与航行器主体1的角度为0度，连杆与航行器主体1平行，航行器主体1呈一字型；工作模式3水下航行状态时，连杆与航行器主体1的角度一般为90度，也可根据时间情况调节，航行器主体1呈一字型；

步骤3.1、若两个时刻航行器的工作环境没有发生变化，则航行器的工作模式不需要发生变化；

步骤3.2、若t时刻航行器的工作环境为空中，而t+1时刻航行器的工作环境为水面，则航行器由空中下降到水面，切换航行器的工作模式，即由工作模式1切换为工作模式2；

步骤3.3、若t时刻航行器的工作环境为水面，而t+1时刻航行器的工作环境为水下，则航行器由水面下降到水下，切换航行器的工作模式，即由工作模式2切换为工作模式3；

步骤3.4、若t时刻航行器的工作环境为水下，而t+1时刻航行器的工作环境为水面，则航行器由水下上升到水面，切换航行器的工作模式，即由在工作模式3切换为工作模式2；

步骤3.5、若t时刻航行器的工作环境为水面，而t+1时刻航行器的工作环境为空中，则航行器由水面上升到空中，切换航行器的工作模式，即由在工作模式2切换为工作模式1。

Claims (1)

1.一种基于成分分析传感器切换多栖航行器工作模式的方法，设置空气中该成分的占比值的阈值为C₁，水中该成分的占比值的阈值为C₂，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、航行控制器读取两个成分分析传感器测量的成分占比值C，判断t时刻航行器的工作环境：

步骤1.1、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u和航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d都在阈值C₁内时，判断航行器此时的工作环境为空中；

步骤1.2、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u在阈值C₁内且航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水面；

步骤1.3、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u和航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d都在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水下；

步骤二、航行控制器读取两个成分分析传感器测量的成分占比值C，判断t+1时刻航行器的工作环境：

步骤2.1、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u和航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d都在阈值C₁内时，判断航行器此时的工作环境为空中；

步骤2.2、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u在阈值C₁内且航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水面；

步骤2.3、当航行器上侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_u和航行器下侧的成分分析传感器检测到的成分占比值C_d都在阈值C₂内时，判断航行器此时的工作环境为水下；

步骤三、比较t时刻和t+1时刻航行器的工作环境是否发生变化：

工作模式1即飞行状态时，连杆与航行器主体(1)的角度为0度，连杆与航行器主体(1)平行，航行器主体(1)呈X型；工作模式2水面过渡状态时，连杆与航行器主体(1)的角度为0度，连杆与航行器主体(1)平行，航行器主体(1)呈一字型；工作模式3水下航行状态时，连杆与航行器主体(1)的角度一般为90度，也可根据时间情况调节，航行器主体(1)呈一字型；

步骤3.1、若两个时刻航行器的工作环境没有发生变化，则航行器的工作模式不需要发生变化；

步骤3.2、若t时刻航行器的工作环境为空中，而t+1时刻航行器的工作环境为水面，则航行器由空中下降到水面，切换航行器的工作模式，即由工作模式1切换为工作模式2；

步骤3.3、若t时刻航行器的工作环境为水面，而t+1时刻航行器的工作环境为水下，则航行器由水面下降到水下，切换航行器的工作模式，即由工作模式2切换为工作模式3；

步骤3.4、若t时刻航行器的工作环境为水下，而t+1时刻航行器的工作环境为水面，则航行器由水下上升到水面，切换航行器的工作模式，即由在工作模式3切换为工作模式2；

步骤3.5、若t时刻航行器的工作环境为水面，而t+1时刻航行器的工作环境为空中，则航行器由水面上升到空中，切换航行器的工作模式，即由在工作模式2切换为工作模式1。

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