CN110224480A - 一种基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置装置及方法 - Google Patents

一种基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置装置及方法，在无人自主水下机器人下水后，实时检测备用电源的电压信息，当其电压低于正常工作电压值时，通过脐带缆向备用电源充电，以保证紧急情况下备用电源的可用性。如果水下无人自主水下机器人在执行任务时发生了如脐带缆受损断裂、母船电力故障突然断电等紧急情况时，能够及时通过备用电源使抛载模块运行，从而使无人自主水下机器人能够立即原地上浮，避免机器人和测量数据丢失。

Description

一种基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置 装置及方法
技术领域
本发明涉及无人自主水下机器人控制领域，具体为一种基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置装置及方法。
背景技术
无人自主水下机器人是一种由水面控制的高新技术水下作业系统，能在水下三维空间自由航行。通过外挂摄像头，避障声纳，深水作业灯观察，再结合多功能机械手或其它水下辅助工具，完成一定的水下作业任务。其广泛应用于海洋油气作业、海底管道检测、科学考察等海洋水体，也可适用于陆上水体的水下结构物观测、水库电站的检测以及渔业观测作业等。其工作环境因素包括:水流速、水下能见度、水面杂物、水底堆积物和水下复杂结构等。
由于搭载众多测量仪器和传感器，水下无人自主水下机器人一般造价高昂。一旦遇到紧急情况(脐带缆受损断裂、突然断电等)，机器人将失去控制，有可能造成自身失踪、测量数据丢失以及撞击母船等事故。
目前，国内外大多数无人自主水下机器人都没有考虑出现脐带缆受损断裂、突然断电等紧急情况时的无人自主水下机器人处置方式。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置装置及方法，通过在无人自主水下机器人上设置备用电源，并对备用电源的使用控制方式进行相应逻辑设计，能够确保在出现紧急情况时，无人自主水下机器人能够及时自主上浮，避免损失。
本发明的技术方案为：
所述一种基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置装置，其特征在于：包括上位机、电压检测单元、充电单元、放电单元和抛载模块；
所述电压检测单元包括电压检测模块、隔离稳压模块；电压检测模块通过隔离稳压模块连接备用电源；备用电源的电压信号经过隔离稳压模块处理后输出给电压检测模块，电压检测模块对输入的电压信号进行分压滤波放大后得到电流信号输出给微处理器，由微处理器解算得到备用电源的电压信息，并将备用电源的电压信息输出给上位机；
所述上位机根据得到备用电源的电压信息，控制充电单元接通或断开；
所述上位机根据无人自主水下机器人是否下水，控制放电单元接通或断开；
所述充电单元包括充电MOS管、充电继电器；充电MOS管处于常开状态，当上位机根据备用电源的电压信息判断接通充电单元时，充电MOS管导通，充电继电器吸合，无人自主水下机器人通过脐带缆向备用电源充电；当备用电源电压达到设定值后，上位机断开充电单元；
所述放电单元包括放电MOS管、放电继电器；当无人自主水下机器人处于岸上状态时，放电MOS管处于常开状态；当无人自主水下机器人下水后，上位机控制放电单元接通，放电MOS管导通，放电继电器吸合，接通备用电源与抛载模块之间的供电电路；
所述抛载模块包括电源检测模块、抛载控制单元和执行机构；备用电源以及脐带缆均向抛载模块供电；电源检测模块检测脐带缆向抛载模块的供电电压；无人自主水下机器人正常水下工作时，抛载控制单元根据上位机通过脐带缆下发的抛载信号控制执行机构完成抛载动作；当电源检测模块检测到脐带缆向抛载模块的供电电压异常时，切断脐带缆的供电电路，通过备用电源向抛载控制单元供电，强制抛载控制单元控制执行机构完成抛载动作。
基于上述装置实现无人自主水下机器人紧急状态处置的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：无人自主水下机器人在岸上时，上位机控制充电单元和放电单元均断开；
步骤2：无人自主水下机器人下水后，上位机控制放电单元使备用电源与抛载模块之间的供电电路接通，备用电源以及脐带缆均向抛载模块供电；
步骤3：电压检测单元实时检测备用电源的电压信息，并将备用电源的电压信息输出给上位机；上位机根据得到备用电源的电压信息，控制充电单元接通或断开，使备用电源的电压处于设定的工作电压；
步骤4：抛载模块的电源检测模块实时检测脐带缆向抛载模块的供电电压，当脐带缆向抛载模块的供电电压异常时，切断脐带缆的供电电路，通过备用电源向抛载控制单元供电，强制抛载控制单元控制执行机构完成抛载动作。
有益效果
本发明提出的基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置装置及方法，在无人自主水下机器人下水后，实时检测备用电源的电压信息，当其电压低于正常工作电压值时，通过脐带缆向备用电源充电，以保证紧急情况下备用电源的可用性。如果水下无人自主水下机器人在执行任务时发生了如脐带缆受损断裂、母船电力故障突然断电等紧急情况时，能够及时通过备用电源使抛载模块运行，从而使无人自主水下机器人能够立即原地上浮，避免机器人和测量数据丢失。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
附图1为充放电原理框图；
附图2为隔离稳压及电压检测电路图；
附图3为充电电路图；
附图4为放电电路图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明目的是提供一种基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置装置及方法，机器人水下进行作业任务期间，系统正常工作的时候可以使备用电池处于准备状态，在系统遇到紧急情况或者故障断电时可以使备用电源放电，能够保证机器人更加安全可靠的工作。
该基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置装置，包括上位机、电压检测单元、充电单元、放电单元和抛载模块。
所述电压检测单元包括电压检测模块、隔离稳压模块；电压检测模块通过隔离稳压模块连接备用电源；备用电源的电压信号经过隔离稳压模块处理后输出给电压检测模块，电压检测模块对输入的电压信号进行分压滤波放大后得到电流信号输出给微处理器，由微处理器解算得到备用电源的电压信息，并将备用电源的电压信息输出给上位机。
所述上位机根据得到备用电源的电压信息，控制充电单元接通或断开。
所述上位机根据无人自主水下机器人是否下水，控制放电单元接通或断开。
所述充电单元包括充电MOS管、充电继电器；充电MOS管处于常开状态，当上位机根据备用电源的电压信息判断接通充电单元时，充电MOS管导通，充电继电器吸合，无人自主水下机器人通过脐带缆向备用电源充电；当备用电源电压达到设定值后，上位机断开充电单元。
所述放电单元包括放电MOS管、放电继电器；当无人自主水下机器人处于岸上状态时，放电MOS管处于常开状态；备用电源不接入电路，防止能源的浪费。当无人自主水下机器人下水后，上位机控制放电单元接通，放电MOS管导通，放电继电器吸合，接通备用电源与抛载模块之间的供电电路。
所述抛载模块包括电源检测模块、抛载控制单元和执行机构；无人自主水下机器人下水后，备用电源以及脐带缆均向抛载模块供电；电源检测模块检测脐带缆向抛载模块的供电电压；无人自主水下机器人正常水下工作时，抛载控制单元根据上位机通过脐带缆下发的抛载信号控制执行机构完成抛载动作；当电源检测模块检测到脐带缆向抛载模块的供电电压异常时，则切断脐带缆的供电电路，通过备用电源向抛载控制单元供电，强制抛载控制单元控制执行机构完成抛载动作。
基于上述装置实现无人自主水下机器人紧急状态处置的方法，包括以下步骤：
步骤1：无人自主水下机器人在岸上时，上位机控制充电单元和放电单元均断开；
步骤2：无人自主水下机器人下水后，上位机控制放电单元使备用电源与抛载模块之间的供电电路接通，备用电源以及脐带缆均向抛载模块供电；
步骤3：电压检测单元实时检测备用电源的电压信息，并将备用电源的电压信息输出给上位机；上位机根据得到备用电源的电压信息，控制充电单元接通或断开，使备用电源的电压处于设定的工作电压；
步骤4：抛载模块的电源检测模块实时检测脐带缆向抛载模块的供电电压，当脐带缆向抛载模块的供电电压异常时，切断脐带缆的供电电路，通过备用电源向抛载控制单元供电，强制抛载控制单元控制执行机构完成抛载动作。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种基于备用电源控制的无人自主水下机器人紧急状态处置装置，其特征在于：包括上位机、电压检测单元、充电单元、放电单元和抛载模块；
所述电压检测单元包括电压检测模块、隔离稳压模块；电压检测模块通过隔离稳压模块连接备用电源；备用电源的电压信号经过隔离稳压模块处理后输出给电压检测模块，电压检测模块对输入的电压信号进行分压滤波放大后得到电流信号输出给微处理器，由微处理器解算得到备用电源的电压信息，并将备用电源的电压信息输出给上位机；
所述上位机根据得到备用电源的电压信息，控制充电单元接通或断开；
所述上位机根据无人自主水下机器人是否下水，控制放电单元接通或断开；
所述充电单元包括充电MOS管、充电继电器；充电MOS管处于常开状态，当上位机根据备用电源的电压信息判断接通充电单元时，充电MOS管导通，充电继电器吸合，无人自主水下机器人通过脐带缆向备用电源充电；当备用电源电压达到设定值后，上位机断开充电单元；
所述放电单元包括放电MOS管、放电继电器；当无人自主水下机器人处于岸上状态时，放电MOS管处于常开状态；当无人自主水下机器人下水后，上位机控制放电单元接通，放电MOS管导通，放电继电器吸合，接通备用电源与抛载模块之间的供电电路；
所述抛载模块包括电源检测模块、抛载控制单元和执行机构；备用电源以及脐带缆均向抛载模块供电；电源检测模块检测脐带缆向抛载模块的供电电压；无人自主水下机器人正常水下工作时，抛载控制单元根据上位机通过脐带缆下发的抛载信号控制执行机构完成抛载动作；当电源检测模块检测到脐带缆向抛载模块的供电电压异常时，切断脐带缆的供电电路，通过备用电源向抛载控制单元供电，强制抛载控制单元控制执行机构完成抛载动作。
2.基于权利要求1所述装置实现无人自主水下机器人紧急状态处置的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：无人自主水下机器人在岸上时，上位机控制充电单元和放电单元均断开；
步骤2：无人自主水下机器人下水后，上位机控制放电单元使备用电源与抛载模块之间的供电电路接通，备用电源以及脐带缆均向抛载模块供电；
步骤3：电压检测单元实时检测备用电源的电压信息，并将备用电源的电压信息输出给上位机；上位机根据得到备用电源的电压信息，控制充电单元接通或断开，使备用电源的电压处于设定的工作电压；
步骤4：抛载模块的电源检测模块实时检测脐带缆向抛载模块的供电电压，当脐带缆向抛载模块的供电电压异常时，切断脐带缆的供电电路，通过备用电源向抛载控制单元供电，强制抛载控制单元控制执行机构完成抛载动作。
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