CN111319729A - 一种用于海洋机器人的保障指挥方舱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于海洋机器人的保障指挥方舱，包括舱体，在舱体内设置指挥台，所述指挥台搭载岸基/水面信息显控系统；在舱体内设置电动升降杆，该电动升降杆连接设备天线，用于控制设备天线升高或降低；在舱体内设置电源管理系统，为方舱供电。本发明环境舒适，适合工作，内部空间相对充裕，内部照明灯较明亮，并且空调系统能够使室内温度和湿度相对稳定，适合操作人员长时间进行工作；结构坚固，实用性强，能够适应海上恶劣的气候环境，为指挥人员提供了舒适的工作环境，是海洋机器人的指挥中枢。

Description

一种用于海洋机器人的保障指挥方舱

技术领域

本发明涉及海洋机器人指挥作业领域，具体地说是一种用于海洋机器人的保障指挥方舱。

背景技术

海洋机器人在调试或外场试验时均需使用计算机进行设备调试以及跟踪遥控等操作。目前大部分控制器或计算机均没有比较完整的操作空间，并且相对较散，需连接各种仪器设备。尤其在转场试验时，搬运较慢。尤其是海上试验控制及操作空间不固定，使试验人员需多出很多精力来维护和搬运控制设备。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于海洋机器人的保障指挥方舱，解决现有仪器设备无固定位置安装，人员无法进行设备操作的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种用于海洋机器人的保障指挥方舱，包括舱体，在舱体内设置指挥台，所述指挥台搭载岸基/水面信息显控系统；在舱体内设置电动升降杆，该电动升降杆连接设备天线，用于控制设备天线升高或降低；在舱体内设置电源管理系统，为方舱供电。

所述岸基/水面信息显控系统，包括：

工控机；

多通信模块，一端连接水下无人航行器，另一端连接工控机，用于实现工控机和水下无人航行器之间的通信连接；

卫星导航单元，连接工控机，用于将方舱的当前位置信息发送给工控机；

显示单元，连接工控机，用于显示水下无人航行器的状态信息和位置信息及方舱的位置信息；

操控单元，连接工控机，对工控机发出控制命令。

所述多通信模块包括无线电台、卫星通讯模块、微波通信模块、水声通信设备和水面线缆；

所述无线电台一端连接工控机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行无线电通信；

所述卫星通讯模块一端连接工控机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行卫星通信；

所述微波通信模块一端连接工控机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行微波通信；

所述水声通信设备一端连接工控机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行水声通信；

水下无人航行器还通过水面线缆连接到工控机，用于有线通信。

所述工控机包括数据通讯模块、数据融合模块、图形显示模块和命令决策模块；

所述数据通讯模块连接多通信模块，用于多通信模块和工控机板卡的数据采集和解析工作，负责多通信模块状态的更新；

所述命令决策模块一端连接数据通讯模块，用于与数据通讯模块进行数据的交互；另一端连接操控单元，接收操控单元发送的命令；

所述数据融合模块一端连接数据通信模块，接收数据通讯模块采集的数据，并且按照融合算法进行数据融合，将数据融合结果反馈给数据通讯模块；另一端连接图形显示模块；

所述图形显示模块连接显示单元，用于接收数据融合模块发送的位置、姿态信息，并以动画形式发送给显示单元。

所述电动升降杆采用气动杆，并在电动升降杆内部布放通信电缆。

所述指挥台设置于背部支架内，通过背部支架进行减震。

还包括在方舱内部和外部设置照明灯。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.环境舒适，适合工作，内部空间相对充裕，内部照明灯较明亮，并且空调系统能够使室内温度和湿度相对稳定，适合操作人员长时间进行工作；

2.本发明结构坚固，实用性强，能够适应海上恶劣的气候环境，为指挥人员提供了舒适的工作环境，是海洋机器人的指挥中枢。

附图说明

图1是本发明的方舱平面展示图；

图2是本发明的指挥台结构图；

图3是本发明的指挥台柜体结构图；

图4是本发明的岸基/水面信息显控系统结构框图；

其中，1为舱体、2为空调系统、3为电动升降杆、4为指挥台、5为固定折叠桌、6为储物吊柜、7为电源管理系统、8为舱壁、9为出入门、10为空调井、11为底部框架、12为背部支架、13为内部照明灯、14为柜体、15为无线电台、16为卫星通讯模块、17为微波通信模块、18为卫星导航单元、19为水声通信设备、20为水面线缆、21为电源控制盒、22为工控计算机、23为操控单元、24为开关面板、25为显示单元、26为坡形工作台、27为竖梁、28为吊环、29为挡板、30为减震器、31为托板、32为后门、33为接线孔、34为底板、35为天线接线孔。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可能直接在另一个元件上，或也可以存在居中的元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示是本发明的方舱平面展示图。

方舱由舱体1、空调系统2、电动升降杆3、综合检测指挥台4、固定折叠桌5、储物吊柜6、电源管理系统7组成。所述舱体1用于安装空调系统2、电动升降杆3、综合检测指挥台4、固定折叠桌5、储物吊柜6、电源管理系统7；所述空调系统2为整个指挥方舱提供舒适的工作温度以及湿度；所述电动升降杆3能够将设备天线升高到距离地面5米高度，使无线通信信号能够更好的传输；所述综合检测指挥台4能够指挥海洋机器人进行各种使命任务；所述固定折叠桌5能够为指挥人员提供一定的办公位置；所述的储物吊柜6为海上试验提供救生设备以及备用仪器提供空间；所述的电源管理系统7为整个保障指挥方舱提供能源。

舱体1由舱壁8、出入门9、维修门、应急门、电源门、信号门、观察窗、空调井10、底部框架11、背部支架12、脚踢、折叠扶手、顶部铁板、外部照明灯、内部照明灯13组成。舱壁8用于连接各个设备及部件；出入门9用于操作人员进出保障指挥方舱；维修门用于吊运综合检测指挥台，并在综合检测指挥台出现故障时为维修提供空间；应急门用于发生意外时操作人员逃生使用；电源门用于连接外部供电并提供方舱接地接口；信号门用于连接外部天线和提供连接海洋机器人的接口；观察窗用于操作人员观察外部海洋机器人试验情况；空调井用于固定空调外挂风机；底部框架用于固定整个方舱的舱壁以及保障指挥方舱；背部支架用于固定综合检测指挥台背部减震器；脚踢用于人员上下方舱顶部提供脚部支撑；折叠扶手用于人员上下方舱顶部提供手部支撑；顶部铁板用于固定吸盘天线；外部照明灯为方舱外部人员夜间工作提供照明；内部照明灯为方舱内部人员工作提供照明。

空调系统2为整个指挥方舱提供舒适的工作温度以及湿度。空调系统采用通用的室内空调机，并根据整个方舱的大小选用相对应功率的空调机，并根据冷热核算，从高温55℃或地位-35℃将温度转变为适应人体的温度26℃，只需要0.5小时。

电动升降杆3能够将设备天线升高到距离地面5米高度，使无线通信信号能够更好的传输。电动升降杆采用气动杆，并在升降杆内部布放通信电缆，避免线缆裸露在升降杆外部在升降过程中造成损坏。

指挥台4能够指挥海洋机器人进行各种使命任务。综合检测指挥台内部集成了工控计算机、显示器、键盘鼠标、按键控制模块、北斗通信模块、无线通信模块、遥控模块、电源模块、以及水声通信模块。在海洋机器人调试阶段，可通过电缆连接综合检测指挥台与海洋机器人，显示有缆连接操作；在海洋机器人在水面执行使命任务时，可通过无线通信的方式实现水面无线遥控；在海洋机器人在水下执行使命任务是可通过水声通信模块尽心水下的无线遥控。

固定折叠桌5能够为指挥人员提供一定的办公位置。海洋机器人在湖上或海上尽心试验或执行任务是，操作人员的办公场所十分有限。在不影响指挥人员操作综合检测指挥台的情况下，固定折叠桌可以提供1人的办公位置，并在不使用的情况下尽心折叠，节省有限的空间。

储物吊柜6为海上试验提供救生设备以及备用仪器提供空间。在进行海上试验时，所能携带的储物设备非常有限，因此储物吊柜可为救生设备以及备用仪器提供空间。

电源管理系统7为整个保障指挥方舱提供能源。电源管理系统能够为空调系统2、电动升降杆3、综合检测指挥台4以及方舱内外部的照明系统提供电力。

如图2所示是本发明的指挥台结构图。

指挥台由柜体14、无线电台15、卫星通讯模块16、微波通信模块17、卫星导航单元18、水声通信设备19、水面线缆20、电源控制盒21、工控计算机22、操控单元23、开关面板24、显示单元25组成，其中无线电台、卫星通讯模块、微波通信模块、水声通信设备、电源控制盒、工控计算机、显示单元固定安装在柜体的内部，开关面板安装于柜体上，卫星导航单元、操控单元安装于柜体外部坡形工作台上，水面线缆安装于柜体外部。无线电台实现无线电通信、卫星通讯模块实现卫星通信、微波通信模块实现微波通信、水声通信设备实现水声通信，水面线缆通过有线通信方式与工控计算机进行通信，这5种设备组成岸基/水面信息显控系统融合通信系统，可将水下无人航行器的视频、状态等信息从几米到几百公里的范围内传送到岸基/水面信息显控系统，如果水下无人航行器在水面工作，可通过无线电通信、卫星通信、微波通信三种方式将水下无人航行器的状态信息传回岸基/水面信息显控系统，尤其可实现在十几公里范围内的视频数据非视距传输，解决了以往的水下无人航行器水面信息显控设备无线通信一旦被遮挡便无法通信的难题；如果水下无人航行器在水下工作，可通过水声通信、水面线缆将水下无人航行器的状态信息传回岸基/水面信息显控系统。以上无线通信、水声通信、有线通信的多种通信方式相融合实现了岸基/水面信息显控系统与水下无人航行器的可靠通信。

工控计算机板卡包括：模数转换板卡、串口板卡、I/O板卡。

工控计算机可实现将采集到的多种通信方式的水下无人航行器状态信息融合处理后送到显示单元显示出来，同时将操控信息及其它控制信息通过多通信网络发送到水下无人航行器，实现对其监视和操控。

图3是本发明的指挥台柜体结构图。

由坡形工作台26、竖梁27、吊环28、挡板29、减震器30、托板31、后门32、接线孔33、底板34、天线接线孔35组成，其中吊环便于系统搬运，减震器对系统进行减震作用。

图4是本发明的岸基/水面信息显控系统结构框图。

其中无线电台实现无线电通信、卫星通讯模块实现卫星通信、微波通信模块实现微波通信、水声通信设备实现水声通信，水面线缆实现有线通信，这5种设备组成水面信息显控系统多通信模块，实现与水下无人航行器的可靠通信，工控计算机是信息显控系统的核心部分，与多通信模块及操控单元连接，可以将采集到的多种通信方式的水下无人航行器状态信息送到显示单元显示出来，同时将操控单元的操控信息及其它控制信息通过多通信模块发送到水下无人航行器，实现对其监视和操控。电源控制盒、开关面板为整个水面信息显控提供能源及供电控制；操控单元为工控计算机提供操控信息；卫星导航单元给出岸基/水面信息显控系统的当前位置信息，通过工控计算机处理后得到与水下无人航行器的相对距离和位置，在显示单元显示出来，为岸基/水面信息显控系统监控提供帮助。

工控计算机的模块由数据通讯模块、数据融合模块、图形显示模块、命令决策模块组成，数据通讯模块主要负责对多通信网络进行数据采集、解析工作，数据融合模块主要负责数据融合，并将结果提供给图形显示模块与命令决策模块。命令决策模块主要负责数据交互和命令发送。数据融合模块根据多通信模块各设备通讯状态将数据通讯模块采集的数据按照融合算法进行数据融合，并将结果提供给图形显示模块与命令决策模块。图形显示模块主要负责将数据融合模块提供的数据信息以动画形式在显示单元上进行显示。

数据通讯模块首先初始化与多通信模块交互的各通讯线程参数，初始化工控计算机各板卡参数，然后各线程每个周期都会查询自身的消息队列是否有命令决策模块发送过来的消息存在，如果有消息、与设备通讯的线程会通过自身的通讯信道将命令发送出去。处理完消息队列之后，采集工控计算机板卡信息，进而更新，与多通信模块通讯的线程会将各自通讯信道上的数据从缓冲区取出并进行解析，将解析后的数据发送给命令决策模块，将需要融合的数据提交给数据融合模块。

首先初始化融合算法参数，计算每个设备的贝叶斯估计并合成概率分布函数，之后进入周期循环。每个周期首先更新融合数据状态，之后获取数据通讯模块提供的最新设备数据，根据设备无数据状态位来决定是否更新多通信模块每个设备的贝叶斯估计，是否需要重新计算合成概率分布函数。根据算法分析联合分布函数的似然函数，最后根据似然函数最小值条件计算相关参数，计算最终融合值并提供给图形显示模块。

Claims (8)

1.一种用于海洋机器人的保障指挥方舱，其特征在于，包括舱体，在舱体内设置指挥台，所述指挥台搭载岸基/水面信息显控系统；在舱体内设置电动升降杆，该电动升降杆连接设备天线，用于控制设备天线升高或降低；在舱体内设置电源管理系统，为方舱供电。

2.根据权利要求1所述的用于海洋机器人的保障指挥方舱，其特征在于：所述岸基/水面信息显控系统，包括：

工控机；

多通信模块，一端连接水下无人航行器，另一端连接工控机，用于实现工控机和水下无人航行器之间的通信连接；

卫星导航单元，连接工控机，用于将方舱的当前位置信息发送给工控机；

显示单元，连接工控机，用于显示水下无人航行器的状态信息和位置信息及方舱的位置信息；

操控单元，连接工控机，对工控机发出控制命令。

3.根据权利要求2所述的用于海洋机器人的保障指挥方舱，其特征在于：所述多通信模块包括无线电台、卫星通讯模块、微波通信模块、水声通信设备和水面线缆；

所述无线电台一端连接工控机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行无线电通信；

所述卫星通讯模块一端连接工控机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行卫星通信；

所述微波通信模块一端连接工控机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行微波通信；

所述水声通信设备一端连接工控机，另一端无线连接水下无人航行器，用于与水下无人航行器进行水声通信；

水下无人航行器还通过水面线缆连接到工控机，用于有线通信。

4.根据权利要求2或3所述的用于海洋机器人的保障指挥方舱，其特征在于：所述工控机包括数据通讯模块、数据融合模块、图形显示模块和命令决策模块；

所述数据通讯模块连接多通信模块，用于多通信模块和工控机板卡的数据采集和解析工作，负责多通信模块状态的更新；

所述命令决策模块一端连接数据通讯模块，用于与数据通讯模块进行数据的交互；另一端连接操控单元，接收操控单元发送的命令；

所述数据融合模块一端连接数据通信模块，接收数据通讯模块采集的数据，并且按照融合算法进行数据融合，将数据融合结果反馈给数据通讯模块；另一端连接图形显示模块；

所述图形显示模块连接显示单元，用于接收数据融合模块发送的位置、姿态信息，并以动画形式发送给显示单元。

5.根据权利要求1所述的用于海洋机器人的保障指挥方舱，其特征在于：所述电动升降杆采用气动杆，并在电动升降杆内部布放通信电缆。

6.根据权利要求1所述的用于海洋机器人的保障指挥方舱，其特征在于：所述指挥台设置于背部支架内，通过背部支架进行减震。

7.根据权利要求1所述的用于海洋机器人的保障指挥方舱，其特征在于：还包括在方舱内部和外部设置照明灯。

8.根据权利要求1所述的用于海洋机器人的保障指挥方舱，其特征在于：所述方舱的舱壁采用铝制板，并在外侧喷涂高性能的防水、放腐蚀油漆。

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