CN113071639A - 一种高速智能水下航行器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水下航行器技术领域，具体涉及一种高速智能水下航行器。本发明基于伯努利原理，通过滚动面装置实现水下航行器的快速避障，其中滚动面的表面有凹槽，可以增加与流体的接触面积，从而提高对流体的带动作用。本发明通过声学目标识别系统发现远距离的障碍物并提供示警，通过双目摄像系统以及基于人工神经网络的数据分析系统智能识别近距离障碍物的距离与形状，并精准控制推进器与滚动面装置实现避障。本发明可在水下高速行驶，能够在复杂海洋环境中实现智能避障，并提供高机动性。
Description
技术领域
本发明属于水下航行器技术领域，具体涉及一种高速智能水下航行器。
背景技术
水下航行器可配置温盐深测量仪、海流剖面仪、磁向传感器等负载，按预设模式执行任务，测量收集海洋环境数据，支撑海战场环境建设。水下航行器还可配置光学和声学设备，抵近传统平台难以进入或有争议的航道、港口和基地等目标附近，执行信号测量等任务。水下自主避障、水面障碍规避与自主决策、渔网规避与自主脱困等也是水下航行器的关键能力。未来水下航行器将逐渐替代部分传统平台执行长期重复、持久枯燥、危险的任务，甚至扩展延伸原有平台的某些功能，并承担信息中继等功能。传统的侧推装置占用空间大且不适用于高速水下航行器的快速避障。
发明内容
本发明的目的在于提供能够在复杂海洋环境中实现智能避障，并提供高机动性的一种高速智能水下航行器。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括水下航行器壳体；所述的水下航行器壳体的首部安装有双目摄像系统和声纳探测系统，尾部安装有推进系统，内部安装有控制系统和两组滚动装置；所述的滚动装置包括滚动面和滚动驱动机构；所述的滚动面上均匀分布有沿水下航行器壳体船宽方向的凹槽；第一组滚动装置的滚动面设置在水下航行器壳体的顶面中部，第二组滚动装置的滚动面设置在水下航行器壳体的底面中部，滚动面通过滚动驱动机构可沿水下航行器壳体船长方向滚动；当水下航行器需要向上运动避让障碍物时，第一组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的尾部滚动，第二组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的首部滚动；当水下航行器需要向下运动避让障碍物时，第一组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的首部滚动，第二组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的尾部滚动。
本发明还可以包括：
所述的双目摄像系统包括第一高清摄像头和第二高清摄像头；所述的声纳探测系统包括第一声纳传感器、水下可调节LED灯和第二声纳传感器；所述的水下可调节LED灯安装在水下航行器壳体前端的中部；所述的第一高清摄像头与第一声纳传感器安装在水下航行器壳体前端的左侧；所述的第二高清摄像头与第二声纳传感器安装在水下航行器壳体前端的右侧；所述声纳探测系统的发现远距离的障碍物后，控制系统开启水下可调节LED灯，提供前方水下近距离环境的照明；所述的双目摄像系统获取近距离障碍物的图像，并通过控制系统识别近距离障碍物的距离与形状。
所述的推进系统包括尾翼、第一推进器和第二推进器；所述的尾翼安装在水下航行器壳体顶面的尾部中央；所述的水下航行器壳体顶面的尾部左侧开设有第一推进器入流孔，水下航行器壳体顶面的尾部右侧开设有第二推进器入流孔，水下航行器壳体后端左侧开设有第一推进器出流孔，水下航行器壳体后端右侧开设有第二推进器出流孔；所述的第一推进器安装在由第一推进器入流孔和第一推进器出流孔交汇构成的空间中；所述的第二推进器安装在由第二推进器入流孔和第二推进器出流孔交汇构成的空间中；当水下航行器需要向左运动避让障碍物时，第一推进器增大转速，第二推进器减小转速；当水下航行器需要向右运动避让障碍物时，第一推进器减小转速，第二推进器增大转速。
本发明的有益效果在于：
本发明基于伯努利原理，通过滚动面装置实现水下航行器的快速避障，其中滚动面的表面有凹槽，可以增加与流体的接触面积，从而提高对流体的带动作用。本发明通过声学目标识别系统发现远距离的障碍物并提供示警，通过双目摄像系统以及基于人工神经网络的数据分析系统智能识别近距离障碍物的距离与形状，并精准控制推进器与滚动面装置实现避障。本发明可在水下高速行驶，能够在复杂海洋环境中实现智能避障，并提供高机动性。
附图说明
图1为本发明的整体示意图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的仰视图。
图4为本发明的侧视图。
图5为本发明的正视图。
图6为本发明的后视图。
图7为本发明的避障原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
由于传统的侧推装置占用空间大且不适用于高速水下航行器的快速避障，因此本发明提供了可在水下高速行驶，能够在复杂海洋环境中实现智能避障，并提供高机动性的一种高速智能水下航行器。
一种高速智能水下航行器，包括水下航行器壳体6；所述的水下航行器壳体的首部安装有双目摄像系统和声纳探测系统，尾部安装有推进系统，内部安装有控制系统和两组滚动装置；
所述的双目摄像系统包括第一高清摄像头14和第二高清摄像头5；所述的声纳探测系统包括第一声纳传感器13、水下可调节LED灯3和第二声纳传感器4；所述的水下可调节LED灯安装在水下航行器壳体前端的中部；所述的第一高清摄像头14与第一声纳传感器13安装在水下航行器壳体前端的左侧；所述的第二高清摄像头5与第二声纳传感器4安装在水下航行器壳体前端的右侧；所述声纳探测系统的发现远距离的障碍物后，控制系统开启水下可调节LED灯，提供前方水下近距离环境的照明；所述的双目摄像系统获取近距离障碍物的图像，并通过控制系统识别近距离障碍物的距离与形状。
所述的推进系统包括尾翼7、第一推进器8和第二推进器9；所述的尾翼安装在水下航行器壳体顶面的尾部中央；所述的水下航行器壳体顶面的尾部左侧开设有第一推进器入流孔10，水下航行器壳体顶面的尾部右侧开设有第二推进器入流孔，水下航行器壳体后端左侧开设有第一推进器出流孔，水下航行器壳体后端右侧开设有第二推进器出流孔11；所述的第一推进器安装在由第一推进器入流孔和第一推进器出流孔交汇构成的空间中；所述的第二推进器安装在由第二推进器入流孔和第二推进器出流孔交汇构成的空间中；当水下航行器需要向左运动避让障碍物时，第一推进器增大转速，第二推进器减小转速；当水下航行器需要向右运动避让障碍物时，第一推进器减小转速，第二推进器增大转速。
所述的滚动装置包括滚动面和滚动驱动机构；所述的滚动面上均匀分布有沿水下航行器壳体船宽方向的凹槽2；第一组滚动装置的滚动面1设置在水下航行器壳体的顶面中部，第二组滚动装置的滚动面12设置在水下航行器壳体的底面中部，滚动面通过滚动驱动机构可沿水下航行器壳体船长方向滚动；当水下航行器需要向上运动避让障碍物时，第一组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的尾部滚动，第二组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的首部滚动；当水下航行器需要向下运动避让障碍物时，第一组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的首部滚动，第二组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的尾部滚动。
实施例1：
本发明提供的是一种高速智能水下航行器，包括滚动面装置、智能光学目标识别系统、声学目标识别系统、推进器以及壳体等主要部件。基于伯努利原理，通过滚动面装置实现水下航行器的快速避障。其中滚动面的表面有凹槽，可以增加与流体的接触面积，从而提高对流体的带动作用。由声学目标识别系统发现远距离的障碍物并提供示警。通过双目摄像系统以及基于人工神经网络的数据分析系统智能识别近距离障碍物的距离与形状，并精准控制推进器与滚动面装置实现避障。本发明能够在复杂海洋环境中实现智能避障，并提供高机动性。
滚动面装置包括位于壳体6上端的第一滚动面1、壳体6下端的第二滚动面12、壳体6内部的运动与控制装置。第一滚动面1和第二滚动面12的表面都有凹槽2，可以增加与流体的接触面积，从而提高对流体的带动作用。
可智能识别近距离障碍物18的距离与形状并精准控制推进器与滚动面装置实现自主快速避障的智能光学目标识别系统包括位于壳体6前端中央负责提供前方水下近距离环境照明的水下可调节LED灯3、壳体6前端左右两侧的第一高清摄像头14和第二高清摄像头5组成的双目摄像系统以及壳体6内部的基于人工神经网络的数据分析系统。同时，双目摄像系统可对目标物进行高分辨率的拍摄与录像，从而实现侦察与勘探的目的。
可发现远距离障碍物18并提供示警的声学目标识别系统包括壳体6前端左右两侧的第一声纳传感器13和第二声纳传感器4以及壳体6内部的信号处理装置。
壳体6的尾端有一个尾翼7和两个推进器，左侧为第一推进器8，右侧为第二推进器9，通过推进器入流孔10提供推进器的进流，通过推进器出流孔11提供水下航行器向前的推力。
参照图1-7，由高速智能水下航行器的壳体6前端左右两侧的第一声纳传感器13和第二声纳传感器4以及壳体6内部的信号处理装置组成的声学目标识别系统可发现远距离的障碍物18，提供示警，并打开在壳体6前端中央的水下可调节LED灯3，提供前方水下近距离环境的照明。通过壳体6前端左右两侧的第一高清摄像头14和第二高清摄像头5组成的双目摄像系统以及壳体6内部的基于人工神经网络的数据分析系统智能识别近距离障碍物18的距离与形状，并精准控制推进器与滚动面装置实现避障。
如图7所示，当智能光学目标识别系统给出向上运动避让障碍物18的指令时，第一滚动面1向壳体6的尾部滚动，加速壳体6上端表面的流体，根据伯努利原理，壳体6上端表面的压力减小；相反地，第二滚动面12向壳体6的首部滚动，减速壳体6下端表面的流体，根据伯努利原理，壳体6下端表面的压力增大，从而产生了向上的力，致使高速智能水下航行器沿着运动轨迹17向上绕过障碍物18。当同时改变第一滚动面1和第二滚动面12的滚动方向15，就会形成相反的受力方向16，从而使高速智能水下航行器向下绕过障碍物18。当智能光学目标识别系统给出向左运动避让障碍物18的指令时，会增大第一推进器8的转速，同时减小第二推进器9的转速。相反地，当智能光学目标识别系统给出向右运动避让障碍物18的指令时，会减小第一推进器8的转速，同时增大第二推进器9的转速。针对复杂的障碍物18环境，智能光学目标识别系统会同时协调控制推进器与滚动面装置，以实现自主、快速避障。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高速智能水下航行器，其特征在于：包括水下航行器壳体；所述的水下航行器壳体的首部安装有双目摄像系统和声纳探测系统，尾部安装有推进系统，内部安装有控制系统和两组滚动装置；所述的滚动装置包括滚动面和滚动驱动机构；所述的滚动面上均匀分布有沿水下航行器壳体船宽方向的凹槽；第一组滚动装置的滚动面设置在水下航行器壳体的顶面中部，第二组滚动装置的滚动面设置在水下航行器壳体的底面中部，滚动面通过滚动驱动机构可沿水下航行器壳体船长方向滚动；当水下航行器需要向上运动避让障碍物时，第一组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的尾部滚动，第二组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的首部滚动；当水下航行器需要向下运动避让障碍物时，第一组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的首部滚动，第二组滚动装置的滚动面向水下航行器壳体的尾部滚动。
2.根据权利要求1所述的一种高速智能水下航行器，其特征在于：所述的双目摄像系统包括第一高清摄像头和第二高清摄像头；所述的声纳探测系统包括第一声纳传感器、水下可调节LED灯和第二声纳传感器；所述的水下可调节LED灯安装在水下航行器壳体前端的中部；所述的第一高清摄像头与第一声纳传感器安装在水下航行器壳体前端的左侧；所述的第二高清摄像头与第二声纳传感器安装在水下航行器壳体前端的右侧；所述声纳探测系统的发现远距离的障碍物后，控制系统开启水下可调节LED灯，提供前方水下近距离环境的照明；所述的双目摄像系统获取近距离障碍物的图像，并通过控制系统识别近距离障碍物的距离与形状。
3.根据权利要求1或2所述的一种高速智能水下航行器，其特征在于：所述的推进系统包括尾翼、第一推进器和第二推进器；所述的尾翼安装在水下航行器壳体顶面的尾部中央；所述的水下航行器壳体顶面的尾部左侧开设有第一推进器入流孔，水下航行器壳体顶面的尾部右侧开设有第二推进器入流孔，水下航行器壳体后端左侧开设有第一推进器出流孔，水下航行器壳体后端右侧开设有第二推进器出流孔；所述的第一推进器安装在由第一推进器入流孔和第一推进器出流孔交汇构成的空间中；所述的第二推进器安装在由第二推进器入流孔和第二推进器出流孔交汇构成的空间中；当水下航行器需要向左运动避让障碍物时，第一推进器增大转速，第二推进器减小转速；当水下航行器需要向右运动避让障碍物时，第一推进器减小转速，第二推进器增大转速。
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