CN115571309B - 一种多功能智联的水下机器人控制方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下淤泥清理作业技术领域，尤其涉及一种多功能智联的水下机器人控制方法及其控制系统，包括数据采集单元采集下潜施工水域的水密度与待下潜深度以确定机器人下潜施工水域前向注水舱内注水的注水量和初始注水速率，数据处理单元根据下潜过程中采集的下潜速率判断是否对初始注水速率进行调节，当机器人的姿态调整方式为降低注水速率时，根据姿态倾斜角度确定调节降低初始注水速率，当机器人的姿态调整方式为启用平衡桨时，根据姿态倾斜角度确定平衡桨的初始转速，并根据机器人的姿态倾斜角度的角度减小量确定对平衡桨转速进行调节，在机器人的潜水过程中通过精确控制冲水速率，保证了机器人下降的平稳性。

Description

一种多功能智联的水下机器人控制方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及水下淤泥清理作业技术领域，尤其涉及一种多功能智联的水下机器人控制方法及其控制系统。

背景技术

近年来，泥沙淤积导致的水环境污染日益严重，虽然我国已经拥有了适合江河施工水域疏浚工程的大中型挖泥船，但是可用于狭窄河道、大型箱涵以及港口修建等特殊应用领域的疏浚设备还相当匮乏。

中国专利公开号：CN113436162A公开了一种水下机器人液压油管道表面焊缝缺陷识别方法及装置，包括：获取采集液压油管道图像，对液压油管道图像进行图像灰度化和灰度拉伸的预处理，得到液压油管道灰度图像；利用图像增强策略对液压油管道灰度图像进行图像增强处理；利用图像分割网络对增强后的图像进行分割，得到若干子图像，虽然本发明利用基于灰度共生矩阵的特征参数提取算法对子图像进行特征参数提取处理，得到子图像的图像特征；将子图像的图像特征作为卷积神经网络的输入，利用卷积神经网络识别出液压油管道表面焊缝缺陷点的位置，提高了机器人在液压油管道表面焊缝缺陷点位值时的精准度，但是在对于水下机器人的潜水过程中的稳定性的控制上还有待行提高。由此可见所述水下机器人液压油管道表面焊缝缺陷识别方法及装置存在机器人在潜水下潜过程中的下潜速率不能得到更好的控制，导致潜水过程中的速度不平稳的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种多功能智联的水下机器人控制方法及其控制系统，用以克服现有技术中机器人在潜水下潜过程中的下潜速率不能得到更好的控制，导致潜水过程中的速度不平稳的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种多功能智联的水下机器人控制方法，包括：

步骤S1、数据处理单元在机器人下潜至施工水域前根据数据采集单元采集的施工水域的水密度值与待下潜深度确定机器人下潜时向注水舱内注水的注水量以及初始注水速率；

步骤S2、所述数据采集单元在所述机器人的下潜过程中采集机器人的下潜速率，所述数据处理单元根据该下潜速率判断是否对初始注水速率进行调节；

步骤S3、所述数据采集单元在所述机器人的下潜过程中采集机器人的水流速度和航向偏差角度，所述数据处理单元根据施工水域的水流速度和航向偏差角度确定姿态调整参量；

步骤S4、所述数据处理单元根据所述姿态调整参量确定机器人的姿态调整方式；

步骤S5、在所述数据处理单元判断机器人的姿态调整方式为降低注水速率时，所述数据采集单元采集机器人的姿态倾斜角度，所述数据处理单元根据机器人的姿态倾斜角度对注水速率进行调节；

步骤S6、在所述数据处理单元判断机器人的姿态调整方式为启用平衡桨时，所述数据处理单元根据机器人的姿态倾斜角度确定平衡桨的初始转速，控制执行单元根据该初始转速控制开启平衡桨；

步骤S7、在所述数据处理单元确定开启平衡桨后，所述数据处理单元根据所述机器人的姿态倾斜角度的角度减小量确定是否对平衡桨转速进行调节。

进一步地，在执行S1步骤时，所述数据处理单元计算注水舱内的注水量G，设定

其中V1为机器人的体积，

为下潜施工水域的水密度，H1为实时下潜深度，H10为待下潜深度，M为机器人的重量。

进一步地，在执行S1步骤时，所述数据处理单元根据所述注水舱内的注水量G与预设注水量的对比结果确定初始注水速率，

其中所述数据处理单元设有第一预设注水量G1、第二预设注水量G2、第一初始注水速率U1、第二初始注水速率U2以及第三初始注水速率U3，其中G1＜G2，U1＜U2＜U3，

若G＜G1，所述数据处理单元确定所述初始注水速率为U1；

若G1≤G＜G2，所述数据处理单元确定所述初始注水速率为U2；

若G2≤G，所述数据处理单元确定所述初始注水速率为U3。

进一步地，在执行步骤S2时，当所述数据处理单元根据所述下潜速率判断是否对初始注水速率进行调节时，所述数据采集单元采集所述机器人的下潜速率Sw，所述数据处理单元根据该下潜速率Sw与预设下潜速率的对比结果确定对应的调节系数对所述初始注水速率进行调节，

其中所述数据处理单元设有注水速率上升调节系数Ks、第一注水速率下降调节系数Kx1、第一预设下潜速率Sw1以及第二预设下潜速率Sw2，其中Sw1＜Sw2，1＜Ks＜1.5，0.8＜kx1＜1；

若Sw＜Sw1，所述数据处理单元确定采用注水速率上升调节系数Ks对所述初始注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U4，U4=Un×Ks；

若Sw1≤Sw≤Sw2，所述数据处理单元确定不对所述初始注水速率进行调节；

若Sw＞Sw2，所述数据处理单元确定采用第一注水速率下降调节系数Kx1对所述初始注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U4，U4=Un×Kx1；其中n=1，2，3。

进一步地，在执行步骤S3时，所述数据处理单元根据施工水域的水流速度和航向偏差角度确定姿态调整参量时，按照以下公式计算姿态调整参量Kz，

其中L1为当前施工水域的水流速度，L10为预设水流速度，α为水流速度的比例换算系数，F1为航向偏差角度，F10为预设航向偏差角度，β为航向偏差角度的比例换算系数。

进一步地，在执行步骤S4时，所述数据处理单元设有预设姿态调整参量Kz0，在所述机器人的下潜过程中，根据姿态调整参量Kz与预设姿态调整参量Kz0确定所述机器人的姿态调整方式，

若Kz＜Kz0，所述数据处理单元判断所述机器人的姿态调整方式为降低注水速率；

若Kz≥Kz0，所述数据处理单元判断所述机器人的姿态调整方式为启用平衡桨。

进一步地，在执行步骤S5时，当所述数据处理单元判断所述机器人的姿态调整方式为降低注水速率时，所述数据采集单元采集的所述机器人的姿态倾斜角度R，所述数据处理单元根据该姿态倾斜角度R与预设姿态倾斜角度的对比结果确定对所述注水速率进行调节的调节系数，

其中所述数据处理单元设有第二注水速率下降调节系数Kx2、第一预设姿态倾斜角度R1以及第二预设姿态倾斜角度R2，其中Kx2＜0.6＜Kx1，R1＜R2，

若R＜R1，所述数据处理单元判定不对注水速率进行调节；

若R1≤R≤R2，所述数据处理单元确定采用所述第一注水速率下降调节系数Kx1对所述调节后的注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U5，U5=U4×Kx1；

若R＞R2，所述数据处理单元确定采用第二注水速率下降调节系数Kx2对所述调节后的注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U5，U5=U4×Kx2。

进一步地，在执行步骤S6时，当所述数据处理单元判断所述机器人的姿态调整方式为启用平衡桨时，所述数据处理单元根据所述姿态倾斜角度R与预设姿态倾斜角度的对比结果确定平衡桨的初始转速，

其中所述数据处理单元设有第三预设姿态倾斜角度R3、第四预设姿态倾斜角度R4、第一平衡桨转速Z1、第二平衡桨转速Z2以及第三平衡桨转速Z3，其中R2＜R3＜R4，Z1＜Z2＜Z3；

若R＜R3，所述数据处理单元确定平衡桨的初始转速为Z1；

若R3≤R＜R4，所述数据处理单元确定平衡桨的初始转速为Z2；

若R4≤R，所述数据处理单元确定平衡桨的初始转速为Z3。

进一步地，在执行步骤S7时，当所述数据处理单元根据所述机器人的姿态倾斜角度的角度减小量确定对平衡桨转速进行调节时，所述数据采集单元在经过预设间隔时长后采集开启平衡桨状态下所述机器人的姿态倾斜角度，所述数据处理单元根据该姿态倾斜角度确定角度减小量Rm，并根据角度减小量Rm与预设角度减小量的对比结果对平衡桨的转速进行调节，

其中所述数据处理单元设有第一预设角度减小量Rm1、第二预设角度减小量Rm2、第一平衡桨转速调节系数Kr1以及第二平衡桨转速调节系数Kr2，其中Rm1＜Rm2，1＜Kr1＜Kr2＜1.5；

若Rm＜Rm1，所述数据处理单元判断不对平衡桨转速进行调整；

若Rm1≤Rm＜Rm2，所述数据处理单元判定以第一平衡桨转速调节系数Kr1对所述平衡桨的初始转速进行调节；

若Rm2≤Rm，所述数据处理单元判定以第二平衡桨转速调节系数Kr2对所述平衡桨的初始转速进行调节；

若数据处理单元采用第x平衡桨转速调节系数Krx初始平衡桨的转速进行调节时，将调节后的平衡桨转速设置为Z4，Z4=Zq×Krx，其中x=1，2，q=1，2，3。

本发明另一方面提供一种多功能智联的水下机器人控制系统，包括与各感应装置连接的用以采集各感应装置数据信号的数据采集单元，与数据采集单元连接的用以对数据采集单元采集的数据信号进行分析的数据处理单元以及与数据处理单元连接的用以根据数据处理单元分析得到的数据结果控制注水舱的注水泵和平衡桨工作的控制执行单元；

各感应装置包括用以采集水密度数据的水密度感应装置，用以采集水深数据的水深感应装置，用以采集所述施工水域的水流速度的流速感应装置，用以采集所述机器人的姿态平稳度数据的姿态感应装置，用以采集所述机器人的航向数据的航向感应装置以及用以采集所述机器人的注水舱水量液位数据的液位感应装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过数据采集单元采集下潜施工水域的水密度与待下潜深度以确定机器人准备下潜施工水域前向注水舱内注水的注水量和初始注水速率，以及在机器人的下潜过程中采集下潜速率，数据处理单元根据该下潜速率判断是否对初始注水速率进行调节，当机器人的姿态调整方式为降低注水速率时，采集姿态倾斜角度确定调节降低初始注水速率，以及当机器人的姿态调整方式为启用平衡桨时，根据姿态倾斜角度确定平衡桨的初始转速，并根据所述机器人的姿态倾斜角度的角度减小量确定对平衡桨转速进行调节，在提高了机器人下降的平稳性的同时，降低了机器人的潜水过程中侧翻的风险，实现了机器人在潜水下潜过程中的对下潜速率进行精准控制，提高了机器人潜水过程中的速度平稳度。

进一步地，本发明的数据处理单元通过下潜施工水域的水密度和预设下潜施工水域深度计算得到注水舱内的注水量，并根据注水舱内的注水量与预设注水舱内的注水量的对比结果确定初始注水速率，保证了对初始注水速率设置的精准度，从而进一步提高了机器人在潜水过程中的速度平稳度。

进一步地，本发明的数据处理单元在所述数据处理单元根据所述下潜速率判断是否对初始注水速率进行调节时，所述数据处理单元通过所述下潜速率与预设下潜速率的对比结果确定对应的调节系数对所述初始注水速率进行调节，避免了机器人在潜水过程中的过度负重，保持了机器人在潜水过程中灵活性，保证了机器人在潜水过程中对下潜速率的精准控制，从而进一步提高了机器人在潜水过程中的速度平稳度。

进一步地，本发明的数据处理单元在根据所述施工水域的水流速度和航向偏差角度确定姿态调整参量时计算姿态调整参量，并根据姿态调整参量与预设姿态调整参量确定机器人的姿态的调整方式，在机器人的姿态倾斜角度发生变化时提供多种调整方案，保障了机器人的潜水过程中的安全性，从而提高了机器人在潜水过程中的速度平稳度。

进一步地，本发明的数据处理单元在判断所述机器人的姿态调整方式为降低注水速率时，所述数据采集单元采集所述姿态倾斜角度，根据所述姿态倾斜角度与预设姿态倾斜角度的对比结果确定对所述注水速率进行调节的调节系数，在机器人的姿态倾斜角度在可控安全范围内时，保证了机器人的潜水安全，同时也降低了所述姿态倾斜角度的调整能耗，从而提高了机器人在潜水过程中的速度平稳度。

进一步地，本发明的数据处理单元在判断所述机器人的姿态调整方式为启用平衡桨时，所述数据采集单元采集所述姿态倾斜角度，根据所述姿态倾斜角度与预设姿态倾斜角度的对比结果确定对所述注水速率进行调节的调节系数，在机器人的倾斜角度在非安全范围内时，通过减少注水速度提升了注水舱内水体的平稳度，保证机器人在潜水过程中的安全，从而进一步提高了机器人在潜水过程中的速度平稳度。

进一步地，本发明的数据处理单元在根据所述机器人的姿态倾斜角度的角度减小量确定对平衡桨转速进行调节时，所述数据采集单元在经过预设间隔时长后采集开启平衡桨状态下机器人的姿态倾斜角度，所述数据处理单元根据开启平衡桨状态下机器人的姿态倾斜角度确定角度减小量，并根据角度减小量与预设角度减小量的对比结果对平衡桨的转速进行调节，保证了开启平衡桨后对机器人的姿态倾斜角度的调整效果，进一步提高了机器人在潜水过程中的安全性，避免了侧翻的风险，保证了机器人在潜水过程中的速度平稳度。

附图说明

图1为为本发明实施例多功能智联的水下机器人的侧视结构示意图；

图2为本发明实施例多功能智联的水下机器人的后视结构示意图；

图3为本发明实施例多功能智联的水下机器人控制系统的连接关系图；

图4为本发明实施例多功能智联的水下机器人控制方法的流程图。

图中：1-机械臂、2-第二平衡桨、3-第二注水舱及注水装置、4-第三平衡桨、5-第四平衡桨、6-第三注水舱及注水装置、7-第一平衡桨、8-第一注水舱及注水装置、9-机器人本体、10-第四注水舱及注水装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图3所示，图1为为本发明实施例多功能智联的水下机器人的侧视结构示意图；图2为本发明实施例多功能智联的水下机器人的后视结构示意图；图3为本发明实施例多功能智联的水下机器人控制系统的连接关系图。

本发明实施例多功能智联的水下机器人控制系统，包括与各感应装置连接的用以采集各感应装置数据信号的数据采集单元，与数据采集单元连接的用以对数据采集单元采集的数据信号进行分析的数据处理单元以及与数据处理单元连接的用以根据数据处理单元分析得到的数据结果控制注水舱的注水泵和平衡桨工作的控制执行单元；

各感应装置包括用以采集水密度数据的水密度感应装置，用以采集水深数据的水深感应装置，用以采集施工水域的水流速度的流速感应装置，用以采集机器人的姿态平稳度数据的姿态感应装置，用以采集机器人的航向数据的航向感应装置以及用以采集机器人的注水舱水量液位数据的液位感应装置。

具体而言，数据采集单元连接的各感应装置为：水密度感应装置，其安装在机器人本体9的潜水面底部，用以采集水密度数据，水深感应装置，其安装在机器人本体9外侧，用以采集水深数据；流速感应装置，其安装在机器人本体9的周围，用于采集施工水域的水流速度；姿态感应装置，其安装在机器人本体9内，用以采集机器人的姿态平稳度数据；航向感应装置，其安装在机器人本体9内，用以采集机器人的航向偏差角度数据；液位感应装置，其安装在机器人的注水舱，用以采集机器人的注水舱水量液位数据；

具体而言，水密度感应装置可选用为液体密度传感器，水深感应装置可选为水深传感器，流速感应装置可选为流量传感器，姿态感应装置可选为姿态传感器，航向感应装置可选为航向传感器，液位感应装置可选为液位传感器，需要说明的是以上选用的传感器均为现有技术范围内的通用传感器类别，本领域技术人员可在对本方案进行实施的过程中根据实际情况进行选配。

具体而言，注水舱的注水装置与平衡桨装置分居机器人本体9两侧，分别为左前位置和右前位置的第一注水舱及注水装置8和第二注水舱及注水装置3、第一平衡桨7、和第二平衡桨2，以及左后位置和右后位置的第三注水舱及注水装置6和第四注水舱及注水装置10、第三平衡桨4和第四平衡桨5。

如图4所示，图4为本发明实施例多功能智联的水下机器人控制方法的流程图。

本发明实施例多功能智联的水下机器人控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、数据处理单元在机器人下潜至施工水域前根据数据采集单元采集的施工水域的水密度值与待下潜深度确定机器人下潜时向注水舱内注水的注水量以及初始注水速率；

步骤S2、数据采集单元在机器人的下潜过程中采集机器人的下潜速率，数据处理单元根据该下潜速率判断是否对初始注水速率进行调节；

步骤S3、所述数据采集单元在所述机器人的下潜过程中采集水流速度和航向偏差角度，所述数据处理单元根据施工水域的水流速度和航向偏差角度确定姿态调整参量；

步骤S4、所述数据处理单元根据所述姿态调整参量确定机器人的姿态调整方式；

步骤S5、在所述数据处理单元判断机器人的姿态调整方式为降低注水速率时，所述数据采集单元采集机器人的姿态倾斜角度，所述数据处理单元根据机器人的姿态倾斜角度对注水速率进行调节；

步骤S6、在所述数据处理单元判断机器人的姿态调整方式为启用平衡桨时，所述数据处理单元根据机器人的姿态倾斜角度确定平衡桨的初始转速，控制执行单元根据该初始转速控制开启平衡桨；

步骤S7、在所述数据处理单元确定开启平衡桨后，所述数据处理单元根据所述机器人的姿态倾斜角度的角度减小量确定是否对平衡桨转速进行调节。

具体而言，在执行S1步骤时，数据处理单元计算注水舱内的注水量G，设定

其中V1为机器人的体积，

为下潜施工水域的水密度，H1为实时下潜深度，H10为待下潜深度，M为机器人的重量。

具体而言，在执行S1步骤时，数据处理单元根据注水舱内的注水量G与预设注水量的对比结果确定初始注水速率，

其中数据处理单元设有第一预设注水量G1、第二预设注水量G2、第一初始注水速率U1、第二初始注水速率U2以及第三初始注水速率U3，其中G1＜G2，U1＜U2＜U3，

若G＜G1，数据处理单元确定初始注水速率为U1；

若G1≤G＜G2，数据处理单元确定初始注水速率为U2；

若G2≤G，数据处理单元确定初始注水速率为U3。

具体而言，在执行步骤S2时，当数据处理单元根据下潜速率判断是否对初始注水速率进行调节时，数据采集单元采集机器人的下潜速率Sw，数据处理单元根据该下潜速率Sw与预设下潜速率的对比结果确定对应的调节系数对初始注水速率进行调节，

其中数据处理单元设有注水速率上升调节系数Ks、第一注水速率下降调节系数Kx1、第一预设下潜速率Sw1以及第二预设下潜速率Sw2，其中Sw1＜Sw2，1＜Ks＜1.5，0.8＜kx1＜1；

若Sw＜Sw1，数据处理单元确定采用注水速率上升调节系数Ks对初始注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U4，U4=Un×Ks；

若Sw1≤Sw≤Sw2，数据处理单元确定不对初始注水速率进行调节；

若Sw＞Sw2，数据处理单元确定采用第一注水速率下降调节系数Kx1对初始注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U4，U4=Un×Kx1；其中n=1，2，3。

具体而言，在执行步骤S3时，数据处理单元根据施工水域的水流速度和航向偏差角度确定姿态调整参量时，按照以下公式计算姿态调整参量Kz，

其中L1为当前施工水域的水流速度，L10为预设水流速度，α为水流速度的比例换算系数，F1为航向偏差角度，F10为预设航向偏差角度，β为航向偏差角度的比例换算系数。

具体而言，在执行步骤S4时，数据处理单元设有预设姿态调整参量Kz0，在机器人的下潜过程中，根据姿态调整参量Kz与预设姿态调整参量Kz0确定机器人的姿态调整方式，

若Kz＜Kz0，数据处理单元判断机器人的姿态调整方式为降低注水速率；

若Kz≥Kz0，数据处理单元判断机器人的姿态调整方式为启用平衡桨。

具体而言，在执行步骤S5时，当数据处理单元判断机器人的姿态调整方式为降低注水速率时，数据采集单元采集的机器人的姿态倾斜角度R，数据处理单元根据该姿态倾斜角度R与预设姿态倾斜角度的对比结果确定对注水速率进行调节的调节系数，

其中数据处理单元设有第二注水速率下降调节系数Kx2、第一预设姿态倾斜角度R1以及第二预设姿态倾斜角度R2，其中Kx2＜0.6＜Kx1，R1＜R2，

若R＜R1，数据处理单元判定不对注水速率进行调节；

若R1≤R≤R2，数据处理单元确定采用第一注水速率下降调节系数Kx1对调节后的注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U5，U5=U4×Kx1；

若R＞R2，数据处理单元确定采用第二注水速率下降调节系数Kx2对调节后的注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U5，U5=U4×Kx2。

具体而言，在执行步骤S6时，当数据处理单元判断机器人的姿态调整方式为启用平衡桨时，数据处理单元根据姿态倾斜角度R与预设姿态倾斜角度的对比结果确定平衡桨的初始转速，

其中数据处理单元设有第三预设姿态倾斜角度R3、第四预设姿态倾斜角度R4、第一平衡桨转速Z1、第二平衡桨转速Z2以及第三平衡桨转速Z3，其中R2＜R3＜R4，Z1＜Z2＜Z3；

若R＜R3，数据处理单元确定平衡桨的初始转速为Z1；

若R3≤R＜R4，数据处理单元确定平衡桨的初始转速为Z2；

若R4≤R，数据处理单元确定平衡桨的初始转速为Z3。

具体而言，在执行步骤S7时，当数据处理单元根据机器人的姿态倾斜角度的角度减小量确定对平衡桨转速进行调节时，数据采集单元在经过预设间隔时长后采集开启平衡桨状态下机器人的姿态倾斜角度，数据处理单元根据该姿态倾斜角度确定角度减小量Rm，并根据角度减小量Rm与预设角度减小量的对比结果对平衡桨的转速进行调节，

其中数据处理单元设有第一预设角度减小量Rm1、第二预设角度减小量Rm2、第一平衡桨转速调节系数Kr1以及第二平衡桨转速调节系数Kr2，其中Rm1＜Rm2，1＜Kr1＜Kr2＜1.5；

若Rm＜Rm1，数据处理单元判断不对平衡桨转速进行调整；

若Rm1≤Rm＜Rm2，数据处理单元判定以第一平衡桨转速调节系数Kr1对平衡桨的初始转速进行调节；

若Rm2≤Rm，数据处理单元判定以第二平衡桨转速调节系数Kr2对平衡桨的初始转速进行调节；

若数据处理单元采用第x平衡桨转速调节系数Krx初始平衡桨的转速进行调节时，将调节后的平衡桨转速设置为Z4，Z4=Zq×Krx，其中x=1，2，q=1，2，3。

本发明实施例多功能智联的水下机器人控制系统，包括与各感应装置连接的用以采集各感应装置数据信号的数据采集单元，与数据采集单元连接的用以对数据采集单元采集的数据信号进行分析的数据处理单元以及与数据处理单元连接的用以根据数据处理单元分析得到的数据结果控制注水舱的注水泵和平衡桨工作的控制执行单元；

具体而言，各感应装置包括用以采集水密度数据的水密度感应装置，用以采集水深数据的水深感应装置，用以采集施工水域的水流速度的流速感应装置，用以采集机器人的姿态平稳度数据的姿态感应装置，用以采集机器人的航向数据的航向感应装置以及用以采集机器人的注水舱水量液位数据的液位感应装置。

具体而言，在控制机器人完成潜入潜出工作施工水域动作时，数据处理单元根据数据采集单元根据施工水域的水密度与待下潜深度确定机器人下潜时向注水舱内注水的注水量以及初始注水速率，并施工水域深度控制注水舱的注水装置的注水速率以保证机器人在施工水域内匀速下潜与上浮，在机器人的姿态平稳度超过安全范围时选择降低冲水率或启用平衡桨装置以维持机器人在施工水域内的姿态平稳度，以保证机械臂1的稳定工作。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上仅为本发明的优选实施例，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 (10)

1.一种多功能智联的水下机器人控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1、数据处理单元在机器人下潜至施工水域前根据数据采集单元采集的施工水域的水密度与待下潜深度确定机器人下潜时向注水舱内注水的注水量以及初始注水速率；

步骤S2、所述数据采集单元在所述机器人的下潜过程中采集机器人的下潜速率，所述数据处理单元根据该下潜速率判断是否对初始注水速率进行调节；

步骤S3、所述数据采集单元在所述机器人的下潜过程中采集水流速度和航向偏差角度，所述数据处理单元根据施工水域的水流速度和航向偏差角度确定姿态调整参量；

步骤S4、所述数据处理单元根据所述姿态调整参量确定机器人的姿态调整方式；

步骤S5、在所述数据处理单元判断机器人的姿态调整方式为降低注水速率时，所述数据采集单元采集机器人的姿态倾斜角度，所述数据处理单元根据机器人的姿态倾斜角度对注水速率进行调节；

步骤S6、在所述数据处理单元判断机器人的姿态调整方式为启用平衡桨时，所述数据处理单元根据机器人的姿态倾斜角度确定平衡桨的初始转速，控制执行单元根据该初始转速控制开启平衡桨；

步骤S7、在所述数据处理单元确定开启平衡桨后，所述数据处理单元根据所述机器人的姿态倾斜角度的角度减小量确定是否对平衡桨转速进行调节。

2.根据权利要求1所述的多功能智联的水下机器人控制方法，其特征在于，在执行S1步骤时，所述数据处理单元计算注水舱内的注水量G，设定

其中V1为机器人的体积，

为施工水域的水密度，H1为实时下潜深度，H10为待下潜深度，M为机器人的重量。

3.根据权利要求2所述的多功能智联的水下机器人控制方法，其特征在于，在执行S1步骤时，所述数据处理单元根据所述注水舱内的注水量G与预设注水量的对比结果确定初始注水速率，

其中所述数据处理单元设有第一预设注水量G1、第二预设注水量G2、第一初始注水速率U1、第二初始注水速率U2以及第三初始注水速率U3，其中G1＜G2，U1＜U2＜U3，

若G＜G1，所述数据处理单元确定所述初始注水速率为U1；

若G1≤G＜G2，所述数据处理单元确定所述初始注水速率为U2；

若G2≤G，所述数据处理单元确定所述初始注水速率为U3。

4.根据权利要求3所述的多功能智联的水下机器人控制方法，其特征在于，在执行步骤S2时，当所述数据处理单元根据所述下潜速率判断是否对初始注水速率进行调节时，所述数据采集单元采集所述机器人的下潜速率Sw，所述数据处理单元根据该下潜速率Sw与预设下潜速率的对比结果确定对应的调节系数对所述初始注水速率进行调节，

其中所述数据处理单元设有注水速率上升调节系数Ks、第一注水速率下降调节系数Kx1、第一预设下潜速率Sw1以及第二预设下潜速率Sw2，其中Sw1＜Sw2，1＜Ks＜1.5，0.8＜kx1＜1；

若Sw＜Sw1，所述数据处理单元确定采用注水速率上升调节系数Ks对所述初始注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U4，U4=Un×Ks；

若Sw1≤Sw≤Sw2，所述数据处理单元确定不对所述初始注水速率进行调节；

若Sw＞Sw2，所述数据处理单元确定采用第一注水速率下降调节系数Kx1对所述初始注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U4，U4=Un×Kx1；

其中n=1，2，3。

5.根据权利要求4所述的多功能智联的水下机器人控制方法，其特征在于，在执行步骤S3时，所述数据处理单元根据施工水域的水流速度和航向偏差角度确定姿态调整参量时，按照以下公式计算姿态调整参量Kz，

其中L1为施工水域的水流速度，L10为预设水流速度，α为水流速度的比例换算系数，F1为航向偏差角度，F10为预设航向偏差角度，β为航向偏差角度的比例换算系数。

6.根据权利要求5所述的多功能智联的水下机器人控制方法，其特征在于，在执行步骤S4时，所述数据处理单元设有预设姿态调整参量Kz0，在所述机器人的下潜过程中，根据姿态调整参量Kz与预设姿态调整参量Kz0确定所述机器人的姿态调整方式，

若Kz＜Kz0，所述数据处理单元判断所述机器人的姿态调整方式为降低注水速率；

若Kz≥Kz0，所述数据处理单元判断所述机器人的姿态调整方式为启用平衡桨。

7.根据权利要求6所述多功能智联的水下机器人控制方法，其特征在于，在执行步骤S5时，当所述数据处理单元判断所述机器人的姿态调整方式为降低注水速率时，所述数据采集单元采集的所述机器人的姿态倾斜角度R，所述数据处理单元根据该姿态倾斜角度R与预设姿态倾斜角度的对比结果确定对所述注水速率进行调节的调节系数，

其中所述数据处理单元设有第二注水速率下降调节系数Kx2、第一预设姿态倾斜角度R1以及第二预设姿态倾斜角度R2，其中Kx2＜0.6＜Kx1，R1＜R2，

若R＜R1，所述数据处理单元判定不对注水速率进行调节；

若R1≤R≤R2，所述数据处理单元确定采用所述第一注水速率下降调节系数Kx1对所述调节后的注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U5，U5=U4×Kx1；

若R＞R2，所述数据处理单元确定采用第二注水速率下降调节系数Kx2对所述调节后的注水速率进行调节，将调节后的注水速率设置为U5，U5=U4×Kx2。

8.根据权利要求7所述的多功能智联的水下机器人控制方法，其特征在于，在执行步骤S6时，当所述数据处理单元判断所述机器人的姿态调整方式为启用平衡桨时，所述数据处理单元根据所述姿态倾斜角度R与预设姿态倾斜角度的对比结果确定平衡桨的初始转速，

其中所述数据处理单元设有第三预设姿态倾斜角度R3、第四预设姿态倾斜角度R4、第一平衡桨转速Z1、第二平衡桨转速Z2以及第三平衡桨转速Z3，其中R2＜R3＜R4，Z1＜Z2＜Z3；

若R＜R3，所述数据处理单元确定平衡桨的初始转速为Z1；

若R3≤R＜R4，所述数据处理单元确定平衡桨的初始转速为Z2；

若R4≤R，所述数据处理单元确定平衡桨的初始转速为Z3。

9.根据权利要求8所述的多功能智联的水下机器人控制方法，其特征在于，在执行步骤S7时，当所述数据处理单元根据所述机器人的姿态倾斜角度的角度减小量确定对平衡桨转速进行调节时，所述数据采集单元在经过预设间隔时长后采集开启平衡桨状态下所述机器人的姿态倾斜角度，所述数据处理单元根据该姿态倾斜角度确定角度减小量Rm，并根据角度减小量Rm与预设角度减小量的对比结果对平衡桨的转速进行调节，

其中所述数据处理单元设有第一预设角度减小量Rm1、第二预设角度减小量Rm2、第一平衡桨转速调节系数Kr1以及第二平衡桨转速调节系数Kr2，其中Rm1＜Rm2，1＜Kr1＜Kr2＜1.5；

若Rm＜Rm1，所述数据处理单元判断不对平衡桨转速进行调整；

若Rm1≤Rm＜Rm2，所述数据处理单元判定以第一平衡桨转速调节系数Kr1对所述平衡桨的初始转速进行调节；

若Rm2≤Rm，所述数据处理单元判定以第二平衡桨转速调节系数Kr2对所述平衡桨的初始转速进行调节；

若数据处理单元采用第x平衡桨转速调节系数Krx初始平衡桨的转速进行调节时，将调节后的平衡桨转速设置为Z4，Z4=Zq×Krx，其中x=1，2，q=1，2，3。

10.一种应用权利要求1-9的控制方法的控制系统，其特征在于，包括与各感应装置连接的用以采集各感应装置数据信号的数据采集单元，与数据采集单元连接的用以对数据采集单元采集的数据信号进行分析的数据处理单元以及与数据处理单元连接的用以根据数据处理单元分析得到的数据结果控制注水舱的注水泵和平衡桨工作的控制执行单元；

感应装置包括用以采集水密度数据的水密度感应装置，用以采集水深数据的水深感应装置，用以采集所述施工水域的水流速度的流速感应装置，用以采集所述机器人的姿态平稳度数据的姿态感应装置，用以采集所述机器人的航向数据的航向感应装置以及用以采集所述机器人的注水舱水量液位数据的液位感应装置。

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