CN216485497U - 一种用于水下机器人的定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于水下机器人的定位系统。该系统包括：第一前向声呐、第二前向声呐、第一下向声呐、第二下向声呐、第一声呐仓和第二声呐仓；第一声呐仓和第二声呐仓分别安装在水下机器人机体的两侧；第一前向声呐和第一下向声呐置于第一声呐仓中，第二前向声呐和第二下向声呐置于第二声呐仓中；第一前向声呐和第二前向声呐的放置方向与机体方向平行，且头部朝向机体的前方；第一下向声呐和第二下向声呐的放置方向与机体方向垂直，且头部朝向机体的下方。通过本实用新型可确定四个声呐所指方向存在的障碍物以及对水下机器人机体的水下位置进行锁定，提升了水下机器人在水域中作业的可靠性。

Description

一种用于水下机器人的定位系统

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于水下机器人的定位系统。

背景技术

随着人们对水下世界探索及水下作业可靠性的日益提高的需求，水下机器人作为一种水下作业装置，其功能技术的创新和进步成为了当今的研究热点。

水下机器人大多数采用大型声呐阵列进行避障，由于大型声呐阵列，成本高体积巨大，且避障功能单一，会对水下机器人在乱流复杂水域中作业的可靠性产生影响，使得机器人水下作业时无法快速在乱流中自动调整运动姿态，增加了水下机器人失控以及在黑暗水域中发生碰撞的可能性。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于水下机器人的定位系统，准确实现水下机器人的定位和环境定位，提升了水下机器人在水域中作业的可靠性。

第一方面，本实用新型提供了一种用于水下机器人的定位系统，该系统包括：

第一前向声呐、第二前向声呐、第一下向声呐、第二下向声呐、第一声呐仓和第二声呐仓；所述第一声呐仓和第二声呐仓分别安装在水下机器人机体的两侧；所述第一前向声呐和第一下向声呐置于所述第一声呐仓中，所述第二前向声呐和第二下向声呐置于所述第二声呐仓中；所述第一前向声呐和第二前向声呐的放置方向与所述机体方向平行，且头部朝向所述机体的前方；所述第一下向声呐和第二下向声呐的放置方向与所述机体方向垂直，且头部朝向所述机体的下方；

所述第一前向声呐和第二前向声呐向所述机体前方发射的第一声波信号的第一反射信号发送至所述机体；所述第一下向声呐和第二下向声呐向所述机体下方发射的第二声波信号的第二反射信号发送至所述机体，所述第一反射信号和第二反射信号用于供所述机体对所述机体和/或所述机体周围的物体定位。

可选的，所述第一前向声呐和第二前向声呐在所述机体的两侧对称放置。

可选的，所述第一前向声呐和第二前向声呐的探测中心线分别与所述机体的水平中轴线成相同角度，角度大于等于0度，小于等于45度。

可选的，所述第一下向声呐、第二下向声呐在所述机体的两侧对称放置。

可选的，所述第一下向声呐和第二下向声呐的探测中心线分别与所述机体的垂直中轴线成相同角度，角度大于等于0度，小于等于45度。

本实用新型通过水平方向和垂直向下方向的四个微型声呐发射声波和接收反射波，从而感知四个声呐所指方向存在的障碍物以及水下机器人在水中位置的变化，以准确实现水下机器人的定位和环境定位。进一步的，由于可以快速准确的进行水下机器人的定位和环境定位，从而即使在乱流复杂水域中作业，也可以快速调整水下机器人的运动姿态，从而避免水下作业失控等异常情况的出现。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例一中的一种用于水下机器人的定位方法的流程图；

图2是本实用新型实施例二中的一种用于水下机器人的定位方法的流程图；

图2A是本实用新型实施例二中的建立的水下机器人机体坐标系XYZ示意图；

图3是本实用新型实施例三中的一种用于水下机器人的定位装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例四中的一种计算机设备的结构示意图；

图5是本实用新型实施例五中的一种用于水下机器人的定位系统的结构示意图；

图6是本实用新型实施例五中的一种用于水下机器人的定位系统的声呐阵列发波示意图。

图中：

1、第一前向声呐；2、第二前向声呐；3、第一下向声呐；4、第二下向声呐；5、第一声呐仓；6、第二声呐仓；7、水下机器人机体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种用于水下机器人的定位方法的流程图，本实施例可适用于当水下机器人在水下作业时，感知障碍物并进行智能避障机动以及对水下机器人机体的水下位置进行锁定的情况，该方法可以由本实用新型实施例中的用于水下机器人的定位装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

S110、获取向水下机器人机体前方发射的第一声波信号的第一反射信号。

其中，所述机体前方，是指水下机器人机体运动方向的正前方，所述机体运动方向可以包括机体的前方、后方、上方、下方、左方以及右方；所述第一声波信号为第一前向声呐和第二前向声呐发射的声波信号，所述声呐为一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备，其可以实现声波信号的发射和接收；所述第一反射信号为第一前向声呐和第二前向声呐接收到的声波信号，例如第一前向声呐和第二前向声呐发射的第一声波信号发送至障碍物，然后被障碍物反射回来，此反射回来的声波信号即为所述第一反射信号。

S120、获取向所述机体下方发射的第二声波信号的第二反射信号。

其中，所述机体下方，是指水下机器人机体运动方向的正下方；所述第二声波信号，为第一下向声呐和第二下向声呐发射的声波信号；所述第二反射信号为第一下向声呐和第二下向声呐接收到的声波信号，例如第一下向声呐和第二下向声呐发射的第二声波信号发送至障碍物，然后被障碍物反射回来，此反射回来的声波信号即为所述第二反射信号。

S130、根据所述第一反射信号和第二反射信号对所述机体和/或所述机体周围的物体进行定位。

其中，所述机体周围的物体为可能存在于所述机体的四周和上下方的物体，例如水下机器人机体前方和下方可能存在的障碍物；所述定位为对物体所在位置进行测量确定，例如指根据所述第一反射信号可以计算得出所述机体前方障碍物的位置，根据第二反射信号可以计算得出所述机体下方障碍物的位置，根据第一反射信号和第二反射信号可以相结合计算得出所述机体的位置，且确定所述机体周围的障碍物位置和所述机体的位置是一起进行的。

本实用新型实施例通过两个前向声呐向机体前方发射的第一声波信号的第一反射信号以及两个下向声呐机体下方发射的第二声波信号的第二反射信号，综合计算得到机体的定位，和/或机体周围的物体定位，准确实现水下机器人的定位和环境定位。进一步的，由于可以快速准确的进行水下机器人的定位和环境定位，从而即使在乱流复杂水域中作业，也可以快速调整水下机器人的运动姿态，从而避免水下作业失控等异常情况的出现。

实施例二

图2为本实用新型实施例二中的一种用于水下机器人的定位方法的流程图，本实施例是在上述实施例用于水下机器人的定位方法的基础上，进行进一步的改进。本实施例的方法具体包括如下步骤：

S210、分别计算测量四个声呐(第一前向声呐、第二前向声呐、第一下向声呐和第二下向声呐)到障碍物之间的距离。

其中，所述测量四个声呐到障碍物之间的距离，可以指通过声波信号传输的单程时间与声波在水中的传输速度的乘积计算得到；所述声波信号传输的单程时间为声呐发射的声波信号到障碍物的时间与声波信号被反射回来直至声呐接收到的时间之和的二分之一；所述声波在水中的传输速度取值为1500m/s。

S220、建立水下机器人机体坐标系XYZ，其中第一前向声呐和第二前向声呐的探测中心线方向沿着X轴，第一下向声呐和第二下向声呐的探测中心线方向沿着Z轴。

其中，例如可以将水下机器人机体比作人体头部，X轴表示人体头部的前后方向，Y轴表示人体头部的左右方向，Z轴表示人体头部的上下方向；如图2A所示，图中D1和D2分别表示第一前向声呐和第二前向声呐与所述机体前方障碍物之间的距离，D3和D4分别表示第一下向声呐和第二下向声呐与所述机体下方障碍物之间的距离。

S230、计算水下机器人机体与障碍物之间的距离状态，得出机体在X轴和Z轴方向的稳定距离。

其中，通过由步骤S210计算得到的水下机器人机体各声呐与障碍物之间的当前距离构成当前距离状态矩阵；所述机体可以比作一个刚体，其在实际水下作业的过程中会发生变动，并非是完全静止状态，类似于刚体的定点转动，此时就需要实际引入一个机体坐标系变化矩阵，即机体绕XYZ轴所发生的三个欧拉角变化，所述三个欧拉角是用于确定定点转动机体位置的三个一组独立角参量，所述三个欧拉角变化会影响到当前测量距离状态矩阵的变化，这些欧拉角角度的变换可以用系统状态转移矩阵表示，用于将当前距离状态转移至下一个状态，可通过所述机体内的姿态传感器获取相应的角度的变化数据信息；所述机体在水下作业时，无法保证其是固定不动的，它可能会产生一定的微小移动，此微小移动可能是前后移动、左右移动或者上下移动，此时机体这个微小的移动会在测量距离时产生一定偏差，所述测量距离偏差量可以通过机体中的声呐得到；所述对距离偏差的测量量需要进行估算，其可以采用不同的方法滤波，例如可以在本次算法过程中导入卡尔曼滤波方程对测量距离偏差进行优化处理；所述水下机器人机体与障碍物之间的距离状态，可以通过所述当前距离状态矩阵、所述系统状态转移矩阵以及所述优化处理后的测量距离偏差相结合计算得到，然后得出所述机体在X轴和Z轴方向的稳定距离，实现定距与定高；所述定距是指机体沿X轴方向与前方障碍物之间的稳定距离；所述定高是指机体沿Z轴方向与下方障碍物之间的稳定距离。

S240、分别计算测量四个声呐(第一前向声呐、第二前向声呐、第一下向声呐和第二下向声呐)与障碍物之间的径向速度。

其中，所述声呐与障碍物之间的径向速度，可以通过声呐发射信号的波长与多普勒频率偏移计算得到；所述声呐发射信号的波长可以通过声波在水中的传输速度与声呐发射的信号频率计算得到；所述多普勒频率偏移为声呐发射的信号频率与声呐接收的信号频率的差值；所述声呐发射的信号频率为声呐自带的已知参数，是根据水下机器人中所用声呐的型号决定的，且声呐发射的信号频率接触到障碍物被反射回来，反射回来的声波信号频率会产生一定的损耗，故声呐发射的信号频率与接收的信号频率存在一定的差值，即为所述多普勒频率偏移。

S250、将四个声呐的径向速度转换为机体坐标系下的速度；然后将机体坐标系下的速度转换为大地坐标系下的速度。

其中，通过步骤S240可以分别计算得到四个声呐与障碍物之间的径向速度，然后将四个声呐的径向速度构成列矢量矩阵，经过转置就可以计算得到机体坐标系下的速度；所述将机体坐标系下的速度转换为大地坐标系下的速度，需要将机体坐标系下的速度通过转置矩阵计算得到，所述转置矩阵为机体中欧拉角的角度变换得到的矩阵，并且所述转置矩阵与上述步骤S230中描述的系统状态转移矩阵均的数据信息是通过机体内同一个姿态传感器获取得到的；在算法过程中所述步骤S230与步骤S250是同时进行的。

S260、计算水下机器人机体与障碍物之间的速度状态，得出机体在Y轴方向的稳定速度。

其中，所述水下机器人机体与障碍物之间的速度状态，可以通过所述当前距离状态矩阵、所述系统状态转移矩阵以及所述优化处理后的测量速度偏差相结合计算得到，然后得出所述机体在Y轴方向的稳定速度；所述当前速度状态矩阵，通过由步骤S250计算得到的所述机体各声呐与障碍物之间的当前速度可以构成；所述系统状态转移矩阵，用于将当前速度状态转移至下一个状态，其与步骤S230中的系统状态转移矩阵为同一个；所述测量速度偏差同样是指水下机器人在水下作业时，无法保证其是固定不动的，它可能会产生一定的微小移动，此微小移动可能是前后移动、左右移动或者上下移动，此时这个微小的移动会在测量速度时产生一定偏差，所述测量距离偏差量可以通过机体中的声呐得到，在本次算法过程中同样采用卡尔曼滤波方程对测量速度偏差进行优化处理。

S270、根据所确定的机体在X轴和Z轴方向的稳定距离与机体在Y轴方向的稳定速度，确定机体在XYZ三维空间内的定点控制。

其中，所述确定机体在X轴和Z轴方向的稳定距离与机体在Y轴方向的稳定速度，并通过所述稳定距离与稳定速度相结合确定机体在XYZ三维空间内的定点控制，这三步在运动控制算法过程中是同时进行的。

本实施例的技术方案，通过接收四个声呐的反射声波数据，与内置的运动算法相结合，以确定四个声呐所指方向存在的障碍物和水下机器人机体位置的方法，准确实现水下机器人的定位和环境定位。进一步的，由于可以快速准确的进行水下机器人的定位和环境定位，从而即使在乱流复杂水域中作业，也可以快速调整水下机器人的运动姿态，从而避免水下作业失控等异常情况的出现，提升了水下机器人在乱流复杂水域中作业的可靠性。

实施例三

图3为本实用新型实施例三提供的一种用于水下机器人的定位装置的结构示意图。该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可集成在任何提供用于水下机器人的定位功能的设备中，如图3所示，该装置具体包括：第一获取单元310、第二获取单元320和定位单元330。

其中，第一获取单元310，用于获取向水下机器人机体前方发射的第一声波信号的第一反射信号；

第二获取单元320，用于获取向所述机体下方发射的第二声波信号的第二反射信号；

定位单元330，用于根据所述第一反射信号和第二反射信号对所述机体和/或所述机体周围的物体进行定位。

可选的，所述定位单元具体用于：

根据所述第一反射信号定位所述机体的前方障碍物；以及，

根据所述第二反射信号定位所述机体的下方障碍物。

可选的，所述定位单元具体还用于：

根据所述第一反射信号和第二反射信号定位所述机体。

本实用新型实施例所提供的一种用于水下机器人的定位装置可执行本实用新型任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

本实用新型实施例通过两个前向声呐向机体前方发射的第一声波信号的第一反射信号以及两个下向声呐机体下方发射的第二声波信号的第二反射信号，综合计算得到机体的定位，和/或机体周围的物体定位，准确实现水下机器人的定位和环境定位。进一步的，由于可以快速准确的进行水下机器人的定位和环境定位，从而即使在乱流复杂水域中作业，也可以快速调整水下机器人的运动姿态，从而避免水下作业失控等异常情况的出现。

实施例四

图4为本实用新型实施例四中的一种计算机设备的结构示意图。图4示出了适于用来实现本实用新型实施方式的示例性计算机设备12的框图。图4显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本实用新型实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本实用新型各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本实用新型所描述的实施例中的功能和/或方法。

计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。另外，本实施例中的计算机设备12，显示器24不是作为独立个体存在，而是嵌入镜面中，在显示器24的显示面不予显示时，显示器24的显示面与镜面从视觉上融为一体。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本实用新型实施例所提供的用于水下机器人的定位方法：获取向水下机器人机体前方发射的第一声波信号的第一反射信号；获取向所述机体下方发射的第二声波信号的第二反射信号；根据所述第一反射信号和第二反射信号对所述机体和/或所述机体周围的物体进行定位。

实施例五

本实用新型实施例五提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有实用新型实施例提供的用于水下机器人的定位方法：获取向水下机器人机体前方发射的第一声波信号的第一反射信号；获取向所述机体下方发射的第二声波信号的第二反射信号；根据所述第一反射信号和第二反射信号对所述机体和/或所述机体周围的物体进行定位。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本实用新型操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

实施例六

图5为本实用新型实施例六中的一种用于水下机器人的定位系统的结构示意图，图6为本实用新型实施例五中的一种用于水下机器人的定位系统的声呐阵列发波示意图，如图所示，该系统包括：第一前向声呐1、第二前向声呐2、第一下向声呐3、第二下向声呐4、第一声呐仓5和第二声呐仓6。

其中，所述第一声呐仓5和第二声呐仓6分别安装在水下机器人机体7的两侧；所述第一前向声呐1和第一下向声呐3置于所述第一声呐仓5中，所述第二前向声呐2和第二下向声呐4置于所述第二声呐仓6中；所述第一前向声呐1和第二前向声呐2的放置方向与所述机体7方向平行，且头部朝向所述机体7的前方；所述第一下向声呐3和第二下向声呐4的放置方向与所述机体7方向垂直，且头部朝向所述机体7的下方。

所述第一前向声呐1安装在第一声呐仓5中，所述第二前向声呐2安装在第一声呐仓6中，且两声呐的放置方向与所述机体7方向平行，其头部均朝向所述机体7的前方。具体的，所述第一前向声呐1的探测中心线与所述机体7的水平中轴线成一角度，为第一前向声呐1的探测角α1，所述第二前向声呐2的探测中心线与所述机体7的水平中轴线成一角度，为第二前向声呐2的探测角α2。

所述第一前向声呐1和第二前向声呐2的探测中心线分别与所述机体的水平中轴线成相同角度，即α1与α2是对称设置的，所设置角度相同，其角度范围均是大于等于0度，小于等于45度；例如，若第一前向声呐1的探测角α1设置为10°，那么对称的第二前向声呐2的探测角α2也要设置为10°。所述第一前向声呐1和第二前向声呐2放置在所述机体7的下方两侧；进一步的，第一前向声呐1和第二前向声呐2左右对称放置在所述机体7的两侧，在测量确定机体7前方障碍物时，可以保证两声呐到前方障碍物距离的测量一致性，使得测量结果准确。

所述第一前向声呐1和第二前向声呐2可用于实现发射和接收声波信号的功能，具体是向所述机体7前方发射出第一声波信号，第一声波信号接触到前方障碍物时会发生反射，然后第一前向声呐1和第二前向声呐2接收到被障碍物反射回来的第一反射信号，并将其传送至所述机体7，之后可根据接收到的声波信号来判断前方障碍物的存在，并测量或估计前方障碍物的距离、方位、速度等参量。

同样，所述第一下向声呐3安装在第一声呐仓5中，所述第二下向声呐4安装在第一声呐仓6中，且两声呐的放置方向与所述机体7方向垂直，其头部均朝向所述机体7的下方。具体的，所述第一下向声呐3的探测中心线与所述机体7的垂直中轴线成一角度，为第一下向声呐3的探测角α3，所述第二下向声呐4的探测中心线与所述机体7的垂直中轴线成一角度，为第二下向声呐4的探测角α4。

所述第一下向声呐3和第二下向声呐4的探测中心线分别与所述机体的垂直中轴线成相同角度，即α3与α4是对称设置的，所设置角度相同，其角度范围均是大于等于0度，小于等于45度；例如，若第一下向声呐3的探测角α3设置为0°，那么对称的第二前向声呐2的探测角α4也要设置为0°。第一下向声呐3和第二下向声呐4放置在所述机体7的下方两侧，进一步的，第一下向声呐3和第二下向声呐4左右对称放置在所述机体7的两侧，在测量确定机体7下方障碍物时，可以保证两声呐到下方障碍物距离的测量一致性，使得测量结果准确。

所述第一下向声呐3和第二下向声呐4同样可用于实现发射和接收声波信号的功能，具体是向所述机体7下方发射出第二声波信号，第二声波信号接触到下方障碍物时会发生反射，然后第一下向声呐3和第二下向声呐4会接收到被障碍物反射回来的第二反射信号，并将其传送至所述机体7，可根据接收到的声波信号来判断下方障碍物的存在，并测量或估计下方障碍物的距离、方位、速度等参量。

示例性的，本实用新型实施例中的水下机器人中每一个声呐都是以固定角度安装在所述机体7的声呐仓上，其中两个前向声呐是对称设置的，存在一个固定的探测角度，两个下向声呐也是对称设置的，也存在一个固定的探测角度，且不同的水下机器人中的声呐所设的固定探测角度不同。例如，生产出一个1号水下机器人，它的两个前向声呐探测角度，即α1和α2固定设置为10°，两个下向声呐探测角度，即α3和α4固定设置为5°；生产出一个2号水下机器人，它的两个前向声呐探测角度，即α1和α2固定设置为0°，两个下向声呐探测角度，即α3和α4固定设置为20°；以此类推，根据探测角度的设置可以生产出多种类型的水下机器人，但其设置的探测角度范围均为大于等于0度，小于等于45度。

所述第一反射信号和第二反射信号相结合可以用于实现对所述机体7进行水下位置的锁定功能，具体的，根据第一反射信号和第二反射信号，并结合所设的运动控制算法，可以计算得出所述机体7距前方和下方障碍物的距离，从而确定障碍物的位置，并实现智能避障，同时还可根据前方和下方障碍物的位置锁定所述机体7的位置，以实现所述机体7的水下位置锁定。

所述第一前向声呐1、第二前向声呐2、第一下向声呐3和第二下向声呐4与所述机体7内部进行隐蔽式线路连接，用于进行信号的数据传输。

本实施例的技术方案，通过水平方向和垂直向下方向的四个微型声呐发射声波和接收反射波，从而感知四个声呐所指方向存在的障碍物以及水下机器人在水中位置的变化，以准确实现水下机器人的定位和环境定位。进一步的，由于可以快速准确的进行水下机器人的定位和环境定位，从而即使在乱流复杂水域中作业，也可以快速调整水下机器人的运动姿态，从而避免水下作业失控等异常情况的出现。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种用于水下机器人的定位系统，其特征在于，包括：第一前向声呐、第二前向声呐、第一下向声呐、第二下向声呐、第一声呐仓和第二声呐仓；所述第一声呐仓和第二声呐仓分别安装在水下机器人机体的两侧；所述第一前向声呐和第一下向声呐置于所述第一声呐仓中，所述第二前向声呐和第二下向声呐置于所述第二声呐仓中；所述第一前向声呐和第二前向声呐的放置方向与所述机体方向平行，且头部朝向所述机体的前方；所述第一下向声呐和第二下向声呐的放置方向与所述机体方向垂直，且头部朝向所述机体的下方；

所述第一前向声呐和第二前向声呐向所述机体前方发射的第一声波信号的第一反射信号发送至所述机体；所述第一下向声呐和第二下向声呐向所述机体下方发射的第二声波信号的第二反射信号发送至所述机体，所述第一反射信号和第二反射信号用于供所述机体对所述机体和/或所述机体周围的物体定位。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一前向声呐和第二前向声呐在所述机体的两侧对称放置。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一前向声呐和第二前向声呐的探测中心线分别与所述机体的水平中轴线成相同角度，角度大于等于0度，小于等于45度。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一下向声呐、第二下向声呐在所述机体的两侧对称放置。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一下向声呐和第二下向声呐的探测中心线分别与所述机体的垂直中轴线成相同角度，角度大于等于0度，小于等于45度。

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