CZ309419B6 - Způsob a zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou - Google Patents
Způsob a zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309419B6 CZ309419B6 CZ2021-330A CZ2021330A CZ309419B6 CZ 309419 B6 CZ309419 B6 CZ 309419B6 CZ 2021330 A CZ2021330 A CZ 2021330A CZ 309419 B6 CZ309419 B6 CZ 309419B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- evaluation unit
- receiver
- electronic
- ultrasonic
- transmitter
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/004—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
- G01S15/46—Indirect determination of position data
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/96—Sonar systems specially adapted for specific applications for locating fish
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S2201/00—Indexing scheme relating to beacons or beacon systems transmitting signals capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters
- G01S2201/01—Indexing scheme relating to beacons or beacon systems transmitting signals capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters adapted for specific applications or environments
- G01S2201/07—Under water
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Způsob určování polohy předmětu pod vodní hladinou spočívá v tom, že se napěťové pulzy generátoru (16) přenáší jednak elektrickým kabelem (CA1) do piezoelektrického měniče ponořeného vysílače (12), který převádí napěťové pulzy na ultrazvukové kmity pro vysílání do ponořeného přijímače (13), a jednak elektrickým kabelem (CA2) do vyhodnocovací jednotky (15) a tvoří synchronizační signál. Piezoelektrický měnič přijímače (13) převádí ultrazvukové kmity na napěťové pulzy, které se přenáší elektrickým kabelem (CA3) do vyhodnocovací jednotky (15) a tvoří referenční signál. Ve vyhodnocovací jednotce (15) se vyhodnocuje časové zpoždění referenčního signálu oproti synchronizačnímu signálu. Předmětem řešení je i zařízení k provádění tohoto způsobu.
Description
Způsob a zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu určování polohy předmětu ponořeného pod vodní hladinou, podle kterého elektronický generátor vytváří napěťové pulzy, které se převádí na ultrazvukové kmity, alespoň jeden ponořený vysílač vysílá ultrazvukové kmity a alespoň jeden ponořený přijímač přijímá ultrazvukové kmity, které se vyhodnocují ve vyhodnocovací jednotce.
Vynález se dále týká zařízení pro určování polohy ponořeného předmětu pod vodní hladinou, zahrnujícího elektronický generátor napěťových pulzů, alespoň jeden vysílač ultrazvukových kmitů a alespoň jeden přijímač ultrazvukových kmitů, které jsou umístěny pod vodní hladinou, a elektronickou vyhodnocovací jednotku.
Dosavadní stav techniky
Přesná navigace předmětů ponořených a pohyblivých pod vodní hladinou je vyžadována v mnoha oblastech využití, např. u automatických robotů k čištění bazénů, u vojenských podvodních plavidel, při průzkumu mořského dna, při průzkumu vraků, při opravách vodních děl. Navigace robotů pod vodní hladinou je obtížná v první řadě z důvodu vlastností prostředí, které neumožňují nebo ztěžují využití známých principů, jako např. rádiových vln. I využití GPS by bylo obtížné, protože nefunguje pod vodní hladinou a robot by musel vléci GPS přijímač po vodní hladině, přičemž běžné GPS systémy mají zcela nevyhovující přesnost. Dosud známá technická řešení navigace předmětů ponořených a pohyblivých pod vodní hladinou jsou založena na principu optické navigace pomocí kamery, na principu sonaru nebo na principu gyroskopu. Optická navigace pomocí kamery není použitelná v prostředí s velmi omezenou viditelností, má vysokou cenu, složitý software pro rozpoznání obrazu a není použitelná v prostředí bez výrazných orientačních objektů. Navigace sonarem obsahuje vysílač i přijímač, neměří souřadnice, ale pouze vzdálenosti od objektů, trpí problémy s falešnými odrazy a nízkou spolehlivostí. Navigace pomocí gyroskopu měří pouze projetou trasu od výchozí souřadnice na základě ujeté vzdálenosti a dat z gyroskopu, vzhledem k vlastnostem gyroskopů je určení aktuální polohy značně nepřesné, odchylky se neustále kumulují, chyba postupně narůstá s časem a složitostí trajektorie robota. Po vyjmutí robota z vody, např. za účelem údržby, není robot schopen pokračovat tam, kde skončil, protože souřadný systém je relativní, ne absolutní. Znalost pouze relativní polohy a značná nepřesnost, která narůstá s dráhou pohybu robota, jsou překážkou širšího použití.
V praxi je používáno zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou, známé jako systém Long Baseline (LBL), tvořený dotazovačem namontovaným na robotu, který vysílá akustický signál, který je přijímán alespoň třemi základními transpondéry, umístěnými na známých souřadnicích na dně. Transpondéry přijmou dotaz a okamžitě vyšlou odpověď zpět dotazovači. Ze znalosti časových intervalů se pomocí trigonometrie vypočítají souřadnice. Systém má výbornou přesnost, zvláště pro větší vzdálenosti, transpondéry a dotazovač jsou však drahé a složité, zařízení má vysokou cenu a instalace transpondérů na dně je složitá.
Z praxe jsou známá i další provedení na podobném principu jako systém Long Baseline (LBL). Liší se hlavně vzdáleností mezi snímači (transpondéry nebo přijímači): systémy s ultra krátkou základnou (USBL), systémy se super krátkou základnou (SSBL) a systémy s krátkou základnou (SBL). Tyto systémy používají různá uspořádání alespoň tří snímačů (transpondérů nebo přijímačů). K určení azimutu se používá fázové zpoždění na jednotlivých přijímačích, k určení vzdálenost pak doba letu signálu od robota k přijímači. V případě SBL se k vyhodnocení obvykle používá opět trigonometrie. Přesnost těchto systémů je však mnohem horší než u LBL a cena je vysoká.
- 1 CZ 309419 B6
Podstata vynálezu
Cílem vynálezu je odstranit nevýhody dosavadního stavu techniky a zajistit zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou, které umožní určování polohy a pohyb předmětu pod vodní hladinou v absolutních souřadnicích s mnohem lepší přesností, bude jednoduché, snadno použitelné a spolehlivé a jeho výroba i použití budou snadné a cenově výhodné.
Nevýhody dosavadního stavu techniky podstatnou měrou odstraňuje a cíl vynálezu splňuje způsob určování polohy předmětu ponořeného pod vodní hladinou, podle kterého elektronický generátor vytváří napěťové pulzy, které se převádí na ultrazvukové kmity, alespoň jeden ponořený vysílač vysílá ultrazvukové kmity a alespoň jeden ponořený přijímač přijímá ultrazvukové kmity, které se vyhodnocují ve vyhodnocovací jednotce, přičemž podle vynálezu se napěťové pulzy elektronického generátoru přenáší jednak elektrickým kabelem do piezoelektrického měniče vysílače, který převádí napěťové pulzy na ultrazvukové kmity pro vysílání do přijímače, přičemž piezoelektrický měnič přijímače převádí ultrazvukové kmity na napěťové pulzy, které se přenáší elektrickým kabelem do elektronické vyhodnocovací jednotky a tvoří referenční signál, a jednak elektrickým kabelem do elektronické vyhodnocovací jednotky a tvoří synchronizační signál, a ve vyhodnocovací jednotce se vyhodnocuje časové zpoždění referenčního signálu oproti synchronizačnímu signálu.
Nevýhody dosavadního stavu techniky podstatnou měrou odstraňuje a cíl vynálezu splňuje rovněž zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou, které zahrnuje elektronický generátor napěťových pulzů, alespoň jeden vysílač ultrazvukových kmitů a alespoň jeden přijímač ultrazvukových kmitů, které jsou umístěny pod vodní hladinou, a elektronickou vyhodnocovací jednotku, přičemž podle vynálezu elektronický generátor napěťových pulzů je elektricky spojen jednak s vysílačem, zahrnujícím piezoelektrický měnič pro převod napěťových pulzů na ultrazvukové kmity, pro vysílání ultrazvukových kmitů do přijímače, zahrnujícího piezoelektrický měnič pro převod ultrazvukových kmitů na napěťové pulzy referenčního signálu, a elektricky spojeného s elektronickou vyhodnocovací jednotkou, a jednak s elektronickou vyhodnocovací jednotkou prostřednictvím elektrického kabelu pro přenos napěťových pulzů synchronizačního signálu do elektronické vyhodnocovací jednotky, a přijímač a elektronická vyhodnocovací jednotka jsou umístěny v předmětu, vysílač je umístěn pod vodní hladinou pevně a elektronický generátor je umístěn „mimo vodní prostředí“, nebo vysílač, elektronický generátor a elektronická vyhodnocovací jednotka jsou umístěny v předmětu a přijímač je umístěn pevně pod vodní hladinou, a v obou případech elektronická vyhodnocovací jednotka obsahuje sekci pro vyhodnocení časového zpoždění referenčního signálu oproti synchronizačnímu signálu.
S výhodou mohou být na předmětu uspořádány dva přijímače ultrazvukových kmitů, uspořádané v podélné ose předmětu.
Zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou podle vynálezu umožňuje určování polohy a pohyb předmětu pod vodní hladinou v absolutních souřadnicích s mnohem lepší přesností, je jednoduché, snadno použitelné a spolehlivé a jeho výroba i použití jsou snadné a cenově výhodné.
Výhodou způsobu a zařízení podle vynálezu je elektronické stanovení polohy předmětu pod vodní hladinou. Je získána znalost absolutních souřadnic předmětu s velkou přesností nezbytná pro přesné naprogramování trajektorie předmětu podvodního robota a vede k úspoře času a financí při jeho činnosti. Získaná znalost absolutních souřadnic předmětu s velkou přesností umožňuje vytvoření zón, kde se nemá předmět podvodní robot pohybovat, nebo naopak zón, které nesmí opustit. Na rozdíl od gyroskopu je přesnost pohybu předmětu podvodního robota nezávislá na čase, nedochází ke kumulaci chyb. Podvodní robot si může přesně zmapovat prostředí a uložit tuto mapu pro další použití, případně tuto mapu odeslat do nadřazeného systému pro další použití. Při přerušení činnosti podvodního robota je možný návrat na poslední souřadnici před přerušením
-2CZ 309419 B6 činnosti a pokračovat v programu v místě, kde byl přerušen. Výhodou jsou rovněž relativně jednoduché algoritmy pro pohyb robota, celková jednoduchost zařízení a snadná údržba systému a nízká cena potřebných komponent.
Objasnění výkresů
Zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou podle vynálezu je osvětleno pomocí výkresů, na nichž znázorňuje:
obr. 1 zařízení s generátorem napěťových pulzů mimo vodní prostředí;
obr. 2 zařízení s generátorem napěťových pulzů v ponořeném předmětu;
obr. 3 zařízení se dvěma přijímači ultrazvukových kmitů; a obr. 4 zařízení ve vodním prostředí bazénu.
Příklad uskutečnění vynálezu
Podle obr. 1 zahrnuje zařízení pro určování polohy předmětu 11 ponořeného ve vodním prostředí 18 elektronický generátor 16 pro vytváření napěťových pulzů, uspořádaný v napájecím bloku 17 umístěném mimo vodní prostředí 18. Elektronický generátor 16 je spojen elektrickým kabelem CA1 s vysílačem 12 ultrazvukových kmitů, který je umístěn pevně ve vodním prostředí 18. Elektrickým kabelem CAl jsou z elektrického generátoru 16 přenášeny napěťové pulzy, tvořící referenční signál REF1612, do vysílače 12. Vysílač 12 zahrnuje piezoelektrický měnič, který převádí napěťové pulzy referenčního signálu REF1612 na ultrazvukové kmity. Vysílač 12 vysílá ultrazvukové kmity, tvořící referenční signál REF1213. do přijímače 13. který je umístěn v nebo na předmětu 11 ponořeném ve vodním prostředí 18. Vzdálenost X vysílače 12 od přijímače 13 je závislá na měnící se poloze ponořeného předmětu 11. Přijímač 13 zahrnuje piezoelektrický měnič, který převádí ultrazvukové kmity referenčního signálu REF1213 na napěťové pulzy referenčního signálu REF1315. Přijímač 13 je propojen elektrickým kabelem CA3 s elektronickou vyhodnocovací jednotkou 15, uspořádanou v ponořeném předmětu 11. Napěťové pulzy referenčního signálu REF1315 jsou elektrickým kabelem CA3 přenášeny z přijímače 13 do vyhodnocovací jednotky 15. Elektronický generátor je spojen elektrickým kabelem CA2 rovněž s elektronickou vyhodnocovací jednotkou 15. Elektrickým kabelem CA2 jsou z elektrického generátoru 16 přenášeny napěťové pulzy, tvořící synchronizační signál SYNC, do elektronické vyhodnocovací jednotky 15. Ve vyhodnocovací jednotce 15 se vyhodnocuje časové zpoždění referenčního signálu REF1315 oproti synchronizačnímu signálu SYNC. V napájecím bloku 17 jsou uspořádány i další neznázoměné součásti zařízení, zejména napájecí zdroj pro dodávku silové elektrické energie do ponořeného předmětu 11 neznázoměnvm silově elektrickým kabelem.
Na obr. 1 je znázorněno zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou podle nej jednoduššího systému s jedním vysílačem 12 referenčních ultrazvukových kmitů umístěným na známé souřadnici pod vodní hladinou a jedním přijímačem 13 referenčních ultrazvukových kmitů, umístěným na předmětu 11 podvodního robotu. Tento systém je schopen určit pouze jednu souřadnici X, ale pro mnoho praktických aplikací je to dostačující, např. pro automatický robotický vysavač k čištění bazénů. Pokud je nutné znát i další souřadnici, pak je nutné systém doplnit o druhý ultrazvukový vysílač referenčních kmitů. Napájecí zdroj 17 dodá elektrickou energii do elektronického generátoru 16, který vyšle napěťové pulzy, tvořící referenční signál REF1612, po elektrickém kabelu CAl do vysílače 12 ultrazvukových kmitů a současně generátor napěťových pulzů 16 vyšle i synchronizační signál SYNC po elektrickém kabelu CA2 do elektronického vyhodnocovacího zařízení 15 uspořádaného v ponořeném předmětu 11 podvodního robotu. Synchronizační signál SYNC se šíří po elektrickém kabelu CA2 vysokou rychlostí, přibližně
-3 CZ 309419 B6 rychlostí světla, a tak lze zpoždění po kabelu CA2 zanedbat. Okamžik, kdy synchronizační signál SYNC dorazí po kabelu CA2 do elektronického vyhodnocovacího zařízení 15. ie zaznamenán jako čas t2. Referenční signál REF1612 se šíří po kabelu CA1 do vysílače 12 ultrazvukových kmitů vysokou rychlostí a zpoždění po kabelu CA1 lze rovněž zanedbat. Jakmile referenční signál REF1612 dorazí do vysílače 12 ultrazvukových referenčních kmitů 12 umístěného na známé souřadnici pod vodní hladinou, tak je piezoelektrickým měničem vysílače 12 vygenerován ultrazvukový kmit referenčního signálu REF1213, který se šíří vodou rychlostí asi 1500 m/s od referenčního vysílače 12 ultrazvukových kmitů 12 k přijímači 13 ultrazvukových kmitů na předmětu 11 podvodního robotu. Vzhledem k poměrně nízké rychlosti tento ultrazvukový signál REF1213 dorazí k přijímači 13 ultrazvukových kmitů se zpožděním. V přijímači 13 ultrazvukových kmitů je ultrazvukový signál REF1213 převeden piezoelektrickým měničem přijímače 13 na napěťové pulzy signálu REF1315 a zaznamenán elektronickým vyhodnocovacím zařízením 15 jako čas tl. Následně je v elektronickém vyhodnocovacím zařízení 15 z rozdílu časů tl-t2 a ze znalosti rychlosti šíření referenčního signálu REF1213 ve vodním prostředí (asi 1500 m/s) snadno vypočtena souřadnice X.
Podle obr. 2 je elektronický generátor 16a pro vytváření napěťových pulzů uspořádán v ponořeném předmětu 11. Elektrický generátor 16a je propojen jednak elektrickým kabelem CA5 s vysílačem 12a uspořádaným v nebo na ponořeném předmětu 11 a jednak elektrickým kabelem CA6 s elektronickou vyhodnocovací jednotkou 15 uspořádanou v ponořeném předmětu 11. Elektrickým kabelem CA6 jsou do vyhodnocovací jednotky 15 přenášeny napěťové impulzy elektronického generátoru 16a. tvořící synchronizační signál SYNC. Elektrickým kabelem CA5 jsou do vysílače 12a přenášeny napěťové impulzy elektronického generátoru 16a, tvořící referenční signál REF16al2a. Vysílač 12a zahrnuje piezoelektrický měnič, který převádí napěťové pulzy referenčního signálu REF16al2a na ultrazvukové kmity. Vysílač 12a vysílá ultrazvukové kmity, tvořící referenční signál REF12al3a. do přijímače 13a. který je uspořádán pevně ve vodním prostředí 18. Vzdálenost X vysílače 12a od přijímače 13aie závislá na měnící se poloze předmětu 11 ponořeného ve vodním prostředí 18. Přijímač 13a zahrnuje piezoelektrický měnič, který převádí ultrazvukové kmity na napěťové pulzy referenčního signálu REF13al7. Přijímač 13a je propojen elektrickým kabelem CA8 s napájecím blokem 17. Elektrickým kabelem CA8 jsou napěťové pulzy, tvořící referenční signál REF13al7, přenášeny do napájecího bloku 17. Napájecí blok 17 je dále propojen elektrickým kabelem CA4 s elektronickou vyhodnocovací jednotkou 15 uspořádanou v předmětu 11 ponořeném ve vodním prostředí 18.
Elektrickým kabelem CA4 jsou z napájecího bloku 17 dále do vyhodnocovací jednotky 15 přenášeny napěťové pulzy, tvořící referenční signál REF1715. Vyhodnocovací jednotka 15 obsahuje sekci, ve které je vyhodnocováno časové zpoždění referenčního signálu REF1715 oproti synchronizačnímu signálu SYNC.
Podle obr. 3, obdobně jako podle obr. 1, zahrnuje zařízení pro určování polohy předmětu 11 ponořeného ve vodním prostředí 18 elektronický generátor 16 pro vytváření napěťových pulzů, uspořádaný v napájecím bloku 17 umístěném mimo vodní prostředí 18. Elektronický generátor 16 je spojen elektrickým kabelem CA1 s vysílačem 12 ultrazvukových kmitů, který je umístěn pevně ve vodním prostředí 18. Elektrickým kabelem CA1 jsou z elektrického generátoru 16 přenášeny napěťové pulzy, tvořící referenční signál REF1612. do vysílače 12. Vysílač 12 zahrnuje piezoelektrický měnič, který převádí napěťové pulzy na ultrazvukové kmity, tvořící referenční signál REF1213. Vysílač 12 vysílá ultrazvukové kmity, tvořící referenční signál REF1213, do přijímače 13 a do přijímače 14, které jsou oba umístěny v nebo na ponořeném předmětu 11, v podélné ose w předmětu 11. Vzdálenost X vysílače 12 od podélné osy w, ve které jsou umístěny oba přijímače 13, 14, je závislá na měnící se poloze ponořeného předmětu 11. Přijímač 13 zahrnuje piezoelektrický měnič, který převádí ultrazvukové kmity na napěťové pulzy referenčního signálu REF1315. a přijímač 14 zahrnuje piezoelektrický měnič, který převádí ultrazvukové kmity na napěťové pulzy referenčního signálu REF1415. Přijímač 13 je propojen elektrickým kabelem CA3 a přijímač 14 je propojen elektrickým kabelem CA7 s elektronickou vyhodnocovací jednotkou 15. uspořádanou v ponořeném předmětu 11. Napěťové pulzy referenčního
-4CZ 309419 B6 signálu REF1315 a napěťové pulzy referenčního signálu REF1415 jsou přenášeny elektrickými kabely CA3. CA7 do elektronické vyhodnocovací jednotky 15. Elektronický generátor 16 je rovněž spojen elektrickým kabelem CA2 s elektronickou vyhodnocovací jednotkou 15. Elektrickým kabelem CA2 jsou z elektrického generátoru 16 přenášeny napěťové pulzy, tvořící synchronizační signál SYNC, do elektronické vyhodnocovací jednotky 15. Vyhodnocovací jednotka 15 zahrnuje sekci, ve které se vyhodnocuje časové zpoždění referenčních signálů REF1315 aREF1415 oproti synchronizačnímu signálu SYNC.
Podle obr. 4 je předmět 11 ponořený ve vodním prostředí 18 v bazénu 19 a umístěný na dně bazénu 19. Vysílač 12 ultrazvukových kmitů je uspořádán pevně ve vodním prostředí 18, příkladně na stěně bazénu pod vodní hladinou. Na ponořeném předmětu 11 jsou uspořádány dva přijímače 13. 14 ultrazvukových kmitů, uspořádané v podélné ose w ponořeného předmětu 11. Provedení zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou je shodné s provedením znázorněným na obr. 3. V ne znázorněné elektronické vyhodnocovací jednotce jsou navíc porovnávány vzájemně referenční signál REF1213 a referenční signál REF1214 a pohyb ponořeného předmětu 11 řízen tak, aby vzdálenost přijímačů 13. 14 od vysílače 12 zůstávala neměnná. Tím je zajištěno, že se ponořený předmět 11 pohybuje po dně bazénu 19 po kruhových obloucích o poloměru R od vysílače 12. Pohybem ponořeného předmětu 11 po kruhových obloucích se dosáhne spolehlivého vyčištění dna bazénu 19.
Zařízení znázorněné na obr. 4 osvětluje systém s jedním vysílačem 12 ultrazvukových kmitů, umístěným na známé souřadnici pod vodní hladinou, a dvěma přijímači 13. 14 ultrazvukových kmitů, umístěnými na předmětu, automatickém robotickém podvodním vysavači. Dva přijímače ultrazvukových pulzů 13, 14 jsou použité z důvodu možnosti využít jednoduchý algoritmus pro řízení předmětu 11. automatického robotického podvodního vysavače (dále jen ARPV). ARPV se umístí poblíž vysílače 12 ultrazvukových kmitů a začne se pohybovat tak, aby signály REF1213 a REF1214 dorazily do přijímačů 13, 14 ve shodný okamžik. Výsledkem je pohyb po části kružnice, jejíž poloměr je úměrný velikosti časového zpoždění referenčních signálů REF1315 a REF1415 oproti synchronizačnímu signálu SYNC. Jakmile ARPV narazí do stěny bazénu, provede obrat o 180°, nastaví si novou velikost časového zpoždění referenčních signálů REF1315 a REF1415 oproti synchronizačnímu signálu SYNC a bude se pohybovat opět po části kružnice, ale o odlišném poloměru. Tak postupně i při použití velmi jednoduchého algoritmu vyčistí velmi efektivně celé dno bazénu. Program lze kdykoli přerušit, ARPV vyjmout z vody, provést údržbu a pokud si zaznamenal poslední souřadnici, po navrácení do vody může pokračovat tam, kde skončil. Protože je tento systém schopen pracovat s absolutními souřadnicemi s vysokou přesností, je možné použít i mnohem pokročilejší algoritmy pro téměř jakýkoliv typ trajektorií k čištění bazénu na základě zmapování skutečných rozměrů bazénu (libovolná kombinace přímek, kružnic, elips atd. s překrýváním nebo bez překrývání, s vícenásobným čištěním exponovaných míst atd.).
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob určování polohy předmětu pod vodní hladinou, zejména určování polohy pohyblivého čistícího robotu, podle kterého elektronický generátor (16) vytváří napěťové pulsy, které se převádí na ultrazvukové kmity, alespoň jeden ponořený vysílač (12) vysílá ultrazvukové kmity, a alespoň jeden ponořený přijímač (13, 14) přijímá ultrazvukové kmity, které se vyhodnocují ve vyhodnocovací jednotce (15), vyznačující se tím, že napěťové pulsy elektronického generátoru (16) se přenáší-jednak elektrickým kabelem (CA1) do piezoelektrického měniče vysílače (12), který převádí napěťové pulsy na ultrazvukové kmity pro vysílání do přijímače (13), přičemž piezoelektrický měnič přijímače (13) převádí ultrazvukové kmity na napěťové pulsy, které se přenáší elektrickým kabelem (CA3) do elektronické vyhodnocovací jednotky (15) a tvoří referenční signál, a-jednak elektrickým kabelem (CA2) do elektronické vyhodnocovací jednotky (15) a tvoří synchronizační signál, přičemž ve vyhodnocovací jednotce (15) se vyhodnocuje časové zpoždění referenčního signálu oproti synchronizačnímu signálu.
- 2. Zařízení k provádění způsobu určování polohy předmětu pod vodní hladinou podle nároku 1, zahrnující elektronický generátor (16) napěťových pulsů, alespoň jeden vysílač (12) ultrazvukových kmitů a alespoň jeden přijímač (13, 14) ultrazvukových kmitů, které jsou umístěny pod vodní hladinou, a elektronickou vyhodnocovací jednotku (15), vyznačující se tím, že elektronický generátor (16) napěťových pulsů je elektricky spojen-jednak s vysílačem (12), zahrnujícím piezoelektrický měnič pro převod napěťových pulsů na ultrazvukové kmity, pro vysílání ultrazvukových kmitů do přijímače (13), zahrnujícího piezoelektrický měnič pro převod ultrazvukových kmitů na napěťové pulsy referenčního signálu a elektricky spojeného s elektronickou vyhodnocovací jednotkou (15), a-jednak s elektronickou vyhodnocovací jednotkou (15) prostřednictvím elektrického kabelu (CA2) pro přenos napěťových pulsů synchronizačního signálu do elektronické vyhodnocovací jednotky (15), s tím, že- přijímač (13, 14) a elektronická vyhodnocovací jednotka (15) jsou umístěny v nebo na předmětu (11), vysílač (12) je umístěn pod vodní hladinou pevně a elektronický generátor (16) je umístěn mimo vodní prostředí, nebo že-vysílač (12), elektronický generátor (16) a elektronická vyhodnocovací jednotka (15) jsou umístěny v nebo na předmětu (11) a příj ímač (13, 14) j e umístěn pevně pod vodní hladinou,-6 CZ 309419 B6 přičemž v obou případech elektronická vyhodnocovací jednotka (15) obsahuje sekci pro vyhodnocení časového zpoždění referenčního signálu oproti synchronizačnímu signálu.
- 3. Zařízení k provádění způsobu určování polohy předmětu pod vodní hladinou podle nároku 2, vyznačující se tím, že na předmětu (11) jsou uspořádány dva přijímače (13, 14) ultrazvukových5 kmitů, uspořádané v podélné ose předmětu (11).4 výkresySeznam vztahových značek:11 předmět (ponořený pod vodní hladinou)12 vysílač ultrazvukových kmitů12a vysílač ultrazvukových kmitů13 přijímač ultrazvukových kmitů13a přij ímač ultrazvukových kmitů14 přijímač ultrazvukových kmitů15 elektronická vyhodnocovací j ednotka16 elektronický generátor napěťových pulsů16a elektronický generátor napěťových pulsů17 napájecí blok18 vodní prostředí19 bazénX souřadniceR poloměr w podélná osa (ponořeného předmětu) t časCA1 elektrický kabel (16-12 mezi generátorem a vysílačem)CA2 elektrický kabel (16-15 mezi generátorem a vyhodnocovací j ednotkou)CA3 elektrický kabel (13 -15 mezi přij ímačem a vyhodnocovací j ednotkou)CA4 elektrický kabel (17-15 mezi napáj ecím blokem a vyhodnocovací j ednotkou)CA5 elektrický kabel (16a-12amezi generátorem a vysílačem)CA6 elektrický kabel (16a-15 mezi generátorem 16a a vyhodnocovací jednotkou 15)CA7 elektrický kabel (14-15 mezi přijímačem 14 a vyhodnocovací jednotkou 15)CA8 elektrický kabel (13a-17 mezi přijímačem 13a a napájecím blokem 17)REF1612 referenční signál (od 16 k 12)REF1315 referenční signál (od 13 k 15)REF1415 referenční signál (od 14 k 15)REF1317 referenční signál (od 13 k 17)REF1715 referenční signál (od 17 k 15)REF1213 ultrazvukové mechanické kmity (od 12 k 13)REF1214 ultrazvukové mechanické kmity (od 12 k 14)SYNC synchronizační signál
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-330A CZ309419B6 (cs) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Způsob a zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-330A CZ309419B6 (cs) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Způsob a zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2021330A3 CZ2021330A3 (cs) | 2022-12-21 |
| CZ309419B6 true CZ309419B6 (cs) | 2022-12-21 |
Family
ID=84488958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2021-330A CZ309419B6 (cs) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Způsob a zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309419B6 (cs) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56153268A (en) * | 1980-04-30 | 1981-11-27 | Diesel Kiki Co Ltd | Distance measuring device |
| US20090168603A1 (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| US20090201766A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | Furuno Electric Company Limited | Underwater detector |
| JP2012137412A (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Biva Holdings Co Ltd | 水中位置探知システム、水中位置探知システムに用いられる超音波発信手段および船側受信手段、ならびに水中位置探知方法 |
| CZ305610B6 (cs) * | 2014-09-08 | 2016-01-06 | BiologickĂ© centrum AV ÄŚR, v.v.i. | Zařízení pro vzdálené sledování vodních živočichů |
| EP3282072A1 (en) * | 2016-08-10 | 2018-02-14 | Aquatron Robotic Technology Ltd. | Concurrent operation of multiple robotic pool cleaners |
| US20190195980A1 (en) * | 2017-12-27 | 2019-06-27 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic measurement device and measurement method |
-
2021
- 2021-07-07 CZ CZ2021-330A patent/CZ309419B6/cs unknown
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56153268A (en) * | 1980-04-30 | 1981-11-27 | Diesel Kiki Co Ltd | Distance measuring device |
| US20090168603A1 (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| US20090201766A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | Furuno Electric Company Limited | Underwater detector |
| JP2012137412A (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Biva Holdings Co Ltd | 水中位置探知システム、水中位置探知システムに用いられる超音波発信手段および船側受信手段、ならびに水中位置探知方法 |
| CZ305610B6 (cs) * | 2014-09-08 | 2016-01-06 | BiologickĂ© centrum AV ÄŚR, v.v.i. | Zařízení pro vzdálené sledování vodních živočichů |
| EP3282072A1 (en) * | 2016-08-10 | 2018-02-14 | Aquatron Robotic Technology Ltd. | Concurrent operation of multiple robotic pool cleaners |
| US20190195980A1 (en) * | 2017-12-27 | 2019-06-27 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic measurement device and measurement method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| (Kyungmin Kwak, Daegil Park, Wan Kyun Chung, Jinhyun Kim: Underwater 3-D Spatial Attenuation Characteristics of Electromagnetic Waves With Omnidirectional Antenna; IEEE/ASME Transactions on Mechatronics Vol. 21, No. 3, pp. 1409-1419, 20 ref(s). ISSN: 1083-4435; https://doi.org/10.1109/TMECH.2015.2509466) 14.01.2016 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2021330A3 (cs) | 2022-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107110953B (zh) | 水下定位系统 | |
| EP2165214B1 (en) | A method and apparatus for determining the topography of a seafloor and a vessel comprising the apparatus | |
| US20140165898A1 (en) | Unmanned Underwater Vehicle and Method for Localizing and Examining An Object Arranged At The Bottom Of A Body Of Water and System Having the Unmanned Underwater Vehicle | |
| WO2008048346A2 (en) | System and method for determining the position of an underwater vehicle | |
| US20060259213A1 (en) | Tracking system and autonomous mobile unit | |
| US10502828B2 (en) | System for detecting subsurface objects and unmanned surface vessel | |
| JP2007210402A (ja) | 自律型無人潜水機およびその水中航行方法 | |
| KR20120108823A (ko) | 선 배열 소나 및 이의 표적방위 검출방법 | |
| WO2015125014A2 (en) | Method and autonomous underwater vehicle able to maintain a planned arrangement | |
| MX2011010164A (es) | Determinar una posicion de un receptor de reconocimiento en un cuerpo de agua. | |
| KR20080085509A (ko) | 2개 기준점에 대한 거리정보와 관성센서를 이용한무인잠수정 선단의 수중 항법시스템 | |
| US20170268714A1 (en) | Pig tracking by unmanned submarine | |
| KR101177839B1 (ko) | 수중로봇 위치 측정 시스템 및 그 방법 및 시스템 | |
| JP5148353B2 (ja) | 水中航走体および障害物探知装置 | |
| JP2019189112A (ja) | 自律型無人潜水機を用いた作業方法 | |
| CN108227744B (zh) | 一种水下机器人定位导航系统及定位导航方法 | |
| KR101180331B1 (ko) | 수중로봇의 위치 측정장치 | |
| US20040013471A1 (en) | Subsea pipeline touchdown monitoring | |
| RU2303275C2 (ru) | Система определения координат подводных объектов | |
| CZ309419B6 (cs) | Způsob a zařízení pro určování polohy předmětu pod vodní hladinou | |
| KR101408211B1 (ko) | 수중로봇의 위치 측정장치 | |
| JP7064604B2 (ja) | 潜水機システム及び作業方法 | |
| CN108427113A (zh) | 一种无人机的海冰厚度检测系统 | |
| JP7362343B2 (ja) | 水中作業システム | |
| CN112799151A (zh) | 用于深海探测的六维精准成像、识别和定位技术及方法 |