自主水下航行器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及水下航行器領(lǐng)域，特別是涉及一種自主水下航行器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界人口膨脹和地球資源的緊張，同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件行業(yè)的發(fā)展，人們?cè)絹碓阶⒅睾Ｑ笙嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。海洋環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，不適合人工長期作業(yè)，但在海洋開發(fā)中經(jīng)常會(huì)遇到海洋環(huán)境檢測(cè)、海上設(shè)備結(jié)構(gòu)故障檢測(cè)、人員船只搜救、港口安全巡航等問題，因此，自主水下航行器的研制對(duì)于海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展格外重要。
[0003]目前，常用的水下航行器分為載人潛水器和無人潛水器兩種。無人潛水器又分為遠(yuǎn)程遙控潛水器(R0V，Remotely Operated Vehicle)和自主水下航行器(AUV，AutonomousUnderwater Vehicle)。遠(yuǎn)程遙控潛水器是一種通過線纜與水面母船相連實(shí)現(xiàn)潛水器的遠(yuǎn)程遙控的潛水器，而自主水下航行器則是一種在水下實(shí)現(xiàn)自主補(bǔ)給和自主決策的潛水器。
[0004]現(xiàn)有的自主水下航行器在水中難以精確且實(shí)時(shí)調(diào)整平衡，容易在不同方向上發(fā)生傾斜，從而難以平穩(wěn)運(yùn)行，影響工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要針對(duì)自主水下航行器無法靈活地保持平衡的問題，提供一種可靈活地保持平衡的自主水下航行器及其控制方法。
[0006]—種自主水下航行器，所述自主水下航行器包括平衡調(diào)節(jié)艙，所述平衡調(diào)節(jié)艙內(nèi)設(shè)有翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、俯仰平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及配重塊，所述配重塊可沿第一方向移動(dòng)并繞第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)于所述平衡調(diào)節(jié)艙內(nèi)，所述俯仰平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)所述配重塊在所述第一方向上移動(dòng)，以改變所述自主水下航行器在所述第一方向上的重心位置;所述翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)所述配重塊繞所述第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變所述翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在第三方向的重心位置，所述第三方向垂直于所述第一方向。
[0007]上述自主水下航行器，通過改變翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在不同方向上重心，以對(duì)自主水下航行器適時(shí)進(jìn)行自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)，從而增加該自主水下航行器的運(yùn)行穩(wěn)定性，避免自主水下航行器發(fā)生不同方向上的傾斜，影響自主水下航行器100的工作。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述俯仰平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括俯仰調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件與滑動(dòng)組件，所述配重塊設(shè)置于所述翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，所述翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括用于驅(qū)動(dòng)所述配重塊轉(zhuǎn)動(dòng)的翻滾調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件，所述滑動(dòng)組件連接于所述翻滾調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件，所述俯仰調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件驅(qū)動(dòng)所述滑動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)，以帶動(dòng)所述翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)移動(dòng)。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述俯仰平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括傳動(dòng)連接所述俯仰調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件與所述滑動(dòng)組件的第一傳動(dòng)組件，所述俯仰調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述第一傳動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)，以帶動(dòng)所述滑動(dòng)組件沿所述第一方向移動(dòng);所述翻滾調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括傳動(dòng)連接所述翻滾調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件與所述配重塊的第二傳動(dòng)組件，所述翻滾調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述第二傳動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)，以帶動(dòng)所述配重塊轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一傳動(dòng)組件包括絲桿及絲桿螺母，所述絲桿一端固接于所述俯仰調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件，另一端安裝所述絲桿螺母;所述滑動(dòng)組件包括移動(dòng)面板及與所述絲桿平行延伸、并穿過所述移動(dòng)面板的滑動(dòng)軸，所述移動(dòng)面板一側(cè)與所述翻滾平衡調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接，另一側(cè)與絲桿螺母固接，所述移動(dòng)螺母沿所述絲桿移動(dòng)并帶動(dòng)所述移動(dòng)面板沿所述滑動(dòng)軸移動(dòng);所述第一傳動(dòng)組件包括小齒輪軸、小齒輪、大齒輪及穿過所述大齒輪與所述配重塊的傳動(dòng)軸，所述小齒輪軸一端固接于所述翻滾調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件，另一端固接于所述小齒輪，所述大齒輪與所述小齒輪嚙合，并通過所述傳動(dòng)軸連接于所述配重塊。
[0011 ]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述自主水下航行器還包括:
[0012 ]視覺艙，所述視覺艙內(nèi)設(shè)有攝像頭；
[0013]垂直推進(jìn)艙，所述垂直推進(jìn)艙內(nèi)設(shè)有用于推動(dòng)所述自主水下航行器沿所述第三方向運(yùn)動(dòng)的垂直推進(jìn)器；
[0014]電控艙，所述電控艙內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng);及
[0015]水平推進(jìn)裝置，所述水平推進(jìn)裝置安裝于所述自主水下航行器的外壁上，且沿平行于所述第一方向的方向設(shè)置；
[0016]其中，所述平衡調(diào)節(jié)艙、視覺艙、垂直推進(jìn)艙及電控艙可拆卸連接。
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述視覺艙內(nèi)設(shè)有云臺(tái)固定板及安裝于所述云臺(tái)固定板的云臺(tái)機(jī)構(gòu)，所述云臺(tái)機(jī)構(gòu)包括云臺(tái)連接件及與所述云臺(tái)連接件傳動(dòng)連接，以驅(qū)動(dòng)所述云臺(tái)連接件運(yùn)動(dòng)的云臺(tái)電機(jī)，所述云臺(tái)連接件與所述攝像頭連接，以在所述云臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述攝像頭運(yùn)動(dòng)。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述水平推進(jìn)裝置包括沿周向間隔設(shè)置于所述自主水下航行器的外壁上的水平推進(jìn)器，所述水平推進(jìn)器的延伸方向與所述垂直推進(jìn)器的延伸方向垂直;所述垂直推進(jìn)艙開設(shè)有垂直于所述第一方向且貫通所述垂直推進(jìn)艙的貫通孔，所述垂直推進(jìn)器設(shè)于所述貫通孔內(nèi)。
[0019]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述自主水下航行器還包括多個(gè)連接結(jié)構(gòu)，多個(gè)所述連接結(jié)構(gòu)包括連接于所述視覺艙與平衡調(diào)節(jié)艙之間的第一艙體密封連接結(jié)構(gòu)、連接于所述平衡調(diào)節(jié)艙與所述垂直推進(jìn)艙之間的第二艙體密封連接結(jié)構(gòu)、連接于所述垂直推進(jìn)艙與所述電控艙之間的第三艙體密封連接結(jié)構(gòu)、及設(shè)于所述電控艙未連接所述垂直推進(jìn)艙一端的第四艙體密封結(jié)構(gòu);其中，所述第二艙體密封連接結(jié)構(gòu)、第三艙體密封連接機(jī)構(gòu)及第四艙體密封結(jié)構(gòu)均突設(shè)有電纜接頭。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電控艙內(nèi)設(shè)有固定結(jié)構(gòu)及安裝于所述固定結(jié)構(gòu)的鋰電池、九軸慣性傳感單元模塊、圖像處理控制板、主控制板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)模塊;所述鋰電池、九軸慣性傳感單元模塊、圖像處理控制板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及所述推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)模塊均通信連接于所述主控制板，所述圖像處理控制板通信連接于所述攝像頭與所述鋰電池，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通信連接于所述俯仰平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及所述翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)模塊通信連接于所述垂直推進(jìn)器與所述水平推進(jìn)裝置。
[0021]—種自主水下航行器的控制方法，所述自主水下航行器的控制方法包括以下步驟:
[0022]將自主水下航行器放入預(yù)設(shè)區(qū)域，控制系統(tǒng)控制翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及俯仰平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整所述自主水下航行器的平衡；
[0023]所述控制系統(tǒng)規(guī)劃路徑，并控制所述自主水下航行器沿規(guī)劃路徑航行；
[0024]判斷是否遇到障礙物；
[0025]當(dāng)所述自主水下航行器遇到障礙物時(shí)，所述控制系統(tǒng)重新規(guī)劃路線，并控制所述自主水下航行器重新沿規(guī)劃路徑航行，當(dāng)所述自主水下航行器未遇到障礙物時(shí)，所述控制系統(tǒng)控制所述自主水下航行器沿原規(guī)劃路徑航行；
[0026]所述控制系統(tǒng)獲得障礙物的圖像信息與位置信息，并根據(jù)所述圖像信息與所述位置信息進(jìn)行相應(yīng)判斷。
【附圖說明】
[0027]圖1為一實(shí)施方式的自主水下航行器的示意圖；
[0028]圖2為圖1所示的自主水下航行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為圖1所示的自主水下航行器的視覺艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為圖1所示的自主水下航行器的平衡調(diào)節(jié)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5為圖1所示的自主水下航行器的垂直推進(jìn)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6為圖1所示的自主水下航行器的電控艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖7為圖6所示的電控艙內(nèi)的控制系統(tǒng)的模塊圖；
[0034]圖8為圖1所示的自主水下航行器的水平推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖9為圖1所示的自主水下航行器的第一艙體密封連接結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0036]圖10為圖1所示的自主水下航行器的第二艙體密封連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖11為圖1所示的自主水下航行器的第一艙體密封連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖12為圖1所示的自主水下航行器的第四艙體密封連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖13為一實(shí)施方式的故障檢測(cè)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0041 ]需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。
[0042]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0043]如圖1及圖2所示，本較佳實(shí)施例的一種自主水下航行器100。該自主水下航行器100包括平衡調(diào)節(jié)艙30，平衡調(diào)節(jié)艙30內(nèi)設(shè)有翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)37、俯仰平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)35及配重塊376，配重塊376可沿第一方向移動(dòng)并繞第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)于所平衡調(diào)節(jié)艙30內(nèi)。
[0044]其中，俯仰平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)35可驅(qū)動(dòng)配重塊376在第一方向上移動(dòng)，以改變自主水下航行器100在第一方向上的重心位置。翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)37可驅(qū)動(dòng)配重塊376繞第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)35在第三方向的重心位置，第三方向垂直于第一方向。
[0045]上述自主水下航行器100，通過改變翻滾平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)37在不同方向上重心，以對(duì)自主水下航行器100適時(shí)進(jìn)行自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)，從而增加該自主水下航行器1