一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水底探測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，主要的水底探測方法有兩種方式，一是使用ROV或者AUV搭載聲吶系統(tǒng)進(jìn)行掃描，二是將聲吶搭載到船上，人工沿軌跡開船掃描。這兩種方式都有其缺點(diǎn)，ROV或者AUV造價太高，維護(hù)成本高，需要專業(yè)人員操控。人工開船探測工作量大，如果探測水域面積大，水面環(huán)境復(fù)雜，操作人員的工作量會很大，同時開船還具有一定的危險性。
[0003]【實(shí)用新型內(nèi)容】本實(shí)用新型的目的是提供一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，其特征在于:包括有船體，船體上設(shè)置有電源系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)，由電源系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)成水面機(jī)器人，其中:
[0006]所述主控系統(tǒng)由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成；
[0007]所述導(dǎo)航系統(tǒng)由設(shè)置在船體上的電子羅盤、姿態(tài)傳感器和GPS定位系統(tǒng)構(gòu)成，導(dǎo)航系統(tǒng)中電子羅盤、姿態(tài)傳感器、GPS定位系統(tǒng)分別接入主控系統(tǒng)的單片機(jī)，完成自主導(dǎo)航與自動任務(wù)；
[0008]所述通訊系統(tǒng)由無線數(shù)傳圖傳電臺構(gòu)成，無線數(shù)傳圖傳電臺接入主控系統(tǒng)的單片機(jī)，無線數(shù)傳圖傳電臺將水面機(jī)器人的各種信息實(shí)時發(fā)送至地面基站；
[0009]所述的聲吶系統(tǒng)由單片機(jī)、調(diào)制升壓電路、水聲換能器、濾波器、信號放大器組成，是本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集核心。單片機(jī)發(fā)出信號，通過調(diào)制升壓電路將信號放大為24V/125KHZ的電信號，經(jīng)過水聲換能器將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號。聲音經(jīng)過水底或者水中物體的反射形成回波，水聲換能器接收回波信號，并且將回波轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過濾波、放大到單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)電信號可以計(jì)算出水底的情況。然后將水底的信號經(jīng)過一定的協(xié)議發(fā)送到主控系統(tǒng)。
[0010]所述電源系統(tǒng)供電至主控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)。
[0011]所述的一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，其特征在于:所述的推進(jìn)系統(tǒng)為雙電機(jī)推進(jìn)差速推進(jìn)方式。外置有防水草裝置，可以在水草密集的地方工作。
[0012]所述的一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，其特征在于:所述船體上前端還安裝有超聲波避障傳感器與攝像頭。
[0013]所述的一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，其特征在于:所述聲吶系統(tǒng)完成水底地形探測與魚群探測，聲吶控制系統(tǒng)與主控系統(tǒng)直接通訊，將采集到的水底信息包括水底硬度、深度，魚群大小、魚群深度、水溫等發(fā)送給主控系統(tǒng)。
[0014]本實(shí)用新型提供了一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，能夠自動進(jìn)行水底探測，實(shí)時返回探測數(shù)據(jù)。續(xù)航能力強(qiáng)，一次可探測水域面積廣，效率高，攜帶方便。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是可用范圍遠(yuǎn)、重量輕、操作簡單，簡化了工作流程與工人工作量。水底探測速度快，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，并且實(shí)時對水底地形、物體進(jìn)行顯示。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為聲吶系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參見圖1所示，一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，包括有船體2，船體2上設(shè)置有電源系統(tǒng)4、主控系統(tǒng)1、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)9、超聲波系統(tǒng)7、推進(jìn)系統(tǒng)10，由電源系統(tǒng)4、主控系統(tǒng)1、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)9、聲吶系統(tǒng)8、水聲換能器3、推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)成水面機(jī)器人，其中:
[0019]主控系統(tǒng)I由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成；
[0020]導(dǎo)航系統(tǒng)由設(shè)置在船體2上的電子羅盤、姿態(tài)傳感器和GPS定位系統(tǒng)5構(gòu)成，導(dǎo)航系統(tǒng)中電子羅盤、姿態(tài)傳感器、GPS定位系統(tǒng)5分別接入主控系統(tǒng)I的單片機(jī)，完成自主導(dǎo)航與自動任務(wù)；
[0021]通訊系統(tǒng)9由無線數(shù)傳圖傳電臺構(gòu)成，無線數(shù)傳圖傳電臺接入主控系統(tǒng)I的單片機(jī)，無線數(shù)傳圖傳電臺將水面機(jī)器人的各種信息實(shí)時發(fā)送至地面基站；
[0022]聲吶系統(tǒng)由安裝在船體2底部的水聲換能器3與聲波發(fā)送/接收系統(tǒng)8構(gòu)成，聲吶控制系統(tǒng)8接入主控系統(tǒng)I ;水聲換能器與聲吶控制系統(tǒng)直接相連，將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號，并且將接收到的回波信號轉(zhuǎn)換為電信號傳給聲吶控制系統(tǒng)。
[0023]電源系統(tǒng)4供電至主控系統(tǒng)1、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)9、聲吶主控系統(tǒng)8。
[0024]推進(jìn)系統(tǒng)為外置式雙直流電機(jī)11驅(qū)動的螺旋槳10推進(jìn)結(jié)構(gòu)與防水草裝置12。
[0025]船體2上前端還安裝有超聲波避障傳感器6與攝像頭7。
[0026]聲吶系統(tǒng)完成水底地形探測與魚群探測，聲吶控制系統(tǒng)與主控系統(tǒng)I直接通訊，將采集到的水底信息包括水底硬度、深度，魚群大小、魚群深度、水溫等發(fā)送給主控系統(tǒng)I。
[0027]本實(shí)用新型中，主控系統(tǒng)I包括單片機(jī)與外圍電路，導(dǎo)航系統(tǒng)包括電子羅盤、姿態(tài)傳感器和GPS定位系統(tǒng)5，其姿態(tài)傳感器集成在主控系統(tǒng)I上面。主控系統(tǒng)I與無線數(shù)傳圖傳電臺直接相連，通過無線數(shù)傳圖傳電臺將機(jī)器人采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到地面基站上顯示記錄下來。主控系統(tǒng)I根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)采集到的位置信息等數(shù)據(jù)控制聲波發(fā)送/接收系統(tǒng)8，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航與水底實(shí)時掃描。本實(shí)例中使用的兩套推進(jìn)系統(tǒng)包含外掛式雙直流電機(jī)11與螺旋槳10，兩套推進(jìn)器采用外置式安裝方式，方便拆卸與安裝，且外部安裝有防水草裝置12，可以在水草密集的地方正常工作。
[0028]本實(shí)例中，所述機(jī)器人上面安裝有超聲波傳感器6，通過超聲波傳感器6能夠發(fā)現(xiàn)前方與側(cè)面的障礙物，其與主控系統(tǒng)I直接相連，通過主控系統(tǒng)1，實(shí)現(xiàn)自主避障。所述機(jī)器人上面安裝有攝像頭7，其與無線數(shù)傳圖傳電臺直接相連。通過無線數(shù)傳圖傳電臺將采集到的視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到地面基站。操控人員可以實(shí)時觀察船前方180度范圍內(nèi)的水域情況。
[0029]本實(shí)用新型的特點(diǎn)如下:
[0030]1、裝有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員可以實(shí)時觀察水域環(huán)境。裝有超聲波避障系統(tǒng)，在自主導(dǎo)航過程中能夠?qū)崿F(xiàn)自主避障。
[0031]2、具有手工模式與自動模式與指導(dǎo)模式等采樣方式。手工模式下由手持遙控器控制機(jī)器人行駛到定點(diǎn)進(jìn)行掃描與探測。該操作過程中配合攝像頭使用可以在視距外采樣監(jiān)測。自動模式下由基站設(shè)置好采樣任務(wù)后，由GPS定位系統(tǒng)、電子羅盤、狀態(tài)傳感器等采集到船的當(dāng)前位置、方向等信息，主控系統(tǒng)根據(jù)這些信息控制機(jī)器人按規(guī)劃好的路線航行探測掃描。教練模式下可以人工手動輸入探測位置的經(jīng)瑋度，機(jī)器人自動導(dǎo)航到該任務(wù)點(diǎn)進(jìn)行探測掃描。
[0032]3、具有失效保護(hù)機(jī)制，當(dāng)基站信號、遙控器信號丟失或者機(jī)器人電量不足時，會觸發(fā)返航行為，即返回到出發(fā)點(diǎn)，以防止機(jī)器人丟失。
[0033]掃描監(jiān)測過程如下:
[0034]1、機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)或者按航線自動行駛時，聲吶主控系統(tǒng)中單片機(jī)13發(fā)射125KHz的電子脈沖信號。
[0035]2、電子脈沖經(jīng)過調(diào)制，升壓模塊14后，經(jīng)水聲換能器3轉(zhuǎn)換為聲波信號傳遞到水中。
[0036]3、聲波經(jīng)水底或水中物體反射到水聲換能器3中，水聲換能器3將聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號。
[0037]4、電信號經(jīng)過信號放大單元16放大與濾波器15濾波后，發(fā)送到聲吶控制系統(tǒng)8，聲吶控制系統(tǒng)8接收到經(jīng)過處理后的電信號，經(jīng)過計(jì)算得出水底和水中的信息，并將信息通過無線數(shù)傳模塊發(fā)回到地面站，地面站根據(jù)這些信息將水底與水中信息通過圖像的形式直觀實(shí)時的顯示出來。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，其特征在于:包括有船體，船體上設(shè)置有電源系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)，由電源系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)成水面機(jī)器人，其中: 所述主控系統(tǒng)由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成； 所述導(dǎo)航系統(tǒng)由設(shè)置在船體上的電子羅盤、姿態(tài)傳感器和GPS定位系統(tǒng)構(gòu)成，導(dǎo)航系統(tǒng)中電子羅盤、姿態(tài)傳感器、GPS定位系統(tǒng)分別接入主控系統(tǒng)的單片機(jī)，完成自主導(dǎo)航與自動任務(wù)； 所述通訊系統(tǒng)由無線數(shù)傳圖傳電臺構(gòu)成，無線數(shù)傳圖傳電臺接入主控系統(tǒng)的單片機(jī)，無線數(shù)傳圖傳電臺將水面機(jī)器人的各種信息實(shí)時發(fā)送至地面基站； 所述聲吶系統(tǒng)由安裝在船體底部的水聲換能器與聲吶主控制系統(tǒng)構(gòu)成，聲吶主控制系統(tǒng)與船的主控系統(tǒng)直接相連；聲吶控制系統(tǒng)由單片機(jī)、調(diào)制升壓電路、水聲換能器、濾波器、信號放大器組成，是本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集核心。 所述電源系統(tǒng)供電至主控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，其特征在于:所述推進(jìn)系統(tǒng)為外置式雙直流電機(jī)驅(qū)動的螺旋槳推進(jìn)結(jié)構(gòu)，且外部裝有防水草裝置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，其特征在于:所述船體上前端還安裝有超聲波避障傳感器與攝像頭。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，其特征在于:所述聲吶系統(tǒng)完成水底地形探測與魚群探測，聲吶控制系統(tǒng)與主控系統(tǒng)直接通訊，將采集到的水底信息包括水底硬度、深度，魚群大小、魚群深度、水溫發(fā)送給主控系統(tǒng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，包括有船體，船體上設(shè)置由電源系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)成的水面機(jī)器人。本實(shí)用新型提供了一種自主導(dǎo)航水底探測機(jī)器人，能夠自動進(jìn)行水底探測，實(shí)時返回探測數(shù)據(jù)。續(xù)航能力強(qiáng)，一次可探測水域面積廣，效率高，攜帶方便。
【IPC分類】G01S15/96, B63C11/48, G01S15/93
【公開號】CN204937441
【申請?zhí)枴緾N201520522668
【發(fā)明人】朱宏磊, 李治洋, 湯永報
【申請人】安徽科微智能科技有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年7月16日