一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人及其控制方法
【專利摘要】一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人及其控制方法。水域偵察機(jī)器人包括船體和安裝在船體上的驅(qū)動(dòng)單元、主控單元、水域信息采集單元、能量供應(yīng)單元以及無(wú)線通信單元；所述船體采用圓柱形船體結(jié)構(gòu)；所述驅(qū)動(dòng)單元為貫穿船體的兩個(gè)導(dǎo)管螺旋槳，兩個(gè)導(dǎo)管螺旋槳對(duì)稱安裝在船體兩側(cè)；導(dǎo)管螺旋槳為內(nèi)設(shè)螺旋槳的導(dǎo)管且導(dǎo)管由輕質(zhì)堅(jiān)固材料制成，每個(gè)導(dǎo)管的端口安裝過(guò)濾防護(hù)網(wǎng)，螺旋槳位于導(dǎo)管內(nèi)部的中間位置；一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人的控制方法，所述水域偵察機(jī)器人依靠水流推動(dòng)前進(jìn)，當(dāng)進(jìn)入死水區(qū)時(shí)，啟動(dòng)導(dǎo)管螺旋槳的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在電子羅盤模塊和流域信息的指導(dǎo)下對(duì)船體進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整并脫離死水區(qū)。
【專利說(shuō)明】一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人及其控制方法，特別是涉及一種采用圓柱形船體結(jié)構(gòu)和導(dǎo)管螺旋槳并主要依靠水流推動(dòng)前進(jìn)的水上機(jī)器人及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]洪災(zāi)和水質(zhì)污染是最為嚴(yán)重的流域安全問(wèn)題，與百姓的生活息息相關(guān)。洪災(zāi)是由于江、河、湖、庫(kù)水位猛漲，堤壩漫溢或潰決，使洪水入境而造成的災(zāi)害，具有頻發(fā)性、普遍性、破壞性、區(qū)域性等特點(diǎn)。我國(guó)水網(wǎng)密布，而且每年春季和夏季洪水時(shí)有泛濫，除沙漠、極端干旱區(qū)和高寒區(qū)外，我國(guó)其余大約2/3的國(guó)土面積都存在不同程度和不同類型的洪水災(zāi)害，除了對(duì)農(nóng)業(yè)造成重大災(zāi)害外，還會(huì)造成工業(yè)甚至生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失，是威脅人類生存的十大自然災(zāi)害之一。除此之外，我國(guó)的水資源存在的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題是水污染。隨著工業(yè)進(jìn)程的推進(jìn)，水質(zhì)污染和富營(yíng)養(yǎng)化成為近年來(lái)常見(jiàn)的流域問(wèn)題，直接關(guān)系到人們的飲水安全。
[0003]通過(guò)洪災(zāi)和水域污染的主要特征可以看出其巨大的危害性，所以洪災(zāi)和水域污染時(shí)期的水域偵察和流域?yàn)?zāi)情評(píng)估工作就顯得尤為重要。目前，傳統(tǒng)的水域偵察方式主要?dú)w結(jié)為兩類:一類是飛機(jī)低空航拍，另一類是水上機(jī)器人偵察。
[0004]直升飛機(jī)或小型飛機(jī)低空航拍方法可以快速整體地對(duì)水域的情況作初步了解，為洪災(zāi)等突發(fā)事件的救援工作提供直觀的圖像信息。但是飛機(jī)航拍水域偵察方法受天氣條件的影響較大，而且高山峽谷等地形復(fù)雜地區(qū)氣候變化突然，如遇強(qiáng)烈氣流或風(fēng)雨和大霧等能見(jiàn)度較差天氣，極易造成事故給工作人員帶來(lái)危險(xiǎn)。如果需要對(duì)水域的水位和岸堤破壞等具體情況進(jìn)行全面詳盡地偵察分析，飛機(jī)航拍偵察方法的人力物力成本較高，而且操作難度較大，所以本發(fā)明采用水上機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行水域信息采集。
[0005]水上機(jī)器人采用依靠水流推動(dòng)前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)方式并配合太陽(yáng)能電池板供能可以解決功耗問(wèn)題，但洪災(zāi)時(shí)期流域情況復(fù)雜，水流湍急，現(xiàn)有的機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難以保證足夠的水流推動(dòng)力、穩(wěn)定性和堅(jiān)固性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了彌補(bǔ)現(xiàn)有水域偵察方式存在的成本和功耗較高、操作難度大等方面的問(wèn)題，以及普通船體穩(wěn)定性和堅(jiān)固性的不足，本發(fā)明提供一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人及其控制方法，且該水域偵察機(jī)器人主要依靠水流推動(dòng)前進(jìn)。
[0007]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人，包括船體和安裝在船體上的驅(qū)動(dòng)單元、主控單元、水域信息采集單元、能量供應(yīng)單元以及無(wú)線通信單元，主控單元分別連接水域信息采集單元、無(wú)線通信單元和能量供應(yīng)單元；其特征在于:所述船體采用圓柱形船體結(jié)構(gòu)，船體直徑為30(T500mm，圓柱形船體厚度為20(T250mm，吃水深度15(T200mm，船體底層由硬質(zhì)材料制成；船體外側(cè)為橡膠等彈性材料，船體內(nèi)部由輕質(zhì)致密泡沫填充；所述驅(qū)動(dòng)單元為貫穿船體的兩個(gè)導(dǎo)管螺旋槳，兩個(gè)導(dǎo)管螺旋槳對(duì)稱安裝在船體兩側(cè)，導(dǎo)管螺旋槳的中心至船體下底面的距離為5(T60mm ;導(dǎo)管螺旋槳為內(nèi)設(shè)螺旋槳的導(dǎo)管且導(dǎo)管由輕質(zhì)堅(jiān)固材料制成，外徑為8(Tl00mm，每個(gè)導(dǎo)管的端口安裝過(guò)濾防護(hù)網(wǎng)，螺旋槳位于導(dǎo)管內(nèi)部的中間位置；通過(guò)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的配合可以實(shí)現(xiàn)船體的三種控制模式:船體兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)力和噴水方向相同時(shí)，向后噴水實(shí)現(xiàn)船體直線前進(jìn)，向前噴水實(shí)現(xiàn)船體直線后退；兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)力相同而噴水方向相異時(shí)，左側(cè)導(dǎo)管螺旋槳向前噴水而右側(cè)導(dǎo)管螺旋槳向后噴水實(shí)現(xiàn)船體水平方向逆時(shí)針零半徑旋轉(zhuǎn)；左側(cè)導(dǎo)管螺旋槳向后噴水而右側(cè)導(dǎo)管螺旋槳向前噴水實(shí)現(xiàn)船體水平方向順時(shí)針零半徑旋轉(zhuǎn)；前進(jìn)或后退和水平方向零半徑旋轉(zhuǎn)這兩種運(yùn)動(dòng)模式的配合使用可以實(shí)現(xiàn)船體的曲線運(yùn)動(dòng)。
[0008]一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人的控制方法，其特征在于:所述水域偵察機(jī)器人依靠水流推動(dòng)前進(jìn)，當(dāng)水域偵察機(jī)器人進(jìn)入死水區(qū)時(shí)，啟動(dòng)導(dǎo)管螺旋槳的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在電子羅盤模塊和流域信息的指導(dǎo)下對(duì)船體進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整并脫離死水區(qū)；當(dāng)需要在指定水域持續(xù)信息采集時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆水流方向推動(dòng)機(jī)器人，從而使機(jī)器人速度減緩以增加在指定水域的信息采集時(shí)間；當(dāng)需要前往指定水域采集信息時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)順?biāo)鞣较蛲苿?dòng)機(jī)器人，從而使機(jī)器人加速抵達(dá)目標(biāo)水域。
[0009]本設(shè)計(jì)提供一種能夠偵察洪災(zāi)或污染水域情況的水域偵察機(jī)器人，通過(guò)將水位和水域畫(huà)面信息與位置信息融合后利用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳，可以全流域偵察洪災(zāi)情況并根據(jù)數(shù)據(jù)分析判斷偵察水域的受災(zāi)情況。
[0010]本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
(I)該水域偵察機(jī)器人可以對(duì)流經(jīng)水域的水位和畫(huà)面信息進(jìn)行全流域偵察，與現(xiàn)有的飛機(jī)航拍偵察手段相比，投入人力物力成本較少，受天氣狀況的影響較小；而且機(jī)器人設(shè)備成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易實(shí)現(xiàn)，降低了使用門檻；設(shè)備的投放和回收便捷，可以快速應(yīng)用到洪災(zāi)偵察或全流域的環(huán)境檢測(cè)中。
[0011](2)與現(xiàn)有水上機(jī)器人的豆莢形單體船和雙體船結(jié)構(gòu)相比，該機(jī)器人采用的圓柱形船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使船體在水中獲得的推動(dòng)力更大，橡膠等材質(zhì)的使用使得船體整體防撞性能較強(qiáng)，適合依靠水流推動(dòng)前進(jìn)的動(dòng)力特點(diǎn)，也可以應(yīng)對(duì)洪災(zāi)等水域惡劣的工作環(huán)境；蓄電池和電路板安裝位置較低，降低船體重心，導(dǎo)管螺旋槳提供的推動(dòng)力方向與船體重心在同一水平面，可以減輕螺旋槳啟動(dòng)時(shí)船體的搖晃，從而提高了船體重心穩(wěn)定性。
[0012]該機(jī)器人圓柱形船體兩側(cè)對(duì)稱位置安裝貫穿船體的導(dǎo)管螺旋槳，提高推進(jìn)效率的同時(shí)也能夠保護(hù)設(shè)在導(dǎo)管內(nèi)部的螺旋槳；導(dǎo)管螺旋槳豎直方向貼近圓柱形船體的下底面，與水面保持合適的距離可以防止水面漂浮雜物堵塞導(dǎo)管，可以適應(yīng)復(fù)雜的水域環(huán)境。
[0013](3)水域偵察機(jī)器人主要依靠水流推動(dòng)前進(jìn)，在進(jìn)入死水區(qū)或者需要前往指定水域持續(xù)信息采集時(shí)才啟動(dòng)電機(jī)，使機(jī)器人按指定方式運(yùn)動(dòng)，而且相對(duì)常見(jiàn)的水上測(cè)量裝置而言，機(jī)器人船身尺寸較小，功耗較低；供能單元利用太陽(yáng)能板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)在蓄電池中，為各模塊的工作供電，可以實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)期和大范圍的流域信息偵察工作。
[0014]船體兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)力和推動(dòng)方向相同時(shí)可以沿導(dǎo)管方向直線前進(jìn)或后退，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的推動(dòng)力相同而推動(dòng)方向相異時(shí)可以對(duì)船體快速進(jìn)行零半徑旋轉(zhuǎn)；兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)力相異而推動(dòng)方向相同時(shí)，實(shí)現(xiàn)船體行進(jìn)間的運(yùn)動(dòng)方向修正，因此可以通過(guò)對(duì)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制靈活地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人航線的修正或擺脫死水區(qū)域。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是水域偵察機(jī)器人船體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是水域偵察機(jī)器人船體結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0017]圖3是水域偵察機(jī)器人船體結(jié)構(gòu)主視圖。
[0018]圖4是水域偵察機(jī)器人船體結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0019]圖5是水域偵察機(jī)器人的系統(tǒng)模塊圖。
[0020]圖6是機(jī)器人的信息邏輯結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖7是水域偵察機(jī)器人的工作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0023]實(shí)施例1
一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人，包括船體和安裝在船體上的驅(qū)動(dòng)單元、主控單元、水域信息采集單元、能量供應(yīng)單元以及無(wú)線通信單元，主控單元分別連接水域信息采集單元、無(wú)線通信單元和能量供應(yīng)單元；所述船體采用圓柱形船體結(jié)構(gòu)，船體直徑為30(T500mm，圓柱形船體厚度為20(T250mm，吃水深度15(T200mm，船體底層由硬質(zhì)材料制成；船體外側(cè)為橡膠等彈性材料，船體內(nèi)部由輕質(zhì)致密泡沫填充；所述驅(qū)動(dòng)單元為貫穿船體的兩個(gè)導(dǎo)管螺旋槳，兩個(gè)導(dǎo)管螺旋槳對(duì)稱安裝在船體兩側(cè)，導(dǎo)管螺旋槳的中心至船體下底面的距離為5(T60mm;導(dǎo)管螺旋槳為內(nèi)設(shè)螺旋槳的導(dǎo)管且導(dǎo)管由輕質(zhì)堅(jiān)固材料制成，夕卜徑為8(Tl00mm，每個(gè)導(dǎo)管的端口安裝過(guò)濾防護(hù)網(wǎng)，螺旋槳位于導(dǎo)管內(nèi)部的中間位置；通過(guò)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的配合可以實(shí)現(xiàn)船體的三種控制模式:船體兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)力和噴水方向相同時(shí)，向后噴水實(shí)現(xiàn)船體直線前進(jìn)，向前噴水實(shí)現(xiàn)船體直線后退；兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)力相同而噴水方向相異時(shí)，左側(cè)導(dǎo)管螺旋槳向前噴水而右側(cè)導(dǎo)管螺旋槳向后噴水實(shí)現(xiàn)船體水平方向逆時(shí)針零半徑旋轉(zhuǎn)；左側(cè)導(dǎo)管螺旋槳向后噴水而右側(cè)導(dǎo)管螺旋槳向前噴水實(shí)現(xiàn)船體水平方向順時(shí)針零半徑旋轉(zhuǎn)；前進(jìn)或后退和水平方向零半徑旋轉(zhuǎn)這兩種運(yùn)動(dòng)模式的配合使用可以實(shí)現(xiàn)船體的曲線運(yùn)動(dòng)。
[0024]在船體上方安裝長(zhǎng)方體的電路外殼，電路外殼下半部分內(nèi)嵌于船體，電路外殼的頂部安裝太陽(yáng)能板，所述能量供應(yīng)單元由蓄電池和為蓄電池充電的太陽(yáng)能板構(gòu)成，且蓄電池安裝在電路外殼下方的船體內(nèi)；所述水域信息采集單元包括廣角攝像頭和水聲換能器，所述廣角攝像頭設(shè)在電路外殼側(cè)面，所述水聲換能器設(shè)在船體底部中心并用于檢測(cè)洪水深度，在電路外殼內(nèi)密封有多層電路板。
[0025]實(shí)施例2
一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人的控制方法，所述水域偵察機(jī)器人依靠水流推動(dòng)前進(jìn)，當(dāng)水域偵察機(jī)器人進(jìn)入死水區(qū)時(shí)，啟動(dòng)導(dǎo)管螺旋槳的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在電子羅盤模塊和流域信息的指導(dǎo)下對(duì)船體進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整并脫離死水區(qū)；當(dāng)需要在指定水域持續(xù)信息采集時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆水流方向推動(dòng)機(jī)器人，從而使機(jī)器人速度減緩以增加在指定水域的信息采集時(shí)間；當(dāng)需要前往指定水域采集信息時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)順?biāo)鞣较蛲苿?dòng)機(jī)器人，從而使機(jī)器人加速抵達(dá)目標(biāo)水域。
[0026]所述的水域偵察機(jī)器人根據(jù)由電子羅盤模塊和流域信息獲得的船體運(yùn)動(dòng)方向和采集目標(biāo)方向之間的夾角，通過(guò)控制船體兩側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向?qū)Υw水平方向進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，從而使目標(biāo)方向與運(yùn)動(dòng)方向基本吻合。
[0027]圖1所示為水域偵察機(jī)器人船體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是水域偵察機(jī)器人船體結(jié)構(gòu)剖面圖，圖3是水域偵察機(jī)器人船體結(jié)構(gòu)主視圖，圖4是水域偵察機(jī)器人船體結(jié)構(gòu)俯視圖。水域偵察機(jī)器人包括船體和安裝在船體上的驅(qū)動(dòng)單元、主控單元、水域信息采集單元、能量供應(yīng)單元以及無(wú)線通信單元，主控單元分別連接水域信息采集單元、無(wú)線通信單元和能量供應(yīng)單元。該機(jī)器人采用圓柱形船體結(jié)構(gòu)，該機(jī)器人采用圓柱形船體結(jié)構(gòu)，船體I直徑為500mm,圓柱形船體厚度為200mm,吃水深度160mm,船體I底層由硬質(zhì)材料制成；船體I外側(cè)為橡膠等彈性材料，船體I內(nèi)部由致密泡沫填充；所述驅(qū)動(dòng)單元為貫穿船體I的導(dǎo)管螺旋槳2，兩個(gè)導(dǎo)管螺旋槳2對(duì)稱安裝在船體兩側(cè)，導(dǎo)管螺旋槳的中心至船體下底面的距離為50mm;導(dǎo)管螺旋槳2的導(dǎo)管由輕質(zhì)堅(jiān)固材料制成，外徑為80mm，每個(gè)導(dǎo)管的端口安裝過(guò)濾防護(hù)網(wǎng)3，螺旋槳位于導(dǎo)管內(nèi)部的中間位置，導(dǎo)管螺旋槳2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)可以為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力；通過(guò)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的配合可以實(shí)現(xiàn)船體I的三種控制模式:船體I兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)力和推動(dòng)方向相同時(shí)，實(shí)現(xiàn)船體I沿導(dǎo)管方向直線前進(jìn)或后退；兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)力相同而推動(dòng)方向相異時(shí)，實(shí)現(xiàn)船體I水平方向順時(shí)針或逆時(shí)針的零半徑旋轉(zhuǎn)；前進(jìn)或后退和水平方向零半徑旋轉(zhuǎn)這兩種運(yùn)動(dòng)模式的配合可以實(shí)現(xiàn)船體I的曲線運(yùn)動(dòng)。
[0028]該機(jī)器人圓柱形船體I上方安裝長(zhǎng)方體的電路外殼4，電路外殼4下半部分內(nèi)嵌于船體1，電路外殼4下方的船體內(nèi)安裝蓄電池5，外殼4接口部分均有密封槽，內(nèi)部密封有多層電路板6 ;電路外殼4的側(cè)面安裝有廣角攝像頭7，可以進(jìn)行水域畫(huà)面的拍攝；電路外殼4的頂部安裝太陽(yáng)能板9，圓柱形船體I底部中心安裝水聲換能器8用于檢測(cè)洪水深度，太陽(yáng)能板9安裝在電路外殼4上表面。
[0029]如圖5所示為水域偵察機(jī)器人的系統(tǒng)模塊圖，由圖可知水域偵察機(jī)器人設(shè)有控制處理器以及受控于控制處理器的水位信息采集模塊、圖像采集模塊、GPS導(dǎo)航模塊、羅盤定位模塊、電源管理模塊、用于數(shù)據(jù)回傳的無(wú)線通信模塊和用于機(jī)器人在死水區(qū)前進(jìn)的推進(jìn)電機(jī)模塊。其中控制處理器為帶有A/D采集功能的低功耗處理器；水位信息采集模塊設(shè)有水位傳感器，可以獲取水域深度數(shù)據(jù)；圖像采集模塊利用廣角攝像模塊對(duì)水域的實(shí)際情況進(jìn)行拍攝獲取畫(huà)面信息；GPS模塊和羅盤定位模塊為水位和畫(huà)面信息提供位置信息，使得所獲信息具有實(shí)際參考價(jià)值；電源管理模塊設(shè)有太陽(yáng)能板和蓄電池，蓄電池采用鎳氫充電電池，在充電管理芯片CN3772的控制下將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)于蓄電池為系統(tǒng)供電；無(wú)線通信模塊主要用于機(jī)器人采集的水域數(shù)據(jù)的回傳和機(jī)器人擺脫死水區(qū)的遠(yuǎn)程控制；導(dǎo)管螺旋槳的推進(jìn)電機(jī)在機(jī)器人進(jìn)入死水區(qū)或偏離航線時(shí)啟用，使機(jī)器人擺脫死水區(qū)進(jìn)入正常行進(jìn)路線。
[0030]如圖6所示為水域偵察機(jī)器人的信息邏輯結(jié)構(gòu)圖，機(jī)器人偵察的水域水位和畫(huà)面信息與GPS模塊提供的位置信息融合和回傳到總控基站，如果通信信號(hào)無(wú)法進(jìn)行正常數(shù)據(jù)傳送，則暫時(shí)存儲(chǔ)在SD存儲(chǔ)卡中并擇機(jī)回傳；根據(jù)位置信息的變化情況和畫(huà)面信息可以判斷機(jī)器人是否正常行進(jìn)，如果進(jìn)入死水區(qū)域，在電子羅盤模塊的信息指導(dǎo)下可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，啟動(dòng)導(dǎo)管螺旋槳的推進(jìn)電機(jī)使機(jī)器人擺脫死水區(qū)域。
[0031]如圖7所示為水域偵察機(jī)器人的工作流程圖，機(jī)器人在水流的推動(dòng)下前進(jìn)，間隔固定時(shí)間將進(jìn)行一次偵察，獲得該時(shí)刻所在水域的水位和畫(huà)面信息，并與機(jī)器人的位置信息融合和通過(guò)GPRS回傳到基站，用于水域情況的分析。
[0032]實(shí)際操作過(guò)程中機(jī)器人的具體工作步驟如下:
(1)開(kāi)始，初始化MCU，太陽(yáng)能供電系統(tǒng)啟動(dòng)；
(2)水域偵察機(jī)器人通過(guò)傳感器完成對(duì)水位收集、受災(zāi)圖片的采集；通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)來(lái)實(shí)現(xiàn)軌跡監(jiān)控；并通過(guò)GPRS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過(guò)融合的水位探測(cè)信息及采集圖片的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送；
(3)根據(jù)位置信息判斷機(jī)器人行進(jìn)狀態(tài)，如果進(jìn)入死水區(qū)，水域偵察機(jī)器人的電機(jī)啟動(dòng)，利用船載太陽(yáng)能電源為船體姿態(tài)調(diào)整、脫離死水區(qū)供電。
【權(quán)利要求】
1.一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人，包括船體(I)和安裝在船體上的驅(qū)動(dòng)單元、主控單元、水域信息采集單元、能量供應(yīng)單元以及無(wú)線通信單元，主控單元分別連接水域信息采集單元、無(wú)線通信單元和能量供應(yīng)單元；其特征在于:所述船體(I)采用圓柱形船體結(jié)構(gòu)，船體(I)直徑為30(T500mm，圓柱形船體厚度為200?250臟，吃水深度150?200臟，船體(I)底層由硬質(zhì)材料制成；船體(I)外側(cè)為橡膠等彈性材料，船體(I)內(nèi)部由輕質(zhì)致密泡沫填充；所述驅(qū)動(dòng)單元為貫穿船體(I)的兩個(gè)導(dǎo)管螺旋槳(2)，兩個(gè)導(dǎo)管螺旋槳(2)對(duì)稱安裝在船體兩側(cè)，導(dǎo)管螺旋槳(2)的中心至船體下底面的距離為5(T60mm;導(dǎo)管螺旋槳(2)為內(nèi)設(shè)螺旋槳的導(dǎo)管且導(dǎo)管由輕質(zhì)堅(jiān)固材料制成，外徑為8(Tl00mm，每個(gè)導(dǎo)管的端口安裝過(guò)濾防護(hù)網(wǎng)(3)，螺旋槳位于導(dǎo)管內(nèi)部的中間位置；通過(guò)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的配合可以實(shí)現(xiàn)船體(I)的三種控制模式:船體(I)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)力和噴水方向相同時(shí)，向后噴水實(shí)現(xiàn)船體(I)直線前進(jìn)，向前噴水實(shí)現(xiàn)船體直線后退；兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)力相同而噴水方向相異時(shí)，左側(cè)導(dǎo)管螺旋槳(2)向前噴水而右側(cè)導(dǎo)管螺旋槳(2)向后噴水實(shí)現(xiàn)船體(I)水平方向逆時(shí)針零半徑旋轉(zhuǎn)；左側(cè)導(dǎo)管螺旋槳(2)向后噴水而右側(cè)導(dǎo)管螺旋槳(2)向前噴水實(shí)現(xiàn)船體(I)水平方向順時(shí)針零半徑旋轉(zhuǎn)；前進(jìn)或后退和水平方向零半徑旋轉(zhuǎn)這兩種運(yùn)動(dòng)模式的配合使用可以實(shí)現(xiàn)船體(I)的曲線運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人，其特征在于:在船體(I)上方安裝長(zhǎng)方體的電路外殼(4)，電路外殼(4)下半部分內(nèi)嵌于船體(I)，電路外殼(4)的頂部安裝太陽(yáng)能板(9)，所述能量供應(yīng)單元由蓄電池(5)和為蓄電池(5)充電的太陽(yáng)能板(9)構(gòu)成，且蓄電池(5)安裝在電路外殼(4)下方的船體內(nèi)；所述水域信息采集單元包括廣角攝像頭(7)和水聲換能器(8)，所述廣角攝像頭(7)設(shè)在電路外殼(4)側(cè)面，所述水聲換能器(8)設(shè)在船體(I)底部中心并用于檢測(cè)洪水深度，在電路外殼(4)內(nèi)密封有多層電路板(6)。
3.一種用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人的控制方法，其特征在于:所述水域偵察機(jī)器人依靠水流推動(dòng)前進(jìn)，當(dāng)水域偵察機(jī)器人進(jìn)入死水區(qū)時(shí)，啟動(dòng)導(dǎo)管螺旋槳(2)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在電子羅盤模塊和流域信息的指導(dǎo)下對(duì)船體(I)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整并脫離死水區(qū)；當(dāng)需要在指定水域持續(xù)信息采集時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆水流方向推動(dòng)機(jī)器人，從而使機(jī)器人速度減緩以增加在指定水域的信息采集時(shí)間；當(dāng)需要前往指定水域采集信息時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)順?biāo)鞣较蛲苿?dòng)機(jī)器人，從而使機(jī)器人加速抵達(dá)目標(biāo)水域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水域信息采集的水域偵察機(jī)器人的控制方法，其特征在于:所述的水域偵察機(jī)器人根據(jù)由電子羅盤模塊和流域信息獲得的船體(I)運(yùn)動(dòng)方向和采集目標(biāo)方向之間的夾角，通過(guò)控制船體兩側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向?qū)Υw(I)水平方向進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，從而使目標(biāo)方向與運(yùn)動(dòng)方向基本吻合。
【文檔編號(hào)】B63B35/00GK104260836SQ201410536374
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】吳劍鋒, 李建清, 張瑞, 顧樂(lè), 王曉彬, 呂正, 劉保帥, 方維維, 齊濟(jì) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)