一種水下機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及水下航行器領(lǐng)域，旨在提供一種水下機(jī)器人。該水下機(jī)器人包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)和用戶操作系統(tǒng)；控制與導(dǎo)航系統(tǒng)包括自動駕駛模塊、自主導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、姿態(tài)傳感器模塊、深度傳感器、通訊模塊、應(yīng)急模塊和通信電子線路；結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括載體框架、耐壓艙、耐壓前罩、推進(jìn)器和電池；用戶操作系統(tǒng)由用戶終端及輔助部件組成。本發(fā)明尺寸小，重量輕，操作簡便，無需吊車、船等其它設(shè)備輔助，沒有任何專業(yè)背景的個人即可操作。價格低廉，面向大眾消費群體。能夠完成水下攝像、水下照相、水下游戲等功能，具有很強(qiáng)的娛樂性、實用性和趣味性。具有智能，能夠自動完成水下攝像任務(wù)，無需人員幫助。
【專利說明】
一種水下機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及水下航行器領(lǐng)域，尤其涉及一種水下機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)器人技術(shù)是一種新興的智能制造技術(shù)，在國內(nèi)外受到廣泛應(yīng)用。大疆無人機(jī)和 云洲智能無人船的興起就說明了這一點。自主水下機(jī)器人是一種能夠在水面以下幾米甚至 上千米、上萬米深度進(jìn)行自主航行的機(jī)器人，具有自動航行、自主導(dǎo)航、自主執(zhí)行水下任務(wù) 的能力。與無人機(jī)、無人車和無人船相比，自主水下機(jī)器人所處的任務(wù)環(huán)境更加復(fù)雜，所使 用的傳感器和推進(jìn)系統(tǒng)也有不同。具體表現(xiàn)在：1)高頻無線電波在水下十幾米以下深度無 法使用，將會導(dǎo)致操作人員與水下機(jī)器人難以保持良好的通信聯(lián)系;而采用水聲通信機(jī)，不 僅成本高，且通信速率和容量都無法與無線電波相比；2)電子元部件等任何非水密電子部 件、機(jī)械部件、推進(jìn)部件均須做水密、耐壓保護(hù)，否則將發(fā)生滲水、漏水導(dǎo)致不能正常水下航 行。
[0003] 目前，水下機(jī)器人用戶基本上全部是國家、地方或者企業(yè)、高校，價格十分昂貴，體 積和重量都很大，裝載的傳感器為科學(xué)儀器，所以面向大眾用戶的水下機(jī)器人出現(xiàn)空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水下機(jī)器人。
[0005] 為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：
[0006] 提供一種水下機(jī)器人，包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)和用戶操作 系統(tǒng)；
[0007] 所述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括載體框架、耐壓艙、耐壓前罩、推進(jìn)器和電池;其中，耐壓艙和耐 壓前罩均固定于載體框架中；耐壓艙有兩個，分別為前端耐壓艙和后端耐壓艙，均由亞克力 管制成;耐壓前罩由玻璃鋼制成，耐壓前罩、前端耐壓艙和后端耐壓艙依次布置;所述控制 與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)于前端耐壓艙中，電池則安裝在后端耐壓艙中；推進(jìn)器共有4個，其中2個分別 安裝在載體框架中部位置的左右兩側(cè)，另2個推進(jìn)器分別安裝在載體框架尾部的左右兩側(cè)；
[0008] 所述控制與導(dǎo)航系統(tǒng)包括自動駕駛模塊、自主導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、姿態(tài)傳感 器模塊、深度傳感器、通訊模塊、應(yīng)急模塊、和通信電子線路;各模塊和電路的連接關(guān)系是： 自動駕駛模塊通過通信電子線路分別連接連接自主導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、姿態(tài)傳感器 模塊、深度傳感器、通訊模塊、應(yīng)急模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和供電；自動駕駛模塊設(shè)有電磁繼電 器，用于控制自主導(dǎo)航模塊、姿態(tài)傳感器模塊、深度傳感器、通訊模塊和應(yīng)急模塊的供電電 源通斷。
[0009] 所述任務(wù)載荷系統(tǒng)包括DSP(數(shù)字信號處理器）、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列）、攝像 機(jī)、照相機(jī)、燈、紅外傳感器、激光傳感器和磁力傳感器;其中，DSP和FPGA安裝在前端耐壓艙 中，攝像機(jī)、照相機(jī)、燈、紅外傳感器、激光傳感器和磁力傳感器安裝在耐壓前罩內(nèi)；DSP通過 水密連接器分別連接激光傳感器和磁力傳感器，F(xiàn)PGA通過水密連接器分別連接攝像機(jī)、照 相機(jī)、燈和紅外傳感器，F(xiàn)PGA和DSP分別與自動駕駛模塊相連；
[0010] 所述用戶操作系統(tǒng)由用戶終端及輔助部件組成；用戶終端是具有觸摸可視化屏幕 和無線通信接口的遙控設(shè)備，能通過無線通信方式與水下機(jī)器人實現(xiàn)信號傳遞;輔助部件 包括耳機(jī)和手寫筆。
[0011] 本發(fā)明中，所述電池采用NICJOY耐杰12V鋰電池;所述推進(jìn)器采用12V、30W有刷直 流電機(jī)和雙葉螺旋槳，直流電機(jī)具有水下動密封結(jié)構(gòu)；所述自動駕駛模塊采用 STM32F103ZET6單片機(jī)，并連接了 64M的SD存儲卡；所述通訊模塊采用GSM小吸盤無線電天 線;所述姿態(tài)傳感器模塊采用GY-801三軸磁場加速度陀螺儀大氣壓強(qiáng)模塊;所述深度傳感 器采用YF-CS300D低功耗壓力傳感器;所述磁力傳感器采用HMC5883三維磁力傳感器，且由 無磁性材料制成的密封艙封閉；所述DSP采用TMS320F28335型號的產(chǎn)品；所述FPGA采用 EP4CE10E22C8N型號的產(chǎn)品；所述攝像機(jī)采用炫光M800攝像頭，其左右兩端各安裝一個燈； 所述照相機(jī)采用Canon/佳能IXUS160;所述紅外傳感器采用GP2Y0A02YK0F夏普紅外測距傳 感器;所述激光傳感器采用M18漫反射激光傳感器;所述觸摸可視化屏幕采用諾基亞Lumia 630 635 638 RM-1010 978觸摸屏;所述無線通信接口采用EDIMAX EW-781 IUn迷你USB無線 網(wǎng)卡。
[0012] 本發(fā)明中，所述水下機(jī)器人的外形是下述形狀中的任意一種：魚雷形、立扁形、平 扁形、蝶形、雙體結(jié)構(gòu)或三體結(jié)構(gòu)。
[0013] 本發(fā)明中，所述水下機(jī)器人長度為30cm，重量為10kg。
[0014] 本發(fā)明中，所述自動駕駛模塊還包括與通訊模塊相連的接口，用于與水下互聯(lián)網(wǎng)、 云計算系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)或水下物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備與系統(tǒng)實現(xiàn)對接。
[0015] 本發(fā)明中，所述自動駕駛模塊中包括機(jī)動控制器;機(jī)動控制器的垂直面的縱傾力 矩控制輸出量通過下述公式計算獲得：
[0016] TM=Kp02(0-0d)+Kd92q+BGzff sin9
[0017] 上述公式中：τΜ是垂直面的縱傾力矩，是控制輸出量；Θ是水下機(jī)器人的當(dāng)前縱傾 角，9d是水下機(jī)器人當(dāng)前的目標(biāo)縱傾角，兩者均為水下機(jī)器人的狀態(tài)量，能通過水下機(jī)器人 的姿態(tài)傳感器測量和計算得到；（9_0 d)是水下機(jī)器人的縱傾角誤差，q是水下機(jī)器人的垂直 角速率，兩者為控制輸入量;Κρθ2是水下機(jī)器人的縱傾角誤差系數(shù)，Kde 2是水下機(jī)器人的垂直 角速率系數(shù)，BGzW sin0是水下機(jī)器人的重力/浮力垂直靜力矩，三者能通過試驗測定獲得， 是已知參數(shù)。
[0018] 本發(fā)明中，所述自動駕駛模塊中包括升降控制器;升降控制器力的控制輸出量通 過下述公式計算獲得： A/) *
[0019] F - Kp (D- Di-) K1 γ η- K;
[0020] 其中，F(xiàn)是垂直面的升降力，是控制輸出量;D是水下機(jī)器人的當(dāng)前深度，Dd是水下 機(jī)器人當(dāng)前的目標(biāo)深度，兩者是水下機(jī)器人的狀態(tài)量，能通過水下機(jī)器人的深度傳感器測 \n 量和計算得到；（D-Dd)是水下機(jī)器人的深度誤差，γ是水下機(jī)器人的升降速率，兩者是控 制輸入量;KP是水下機(jī)器人的深度誤差系數(shù)，Kd是水下機(jī)器人的垂直角速率系數(shù)，K1是水下 機(jī)器人的深度誤差積分系數(shù)J(D-0d)dt是深度誤差積分，均能通過試驗測定獲得，是已知 參數(shù)。
[0021 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點：
[0022] 1.本發(fā)明尺寸小，重量輕，操作簡便，無需吊車、船等其它設(shè)備輔助，沒有任何專業(yè) 背景的個人即可操作。
[0023] 2.本發(fā)明價格低廉，面相大眾消費群體，能夠讓每個工作者有能力消費。
[0024] 3.本發(fā)明能夠完成水下攝像、水下照相、水下游戲等功能，具有很強(qiáng)的娛樂性、實 用性和趣味性。
[0025] 4.本發(fā)明具有智能，能夠自動完成水下攝像任務(wù)，無需人員幫助。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的組成和功能不意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的用戶操控示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明的水下機(jī)器人工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 首先需要說明的是，本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)。在本發(fā)明的實現(xiàn)過程中，可能會涉及 到多個軟件功能模塊的應(yīng)用。
【申請人】認(rèn)為，如在仔細(xì)閱讀申請文件、準(zhǔn)確理解本發(fā)明的實現(xiàn) 原理和發(fā)明目的以后，在結(jié)合現(xiàn)有公知技術(shù)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以運用其掌 握的軟件編程技能實現(xiàn)本發(fā)明。凡本發(fā)明申請文件提及的均屬此范疇，
【申請人】不一一列舉。 另外，本發(fā)明的實現(xiàn)依賴于多種電子元器件的應(yīng)用，而這些電子元器件均為現(xiàn)有技術(shù)，且有 成熟產(chǎn)品可市場購置獲得，例如下面提到的自動駕駛模塊、自主導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、 姿態(tài)傳感器模塊、深度傳感器、通訊模塊、應(yīng)急模塊、電磁繼電器、DSP、FPGA、紅外傳感器、激 光傳感器和磁力傳感器等等。
[0030] 本發(fā)明在總體設(shè)計方面，根據(jù)水下機(jī)器人組成和功能結(jié)構(gòu)劃分將水下機(jī)器人分為 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)和用戶操作系統(tǒng)，其組成和原理如圖1所示。裝載 了任務(wù)載荷系統(tǒng)的耐壓艙能實現(xiàn)更換，可根據(jù)任務(wù)要求更換相應(yīng)的載荷系統(tǒng)。本發(fā)明的載 體形式采用開放式框架結(jié)構(gòu)和流線型外形。對于水下機(jī)器人外形而言，高立扁外形相比于 魚雷形、球形等外形，具有尺寸小、阻力性能好、航速較高、垂直運動能力強(qiáng)等優(yōu)點。水下機(jī) 器人長度為30cm，重量為10kg。載體框架可以選用玻璃鋼，這類材料與金屬和木材相比，具 有高的比強(qiáng)度、無磁性、不腐蝕、能防蛀、低成本等優(yōu)點，通過水動力分析、耐波性計算和水 池試驗進(jìn)行驗證。按照續(xù)航力、航速、任務(wù)等指標(biāo)要求，進(jìn)行動力需求分析，計算所需理論功 率，為動力設(shè)備選取提供依據(jù)。借鑒現(xiàn)有自主水下機(jī)器人動力技術(shù)，采用鋰電池和螺旋槳推 進(jìn)器作為主動力設(shè)備，具有效率高、環(huán)保、可正反轉(zhuǎn)運行、抗沖擊性好、易于自動控制等優(yōu) 點。在任務(wù)模塊接口方面，將從安裝、供電、通信接口、控制命令、驅(qū)動裝置等角度，為任務(wù)模 塊開發(fā)一套便捷轉(zhuǎn)換接口。
[0031] 本發(fā)明的具體描述如下：
[0032] 水下機(jī)器人包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)和用戶操作系統(tǒng)；
[0033] 所述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括載體框架、耐壓艙、耐壓前罩、推進(jìn)器和電池;其中，耐壓艙和耐 壓前罩均固定于載體框架中；耐壓艙有兩個，分別為前端耐壓艙和后端耐壓艙，均由亞克力 管制成;耐壓前罩由玻璃鋼制成，耐壓前罩、前端耐壓艙和后端耐壓艙依次布置;所述控制 與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)于前端耐壓艙中，電池則安裝在后端耐壓艙中；推進(jìn)器共有4個，其中2個分別 安裝在載體框架中部位置的左右兩側(cè)，另2個推進(jìn)器分別安裝在載體框架尾部的左右兩側(cè)；
[0034]所述控制與導(dǎo)航系統(tǒng)包括自動駕駛模塊、自主導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、姿態(tài)傳感 器模塊、深度傳感器、通訊模塊、應(yīng)急模塊（用于實現(xiàn)自救功能)和通信電子線路;各模塊和 電路的連接關(guān)系是：自動駕駛模塊通過通信電子線路分別連接自主導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動模 塊、姿態(tài)傳感器模塊、深度傳感器、通訊模塊、應(yīng)急模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和供電；自動駕駛模 塊設(shè)有電磁繼電器，用于控制自主導(dǎo)航模塊、姿態(tài)傳感器模塊、深度傳感器、通訊模塊和應(yīng) 急模塊的供電電源通斷。
[0035]所述任務(wù)載荷系統(tǒng)包括DSP(數(shù)字信號處理器）、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列）、攝像 機(jī)、照相機(jī)、燈、紅外傳感器、激光傳感器和磁力傳感器;其中，DSP和FPGA安裝在前端耐壓艙 中，攝像機(jī)、照相機(jī)、燈、紅外傳感器、激光傳感器和磁力傳感器安裝在耐壓前罩內(nèi)；DSP通過 水密連接器分別連接激光傳感器和磁力傳感器，F(xiàn)PGA通過水密連接器分別連接攝像機(jī)、照 相機(jī)、燈和紅外傳感器，F(xiàn)PGA和DSP分別與自動駕駛模塊相連；
[0036]所述用戶操作系統(tǒng)由用戶終端及輔助部件組成；用戶終端是具有觸摸可視化屏幕 和無線通信接口的遙控設(shè)備，能通過無線通信方式與水下機(jī)器人實現(xiàn)信號傳遞;輔助部件 包括耳機(jī)和手寫筆。
[0037] 各設(shè)備的選型：所述電池采用NICJOY耐杰12V鋰電池;所述推進(jìn)器采用12V、30W有 刷直流電機(jī)和雙葉螺旋槳，直流電機(jī)具有水下動密封結(jié)構(gòu)；所述自動駕駛模塊采用 STM32F103ZET6單片機(jī)，并連接了 64M的SD存儲卡；所述通訊模塊采用GSM小吸盤無線電天 線;所述姿態(tài)傳感器模塊采用GY-801三軸磁場加速度陀螺儀大氣壓強(qiáng)模塊;所述深度傳感 器采用YF-CS300D低功耗壓力傳感器;所述磁力傳感器采用HMC5883三維磁力傳感器，且由 無磁性材料制成的密封艙封閉；所述DSP采用TMS320F28335型號的產(chǎn)品；所述FPGA采用 EP4CE10E22C8N型號的產(chǎn)品；所述攝像機(jī)采用炫光M800攝像頭，其左右兩端各安裝一個燈； 所述照相機(jī)采用Canon/佳能IXUS160;所述紅外傳感器采用GP2Y0A02YK0F夏普紅外測距傳 感器;所述激光傳感器采用M18漫反射激光傳感器;所述觸摸可視化屏幕采用諾基亞Lumia 630 635 638 RM-1010 978觸摸屏;所述無線通信接口采用EDIMAX EW-781 IUn迷你USB無線 網(wǎng)卡。
[0038] 水下機(jī)器人的外形是下述形狀中的任意一種:魚雷形、立扁形、平扁形、蝶形、雙體 結(jié)構(gòu)或三體結(jié)構(gòu)。水下機(jī)器人長度為30cm，重量為10kg。
[0039] 自動駕駛模塊還包括與通訊模塊相連的接口，用于與水下互聯(lián)網(wǎng)、云計算系統(tǒng)、人 工智能系統(tǒng)或水下物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備與系統(tǒng)實現(xiàn)對接。
[0040] 自動駕駛模塊中包括機(jī)動控制器;機(jī)動控制器的垂直面的縱傾力矩控制輸出量通 過下述公式計算獲得：
[0041] TM=Kp02(0-0d)+Kd92q+BGzff sin9
[0042] 上述公式中：
[0043] τΜ是垂直面的縱傾力矩，是控制輸出量;Θ是水下機(jī)器人的當(dāng)前縱傾角，0(1是水下機(jī) 器人當(dāng)前的目標(biāo)縱傾角，兩者均為水下機(jī)器人的狀態(tài)量，能通過水下機(jī)器人的姿態(tài)傳感器 測量和計算得到；（9_0d)是水下機(jī)器人的縱傾角誤差，q是水下機(jī)器人的垂直角速率，兩者 為控制輸入量;Κρθ2是水下機(jī)器人的縱傾角誤差系數(shù)，Kde2是水下機(jī)器人的垂直角速率系數(shù)， BGzW sin0是水下機(jī)器人的重力/浮力垂直靜力矩，三者能通過試驗測定獲得，是已知參數(shù)。
[0044] 自動駕駛模塊中包括升降控制器;升降控制器力的控制輸出量通過下述公式計算 獲得：
[0045] F K1, (D - Oi-) + K- + K1 j (D - Θ. )dt
[0046] 其中，F(xiàn)是垂直面的升降力，是控制輸出量;D是水下機(jī)器人的當(dāng)前深度，Dd是水下 機(jī)器人當(dāng)前的目標(biāo)深度，兩者是水下機(jī)器人的狀態(tài)量，能通過水下機(jī)器人的深度傳感器測 ΛΑ 量和計算得到；（D-Dd)是水下機(jī)器人的深度誤差，=是水下機(jī)器人的升降速率，兩者是控 Δ? 制輸入量;ΚΡ是水下機(jī)器人的深度誤差系數(shù)，Kd是水下機(jī)器人的垂直角速率系數(shù)，K1是水下 機(jī)器人的深度誤差積分系數(shù)J(D-0d)dt是深度誤差積分，均能通過試驗測定獲得，是已知 參數(shù)。
[0047] 用戶操控原理如圖2所示，本發(fā)明的用戶操控模塊具有與水下機(jī)器人的無線通信 接口，實現(xiàn)載體控制單元與任務(wù)模塊的雙向數(shù)據(jù)傳輸和通信。用戶具有觸摸屏幕、按鈕和無 線通信接口，安裝有我們所自行開發(fā)的用戶操控軟件。用戶可將操控指令通過用戶終端通 信接口以網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙等無線方式發(fā)送給水下機(jī)器人自動駕駛模塊，來操控淺水航行的水下 機(jī)器人，從而實現(xiàn)用戶終端對水下機(jī)器人的各種交互和信息傳輸?shù)裙δ堋?br>[0048] 水下機(jī)器人工作如圖3所示，使用者持用戶終端1向本發(fā)明的水下機(jī)器人發(fā)送長波 指令，水下機(jī)器人由耐壓艙6內(nèi)的電池提供電能，利用耐壓艙7內(nèi)的自主導(dǎo)航模塊計算位置， 然后再利用耐壓艙7內(nèi)的自動駕駛模塊調(diào)節(jié)推進(jìn)器2、3、4、5的推力和力矩，實現(xiàn)自主航行； 耐壓艙6內(nèi)的電池為機(jī)器人提供電子部件動力、任務(wù)模塊動力和推進(jìn)器動力，支持機(jī)器人長 時間水下續(xù)航。耐壓前罩11內(nèi)的燈8和9、照相機(jī)、攝像機(jī)11、激光傳感器和紅外傳感器等任 務(wù)模塊進(jìn)行觀測或作業(yè)，例如照相機(jī)任務(wù)模塊可完成水下數(shù)百張高清晰拍照，攝像機(jī)任務(wù) 模塊可完成全方位高清晰水下攝影。
【主權(quán)項】
1. 一種水下機(jī)器人，包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)和用戶操作系統(tǒng)； 其特征在于， 所述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括載體框架、耐壓艙、耐壓前罩、推進(jìn)器和電池;其中，耐壓艙和耐壓前 罩均固定于載體框架中；耐壓艙有兩個，分別為前端耐壓艙和后端耐壓艙，均由亞克力管制 成;耐壓前罩由玻璃鋼制成，耐壓前罩、前端耐壓艙和后端耐壓艙依次布置;所述控制與導(dǎo) 航系統(tǒng)設(shè)于前端耐壓艙中，電池則安裝在后端耐壓艙中；推進(jìn)器共有4個，其中2個分別安裝 在載體框架中部位置的左右兩側(cè)，另2個推進(jìn)器分別安裝在載體框架尾部的左右兩側(cè)； 所述控制與導(dǎo)航系統(tǒng)包括自動駕駛模塊、自主導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、姿態(tài)傳感器模 塊、深度傳感器、通訊模塊、應(yīng)急模塊和通信電子線路;各模塊和電路的連接關(guān)系是：自動駕 駛模塊通過通信電子線路分別連接自主導(dǎo)航模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、姿態(tài)傳感器模塊、深度傳 感器、通訊模塊、應(yīng)急模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和供電；自動駕駛模塊設(shè)有電磁繼電器，用于控制 自主導(dǎo)航模塊、姿態(tài)傳感器模塊、深度傳感器、通訊模塊和應(yīng)急模塊的供電電源通斷； 所述任務(wù)載荷系統(tǒng)包括DSP、FPGA、攝像機(jī)、照相機(jī)、燈、紅外傳感器、激光傳感器和磁力 傳感器;其中，DSP和FPGA安裝在前端耐壓艙中，攝像機(jī)、照相機(jī)、燈、紅外傳感器、激光傳感 器和磁力傳感器安裝在耐壓前罩內(nèi)；DSP通過水密連接器分別連接激光傳感器和磁力傳感 器，F(xiàn)PGA通過水密連接器分別連接攝像機(jī)、照相機(jī)、燈和紅外傳感器，F(xiàn)PGA和DSP分別與自動 駕駛模塊相連； 所述用戶操作系統(tǒng)由用戶終端及輔助部件組成；用戶終端是具有觸摸可視化屏幕和無 線通信接口的遙控設(shè)備，能通過無線通信方式與水下機(jī)器人實現(xiàn)信號傳遞;輔助部件包括 耳機(jī)和手寫筆。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于，所述電池采用NICJOY耐杰12V裡電 池;所述推進(jìn)器采用12V、30W有刷直流電機(jī)和雙葉螺旋獎，直流電機(jī)具有水下動密封結(jié)構(gòu)； 所述自動駕駛模塊采用STM32F103ZET6單片機(jī)，并連接了 64M的SD存儲卡;所述通訊模塊采 用GSM小吸盤無線電天線;所述姿態(tài)傳感器模塊采用GY-801S軸磁場加速度巧螺儀大氣壓 強(qiáng)模塊;所述深度傳感器采用YF-CS300D低功耗壓力傳感器;所述磁力傳感器采用HM巧883 Ξ維磁力傳感器，且由無磁性材料制成的密封艙封閉；所述DSP采用TMS320F28335型號的產(chǎn) 品；所述FPGA采用EP4CE10E22C8N型號的產(chǎn)品；所述攝像機(jī)采用炫光M800攝像頭，其左右兩 端各安裝一個燈;所述照相機(jī)采用化non/佳能IXUS160;所述紅外傳感器采用GP2Y0A02YK0F 夏普紅外測距傳感器;所述激光傳感器采用M18漫反射激光傳感器;所述觸摸可視化屏幕采 用諾基亞Lumia 630 635 638 RM-1010 978觸摸屏；所述無線通信接口采用抓IMAX EW- 781 lUn迷你 USB無線網(wǎng)卡。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于，所述水下機(jī)器人的外形是下述形狀 中的任意一種:魚雷形、立扁形、平扁形、蝶形、雙體結(jié)構(gòu)或Ξ體結(jié)構(gòu)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于，所述水下機(jī)器人長度為30cm，重量 為10kg。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于，所述自動駕駛模塊還包括與通訊模 塊相連的接口，用于與水下互聯(lián)網(wǎng)、云計算系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)或水下物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備與系統(tǒng) 實現(xiàn)對接。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于，所述自動駕駛模塊中包括機(jī)動控制 器;機(jī)動控制器的垂直面的縱傾力矩控制輸出量通過下述公式計算獲得： ΤΜ=Κρθ2(目-目d)+Kde2q+BGzWsin0 上述公式中： TM是垂直面的縱傾力矩，是控制輸出量； Θ是水下機(jī)器人的當(dāng)前縱傾角，0d是水下機(jī)器人當(dāng)前的目標(biāo)縱傾角，兩者均為水下機(jī)器 人的狀態(tài)量，能通過水下機(jī)器人的姿態(tài)傳感器測量和計算得到； (9-9d)是水下機(jī)器人的縱傾角誤差，q是水下機(jī)器人的垂直角速率，兩者為控制輸入量； Κρθ2是水下機(jī)器人的縱傾角誤差系數(shù)，Kd92是水下機(jī)器人的垂直角速率系數(shù)，BGzWsine是 水下機(jī)器人的重力/浮力垂直靜力矩，Ξ者能通過試驗測定獲得，是已知參數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于，所述自動駕駛模塊中包括升降控制 器;升降控制器力的控制輸出量通過下述公式計算獲得：其中，F(xiàn)是垂直面的升降力，是控制輸出量； D是水下機(jī)器人的當(dāng)前深度，Dd是水下機(jī)器人當(dāng)前的目標(biāo)深度，兩者是水下機(jī)器人的狀 態(tài)量，能通過水下機(jī)器人的深度傳感器測量和計算得到； 化-Dd)是水下機(jī)器人的深度誤差，是水下機(jī)器人的升降速率，兩者是控制輸入量. Δ? Κρ是水下機(jī)器人的深度誤差系數(shù)，Kd是水下機(jī)器人的垂直角速率系數(shù)，Κι是水下機(jī)器人 的深度誤差積分系數(shù)J(D-0d)化是深度誤差積分，均能通過試驗測定獲得，是已知參數(shù)。
【文檔編號】G05D1/10GK105843248SQ201610147851
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】冀大雄
【申請人】冀大雄