一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法，包括：航行流程、观测流程、监管休眠流程、唤醒流程。航行流程为AUV按照设定的速度、方向航行至观测点通过浮力调节装置运动至观测深度，开始观测流程。观测流程为自动驾驶单元打开探测传感器开始海洋要素剖面观测；完成观测任务后，判断是否到达下一次观测时间；选择继续执行下一次观测任务，还是进入监管休眠流程。监管休眠流程为AUV下潜至休眠水深，监管值班控制单元进入监管状态、根据是否出现唤醒原因判断是否进入唤醒流程；唤醒流程为监管值班控制单元根据不同原因执行唤醒步骤。本发明专利技术能明显减少AUV在复杂海洋环境下的观测任务的能耗，大大增加AUV的续航力，有助于实现AUV在特定海域长时间长航程的定点观测任务。

A dormancy monitoring method for autonomous underwater vehicle with buoyancy adjustment device

The invention relates to an autonomous underwater robot supervisory dormancy method with a buoyancy adjustment device, including the navigation process, the observation process, the regulatory dormancy flow process and the wake-up process. The voyage process is AUV according to the set speed and direction to the observation point through buoyancy adjustment device to the depth of observation, and start the observation process. The observation process opens the detection sensor to the ocean element profile observation for the automatic driving unit. After the observation task is completed, the next observation time is judged, and the next observation task will be continued, or the regulatory dormancy flow is entered. The regulatory dormancy flow is from AUV to dormant depth, supervision control unit enters the regulatory state, determines whether or not it enters the wake-up process according to the cause of awakening, and the wake-up process carries out the wake-up steps according to the different reasons. The invention can obviously reduce the energy consumption of the observation task of AUV in the complex ocean environment, greatly increase the endurance of AUV, and help to realize the fixed observation task of the long long course of the specific sea area by the AUV.

【技术实现步骤摘要】
一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法
本专利技术涉及水下机器人控制
,具体的说是一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法。
技术介绍
水下机器人在科学考察、军事应用等方面具有广泛的应用。当前AUV水下连续工作时间一般为小时或若干天的量级，较少存在几十天或若干月的量级。通常AUV处于连续的航行或作业状态，能量消耗大，难以长期工作。通过浮力调节精确调平AUV的浮力状态，使其接近于零浮力状态，从而使得AUV具备一定时间内的监管休眠的条件，在监管休眠状态下，AUV关闭了耗电较大的动力系统、观测系统、控制和导航系统等设备，仅保留测深测高等确保自身安全的少量传感器，从而实现AUV的长期低功耗工作，大大提高了AUV的续航力和水下连续工作时间，因此具有显著的应用价值和研究意义。水下机器人常用的低功耗控制方法和技术，主要包括坐底休眠、低功耗电子设备与控制方法、推进方式、低阻外形设计、作业模式等。其中坐底休眠技术需要判断水底地质情况，防止坐底后陷入泥底或水底凹凸不平导致AUV碰撞尖锐硬物等，同时要求高精度的低速垂向控制，对动力设备的配置和控制精度要求较高。推进方式和低阻外形设计涉及机械、水动力学等，需要大量的计算和优化，是长航程长航时低功耗工作的基本条件。作业模式设计根据AUV的作业需求和设备的特点，优化作业流程能较少不必要的功耗，但会存在提高续航力的能力上限。在水下流速较弱的深度范围，通过浮力调节装置精确地调整AUV浮力至接近于零浮力状态后，关闭耗电设备，由于存在的剩余浮力作用，AUV会以极低的垂向速度上浮下潜运动，在深高度合理范围内即可，从而实现AUV在水中的长时间低功耗休眠。研究实用工程化的水下机器人低能耗控制方法和技术，增加水下机器人的水下作业时间和续航力，是当前水下机器人控制技术中的一个重要热点问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法，可实现(自主水下机器人)AUV在设定观测深度进入监管休眠的低功耗状态，自动驾驶单元等高能耗设备关闭，监管值班控制单元监控AUV的状态，明显减少AUV的能耗，大大增加AUV的水下作业时间，特别适用于在不确定的复杂海洋环境中AUV执行长航程长时间的使命任务。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法，包括：步骤1：航行流程：AUV按照预先设定的航速、航向和定深航行至观测点；若需进行观测作业，则通过浮力调节装置上浮或下潜至设定的观测深度，准备开始观测流程；步骤2：观测流程：自动驾驶单元打开探测传感器开始海洋要素剖面观测；完成当前观测点的本次观测任务后，判断是否到达观测次数；若是则继续执行剩余任务，否则进入监管休眠流程；步骤3：监管休眠流程：通过浮力调节装置下潜至休眠水深，定深调平AUV的姿态；监管值班控制单元进入监管状态，关闭自动驾驶单元；监管值班控制单元监测是否触发唤醒原因，若是则进入唤醒流程，否则监管值班控制单元继续监管AUV休眠；步骤4：唤醒流程：监管值班控制单元根据不同唤醒原因执行唤醒步骤。所述航行流程的步骤包括：根据AUV下水前在自动驾驶单元中人为设定的观测任务，AUV按照路径段的定速、定向及定深设定值航行；若到达当前观测点后需进行观测作业，则通过浮力调节装置上浮或下潜至设定的观测深度，定深调平AUV的姿态，使其接近零浮力状态，准备开始当前观测点的观测任务；所述观测任务为一次观测或多次定点观测。所述观测流程的步骤包括：自动驾驶单元打开探测传感器开始当前观测点的观测任务；若本次观测任务完成后通过浮力调节装置上浮至水面，关闭探测传感器，打开频闪灯，然后处理探测数据；检查是否到达当前观测点的观测次数，若是，则浮力调节装置恢复到零点位置，关闭频闪灯，继续执行剩余使命；若否，浮力调节装置恢复到零点位置，关闭频闪灯，开始进入监管休眠流程，直至完成当前观测点的所有观测任务。所述浮力调节装置恢复到零点位置，即定深调平AUV的姿态，使其接近零浮力状态。所述探测传感器包括温盐深仪、多参数水质仪、声学多普勒流速剖面仪。所述监管休眠流程的步骤包括：通过浮力调节装置使AUV下潜至观测水深，定深调平AUV的姿态；若观测时间未到观测周期，则自动驾驶单元关闭动力系统、探测系统、导航与控制系统；监管值班控制单元进入监管状态、关闭自动驾驶单元、打开深度计和高度计，监管值班控制单元监测是否出现唤醒原因，若是则进入唤醒流程，否则监管值班控制单元继续监管AUV休眠。所述唤醒原因，包括深度值/高度值是否超限、深度计/高度计是否故障、AUV各舱段是否漏水故障、是否到达观测周期；所述监管值班控制单元用于给自动驾驶单元供电或断电以及计算监管时间。所述动力系统包括推进器、舵机、浮力调节装置；所述导航与控制系统包括电子罗盘、惯性测量单元、深度计以及高度计。所述唤醒流程的步骤包括：当AUV深/高度超过设定的安全阈值，则监管值班控制单元给自动驾驶单元供电将其唤醒，自动驾驶单元打开导航系统、浮力调节装置调整AUV至安全深度或高度，调平AUV姿态；检查是否到达观测周期，若是则进入观测流程；当发生漏水故障时，监管值班控制单元上报漏水故障给自动驾驶单元，然后进入观测流程；当深度计或高度计故障时，监管值班控制单元检查是否到达故障阈值，若是则上报故障给自动驾驶单元，然后进入观测流程；否则重启深度计或高度计，检查是否到达观测周期，若是进入观测流程，否则监管值班控制单元继续监管AUV休眠；当到达观测周期，需要执行观测任务，则进入观测流程。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术包括带有浮力调节装置的自主水下机器人的航行流程、观测流程、监管休眠流程以及唤醒流程，系统地提出了水下机器人监管休眠低功耗控制技术方案。2.本专利技术将唤醒流程中可能出现的唤醒原因及相应的处理流程给出了详细的解决方案，能使AUV自主智能地作出合理决策。3.本专利技术设计监管休眠低功耗控制策略具有简单实用、切实可行、伪代码级别的特点，利于工程实现和应用。附图说明图1为本专利技术的自主水下机器人航行流程图；图2为本专利技术的自主水下机器人观测及监管休眠流程图；图3为本专利技术的自主水下机器人唤醒流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术的带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法，包括以下步骤：第一步：航行流程的步骤描述如下：根据AUV下水前人为设定的使命任务要求，其中自动驾驶单元具有航行控制、数据采集和记录、行为序列生成及执行、故障检测与处理、给AUV上硬件设备供断电等功能，AUV按照路径段的定速、定向及定深设定值航行，若到达路径段的终点后需进行观测作业，则通过浮力调节装置上浮或下潜至设定的观测深度，定深调平AUV的姿态，使其接近零浮力状态，准备开始观测流程。具体流程如图1所示。第二步：观测流程的步骤描述如下：自动驾驶单元打开探测载荷(温盐深仪、多参数水质仪等)准备海洋要素剖面观测，通过浮力调节装置上浮至水面，关闭探测传感器，打开频闪灯，然后处理探测数据；检查是否到达当前观测点的观测次数，若是，则浮力调节装置恢复到零点位置，关闭频闪灯，继续执行剩余使命；若否，浮力调节装置恢复到零点位置，关闭频闪灯，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法，其特征在于，包括：步骤1：航行流程：AUV按照预先设定的航速、航向和定深航行至观测点；若需进行观测作业，则通过浮力调节装置上浮或下潜至设定的观测深度，准备开始观测流程；步骤2：观测流程：自动驾驶单元打开探测传感器开始海洋要素剖面观测；完成当前观测点的本次观测任务后，判断是否到达观测次数；若是则继续执行剩余任务，否则进入监管休眠流程；步骤3：监管休眠流程：通过浮力调节装置下潜至休眠水深，定深调平AUV的姿态；监管值班控制单元进入监管状态，关闭自动驾驶单元；监管值班控制单元监测是否触发唤醒原因，若是则进入唤醒流程，否则监管值班控制单元继续监管AUV休眠；步骤4：唤醒流程：监管值班控制单元根据不同唤醒原因执行唤醒步骤。

【技术特征摘要】
1.一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法，其特征在于，包括：步骤1：航行流程：AUV按照预先设定的航速、航向和定深航行至观测点；若需进行观测作业，则通过浮力调节装置上浮或下潜至设定的观测深度，准备开始观测流程；步骤2：观测流程：自动驾驶单元打开探测传感器开始海洋要素剖面观测；完成当前观测点的本次观测任务后，判断是否到达观测次数；若是则继续执行剩余任务，否则进入监管休眠流程；步骤3：监管休眠流程：通过浮力调节装置下潜至休眠水深，定深调平AUV的姿态；监管值班控制单元进入监管状态，关闭自动驾驶单元；监管值班控制单元监测是否触发唤醒原因，若是则进入唤醒流程，否则监管值班控制单元继续监管AUV休眠；步骤4：唤醒流程：监管值班控制单元根据不同唤醒原因执行唤醒步骤。2.根据权利要求1所述的一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法，其特征在于，所述航行流程的步骤包括：根据AUV下水前在自动驾驶单元中人为设定的观测任务，AUV按照路径段的定速、定向及定深设定值航行；若到达当前观测点后需进行观测作业，则通过浮力调节装置上浮或下潜至设定的观测深度，定深调平AUV的姿态，使其接近零浮力状态，准备开始当前观测点的观测任务；所述观测任务为一次观测或多次定点观测。3.根据权利要求1所述的一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法，其特征在于，所述观测流程的步骤包括：自动驾驶单元打开探测传感器开始当前观测点的观测任务；若本次观测任务完成后通过浮力调节装置上浮至水面，关闭探测传感器，打开频闪灯，然后处理探测数据；检查是否到达当前观测点的观测次数，若是，则浮力调节装置恢复到零点位置，关闭频闪灯，继续执行剩余使命；若否，浮力调节装置恢复到零点位置，关闭频闪灯，开始进入监管休眠流程，直至完成当前观测点的所有观测任务。4.根据权利要求3所述的一种带有浮力调节装置的自主水下机器人监管休眠方法，其特征在于，所述探测传感器包括温盐深仪、多参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜志斌，刘铁军，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21