用于水下地形测量的无人艇制造技术

本发明专利技术公开了一种用于水下地形测量的无人艇。根据本发明专利技术的实施方式的无人艇包括艇体；测量单元，测量单元用于测量存在于艇体所在水面的周围地形；观察单元，观察单元用于使用声波的反射波来测量水下地形；推进单元，推进单元包括行进方向推进装置和侧向方向推进装置，其中，行进方向推进装置使艇体沿向前方向及向后方向移动，侧向方向推进装置使艇体沿向左方向及向右方向移动或者使艇体旋转；以及控制单元，控制单元通过测量单元测量存在于艇体所在水表面的周围地形、基于测量到的周围地形来计算艇体的位置和姿态、并且操作推进单元的行进方向推进装置和侧向方向推进装置以执行艇体的姿态控制，使得计算出的艇体的位置和姿态与目标位置和目标姿态一致。

【技术实现步骤摘要】
用于水下地形测量的无人艇
本公开涉及一种无人艇，并且更具体地，涉及能够测量水下地形的无人艇。
技术介绍
近年来，用于获取诸如水深、沉积物管理、水下地形测量和温度测量之类的水下信息的目的的研究设备由固定类型变成使用无人艇的移动类型。无人艇是由远程操作员通过有线及无线通信方式远程控制的。在远程操作员的视野不能到达的较大的区域中，无人艇基于使用包括在艇内的图像和艇的自定位测量值的位置信息自动地或手动地控制。通常，从卫星获得信息的GPS(全球定位系统)用于自定位测量方法、即导航。然而，由于GPS仅在能够接收到卫星信号的情况下才可用，所以精确度根据接收条件而降低到几米或以上，因此不适合获得精确的位置信息。正因为如此，现有的基于GPS的导航技术在测量卫星信号无法到达的水下地形，诸如电厂水道、室内水箱、排水系统方面、以及在即使可以接收到GPS信号，但需要位置精度的任务，例如水下结构检查方面存在局限性。另外，现有的无人艇通过使得设置在用于测绘及观察的艇体中的两个主推进装置的推力不同、或者通过启动位于主推进装置后面的方向键来改变行进方向。然而，艇体很难在侧向方向上移动或者以这种方法旋转。因此，为了精确地控制艇体的姿态，需要能够利用精确的位置测量使艇体向前、向后、向左和向右移动并且使艇体旋转的推进方法。
技术实现思路
本公开的实施方式提供了一种能够更精确且更有效地执行艇体的位置测量和姿态控制的无人艇。根据本公开的一方面，可以提供无人艇，该无人艇包括艇体；测量单元，测量单元用于测量存在于艇体所在水面的周围地形；观察单元，观察单元用于使用声波的反射波来测量水下地形；推进单元，推进单元包括行进方向推进装置和侧向方向推进装置，其中，行进方向推进装置使艇体沿向前方向及向后方向移动，侧向方向推进装置使艇体沿向左方向及向右方向移动或者使艇体旋转；以及控制单元，控制单元通过测量单元来测量存在于艇体所在水表面的周围地形，基于测量到的周围地形来计算艇体的位置和姿态，操作推进单元的行进方向推进装置和侧向方向推进装置以执行艇体的姿态控制，使得计算出的艇体的位置和姿态与目标和姿态一致。此外，侧向方向推进装置可以包括多个推进装置，并且所述多个推进装置可以设置成关于艇体的中心轴线对称。此外，控制单元可以在通过测量单元检测到周围地形时根据距周围地形的距离来计算艇体的纵向位置，并且可以在未检测到周围地形时使用由线材连接至特定地形的固定点的距离测量装置来计算艇体的纵向位置。此外，距离测量装置可以包括卷筒、马达和编码器，其中，卷筒上缠绕有连接至固定点的线材，马达通过使卷筒旋转来解绕线材或者将线材缠绕在卷筒上，编码器根据马达的转数来感测卷筒的转数。此外，控制单元可以通过测量单元测量作为位于水面上并且在艇体的行进方向上的周围地形的壁表面，基于艇体的局部坐标来计算对应于测量到的壁表面的直线，并且计算局部坐标的原点与计算出的直线之间的距离和角度，以计算距测量到的壁表面的距离和艇体相对于测量到的壁表面的姿态。此外，无人艇可以包括惯性测量单元，惯性测量单元用于测量包括艇体的侧倾和俯仰的姿态改变信息，其中，控制单元可以基于通过惯性测量单元测量到的艇体的姿态改变信息来校正艇体的位置和姿态信息以及水下地形位置的测量值，并且可以测绘测量到的水下地形，其中，使用在水下地形测量期间通过测量单元测量到的周围地形信息来计算艇体的位置和姿态信息，并且通过观察单元测量水下地形位置的测量值。此外，测量单元包括2D激光扫描器，2D激光扫描器通过激光扫描来测量存在于艇体所在水面的周围地形，并且2D激光扫描器可以包括支承构件，支承构件构造成即使在艇体倾斜的情况下也可以通过自重来保持激光扫描表面和水面彼此平行。附图说明图1是根据本公开的实施方式的无人艇的俯视立体图。图2是根据本公开的实施方式的无人艇的仰视立体图。图3是根据本公开的实施方式的无人艇的前视图。图4是根据本公开的实施方式的无人艇的侧视图。图5是本公开的实施方式中的具有另一样式的侧向推进装置的无人艇的俯视立体图。图6是本公开的实施方式中的具有另一样式的侧向推进装置的无人艇的仰视立体图。图7是本公开的实施方式中的具有另一样式的侧向推进装置的无人艇的前视图。图8是本公开的实施方式中的具有另一样式的侧向推进装置的无人艇的侧视图。图9是用于说明使用根据本公开的实施方式的无人艇中的2D激光扫描器(LiDAR)识别壁的视图。图10是用于说明基于根据本公开的实施方式的无人艇中的艇体的局部坐标来计算壁表面距离和角度的视图。图11是用于说明在使用根据本公开的实施方式的无人艇中的2D激光扫描器(LiDAR)测量行进方向上的距离的视图。图12A和图12B是用于说明在使用根据本公开的实施方式的无人艇中的线材来测量行进方向上的距离的视图。图13A至图13C是用于说明如何水平地保持根据本公开的实施方式的无人艇中的2D激光扫描器(LiDAR)的视图。图14是根据本公开的实施方式的无人艇中的艇体的推进装置的构型图。图15A至图15C是用于说明使根据本公开的实施方式的无人艇中的艇体沿各个方向移动的推进装置的操作的视图。图16是根据本公开的实施方式的无人艇中的控制单元的示意控制框图。图17是用于说明用根据本公开的实施方式的无人艇进行水下地形测绘的视图。图18A至图18D是用于说明根据本公开的实施方式的无人艇如何在诸如直线、曲线、直线的较宽区域、曲线的较宽区域之类的各种地形中移动的视图。图19是用于说明使用根据本公开的实施方式的无人艇测量封闭水道中的沉积物的视图。图20是示出了在用根据本公开的实施方式的无人艇测量水道沉积物之后的测绘结果的图。具体实施方式在下文中，将参照附图对本公开的实施方式进行详细描述。提供以下实施方式以向本公开所属的领域的普通技术人员充分传达本公开的精神。本公开不限于本文中所示的实施方式，而是可以以其他形式来实施。附图不旨在以任何方式限制本公开的范围，并且为了说明清楚起见，部件的尺寸可能被夸大。图1是根据本公开的实施方式的无人艇的俯视立体图，图2是根据本公开的实施方式的无人艇的仰视立体图，图3是根据本公开的实施方式的无人艇的前视图，图4是根据本公开的实施方式的无人艇的侧视图。参照图1至图4，无人艇是能够远程遥控的艇。无人艇的艇体10可以呈对称地设有浮体11的双体船的形式。由于艇体10设置为呈双体船形式，因此其在水面上具有相对较小的侧倾和俯仰，并且相对稳定。此外，艇体10可以是艇体10完全浸没在水中的潜水形式或者是艇体10部分地浸没在水中的半潜水形式。诸如测量单元20、观察单元30、推进单元40、通信单元50和控制单元60之类的各种单元安装在无人艇的艇体10中。控制单元60电连接至测量单元20、观察单元30、推进单元40和通信单元50。测量单元20、通信单元50和控制单元60密封地容纳在壳体12内部，使水不会渗透。测量单元20可以包括2D激光扫描器(光探测和测距；LiDAR)21、惯性测量单元(IMU)22和使用线材的距离测量装置23。2D激光扫描器(LiDAR)21检测周围的地形信息，例如存在于艇体10前方的水面上的壁表面。惯性测量单元22(IMU)可以测量诸如艇体10的俯仰、侧倾和横摆之类的姿态改变信息。惯性测量单元(IMU)22可以基于3轴角速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人艇，包括：艇体；测量单元，所述测量单元用于测量存在于所述艇体所在水面的周围地形；观察单元，所述观察单元用于使用声波的反射波来测量水下地形；推进单元，所述推进单元包括行进方向推进装置和侧向方向推进装置，所述行进方向推进装置用于使所述艇体沿向前方向及向后方向移动，所述侧向方向推进装置使所述艇体沿向左方向及向右方向移动或者使所述艇体旋转；以及控制单元，所述控制单元用于通过所述测量单元测量存在于所述艇体所在水表面的周围地形，基于测量到的周围地形来计算所述艇体的位置和姿态，并且操作所述推进单元的所述行进方向推进装置和所述侧向方向推进装置以执行所述艇体的姿态控制，使得计算出的所述艇体的位置和姿态与目标位置和目标姿态一致。

【技术特征摘要】
2017.06.13 KR 10-2017-00736651.一种无人艇，包括：艇体；测量单元，所述测量单元用于测量存在于所述艇体所在水面的周围地形；观察单元，所述观察单元用于使用声波的反射波来测量水下地形；推进单元，所述推进单元包括行进方向推进装置和侧向方向推进装置，所述行进方向推进装置用于使所述艇体沿向前方向及向后方向移动，所述侧向方向推进装置使所述艇体沿向左方向及向右方向移动或者使所述艇体旋转；以及控制单元，所述控制单元用于通过所述测量单元测量存在于所述艇体所在水表面的周围地形，基于测量到的周围地形来计算所述艇体的位置和姿态，并且操作所述推进单元的所述行进方向推进装置和所述侧向方向推进装置以执行所述艇体的姿态控制，使得计算出的所述艇体的位置和姿态与目标位置和目标姿态一致。2.根据权利要求1所述的无人艇，其中，所述侧向方向推进装置包括多个推进装置，并且所述多个推进装置设置成关于所述艇体的中心轴线对称。3.根据权利要求1所述的无人艇，其中，所述控制单元在通过所述测量单元检测到所述周围地形时根据距所述周围地形的距离来计算所述艇体的纵向位置，并且所述控制单元在未检测到所述周围地形时使用由线材连接至特定地形的固定点的距离测量装置来计算所述艇体的纵向位置。4.根据权利要求3所述的无人艇，其中，所述距离测量装置包括卷筒、马达和编码器，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：金成炫，李圣珍，崔一燮，
申请(专利权)人：株式会社POSCO，
类型：发明
国别省市：韩国,KR