水下机器人及其高速运动下自主避障与规划的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水下机器人及其高速运动下自主避障与规划的控制系统，包括控制器，控制器上依次连接设有动力输出模块、声呐传感器、第一无线发射接收模块、模式转换模块和深度控制模块，其中，声呐传感器通过移相器与控制器相连接，第一无线发射接收模块与手持控制机构相连接，深度控制模块与深度传感器，模式转换模块的两侧分别与导航规划模块、转向计算模块和遥控导航模块，导航规划模块上连接设有速度计算模块，转向计算模块上连接设有减速分析模块。有益效果为：能够提前进行转向，减少碰撞的几率，能够通过持续的进行转向，从而能够在很少降低速度的基础上，规避障碍物，继而减少能源的消耗，增加行进的效率。

【技术实现步骤摘要】
水下机器人及其高速运动下自主避障与规划的控制系统
本专利技术涉及水下机器人领域，具体来说，涉及一种水下机器人及其高速运动下自主避障与规划的控制系统。
技术介绍
水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。无人遥控潜水器主要有:有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。水下机器人具有摄像、采样、勘探等功能，但是水下机器人在高速行驶下，需要降低速度才能够进行变换方向，不仅浪费宝贵的能源，并且行进的效率降低。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种水下机器人及其高速运动下自主避障与规划的控制系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：根据本专利技术的一个方面，提供了一种水下机器人高速运动下自主避障与规划的控制系统，包括控制器，所述控制器上依次连接设有动力输出模块、声呐传感器、第一无线发射接收模块、模式转换模块和深度控制模块，其中，所述声呐传感器通过移相器与所述控制器相连接，所述第一无线发射接收模块与手持控制机构相连接，所述深度控制模块与深度传感器，所述模式转换模块的两侧分别与导航规划模块、转向计算模块和遥控导航模块，所述导航规划模块上连接设有速度计算模块，所述转向计算模块上连接设有减速分析模块，所述遥控导航模块上连接设有速度分析模块和碰撞分析模块。在进一步的实施例中，所述手持控制机构包括显示器模块、第二无线发射接收模块和指令输入模块，所述第二无线发射接收模块与所述第一无线发射接收模块无线连接。能够通过手持模块进行显示水下的情况以及操作机器人本体。在进一步的实施例中，所述指令输入模块包括速度输入板、方向输入板、路线输入板和深度输入板，其中，所述所述路线输入板上连接设有工作区减速停滞输入板。能够进行一些指令的操作。根据本专利技术的另一方面，提供了一种高速运动下自主避障与规划的水下机器人，包括机器人本体，所述机器人本体内设有第一电机，所述第一电机的输出端固定设有第一伞齿，所述第一伞齿的一侧啮合设有第二伞齿，所述第二伞齿的中部固定设有传动杆，所述传动杆远离所述第二伞齿的两端贯穿所述机器人本体，并且延伸至所述机器人本体的外部，所述传动杆远离机器人本体的一端固定设有安装板，所述安装板上通过螺栓固定设有转轴，所述转轴外固定设有螺旋桨机构，所述传动杆外套设有密封筒，所述密封筒固定在所述机器人本体的外壁，所述密封筒内壁通过旋转密封圈与所述传动杆相连接。能够进行机器人本体的移动。在进一步的实施例中，所述机器人本体内固定设有水泵，所述水泵的输入端设有第一水管，所述第一水管上设有防堵塞过滤机构，所述水泵的输出端设有第二水管，所述第二水管通过三通电磁阀分别设有上浮水管和下沉水管，所述防堵塞过滤机构包括固定在所述第一水管上的过滤网，所述过滤网的中部贯穿设有清扫杆，所述清扫杆位于所述过滤网表面的一端固定设有清扫板，所述清扫杆位于所述过滤网内部的一端固定设有第一轴承，所述第一轴承固定在第三固定杆上，所述第三固定杆固定在所述第一水管的内壁，所述第一轴承与所述过滤网之间位于所述第三固定杆上均匀固定设有螺旋片。能够进行机器人本体的上下调整方向。在进一步的实施例中，所述螺旋桨机构包括数量为两个的套筒，所述套筒固定在所述转轴上，所述转轴固定在所述套筒偏离中心的部分，所述套筒内固定设有数量为两个的第一固定杆，所述第一固定杆的中部通过第二轴承连接有旋转杆，所述旋转杆的两端固定设有螺旋桨，所述旋转杆的中部固定设有第一传动齿，所述机器人本体内开设有隔离腔，所述隔离腔内固定设有第二电机，所述第二电机的输出端固定设有第一变速器，所述第一变速器的输出端固定设有第一输出杆，所述第一输出杆上固定设有第二传动齿，所述第二传动齿的一侧固定设有第二输出杆，所述第二输出杆的一端固定设有第二变速器，所述第二变速器的输出端固定设有第三输出杆，所述第三输出杆上固定设有第四传动齿，所述第二传动齿和所述第四传动齿分别与两个第一传动齿之间通过传动同步带相连接，所述传动同步带贯穿所述隔腔和所述套筒，所述密封筒的外壁设有同步带涨紧机构。能够使得两侧的螺旋桨产生不同的转速，从而进行转向。在进一步的实施例中，所述第一传动齿的一侧设有限位壳，所述限位壳内开设有限位槽，所述限位壳固定在所述第一固定杆的内壁上，所述限位槽的半径大于所述第一传动齿的半径，且，所述限位槽的剖面为半圆形。保证传动同步带不会轻易的滑落第一传动齿。在进一步的实施例中，所述同步带涨紧机构包括第二固定杆，所述第二固定杆固定在所述密封筒的外壁，所述第二固定杆上固定设有万象轴承座，所述万象轴承座内设有球形万向轴，所述球形万向轴上固定设有连接杆，所述连接杆上固定设有第三传动齿。使得同步带始终能够具有一定的间距，不会轻易的摩擦。在进一步的实施例中，所述第一传动齿、第二传动齿、第三传动齿和第四传动齿均包括套环，所述套环外壁中部开设有梯形槽，所述梯形槽的底部开设有第一同步齿，所述传动同步带包括梯形带，所述梯形带的底部固定开设有第二同步齿，所述第一同步齿与所述第二同步齿相啮合，所述梯形带与所述梯形槽相匹配。能够保证传动同步带不会轻易的滑落第一传动齿、第二传动齿、第三传动齿和第四传动齿。根据本专利技术的另一方面，提供了一种高速运动下自主避障与规划的水下机器人的使用方法，包括以下步骤：将该水下机器人启动，并将水下机器人本体放置到水中；通过声呐传感器进行扫描周围的地形，并且实时将地形图发送给显示屏上；相关人员根据需求通过地形图进行选择大于一个的目的地，；通过导航规划模块规划出合适的深度和合适的路线，并通过速度计算模块计算走完全部的目的地所需时间；通过确认后，通过动力输出模块进行移动机器人本体；在经过障碍物前的时候，通过转向计算模块，计算出转向点和转向；通过控制器控制第一变速器和第二变速器，令第二传动齿和第四传动齿的转速发生变化，进而令机器人本体两侧的螺旋桨的转速发生变化，从而达到第一次变向的效果；当机器人本体到达转向点的时候，控制器控制螺旋桨的转速发生变化，令机器人本体反向变向，达到第二次变向；当绕过障碍物的时候，根据上述扫描的地形图，进行第三次变向，令机器人本体进入到没有障碍物的预设路线内；当预计即将到达目的地的时候，通过速度计算模块，控制器控制电机停止旋转，后反向旋转，令机器人本体的速度降低到一定，然后控制器控制电机停止旋转，然后正向旋转，从而进行缓慢的匀速旋转；此时模式转换模块，提醒相关人员进行手动操作，若相关人员需要偏离预设的路线进行工作，导航规划模块记录偏移的路线，同时显示在显示屏上；在进行手动操作的时候，相关人员需要加速或者转弯的时候，碰撞分析模块，进行分析，判断其是否能够进行加速或者转弯，当不能够进行加速或者转弯的时候，此时，通过速度分析控制主动进行控制速度，通过转向计算模块判断不能够进行转弯的时候，通过电机通过变速器带动两个螺旋桨进行规避障碍物；当工作完毕后，相关人员可通过选择，令机器人本体按照上述记录的偏移的路线回归路线，继续赶往下一个目的地，如此反复直至到达最后一个目的地。本专利技术的有益本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下机器人高速运动下自主避障与规划的控制系统，其特征在于，包括控制器（1），所述控制器（1）上依次连接设有动力输出模块（2）、声呐传感器（3）、第一无线发射接收模块（4）、模式转换模块（5）和深度控制模块（6），其中，所述声呐传感器（3）通过移相器（7）与所述控制器（1）相连接，所述第一无线发射接收模块（4）与手持控制机构（8）相连接，所述深度控制模块（6）与深度传感器（9），所述模式转换模块（5）的两侧分别与导航规划模块（10）、转向计算模块（11）和遥控导航模块（12），所述导航规划模块（10）上连接设有速度计算模块（13），所述转向计算模块（11）上连接设有减速分析模块（14），所述遥控导航模块（12）上连接设有速度分析模块（15）和碰撞分析模块（16）。

【技术特征摘要】
1.一种水下机器人高速运动下自主避障与规划的控制系统，其特征在于，包括控制器（1），所述控制器（1）上依次连接设有动力输出模块（2）、声呐传感器（3）、第一无线发射接收模块（4）、模式转换模块（5）和深度控制模块（6），其中，所述声呐传感器（3）通过移相器（7）与所述控制器（1）相连接，所述第一无线发射接收模块（4）与手持控制机构（8）相连接，所述深度控制模块（6）与深度传感器（9），所述模式转换模块（5）的两侧分别与导航规划模块（10）、转向计算模块（11）和遥控导航模块（12），所述导航规划模块（10）上连接设有速度计算模块（13），所述转向计算模块（11）上连接设有减速分析模块（14），所述遥控导航模块（12）上连接设有速度分析模块（15）和碰撞分析模块（16）。2.根据权利要求1所述的一种水下机器人高速运动下自主避障与规划的控制系统，其特征在于，所述手持控制机构（8）包括显示器模块（17）、第二无线发射接收模块（18）和指令输入模块（19），所述第二无线发射接收模块（18）与所述第一无线发射接收模块（4）无线连接。3.根据权利要求2所述的一种水下机器人高速运动下自主避障与规划的控制系统，其特征在于，所述指令输入模块（19）包括速度输入板（20）、方向输入板（21）、路线输入板（22）和深度输入板（23），其中，所述所述路线输入板（22）上连接设有工作区减速停滞输入板（24）。4.一种高速运动下自主避障与规划的水下机器人，其特征在于，用于权利要求3所述的水下机器人高速运动下自主避障与规划的控制系统的使用，包括机器人本体（25），所述机器人本体（25）内设有第一电机（26），所述第一电机（26）的输出端固定设有第一伞齿（27），所述第一伞齿（27）的一侧啮合设有第二伞齿（28），所述第二伞齿（28）的中部固定设有传动杆（29），所述传动杆（29）远离所述第二伞齿（28）的两端贯穿所述机器人本体（25），并且延伸至所述机器人本体（25）的外部，所述传动杆（29）远离机器人本体（25）的一端固定设有安装板（30），所述安装板（30）上通过螺栓固定设有转轴（31），所述转轴（31）外固定设有螺旋桨机构（32），所述传动杆（29）外套设有密封筒（33），所述密封筒（33）固定在所述机器人本体（25）的外壁，所述密封筒（33）内壁通过旋转密封圈（34）与所述传动杆（29）相连接。5.根据权利要求4所述的一种高速运动下自主避障与规划的水下机器人，其特征在于，所述机器人本体（25）内固定设有水泵（35），所述水泵（35）的输入端设有第一水管（36），所述第一水管（36）上设有防堵塞过滤机构（37），所述水泵（35）的输出端设有第二水管（38），所述第二水管（38）通过三通电磁阀（39）分别设有上浮水管（40）和下沉水管（41），所述防堵塞过滤机构（37）包括固定在所述第一水管（36）上的过滤网（42），所述过滤网（42）的中部贯穿设有清扫杆（43），所述清扫杆（43）位于所述过滤网（42）表面的一端固定设有清扫板（44），所述清扫杆（43）位于所述过滤网（42）内部的一端固定设有第一轴承（45），所述第一轴承（45）固定在第三固定杆（46）上，所述第三固定杆（46）固定在所述第一水管（36）的内壁，所述第一轴承（45）与所述过滤网（42）之间位于所述第三固定杆（46）上均匀固定设有螺旋片（47）。6.根据权利要求5所述的一种高速运动下自主避障与规划的水下机器人，其特征在于，所述螺旋桨机构（32）包括数量为两个的套筒（48），所述套筒（48）固定在所述转轴（31）上，所述转轴（31）固定在所述套筒（48）偏离中心的部分，所述套筒（48）内固定设有数量为两个的第一固定杆（49），所述第一固定杆（49）的中部通过第二轴承（50）连接有旋转杆（51），所述旋转杆（51）的两端固定设有螺旋桨（52），所述旋转杆（51）的中部固定设有第一传动齿（53），所述机器人本体（25）内开设有隔离腔，所述隔离腔内固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，王仁裕，殷怡，
申请(专利权)人：南京昱晟机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32