一种AUV避碰训练系统技术方案

本发明专利技术公开了一种AUV避碰训练系统，气囊模块为模拟障碍物，包括立柱(1)、设置在立柱(1)周围的防护气囊(3)以及压力传感器(2)，压力传感器(2)用于检测是否发生碰撞；总控模块包括控制单元(4)、无线电天线(6)和电源(7)，电源(7)为压力传感器(2)、无线电天线(6)供电；控制单元(4)接收压力传感器(2)传输的碰撞信息，然后将碰撞信息通过无线电天线(6)发送至远程监控台；重物模块包括重物(10)和长度可调的牵引部件(9)，重物(10)通过牵引装置(9)与立柱(1)连接。本发明专利技术在碰撞训练演习中提供能够设置在不同水深，可以改变尺寸大小的模块化障碍物，在训练中对提供碰撞保护以及碰撞检测。在训练中对提供碰撞保护以及碰撞检测。在训练中对提供碰撞保护以及碰撞检测。

【技术实现步骤摘要】
一种AUV避碰训练系统


[0001]本专利技术属于AUV自主避碰
，涉及一种AUV避碰训练系统，特别是一种基于模块化模拟障碍物的AUV避碰训练系统

技术介绍

[0002]水下无人航行器AUV(Autonomous Underwater Vehicle)是指无人驾驶，自主控制在水下航行的器具。随着AUV技术的不断发展，AUV在海洋环境研究以及海洋资源探测方面具有广泛的应用前景。海洋是一个复杂多变的环境，水下无人航行器在工作航行时，需要面对来自海面的障碍物，如航行的船只，浮标等；水中的障碍物，如大型鱼类等；水面以下的障碍物如水下峡谷，岩壁等障碍碰撞的威胁，严重的话将会导致AUV发生损害。所以如何躲避障碍物，就成了AUV技术研究中的一个重要的研究方向。
[0003]AUV在动态、复杂的海洋环境中能够高度自治，就必须对海洋环境中不同位置、尺寸的障碍物都具备很高的避障控制能力。为了提高避障能力，就需要设置避碰试验场地对AUV进行避碰训练。在避碰训练中，为了满足多样的工况要求，需要模拟出来自水面、水中以及水底尺寸不一的障碍物。同时，针对训练AUV与障碍物发生碰撞将导致AUV发生损坏的问题，也需要考虑到在试验过程对AUV进行保护。所以说在避碰训练中，如何在水面、水中以及水底都需要设置尺寸可变的障碍物，同时能够感应到碰撞的发生，安全、高效开展AUV避碰训练试验工作，成了AUV避碰试验中需要解决的问题。
[0004]AUV的自主避碰相关问题的研究目前集中于自主避碰系统组成、智能避碰算法、声呐数据滤波等方面。目前用于AUV避碰的方法层出不穷，主要有随机抽样、线性拟合、势场法、蚁群算法、量子行为算法等。比如文章《基于传感器的水下机器人动态避障研究》中使传感器采集障碍信息，采用栅格法把传感器采集的信息进行描述，使AUV能够躲避障碍物，达到航行要求。但是相关的避碰方法进行实际测试的时候都没有涉及到障碍物的设置以及碰撞后对AUV的保护问题，AUV可能在避碰训练中发生碰撞遭到损害。专利《一种带安全防护气囊的AUV多向避碰能力训练系统》中提出了通过测距声呐测量AUV与障碍间的距离，避障计算机控制阀门，对收放式安全气囊充气对AUV进行保护的方法，有效地解决了AUV碰撞受损的问题。但是该系统在具体实施过程中存在着不便，比如气囊在充放气过程中，需要AUV对照预先设定的深度姿态推力对照表的数据配合进行浮力调节，该过程存在不易控制的问题。另外该系统需要在训练AUV加装气囊以及充放气装置，在具体实施过程存在着不易实现，成本过高的问题，无法布置在一个适用于多种AUV的避碰能力训练系统中。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于模块化模拟障碍物的AUV避碰训练系统，在AUV碰撞训练演习中提供能够设置在不同水深，可以改变尺寸大小的模块化障碍物，同时在训练中对AUV提供碰撞保护以及碰撞检测。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种AUV避碰训练系统，包括气囊模块、总控
模块和重物模块，气囊模块为模拟障碍物，包括立柱、设置在立柱周围的防护气囊以及压力传感器，压力传感器用于检测是否发生碰撞；
[0007]总控模块包括控制单元、无线电天线和电源，电源为压力传感器、无线电天线供电；控制单元接收压力传感器(传输的碰撞信息，然后将碰撞信息通过无线电天线发送至远程监控台；
[0008]重物模块包括重物和长度可调的牵引部件，重物通过牵引装置与立柱连接。
[0009]进一步的，总控模块还包括超声波振子，电源为超声波振子供电，控制单元根据碰撞信息控制超声波振子发射超声波至AUV搭载的声呐，AUV将超声波信号转化为碰撞信息并发送至远程监控台。
[0010]进一步的，立柱由轻型材料制成，具备密封防水性能，在避碰训练中，根据试验要求更改立柱尺寸大小，提供不同大小的模拟障碍物。
[0011]进一步的，压力传感器均匀分布于气囊外侧内壁。
[0012]进一步的，无线电天线以及电源通过设置在浮力材料上浮于水面之上。
[0013]进一步的，控制单元和超声波振子设置在立柱内部的密封舱内。
[0014]进一步的，通过调节牵引部件长度改变重物和气囊模块的连接方式，将气囊模块设置为锚泊式和漂浮式；
[0015]锚泊式是将重物作为锚固定于水底，通过调节牵引部件长度改变气囊模块在水中的固定深度，模拟在水面、水中以及水底保持静止状态的障碍物；
[0016]漂浮式是通过调节牵引部件长度将重物与气囊立柱连接为一体，通过调节重物大小模拟漂浮于水面或悬浮于水中状态的障碍物。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术能够为AUV避碰训练中提供模拟障碍物，本专利技术不但能够模拟出位于不同水深，不同运动状态的障碍物，而且能够组合形成不同尺寸大小的障碍物类型，为AUV避碰训练的开展提供支撑。本专利技术能够对进行训练的AUV提供碰撞保护，避免AUV碰撞受损，同时能够检测实时碰撞信息并发送给远程监控台，保证AUV碰撞训练工作连续有效开展。基于以上特点，本专利技术能够用于搭建一个适用多种AUV的避碰能力训练水域，使训练AUV高效、安全地开展避碰训练。
附图说明
[0018]图1为本专利技术AUV避碰系统的组成框图。
[0019]图2(a)为本专利技术的气囊模块的正面示意图。
[0020]图2(b)为本专利技术的气囊模块的俯视示意图。
[0021]图3为本专利技术的避碰试验中实时碰撞信息传递流程图。
[0022]图4为本专利技术AUV避碰系统的锚泊式示意图。
[0023]图5为本专利技术AUV避碰系统的漂浮式示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0025]结合图1，本专利技术的一种基于模块化组合模拟障碍物的AUV避碰训练系统，包括：总控模块，重物模块，气囊模块。
[0026]结合图2(a)和图2(b)，气囊模块设置为障碍物，气囊模块由气囊立柱1、四周的安全防护气囊3以及若干压力传感器2所组成。
[0027]气囊立柱1由轻型材料制作，同时需具备良好的密封防水性能，在避碰训练中，可根据试验要求更改支柱尺寸大小，以此提供不同大小的模拟障碍物，气囊立柱1内置控制单元4、超声波振子5。安全防护气囊3附着于气囊立柱1外表面，安全防护气囊为椭圆条形，在其侧部可与气囊立柱拼接组合，形成不同尺寸大小的气囊模块，用于模拟不同大小的障碍物，并在碰撞时对试验AUV提供保护的同时，也可以提供浮力，使整个气囊模块能够浮于水面。压力传感器2均布于安全防护气囊3外侧内壁，用于检测安全防护气囊3是否与AUV发生碰撞。当AUV与安全防护气囊3发生碰撞时，压力传感器2检测到压力变化会产生电平变化，并将电平变化信息通过传导给控制单元4。
[0028]结合图4所示，总控模块由安装在气囊立柱1内部密封舱的控制单元4、超声波振子5、漂浮在水面的无线电天线6、蓄电池7以及线缆8所组成。
[0029]无线电天线6以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AUV避碰训练系统，其特征在于：包括气囊模块、总控模块和重物模块，所述气囊模块为模拟障碍物，包括立柱(1)、设置在立柱(1)周围的防护气囊(3)以及压力传感器(2)，压力传感器(2)用于检测是否发生碰撞；所述总控模块包括控制单元(4)、无线电天线(6)和电源(7)，电源(7)为压力传感器(2)、无线电天线(6)供电；控制单元(4)接收压力传感器(2)传输的碰撞信息，然后将碰撞信息通过无线电天线(6)发送至远程监控台；所述重物模块包括重物(10)和长度可调的牵引部件(9)，重物(10)通过牵引装置(9)与立柱(1)连接。2.根据权利要求1所述的一种AUV避碰训练系统，其特征在于：所述总控模块还包括超声波振子(5)，电源(7)为超声波振子(5)供电，控制单元(4)根据碰撞信息控制超声波振子(5)发射超声波至AUV搭载的声呐，AUV将超声波信号转化为碰撞信息并发送至远程监控台。3.根据权利要求1和2所述的一种AUV避碰训练系统，其特征在于：立柱(1)由轻型材料制成，具备密封防水性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：管凤旭，杨子鹏，杜雪，严浙平，李志鹏，唐世文，黄佳威，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：