【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自主水下机器人航行安全控制，具体而言，涉及一种auv航行安全控制系统及控制方法。
技术介绍
1、自主水下机器人(auv)在海洋资源开发、海洋科学研究等方面应用非常广泛，但是，由于水下环境复杂、外部实时监控难度很大，当auv在水下航行过程中出现故障时，轻则需要花费大量人力物力进行打捞，重则导致auv损毁或丢失，因此，提高auv水下自主航行的安全性显得尤为重要。
2、当前，由于auv自身航行及任务探测所需的电子组件较多，同时auv结构密封部位较多，各电子组件的供电异常、通信异常、软件缺陷、硬件故障及结构密封不良等均易导致航行安全事故，鉴于以上情况，迫切需要开发一种可靠高效的auv航行安全控制系统。
技术实现思路
1、为了解决auv航行过程中内部电子组件软硬件异常或结构密封不良等影响航行安全的问题，提高auv水下航行任务的安全性，本专利技术提出了一种新的auv航行安全控制系统和控制方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提出了一种auv航行安全控制系统，包括硬件系统，所述硬件系统包括导航系统、主控计算机、控制用压力传感器、能源推进系统、安全控制系统、电源控制系统、无线通信系统、双can通信总线、水面无线通信系统。
4、所述导航系统的各电子组件均安装于auv密封舱内，包括多普勒速度仪、gps/北斗定位模块和惯导。多普勒速度仪用于auv航行过程中测速，并将航行速度信息发送给惯导；gps
5、所述主控计算机安装于auv密封舱内，用于航行控制，根据接收到的导航系统的位置信息及压力传感器的深度信息进行导航计算，并根据计算结果发送电机转速及舵机控制指令，实现预定的航行任务。
6、所述压力传感器安装于auv壳体表面，用于航行过程中航行深度测量，并通过can总线周期性发送深度信息。
7、所述能源推进系统安装于auv密封舱内，包括电池组、电池组bms、电机控制器、电机、舵机控制器和舵机，用于auv的能源供给及动力推进。
8、进一步地，电池组用于动力供电和仪表供电；
9、进一步地，电池组bms用于监控电池组电压、电流、温度信息，并将该信息周期性发送至can总线；
10、进一步地，电机控制器包括电机控制计算机、电机功率驱动模块、霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、光电编码转速传感器，电机控制计算机用于接收霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和光电编码转速传感器数据，并将该数据周期性发送至can总线，同时接收主控计算机设定电机转速，并根据该转速指令输出pwm电信号控制电机转速；
11、进一步地，电机用于带动螺旋桨旋转，为auv提供推力；
12、进一步地，舵机控制器根据主控计算机舵机控制指令(舵角指令)控制舵机旋转，同时采集舵机反馈角度值，并周期性发送至can总线；
13、进一步地，舵机用于带动舵板旋转，实现auv的转向、上潜和下潜。
14、所述安全控制系统安装于auv密封舱内，包括安全控制计算机、应急电源、安全用压力传感器、漏液传感器、安全用北斗模块及抛载装置，用于auv航行状态安全监控及应急情况的处理。
15、进一步地，安全控制计算机内置安全控制软件，用于实现auv导航异常判断管理、auv姿态异常判断管理、auv超深异常判断管理、auv超航时异常判断管理、auv产品漏水判断管理及auv仪表供电异常判断管理；
16、进一步地，应急电源包括应急电池组及ups，用于仪表断电后安全控制系统无延时供电切换，并能输出电池切换电平信号至安全控制计算机；
17、进一步地，安全用压力传感器用于航行器航深测量，通过rs232通信接口定时发送深度值至安全控制计算机；
18、进一步地，漏液传感器用于航行器各密封部位漏水检测，当发生漏液时，发送电平信号至安全控制计算机；
19、进一步地，安全用北斗模块用于紧急停车情况下发送产品位置信息至水面无线通信计算机；
20、进一步地，抛载装置用于漏液紧急停车情况时抛载铅块，当有电源供给时驱动电机装置抛载铅块，为产品提供浮力。
21、所述电源控制系统安装于auv密封舱内，包括电源控制计算机、供电控制开关板，用于各系统电子组件供电控制及监控。
22、所述无线通信系统安装于auv密封舱内，包括无线通信计算机、北斗通信模块、4g通信模块、水声通信模块，用于auv与岸基的水下及水上的无线通信。其中，北斗通信模块用于发送auv位置信息至水面无线通信系统；4g通信模块用于接收水面无线通信系统发送的安全参数及航行参数至auv，同时也用于发送auv位置信息至水面无线通信系统；水声通信模块用于auv水下航行时发送位置信息至水面无线通信系统。
23、所述双can总线安装于auv密封舱内，包括can1和can2双can通信总线，用于auv内部各电子组件的通信。
24、所述水面无线通信系统放置于船舶或岸基，包括水面无线通信计算机、北斗通信模块、4g通信模块、水声通信模块，用于水面操作人员与auv的水下及水上的无线通信。其中，北斗通信模块用于接收auv位置信息；4g通信模块用于发送安全参数及航行参数，同时也用于接收auv位置信息；水声通信模块用于接收auv水下航行时发送的位置信息。
25、第二方面，本专利技术提供了一种auv航行安全控制方法，采用如上所述的auv航行安全控制系统，包括以下步骤：
26、s1、安全控制计算机接收无线通信计算机通过can转发水面无线通信计算机的安全参数，包括超深参数值、超航时参数值；
27、s2、主控计算机接收无线通信计算机通过can转发水面无线通信计算机的航行参数，包括航路点经纬度和航路点深度；
28、s3、主控计算机根据航行参数开始执行auv航行任务；
29、s4、在auv航行任务执行过程中，安全控制计算机执行auv导航异常判断管理、auv姿态异常判断管理、auv超深异常判断管理、auv超航时异常判断管理、auv产品漏水判断管理及auv仪表供电异常判断管理；
30、s5、在auv航行任务执行过程中，安全控制计算机与主控计算机共同完成通信异常判断管理，安全控制计算机对系统其它can节点通信状态进行监控管理，主控计算机对安全控制计算机的通信状态进行监控管理，当任意一个can节点中一路can通信接口出现通信故障时，系统通信可实现自动切换，当任意一个can节点中两路can通信接口均出现通信故障时，系统执行停车流程；
31、s6、在auv航行任务执行过程中，电源控制计算机根据上位机指令控制各电子组件的供/断电，并通过供电控制监控板对所控制的电子组件的供电电流进行采集监控，当检本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种AUV航行安全控制系统，其特征在于，所述AUV航行安全控制系统包括：导航系统、主控计算机、控制用压力传感器、能源推进系统、安全控制系统、电源控制系统、无线通信系统、双CAN通信总线、水面无线通信系统；其中：
2.根据权利要求1所述的AUV航行安全控制系统，其特征在于，在所述安全控制系统中，安全控制计算机进行AUV导航异常判断管理、AUV姿态异常判断管理、AUV超深异常判断管理、AUV超航时异常判断管理、AUV通信异常判断管理、AUV产品漏水判断管理及AUV仪表供电异常判断管理。
3.根据权利要求2所述的AUV航行安全控制系统，其特征在于，所述AUV导航异常判断管理是针对导航异常进行判断和处置，安全控制计算机根据接收到的水面无线通信计算机预设的航路点的经纬点计算安全航行区域，当惯导发送的经纬度值超出该安全航行区域后则判断导航异常，此时安全控制计算机发送导航异常控制紧急停车指令至主控计算机，主控计算机执行停车流程；
4.根据权利要求2所述的AUV航行安全控制系统，其特征在于，所述AUV姿态异常判断管理是针对AUV姿态异常进行判断和处置，当A
5.根据权利要求2所述的AUV航行安全控制系统，其特征在于，所述AUV超深异常判断管理是针对AUV航深异常进行判断和处置，安全控制计算机根据接收到的水面无线通信计算机预设的超深值对AUV航行过程中异常航行深度进行判断，当判断航深异常后，安全控制计算机发送超深紧急停车指令至主控计算机，主控计算机执行停车流程；
6.根据权利要求2所述的AUV航行安全控制系统，其特征在于，所述AUV超航时异常判断管理是针对AUV超航时航行进行判断和处置，AUV航行前，安全控制计算机接收水面无线通信计算机预设的超航时值，当AUV启动航行后，安全控制计算机进行定时计数，当AUV实际航行时间≥预设超航时值时，判断为AUV超航时航行，此时安全控制计算机发送超航时紧急停车指令至主控计算机，主控计算机执行停车流程；
7.根据权利要求2所述的AUV航行安全控制系统，其特征在于，所述AUV通信异常判断管理是针对AUV各电子组件的CAN总线通信异常进行判断和处置，当判断CAN1总线部分节点出现通信异常后，将CAN1总线各节点通信链路切换到CAN2总线，同时对各组件软件运行异常情况进行监控，包括以下步骤：
8.根据权利要求2所述的AUV航行安全控制系统，其特征在于，在所述电源控制系统中，电源控制计算机对各电子组件的供/断电进行控制，并通过供电控制监控板对所控制的电子组件的供电电流进行采集监控，当检测到电子组件供电异常时，发送组件异常供电紧急停车指令，由主控计算机执行停车流程；
9.根据权利要求2所述的AUV航行安全控制系统，其特征在于，在所述无线通信系统中，在AUV航行深度≤D米时，无线通信计算机周期性通过北斗定位通信模块发送北斗/GPS定位信息和惯导位置信息至水面无线通信系统，并周期性通过4G通信模块发送北斗/GPS定位信息和惯导位置信息至水面无线通信系统，在AUV航行深度＞D米时，无线通信计算机周期性通过水声通信模块发送惯导位置信息至水面无线通信系统，其中D为固定深度值。
10.一种利用权利要求1-9任一项所述的AUV航行安全控制系统实施的AUV航行安全控制方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种auv航行安全控制系统，其特征在于，所述auv航行安全控制系统包括：导航系统、主控计算机、控制用压力传感器、能源推进系统、安全控制系统、电源控制系统、无线通信系统、双can通信总线、水面无线通信系统；其中：
2.根据权利要求1所述的auv航行安全控制系统，其特征在于，在所述安全控制系统中，安全控制计算机进行auv导航异常判断管理、auv姿态异常判断管理、auv超深异常判断管理、auv超航时异常判断管理、auv通信异常判断管理、auv产品漏水判断管理及auv仪表供电异常判断管理。
3.根据权利要求2所述的auv航行安全控制系统，其特征在于，所述auv导航异常判断管理是针对导航异常进行判断和处置，安全控制计算机根据接收到的水面无线通信计算机预设的航路点的经纬点计算安全航行区域，当惯导发送的经纬度值超出该安全航行区域后则判断导航异常，此时安全控制计算机发送导航异常控制紧急停车指令至主控计算机，主控计算机执行停车流程；
4.根据权利要求2所述的auv航行安全控制系统，其特征在于，所述auv姿态异常判断管理是针对auv姿态异常进行判断和处置，当auv启动航行延时一段时间后安全控制计算机根据接收到的惯导横滚及俯仰姿态数据对auv姿态异常进行判断，当判断姿态异常后，安全控制计算机发送姿态异常紧急停车指令至主控计算机，主控计算机执行停车流程；
5.根据权利要求2所述的auv航行安全控制系统，其特征在于，所述auv超深异常判断管理是针对auv航深异常进行判断和处置，安全控制计算机根据接收到的水面无线通信计算机预设的超深值对auv航行过程中异常航行深度进行判断，当判断航深异常后，安全控制计算机发送超深紧急停车指令至主控计算机，主控计算机执行停车流程；
【专利技术属性】
技术研发人员：石杰，常开应，邓蕾，白俊，王帅，
申请(专利权)人：昆明船舶设备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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