船体机器人导航子系统技术方案

一种用于机器人的船体机器人导航子系统和方法，其包括用于绕船体驱动机器人的装载在机器人上的驱动子系统。装载在机器人上的传感器子系统输出组合了机器人和船舶运动的数据。装载在机器人上的存储器包括关于船体构造和希望的机器人行进路径的数据。定位子系统向机器人传送定位数据。装载在机器人上的导航处理器被配置成，通过从组合了机器人和船舶运动两者的传感器子系统输出数据中去除所确定的船舶运动，来确定机器人在船体上的位置。导航处理器控制驱动子系统，以基于定位数据、船体构造、希望的机器人行进路径、以及所确定的机器人在船体上的位置，来操纵船体上的机器人。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及典型地设置成清洁和/或检查船体的船体机器人。
技术介绍
船体的摩擦阻力随着其在水中的移动而可以构成总阻力的45%至90%，并且可以 因藻类、海草、藤壶等在船体上结垢而增加6%到高达80%。油船船体的因中等程度的生物结垢而造成的30%阻力增大可以增加船舶的油耗达每天十二吨。结果增加了操作船舶的成本并且增加了排放。因此，采用了各种各样的方法来降低生物结垢的机会和/或清洁船体。例如，尽力使用船体油漆和涂料来减少生物结垢的机会，但这种处理并不总是可靠地起作用。例如，参见通过引用并入于此的美国专利No. 7390560。而且，船舶在涂敷油漆和/或涂料的时候必须进入干船坞很长时间。还存在伴随防结垢油漆和涂料的环境影响。因而，典型地，当船只在码头边和/或在正常卸载条件期间，由轻潜水员利用机动化刷子周期性地人工清洁船体。这种清洁过程的成本较高。这种类型的清洁工作大约每隔十至二十个月就重复一次，或者在需要时更快。更糟的是，一些管辖区域已经因防结垢涂料的毒性污染水而认为这种实施方式违法。作为响应，已经提出了机器人船体清洁器。例如，“Hismar”财团已经提出了用于在正常卸载条件期间进行船体清洁的机器人平台。该机器人在船舶静止时磁附接至船体并且用缆栓系至操作员控制单元、高压水源、抽吸子系统、以及电力子系统。其它带缆机器人在美国专利No. 5628271 ；No. 6317387 ；No. 4674949 ；No. 4401048 ；No. 4079694 ;Νο· 3946692 ;以及 No. 3638600 中进行了公开。还参见 TO 02/074611 ；LeeMin Wai Serene 和 KohCheok Wei 的 “Design of a Remotely Operated Vehicle (ROV)forUnderwater Ship Hull Cleaning”，和 Fu-cai 等人于 2004 年 6 月在 TheJournal ofMarine Science and Application, Vol. 3, No.1 中发表的“TheDesign of UnderwaterHull-Cleaning Robot”。这些文献全部通过引用并入于此。大多数现有船体清洁机器人遭受几个缺点。典型地，这些机器人连接至线缆并通过舰载电源和控制子系统来加电和控制，而且仅能够对静止船舶操作。在现有技术中提出的船体机器人的导航包括利用三维激光测绘系统、陀螺仪装置、激光雷达摄像机、声波收发器等。参见通过引用并入于此的美国专利No. 5947051和No.6317387。
技术实现思路
在申请人的共同未决的申请，2008年11月21日提交的并且通过引用并入于此的序列号为12/313643的美国专利申请中，船体机器人包括向机器人驱动和清洁子系统供电的一个或多个涡轮。这些涡轮在船舶航行时由流过船体的水激活。因为可用电力在这种系统中较为有限，所以复杂的、高功率的导航系统不是最佳的。而且，为降低系统的成本，昂贵的导航系统不是优选的。将机器人预先编程以根据计划路线围绕船体自主操纵也可能有问题，因为机器人的位置可能随着时间漂移，例如，因为波浪、液体动力和航行漂移会影响机器人在船体上的位置。高度准确的引导和导航系统是昂贵的，并且消耗相当大的功率量。而且，当船舶在航行时，其沿许多方向的颠簸、摇摆和偏向使得导航问题复杂化。根据本专利技术的一个方面，通过将机器人编程成周期性地操纵到船体上的一位置以接收位置校准定位，来解决机器人在船体上的位置的偏移，并且解决导航系统中固有的累积的不准确度。为解决船舶在其航行时的运动问题(颠簸、摇摆和偏向)，机器人还被编程成，从其导航计算结果中减去船舶的运动。这样，在机器人离开位置校准定位点之后，机器人在船体上的位置可以被确定。在一个示例中，得到的是低成本、低功率的导航子系统。本专利技术提供了一种船体机器人导航子系统和方法。装载在机器人上的驱动子系统用于绕船体驱动机器人。装载在机器人上的传感器子系统输出组合了机器人和船舶运动的数据。装载在机器人上的存储器包括关于船体构造和希望的机器人行进路径的数据。定位子系统向机器人传送定位数据。还具有用于确定船舶运动的装置。装载在机器人上的导航处理器对存储器数据、传感器子系统、定位数据、以及用于确定船舶运动的装置进行响应。导航处理器被配置成，通过从组合了机器人和船舶运动两者的传感器子系统输出数据中去除所确定的船舶运动来确定机器人在船体上的位置。导航处理器控制驱动子系统，以基于定位数据、船体构造、希望的机器人行进路径、以及所确定的机器人在船体上的位置，来操纵船体上的机器人。在一个示例中，导航处理器还被配置成，控制驱动子系统以周期性地操纵机器人到吃水线以上来接收定位数据。机器人还可以包括用于检测该机器人何时处于吃水线以上的压力传感器。定位子系统典型地包括至少两个船体安装发送器，和接收来自所述至少两个船体发送器的信息的、装载在机器人上的接收器。导航处理器对该接收器进行响应，并且被配置成，基于由所述至少两个船体发送器发送的信息，通过三角测量来确定机器人定位数据。用于确定船舶运动的装置可以包括输出表示船舶运动的数据的、位于船舶上的多轴惯性感测子系统，用于发送所述数据的、位于船舶上的发送器，以及用于接收该数据的、位于机器人上的接收器。在另一形式下，用于确定船舶运动的装置包括在机器人未运动时仅输出船舶运动数据的、装载在机器人上的传感器。在这种形式下，导航处理器典型地被配置成，周期性地停止机器人的移动以获取船舶运动数据。该装载在机器人上的传感器子系统还可以包括用于确定机器人所行进的距离的里程表。典型地，该传感器子系统被配置成，输出绕多个轴的角旋转和相对多个轴的方位角。根据本专利技术的船体机器人导航子系统的一个示例包括输出机器人运动数据的、装载在机器人上的传感器子系统；装载在机器人上的存储器，该存储器包括关于船体构造和希望的机器人行进路径的数据；向机器人传送定位数据的定位子系统；以及装载在机器人上的导航处理器，该导航处理器对存储器数据、传感器子系统、以及定位数据进行响应。该导航处理器被配置成，基于定位数据、船体构造、希望的机器人行进路径、以及所确定的机器人在船体上的位置，来操纵船体上的机器人。船体机器人导航子系统的一个示例包括输出组合了机器人和船舶运动的数据的、装载在机器人上的传感器子系统；装载在机器人上的存储器，该存储器包括关于船体构造和希望的机器人行进路径的数据；用于确定船舶运动的装置；以及装载在机器人上的导航处理器，该导航处理器对存储器数据、传感器子系统、以及用于确定船舶运动的装置进行响应。该导航处理器被配置成，通过从组合了机器人和船舶运动两者的传感器子系统输出数据中去除所确定的船舶运动来确定机器人在船体上的位置，并且控制驱动子系统，以基于船体构造和希望的机器人行进路径、以及所确定的机器人在船体上的位置，来操纵船体上的机器人。一种船体机器人导航子系统包括输出组合了机器人和船舶运动的数据的、装载在机器人上的传感器子系统；向机器人传送定位数据的定位子系统；用于确定船舶运动的装置；以及装载在机器人上的导航处理器，该导航处理器对传感器子系统、定位数据、以及用于确定船舶运动的装置进行响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.17 US 12/800,4861.一种船体机器人导航子系统，包括 装载在机器人上的驱动子系统，用于绕船体驱动和操纵机器人； 装载在机器人上的传感器子系统，该传感器子系统输出组合了机器人和船舶运动的数据； 装载在机器人上的存储器，该存储器包括关于船体构造和希望的机器人行进路径的数据； 向机器人传送定位数据的定位子系统； 用于确定船舶运动的装置；以及 装载在机器人上的导航处理器，该导航处理器对存储器数据、传感器子系统、定位数据、以及用于确定船舶运动的装置进行响应，并且该导航处理器被配置成 通过从组合了机器人和船舶运动两者的传感器子系统输出数据中去除所确定的船舶运动，来确定机器人在船体上的位置，并且 控制驱动子系统，以基于定位数据、船体构造、希望的机器人行进路径、以及所确定的机器人在船体上的位置，来操纵船体上的机器人。2.根据权利要求1所述的船体机器人导航子系统，其中，导航处理器还被配置成，控制驱动子系统以周期性地操纵机器人到吃水线以上来接收定位数据。3.根据权利要求2所述的船体机器人导航子系统，其中，机器人还包括用于检测机器人何时处于吃水线以上的压力传感器。4.根据权利要求2所述的船体机器人导航子系统，其中，定位子系统包括至少两个船体发送器和装载在机器人上的接收器，该接收器接收来自所述至少两个船体发送器的信息，导航处理器对该接收器进行响应，并且被配置成基于由所述至少两个船体发送器发送的信息，通过三角测量来确定机器人定位数据。5.根据权利要求1所述的船体机器人导航子系统，其中，用于确定船舶运动的装置包括输出表示船舶运动的数据的、位于船舶上的多轴感测子系统，用于发送所述数据的、位于船舶上的发送器，以及用于接收所述数据的、位于机器人上的接收器。6.根据权利要求1所述的船体机器人导航子系统，其中，用于确定船舶运动的装置包括在机器人未运动时仅输出船舶运动数据的、装载在机器人上的传感器，所述导航处理器被配置成，周期性地停止机器人的移动以获取船舶运动数据。7.根据权利要求1所述的船体机器人导航子系统，其中，装载在机器人上的传感器子系统还包括用于确定机器人所行进的距离的里程表。8.根据权利要求1所述的船体机器人导航子系统，其中，传感器子系统被配置成，输出绕多个轴的角旋转和相对多个轴的方位角。9.一种船体机器人导航子系统，包括 装载在机器人上的驱动子系统，用于绕船体驱动机器人； 装载在机器人上的传感器子系统，该传感器子系统输出机器人运动数据； 装载在机器人上的存储器，该存储器包括关于船体构造和希望的机器人行进路径的数据； 向机器人传送定位数据的定位子系统；以及 装载在机器人上的导航处理器，该导航处理器对存储器数据、传感器子系统、以及定位数据进行响应，并且该导航处理器被配置成，控制驱动子系统以基于定位数据、船体构造、希望的机器人行进路径、以及所确定的机器人在船体上的位置，来操纵船体上的机器人。10.根据权利要求9所述的船体机器人导航子系统，还包括用于确定船舶运动的装置，并且导航处理器被配置成，通过从传感器子系统的输出中去除所确定的船舶运动，来确定机器人在船体上的位置。11.根据权利要求9所述的船体机器人导航子系统，其中，导航处理器还被配置成，控制驱动子系统以周期性地操纵机器人到吃水线以上来接收定位数据。12.根据权利要求11所述的船体机器人导航子系统，其中，机器人还包括用于检测机器人何时处于吃水线以上的压力传感器。13.根据权利要求9所述的船体机器人导航子系统，其中，定位子系统包括至少两个船体发送器和装载在机器人上的接收器，该接收器接收来自所述至少两个船体发送器的信息，导航处理器对该接收器进行响应，并且被配置成基于由所述至少两个船体发送器发送的信息，通过三角测量来确定机器人定位数据。14.一种船体机器人导航子系统，包括 装载在机器人上的驱动子系统，用于绕船体驱动机器人； 装载在机器人上的传感器子系统，该传感器子系统输出组合了机器人和船舶运动的数据； 装载在机器人上的存储器，该存储器包括关于船体构造和希望的机器人行进路径的数据； 用于确定船舶运动的装置；以及 装载在机器人上的导航处理器，该导航处理器对存储器数据、传感器子系统、以及用于确定船舶运动的装置进行响应，并且该导航处理器被配置成 通过从组合了机器人和船舶运动两者的传感器子系统输出数据中去除所确定的船舶运动，来确定机器人在船体上的位置，并且 控制驱动子系统，以基于船体构造、希...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·罗尼三世，F·M·史密斯，S·C·雅各布森，
申请(专利权)人：雷斯昂公司，
类型：
国别省市：