[发明专利]基于布尔网络的水下机器人姿态调节控制装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于布尔网络的水下机器人姿态调节控制装置及方法，所述的装置包括：温度传感器，用于分别采集海水和推进电机的实时温度；压力传感器，用于监测工作点的水深和压力；电子罗盘，用于监测潜器的艏向和姿态；声呐，用于探测障碍物和测量相对距离；布尔网络控制模块，输入节点分别对应于温度传感器、压力传感器、电子罗盘和声呐，用于接收其采集的数据，输出节点对应于电机驱动器，其输出状态经编码后用于驱动推进电机；推进电机，用于实现水下机器人的姿态调节控制。与现有技术相比，本发明提出的控制装置实现了水下机器人的自主姿态调节控制，提出的控制方法基于布尔网络模型，具有逻辑确定、网络构建灵活、控制鲁棒性强的优点。

技术领域

本发明涉及水下机器人姿态调节控制技术，尤其是涉及一种基于布尔网络的水下机器人姿态调节控制装置及方法，通过将传感器映射为输入节点，将推进器映射为输出节点，为水下机器人构建布尔网络模型；使用布尔网络作为控制器核心，获得输出节点的状态经解码驱动器输出控制信号用于调整推进电机的工作状态，实现对水下机器人姿态调节控制。

背景技术

水下机器人由于克服了人类的潜水深度限制，可以协助甚至代替人在一些高危险环境中进行水下作业，已经成为探索海洋资源、保护海洋生态、发展海洋经济、维护海洋权益的重要工具。由于水下机器人作业环境复杂，存在海流、障碍物等外界因素的影响，进行动力定位、循迹、避障等姿态调节控制均非常困难。目前，水下机器人进行姿态调节控制多采用人工操作方式进行。由于水下机器人的推进系统通常是欠驱动的而且通信存在延迟，因此不仅对操作人员的技能提出了很高的要求，而且控制的实时性和精确度要求常常难以满足。因此，有必要建立一种有效的制方法，实现水下机器人的自主姿态调节控，以期提高对复杂水下环境的自适应性、降低人员的工作强度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于布尔网络的水下机器人姿态调节控制装置及方法，该方法充分利用了传感器、通信技术和智能控制理论，使水下机器人能够根据任务设定实现自主姿态控制，不仅提高了控制的效率和精度，而且保障了设备安全、降低了工作强度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于布尔网络的水下机器人姿态调节控制装置，包括：

温度传感器，布置于潜器壳体内、外不同位置，用于分别采集海水和推进电机的实时温度；

压力传感器，用于监测工作点的水深和压力；

电子罗盘，用于监测潜器的艏向和姿态；

声呐，用于探测障碍物和测量相对距离；

布尔网络控制模块，输入节点分别对应于温度传感器、压力传感器、电子罗盘和声呐连接，接收其采集的数据，输出节点对应于电机驱动器，其输出状态经编码后用于驱动推进电机；

电机驱动器，与布尔网络控制模块的输出节点连接，用于推进电机的驱动；

推进电机，与电机驱动器连接，用于实现水下机器人的姿态调节控制。

优选地，所述的温度传感器用于保障潜器壳体上玻璃窗不至于由于探测热液异常区时水温的骤冷骤热造成破损，避免电机由于过热而停机甚至损坏；一旦超出设定阈值后就会发出报警并执行电机降速或者反推的保护措施。

优选地，所述的电子罗盘为全姿态三维电子罗盘航向传感器，用以实时监测潜器的艏向和水下姿态，为姿态调节提供参考。

优选地，所述的温度传感器、压力传感器、电子罗盘和声呐通过各自的编码器对采集的数据进行离散化处理，并按照各自阈值设置的不同转化为一个或一组二值数据后，发送给布尔网络控制模块的输入节点。

优选地，所述的布尔网络控制模块的输出节点的输出控制信号通过电机驱动器转化为PWM波后，用于对推进电机进行控制。