[发明专利]一种用于煤矿沉陷区水资源监测的新型水域测量机器人

权利要求书

1.一种用于煤矿沉陷区水资源监测的新型水域测量机器人，其特征在于，它包括地面基准站、遥控器和新型水域测量机器人；基准站架设在钛合金三脚架上，中心对准在岸上的基准点上，新型水域测量机器人在水中，地面基准站与测量机器人之间通过GPS信号、数据通信信号连接，属于无线传输和无线通信，通过地面基准站或遥控器来控制新型水域测量机器人进行数据采集工作；测量机器人的工作状态分为水上状态和水下状态，当沉陷水域水面开阔无障碍物时，测量机器人为水上工作状态，当水上有大面积杂草覆盖或网箱等漂浮障碍物时，测量机器人为水下作业状态。在大面积开阔水域的水上作业和水下作业时均采用航线规划模式，由基准站进行控制；在小型水域，河道型水域测量时采用遥控器模式，由遥控器人为进行控制。

2.如权利要求1所述的一种用于沉陷水域水资源监测的新型水域测量机器人由地面基准站、遥控器和测量机器人三大部分组成。三者之间的关系是：新型水域测量机器人在沉陷水域进行工作，地面基准站假设在地面控制点上，基准站和测量机器人之间通过GPS信号、无线电数据通信信号进行连接，并对测量机器人进行控制，其中测量机器人主要由地面基准站进行控制，遥控器进行辅助控制。

3.如权利要求2所述的基准站，其特征在于，基准站由一个塑料外壳、一些基本外部结构以及10个主要内部模块构成。外部塑料外壳是倒立正四棱台式形状，外部基本结构包括电源，菜单，机器人操控微键盘，圆水准器，管水准器，连接孔，液晶显示屏，GPS基准站天线，呈塔状结构，外部涂有防水材料。12个主要内部结构分别是GPS模块，数据存储模块，数据管理模块，程序设置模块，机器人控制模块，模式规划模块，捷联惯性导航控制模块，屏幕显示模块，速度控制模块，地图搜索模块，GPS连接模块，机器人控制连接模块。

基准站电池组采用徕卡GEB242锂电池，电池盒按照电池形状设计，并根据电池供电情况选择合适的电路电线。

菜单栏可以调出程序设置界面、数据管理界面、机器人控制界面、模式规划界面、速度设置界面、新建文件夹和作业界面，GPS连接界面，机器人控制连接界面。

基准站外部微键盘由0-9的数字键盘、#和*两个符号键、A-Z的字母键盘、上下左右等方向键以及回退键组成。无需数字和字母之间的切换选择，方便快捷。

光学对中器采用中海达GPS基座制造的光学对中器，该对中器主要用于基准站中GPS系统中心对准基准站控制点中心。

圆水准器采用徕卡全站仪制造的圆水准器，该圆水准器主要用于基准站的粗略整平。

管水准器采用徕卡全站仪制造的管水准器，该管水准器主要用于基准站的精确整平。

液晶显示屏采用点阵LCD液晶显示屏，型号为QMLY631，安装在塑料外壳的管水准器左上方凹槽内，显示器与程序设置模块、数据管理模块、机器人控制模块、模式规划模块、地图搜索模块以及速度控制模块等用数据线相连接。相关程序之间通过数据线相连接。液晶显示屏表面采用一层防水、不沾水保护膜设计，以满足在小雨天气仍能工作的需求。

基准站GPS系统采用中海达iRTK主机中的主要模块并固定于基准站内部，其通信天线固定于塑料外壳顶端。

数据存储系统为数据库系统，可与基准站进行数据共享并能给基准站数据存储系统传输数据，进而由基准站的SD卡导出数据。

速度控制系统主要通过设置相关程序对机器人的喷水装置的喷水速度进行控制进而达到航行速度的控制。

模式规划系统主要由航线规划模块和遥控器控制模块构成，航线规划模块又由嵌入式地图搜索系统和航线规划系统构成。实际测量时，若选择航线规划模式，则需要根据嵌入的地图进行搜索水域，根据水域形状和范围规划航行路线并设置相应的航行速度；若选择遥控器控制模式，则航行路线和航行速度均有遥控器进行控制。航线规划模式具有可执行优先权信号反馈机制，即在测量机器人完成自动避障后收到反馈信号保证测量机器人仍按照原先设定路线航行。

捷联惯性导航系统采用基于环形激光陀螺技术的捷联惯性导航系统——NATO SNIS，这种惯性导航系统采用3个机载等级环形激光陀螺和3个高精度力反馈摆式加速度计，这些惯性仪表被封装在敏感器内，单个的温度传感器用于陀螺和加速度计的在线实时温度补偿。在水面上测量时，系统可以接受GPS流动站提供的定位更新，其内部集成的卡尔曼滤波器将这些信息进行处理后用于辅助惯性导航系统导航并约束系统时间累积误差。