[发明专利]水下机器人的定位系统、定位方法及水下机器人组件

说明书

本申请涉及一种水下机器人的定位系统、定位方法及水下机器人组件。水下机器人的定位系统包括：浮标、深度传感器和处理模块，浮标包括：浮标定位模块，用于确定浮标的位置；线缆，用于连接水下机器人；张力缆轴，线缆缠绕在张力缆轴上，张力缆轴使延伸出的线缆保持张紧；计米器，计量延伸出的线缆的长度；角度传感器，用于检测延伸出的线缆与标准位置在水平方向的夹角；深度传感器用于检测水下机器人的下潜深度；处理模块用于确定水下机器人的位置。本申请通过浮标位置叠加水下机器人相对浮标偏移的位置确定水下机器人的位置，实现对水下机器人低成本、高精度的定位。

技术领域

本申请涉及水下设备领域，具体涉及一种水下机器人的定位系统、定位方法及水下机器人组件。

背景技术

使用时，水下机器人的定位对操控方来说非常重要。由于水下无线传输的局限性，GPS信号无法传送到水下，现有技术中通常采用 USBL(超短基线定位系统)进行水下定位。超短基线定位系统由发射换能器、应答器、接收基阵组成。发射换能器和接收基阵安装在船上，应答器固定在水下机器人上。

发射换能器发出一个声脉冲，应答器收到后，回发声脉冲，接收基阵收到后，测量出X、Y两个方向的相位差，并根据声波的到达时间计算出水下装置到基阵的距离R，从而计算得到水下探测器在平面坐标上的位置和水下探测器的深度。

但是，USBL造价较高，而且对载具的要求也高。USBL基阵通常有两种布设方式：1、使用专用船只，在船只出厂前固定到船底；2、使用专用卡具，布设要求高，卡具的安装、维护和运输极为困难。水下机器人需要搭载的应答器体积和造价都较大，不适用小型水下机器人。另外在浅水区域，声学反射和干扰较强，并且存在水面回波干扰，定位精度很差。

发明内容

基于此，本申请提供了一种水下机器人的定位系统、定位方法及水下机器人组件，实现对水下机器人低成本、高精度的定位。

本申请的一个实施例提供一种水下机器人的定位系统，包括：浮标、深度传感器和处理模块，所述浮标包括：浮标定位模块，用于确定浮标的位置；线缆，用于连接水下机器人；张力缆轴，所述线缆缠绕在所述张力缆轴上，所述张力缆轴使延伸出的线缆保持张紧；计米器，计量所述延伸出的线缆的长度；角度传感器，用于检测延伸出的线缆与标准位置在水平方向的夹角；所述深度传感器用于检测所述水下机器人的下潜深度；所述处理模块根据所述浮标的位置、水下机器人的下潜深度、延伸出的线缆的长度、延伸出的线缆与标准位置在水平方向的夹角确定所述水下机器人的位置。

根据本申请的一些实施例，所述水下机器人的定位系统还包括姿态传感器，所述姿态传感器用于检测所述水下机器人的姿态。

根据本申请的一些实施例，所述浮标还包括电池，所述电池为所述浮标定位模块、张力缆轴、计米器和角度传感器供电。

根据本申请的一些实施例，所述水下机器人的定位系统应用于深度 300米以内的水域。

本申请的一个实施例提供一种水下机器人的定位方法，利用如上所述水下机器人的定位系统对水下机器人进行定位，所述方法包括：通过所述浮标定位模块确定浮标的位置；通过所述计米器计量延伸出的线缆的长度；通过角度传感器检测延伸出的线缆与标准位置在水平方向的夹角；通过深度传感器检测所述水下机器人的下潜深度；根据所述浮标的位置、水下机器人的下潜深度、延伸出的线缆的长度、延伸出的线缆与标准位置在水平方向的夹角确定所述水下机器人的位置。

根据本申请的一些实施例，所述根据所述浮标的位置、水下机器人的下潜深度、延伸出的线缆的长度、延伸出的线缆与标准位置在水平方向的夹角确定所述水下机器人的位置包括：根据所述水下机器人的下潜深度和延伸出的线缆的长度，利用勾股定理确定所述水下机器人与所述浮标的水平距离；根据所述浮标的位置、水下机器人的下潜深度、所述水下机器人与所述浮标的水平距离、延伸出的线缆与标准位置在水平方向的夹角确定所述水下机器人的位置。