本發(fā)明涉及一種水下機器人通訊對接系統(tǒng)、水下機器人及集群控制系統(tǒng)。
背景技術：
：21世紀，海洋所蘊含的豐富的能量與資源是人類在地上資源枯竭的形勢下賴以生存的重要補給。同時，智能系統(tǒng)成為國家戰(zhàn)略發(fā)展的新高地。于是，將智能裝備應用于海洋是毋庸置疑的發(fā)展趨勢。目前，水下智能裝備的主要形式是水下機器人，主要功能有勘探，采集，維修，基建，軍用與搜救等。相比于單個機器人，目前水下多機器人系統(tǒng)由于便于運輸，可以發(fā)揮體系優(yōu)勢而尤為受到重視。但是現今的多機器人系統(tǒng)十分講究團體協(xié)作，團體協(xié)作的默契程度決定著多機器人系統(tǒng)的工作效率，如果對多機器人系統(tǒng)進行直接操作需要大量的技術人員參與，更要耗費大量的人力物力，卻很難完成相互之間的配合以及行之有效的對接。如此行之，多機器人系統(tǒng)也許會一步步淪為可有可無的雞肋。就此而言，機器人領域對于通信能力的需求與日俱增。技術實現要素：本發(fā)明的目的是提供一種水下機器人通訊對接系統(tǒng)，以實現當多水下機器人協(xié)同工作時，構建水下通訊網絡。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種水下機器人通訊對接系統(tǒng)，包括：處理器模塊，與該處理器模塊相連的通訊裝置；其中通過通訊裝置構建水下機器人通訊網絡以實現水下機器人的跟蹤和/或定位和/或匯聚。進一步，所述通訊裝置包括機械波通訊模塊、聲吶模塊和紅外線模塊；其中機械波通訊模塊適于產生用于遠距離通訊的機械波；聲吶模塊適于產生用于中距離通訊的高頻超聲波；以及紅外線模塊適于產生用于近距離通訊的紅外信號。又一方面，本發(fā)明還提供了一種水下機器人，以實現對蓄電池電量合理分配，便于在多機器人協(xié)同行進時提高水下續(xù)航能力。水下機器人的首端設有機械手，其末端設有夾持端，以及水下機器人內設有充放電控制模塊；其中所述機械手、夾持端內設有通電回路觸點，以及各通電回路觸點均連通充放電控制模塊；所述充放電控制模塊適于通過相應通電回路觸點實現對水下機器人內鋰電池進行充電或放電。進一步，所述水下機器人的主體呈梭形；所述動力裝置包括三個螺旋槳式電機推進器，且分布于外壁；所述處理器模塊適于控制三個螺旋槳式電機推進器協(xié)同工作，以控制水下機器人水下行進；以及繞外壁設有環(huán)形導軌，所述螺旋槳式電機推進器的支撐翼根部設有嵌于環(huán)形軌道的滑動裝置；所述處理器模塊適于通過滑動裝置帶動螺旋槳式電機推進器沿環(huán)形導軌移動，以改變各螺旋槳式電機推進器之間的夾角。進一步，所述水下機器人還包括：所述主體的外壁設有光伏電池板，且通過充放電控制模塊對鋰電池進行充電。第三方面，本發(fā)明還提供了一種集群控制系統(tǒng)。所述集群控制系統(tǒng)包括至少兩個所述水下機器人，以及用于協(xié)調各機器人工作的服務器。進一步，各水下機器人適于在各自的活動區(qū)域進行搜索活動，當其中一水下機器人發(fā)現目標后，將目標位置發(fā)送至服務器，且由服務器通知各水下機器人；以及所述服務器適于根據各水下機器人當前的位置與目標位置確定一匯集點，即服務器通知各水下機器人行進至該匯聚點進行匯合，并隊列前往目標地點。進一步，所述水下機器人隊列，即各水下機器人首尾相連，后一水下機器人通過機械手夾持前一水下機器人的夾持端；即后一水下機器人的機械手的通電回路觸點與前一水下機器人的夾持端的通電回路觸點相連通；前、后水下機器人的充放電控制模塊通過相應處理器模塊計算各自的鋰電池的電量，并調節(jié)兩鋰電池的電量使電量平均。進一步，所述水下機器人的主體呈梭形；所述動力裝置包括三個螺旋槳式電機推進器；所述處理器模塊適于控制三個螺旋槳式電機推進器協(xié)同工作，以控制水下機器人水下行進；以及繞外壁設有環(huán)形導軌，所述螺旋槳式電機推進器的支撐翼根部設有嵌于環(huán)形軌道的滑動裝置；所述處理器模塊適于通過滑動裝置帶動螺旋槳式電機推進器沿環(huán)形導軌移動，以改變各螺旋槳式電機推進器之間的夾角；當各水下機器人組成隊列后，各水下機器人的螺旋槳式電機推進器均呈120°分布，且適于交錯設置。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的水下機器人通訊對接系統(tǒng)、水下機器人、集群控制系統(tǒng)及其工作方法，構建穩(wěn)定、可靠的水下機器人通訊網絡，具體通過三階段分步靠攏方式，克服了水下情況復雜，范圍寬廣的工作特點，采用三種通信方式滿足了水下機器人在不同間距下完成匯聚，并且還能夠通過水下機器人隊列行進提高水下行進效率，降低行進過程中的電能消耗，并且使電能能夠均勻分配至各水下機器人，延長續(xù)航時間。附圖說明下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1本發(fā)明的水下機器人的控制原理圖；圖2是本發(fā)明的水下機器人立體圖；圖3是本發(fā)明的水下機器人的俯視圖；圖4是本發(fā)明的水下機器人的局部視圖；圖5是本發(fā)明的水下機器人的螺旋槳式電機推進器移動后結構示意圖一；圖6是本發(fā)明的水下機器人的螺旋槳式電機推進器移動后結構示意圖二；圖7是集群控制系統(tǒng)的搜索區(qū)域示意圖；圖8是水下機器人隊列示意圖；圖9是水下機器人隊列后的螺旋槳式電機推進器呈交錯設置的示意圖。圖中：主體1、螺旋槳式電機推進器2、支撐翼201、環(huán)形導軌3、滑動裝置4、從動輪組401、主動輪組402、機械手5、夾持端6。具體實施方式現在結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結構，因此其僅顯示與本發(fā)明有關的構成。實施例1如圖1所示，本實施例1提供了一種水下機器人通訊對接系統(tǒng)，包括：處理器模塊，與該處理器模塊相連的通訊裝置；其中通過通訊裝置構建水下機器人通訊網絡以實現水下機器人的跟蹤和/或定位和/或匯聚?？蛇x的，水下機器人的通信方式例如但不限于采用三階段分步靠攏方式，即在兩機器人逐漸靠攏的過程中運用三種通信技術，具有高效率，高智能化，高穩(wěn)定性的特點。具體的，將復雜的靠攏過程根據三種通訊方式根據各自通訊的特點，按照距離劃分為三個不同階段，采用三種相適應的通訊方式可以使多臺水下機器人接近目標并協(xié)同進行定位(交替工作，保持一部分對目標進行尾隨并進行不間斷定位，另一部分適時上浮充電)。因此，作為通訊裝置一種可選的實施方式，所述通訊裝置包括機械波通訊模塊、聲吶模塊和紅外線模塊；其中機械波通訊模塊適于產生用于遠距離通訊的機械波；聲吶模塊適于產生用于中距離通訊的高頻超聲波；以及紅外線模塊適于產生用于近距離通訊的紅外信號。在本實施例中，由于水下機器人所處的水下情況復雜，且工作區(qū)域范圍寬廣的工作特點，需要進行靠攏的兩水下機器人間的距離往往是或長或短而不是相對固定的，在不同的距離條件下，選擇最適合其相互靠攏直至進入協(xié)同配合距離的方式。具體的，在兩水下機器人相距例如但不限于100m以上時，通過機械波控制兩水下機器人靠攏，在機器人靠攏至50m以下時，通過高頻超聲波確定兩水下機器人的精確方位，再進行進一步靠攏；當兩水下機器人的距離低于50cm時，通過紅外信號進行跟隨對接，以構成水下機器人群協(xié)同控制群組。實施例2如圖1所示，在實施例1基礎上，本實施例2提供了一種水下機器人，水下機器人的首端設有機械手，其末端設有夾持端，以及水下機器人內設有充放電控制模塊；其中所述機械手、夾持端內設有通電回路觸點，以及各通電回路觸點均連通充放電控制模塊；所述充放電控制模塊適于通過相應通電回路觸點實現對水下機器人內鋰電池進行充電或放電。所述充放電控制模塊例如包括但不限于采用LT1513、FS1610，以及控制芯片TPS2419。具體的，所述充放電控制模塊通過輸入輸出切換模塊與通電回路觸點的連線相連，其中，所述輸入輸出切換模塊例如但不限于采用二選一模擬開關，且該模塊開關由處理器模塊控制，并且所述處理器模塊適于從充放電控制模塊獲取蓄電池當前電量，且通過無線通訊方式或任一種已知的方式發(fā)送至另一水下機器人或者實施例3中所述服務器。如圖2至圖6所示，所述水下機器人包括：所述水下機器人的主體1呈梭形；所述動力裝置包括三個螺旋槳式電機推進器，且呈120°分布于外壁；所述處理器模塊適于控制三個螺旋槳式電機推進器協(xié)同工作，以控制水下機器人水下行進。具體的，所述水下機器人水下行進方式包括但不限于沉浮、轉向、橫移、縱傾，具體行進與各螺旋槳式電機推進器的對應關系如表1所示。表1水下機器人行進與各螺旋槳式電機推進器的對應關系表行進方式推進器一推進器二推進器三上升正轉正轉正轉下沉反轉反轉反轉調整到水平姿態(tài)正轉反轉反轉調整到豎直姿態(tài)反轉正轉正轉前進反轉反轉反轉后退正轉正轉正轉水平時左轉不轉或反轉反轉正轉水平時右轉不轉或反轉反轉正轉水平時斜上傾正轉反轉反轉水平時斜下傾反轉正轉正轉表1中，第一螺旋槳式電機推進器簡稱為推進器一，以此類推。優(yōu)選的，為了進一步提高水下機器人行進效率，例如減小水下機器人行進中的轉彎半徑；繞外壁設有環(huán)形導軌3，所述螺旋槳式電機推進器的支撐翼201根部設有嵌于環(huán)形軌道的滑動裝置4；所述處理器模塊適于通過滑動裝置4帶動螺旋槳式電機推進器沿環(huán)形導軌3移動(如圖4箭頭F1所示)，以改變各螺旋槳式電機推進器之間的夾角。具體的，所述滑動裝置4包括：位于環(huán)形導軌3內的從動輪組401，以及位于主體1內的主動輪組402，以及該主動輪組402由一直流電機帶動轉動，且該直流電機由處理器模塊控制；優(yōu)選的，所述主動輪組402的行進軌道位于主體1內壁，所述主動輪組402中至少設有一個鎖止齒輪，且行進軌道設有與該鎖止齒輪配合的鎖止齒，當直流電機停轉后，鎖止齒輪與鎖止齒配合，對滑動裝置4、螺旋槳式電機推進器的位置進行鎖定。例如當水下機器人水下轉彎時，第一螺旋槳式電機推進器作為轉彎支點，第二、第三螺旋槳式電機推進器相向移動，且并攏(如圖5中箭頭F2和箭頭F3所示)，即與第一螺旋槳式電機推進器以主體1的中心軸對稱設置；其中，第一螺旋槳式電機推進器不轉或反轉，其余兩螺旋槳式電機推進器正轉，進而實現水下機器人小半徑轉彎，降低轉彎半徑，降低能耗。作為水下轉彎的一種形式，如圖6所示，當水下機器人由垂直姿態(tài)調整為水平姿態(tài)時(如箭頭F4所示)，第一螺旋槳式電機推進器作為轉彎支點，第二、第三螺旋槳式電機推進器相向移動，且并攏，即與第一螺旋槳式電機推進器以主體1的中心軸對稱設置；其中，第一螺旋槳式電機推進器反轉，其余兩螺旋槳式電機推進器正轉，進而實現水下機器人快速姿態(tài)調整，節(jié)約姿態(tài)調整時的電量需求。可選的，母船(安裝服務器)通過接收各水下機器人的通訊裝置對相應水下機器人進行定位。所述水下機器人還包括：所述主體的外壁設有光伏電池板，且通過充放電控制模塊對鋰電池進行充電。所述處理器模塊例如但不限于采用ARM9處理器。實施例3如圖7至圖9所示，本實施例3還提供了一種集群控制系統(tǒng)，包括至少兩個如實施例2所述的水下機器人，以及用于協(xié)調各機器人工作的服務器(位于母船上)。各水下機器人適于在各自的活動區(qū)域進行搜索活動，當其中一水下機器人發(fā)現目標后，將目標位置發(fā)送至服務器，且由服務器通知各水下機器人；以及所述服務器適于根據各水下機器人當前的位置(例如圖7中A和B)與目標位置確定一匯集點(如圖7中y)，即服務器通知各水下機器人行進至該匯聚點進行匯合，并隊列前往目標地點(如圖7中x所示)。其中匯合路徑如圖7中虛線所示，匯集點y移動至目標地點x的路徑由各水下機器人列隊后同時進行，如圖7中實線所示。所述匯集點具體為各水下機器人匯聚后到達目的地能量消耗最少的地點。所述水下機器人隊列，即各水下機器人首尾相連，后一水下機器人通過機械手夾持前一水下機器人的夾持端；即后一水下機器人的機械手的通電回路觸點與前一水下機器人的夾持端的通電回路觸點相連通；前、后水下機器人的充放電控制模塊通過相應處理器模塊計算各自的鋰電池的電量，并調節(jié)兩鋰電池的電量使電量平均，進而達到均勻分配延長續(xù)航能力的目的。具體的，若兩個以上的水下機器人形成隊列，則確定某一水下機器人的鋰電池電量最高，則通過各水下機器人的機械手、夾持端構建充電或放電回路，將電量最高的鋰電池的電量對其他水下機器人的鋰電池進行充電，重新分配電能，并且能保證在隊列中位于首端的水下機器人能夠獲得足夠持續(xù)的電能，繼而帶領水下機器人隊列共同前往目的地。并且形成隊列能夠有效的降低水中阻力，起到節(jié)約電能的效果。所述水下機器人的主體呈梭形；所述動力裝置包括三個螺旋槳式電機推進器；所述處理器模塊適于控制三個螺旋槳式電機推進器協(xié)同工作，以控制水下機器人水下行進；以及繞外壁設有環(huán)形導軌，所述螺旋槳式電機推進器的支撐翼根部設有嵌于環(huán)形軌道的滑動裝置；所述處理器模塊適于通過滑動裝置帶動螺旋槳式電機推進器沿環(huán)形導軌移動，以改變各螺旋槳式電機推進器之間的夾角；當各水下機器人組成隊列后，各水下機器人的螺旋槳式電機推進器均呈120°分布，且適于交錯設置，以使水下機器人列隊在行進過程中降低能耗，延長水下機器人的水下作業(yè)時間。以上述依據本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。當前第1頁1 2 3