本發(fā)明屬于無人航行器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于無人航行器的自平衡裝置、無人航行器及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水面或水下無人航行器因具有體積小、操作靈活、自主航行等特點，可在惡劣天氣下替代人類執(zhí)行多種危險人物，因而被廣泛的應(yīng)用于海洋科學(xué)研究、海洋資源勘探、軍事偵查等領(lǐng)域。

水面或水下無人航行器做為一種運載平臺，通過搭載不同的探測模塊，可以完成各種海洋作業(yè)任務(wù)。然而無人航行器的制作以及設(shè)備的安裝，很難保證無人航行器在水中的姿態(tài)平衡，往往會出現(xiàn)頭重尾輕或頭輕尾重以及向左或向右傾斜的狀態(tài)。現(xiàn)有技術(shù)中，通常解決無人航行器姿態(tài)平衡的方法是：在無人航行器組裝前，計算無人航行器各段所受浮力，稱量無人航行器各段重量以及所載設(shè)備重量，通過合理分布所載設(shè)備以及壓艙填塊，來解決無人航行器姿態(tài)平衡的問題。這種方式往往效率低下，需要多次打開無人航行器來填充壓艙填塊，越來越不符合無人航行器所載探測設(shè)備模塊化組裝高效率發(fā)展的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述現(xiàn)有自平衡裝置、無人航行器及其控制系統(tǒng)存在的問題，提出了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明其中一個目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)無人航行器姿態(tài)自平衡裝置，以便于無人航行器的調(diào)節(jié)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種自平衡裝置，包括，第一平衡件，包括第一固定件、橫向電池組和縱向電池組，所述橫向電池組與所述第一固定件相連接；控制單元，包括監(jiān)測部件和處理模塊，所述監(jiān)測部件能夠監(jiān)測所述第一平衡件的兩端橫向傾角，所述處理模塊接收所述監(jiān)測部件的檢測信號，通過調(diào)整所述橫向電池組、縱向電池組和所述第一固定件之間的關(guān)系，調(diào)整所述第一平衡件。

作為本發(fā)明所述自平衡裝置的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一固定件包括第一滑軌，所述第一滑軌分為第一橫向滑軌和第二橫向滑軌，所述第一橫向滑軌和所述第二橫向滑軌平行設(shè)置；所述橫向電池組包括第一滑塊，所述第一滑塊分為第一橫向滑塊、第二橫向滑塊、第三橫向滑塊和第四橫向滑塊，所述第一橫向滑塊和所述第二橫向滑塊設(shè)置在所述橫向電池組的一邊，兩者均與所述第一橫向滑軌相配合，所述第三橫向滑塊和所述第四橫向滑塊設(shè)置在所述橫向電池組的另一邊，兩者均與所述第二橫向滑軌相配合。

作為本發(fā)明所述自平衡裝置的一種優(yōu)選方案，其中：還包括，第二平衡件，包括第二固定件，所述第二固定件放置在所述第一固定件下方，所述第二固定件包括第二滑軌，所述第二滑軌分為第一縱向滑軌和第二縱向滑軌，所述第一縱向滑軌和所述第二縱向滑軌平行設(shè)置。

作為本發(fā)明所述自平衡裝置的一種優(yōu)選方案，其中：所述縱向電池組包括第二滑塊，所述第二滑塊分為第一縱向滑塊、第二縱向滑塊、第三縱向滑塊和第四縱向滑塊，所述第一縱向滑塊和所述第二縱向滑塊設(shè)置在所述縱向電池組的一邊，兩者均與所述第一縱向滑軌相配合，所述第三縱向滑塊和所述第四縱向滑塊設(shè)置在所述縱向電池組的另一邊，兩者均與所述第二縱向滑軌相配合。

一種無人航行器，包括無人航行器，其特征在于：一種無人航行器，包括無人航行艇體，其特征在于：還包括，第一平衡件和第二平衡件設(shè)置在所述無人航行艇體的中間部分。

作為本發(fā)明所述無人航行器的一種優(yōu)選方案，其中：驅(qū)動件，其包括第一驅(qū)動件和第二驅(qū)動件，所述第一驅(qū)動件放置在所述第一固定件的中間位置，所述監(jiān)測部件檢測到所述第一平衡件的兩端橫向傾角，通過所述第一驅(qū)動件調(diào)整所述第一平衡件；所述第二驅(qū)動件放置在所述第二固定件的中間位置，所述監(jiān)測部件檢測到所述第二平衡件的兩端縱向傾角，通過所述第二驅(qū)動件調(diào)整所述第二平衡件。

一種應(yīng)用于所述無人航行器的控制系統(tǒng)，包括，一用于監(jiān)視無人航行器運動狀態(tài)并選擇無人航行器運動模式的岸基集成控制系統(tǒng)，所述岸基集成控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)互通的一岸基通訊系統(tǒng)、一岸基處理系統(tǒng)、一對岸基通訊系統(tǒng)及岸基處理系統(tǒng)進行供電的岸基供電系統(tǒng)；和，一負(fù)責(zé)控制無人航行器運動的艦基集成控制系統(tǒng)，所述艦基集成控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)互通的一艦基通訊系統(tǒng)、一艦基處理系統(tǒng)、一對艦基通訊系統(tǒng)、艦基處理系統(tǒng)及進行供電的艦基供電系統(tǒng)，所述艦基處理系統(tǒng)包括一與艦基通訊系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通的艦基工控機，所述艦基工控機上連接有一避障系統(tǒng)、一運動控制系統(tǒng)、一位姿導(dǎo)航系統(tǒng)及一視覺系統(tǒng)。

作為本發(fā)明所述應(yīng)用于所述無人航行器的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述位姿導(dǎo)航系統(tǒng)包括，一用于實時定位無人航行器在水中位置的導(dǎo)航模塊；一用于測量無人航行器在水中的方位、速度、加速度、角速率信息的微慣導(dǎo)位姿模塊；以及，一用于測量無人航行器在水中下潛的深度以及無人航行器周圍水的流速的深度流速傳感器。

作為本發(fā)明所述應(yīng)用于所述無人航行器的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述運動控制系統(tǒng)包括，一用于改變無人航行器的運動方向以及在水中的上升、下潛的艦基系統(tǒng)；和，一為無人航行器的前進后退提供動力的主動力系統(tǒng)；其中，所述艦基系統(tǒng)包括控制單元。

作為本發(fā)明所述應(yīng)用于所述無人航行器的控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述位姿導(dǎo)航系統(tǒng)包括，一用于實時定位無人航行器在水中位置的導(dǎo)航模塊；一用于測量無人航行器在水中的方位、速度、加速度、角速率信息的微慣導(dǎo)位姿模塊；以及，一用于測量無人航行器在水中下潛的深度以及無人航行器周圍水的流速的深度流速傳感器。

本發(fā)明的有益效果：當(dāng)無人航行器處于水中，通過監(jiān)測部件先檢測無人航行器縱向傾角和橫向傾角，并將檢測結(jié)果傳送到處理模塊，并通過第一驅(qū)動件和第二驅(qū)動件分別帶動橫向電池組和縱向電池組相對于無人航行器位姿的變動，從而快速、有效、簡單的調(diào)節(jié)無人航行器的姿態(tài)平衡，且通過電池平衡無人航行器，可節(jié)省出外加的平衡物件占用的空間，增大了有效攜載容積。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中：

圖1為本發(fā)明自平衡裝置第一個實施方式中所述第一平衡件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明自平衡裝置第一個實施方式中所述第一平衡件中第一固定件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明自平衡裝置第一個實施方式中所述第一平衡件的整體結(jié)構(gòu)左視示意圖；

圖4為本發(fā)明自平衡裝置第二個實施方式中所述第二平衡件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明自平衡裝置第二個實施方式中所述第二固定件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明自平衡裝置第三個實施方式中所述無人航行器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明所述控制系統(tǒng)的整體示意圖；

圖8為本發(fā)明圖7所示實施方式中多傳感器信息集成融合示意圖；

圖9為本發(fā)明圖7所示實施方式中手操運動控制工作模式的流程圖；

圖10為本發(fā)明圖7所示實施方式中巡航運動控制工作模式的流程圖；

圖11為本發(fā)明圖7所示實施方式中視覺目標(biāo)跟蹤運動控制工作模式的流程圖；

圖12為本發(fā)明圖5所示實施方式中自主避障運動控制工作模式的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

再其次，此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。

本發(fā)明的一個實施方式如圖1所示，圖1為本發(fā)明第一種實施方式中所述自平衡裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中該裝置包括第一平衡件100和控制單元200。

第一平衡件100包括第一固定件101、橫向電池組102和縱向電池組103，且第一固定件101和縱向電池組103相連接，第一固定件101為固定板，支撐放置橫向電池組102和縱向電池組103，其中，較佳的，第一固定件101為固定板，不容易產(chǎn)生彈性形變，例如，第一固定件101可以是板材，其中板材一般是采用2毫米以上的軟質(zhì)平面材料和厚度在0.5毫米以上的硬質(zhì)平面材料。也可以采用抗壓強度較大的鋼材，鋼材是鋼錠、鋼坯或鋼材通過壓力加工制成的一定形狀、尺寸和性能的材料，若采用鋼材，當(dāng)橫向電池組102放置到第一固定件101上后，鋼材不容易發(fā)生形變。

較佳的，參照圖2，第一固定件101包括第一滑軌101a，第一滑軌101a分為第一橫向滑軌101a-1和第二橫向滑軌101a-2，其中，第一橫向滑軌101a-1和第二橫向滑軌101a-2相互平行，且兩者之間的距離小于等于橫向電池組102的第一邊a和第二邊b之間的距離(參照圖3)。其中，在該實施例中，第一橫向滑軌101a-1和第二橫向滑軌101a-2均可為單條滑道，也均可為雙條滑道。橫向電池組102包括第一滑塊102a，第一滑塊102a為第一橫向滑塊102a-1、第二橫向滑塊102a-2、第三橫向滑塊102a-3和第四橫向滑塊102a-4，結(jié)合圖2和圖3，第一橫向滑塊102a-1和第二橫向滑塊102a-2設(shè)置在橫向電池組102的第一邊a上，與第一橫向滑軌101a-1相配合，第三橫向滑塊102a-3和第四橫向滑塊102a-4設(shè)置在橫向電池組102的第二邊b上，與第二橫向滑軌101a-2相配合。需要說明的是，第一橫向滑塊102a-1和第二橫向滑塊102a-2可以合并為一個滑塊，第三橫向滑塊102a-3和第四橫向滑塊102a-4可以合并成一個滑塊，也就是說，可以在橫向電池組102的第一邊a上設(shè)置一個滑塊與第一橫向滑軌101a-1相配合，在橫向電池組102的第二邊b上設(shè)置另外一個滑塊與第二橫向滑軌101a-2相配合。橫向電池組102通過第一橫向滑塊102a-1、第二橫向滑塊102a-2、第三橫向滑塊102a-3和第四橫向滑塊102a-4在第一橫向滑軌101a-1和第二橫向滑軌101a-2滑動，使得裝置更平衡。

從控制結(jié)構(gòu)角度看，第一平衡件100通過控制單元200建立“聯(lián)系”?？刂茊卧?00包括監(jiān)測部件201和處理模塊202(在圖中未表示出來)，監(jiān)測部件201放置在第一固定件101的中間位置，且能夠感知監(jiān)測第一平衡件100兩端的橫向傾角，設(shè)定一個“預(yù)設(shè)值”，當(dāng)監(jiān)測部件201檢測到第一平衡件100兩端的橫向傾角時反饋給處理模塊202，處理模塊202接收監(jiān)測部件201的檢測信號，優(yōu)選的，處理模塊202為基于單片機或者plc的微處理器，處理模塊202根據(jù)設(shè)定的算法得出控制命令后，控制調(diào)整橫向電池組102和第一固定件101之間的關(guān)系，調(diào)整第一平衡件100，使其平衡。

參照圖4和圖5，圖4示出了本發(fā)明第二種實施方式所述自平衡裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，該實施例不同于第一個實施的是：在該實施例中還包括第二平衡件300，第二平衡件300包括第二固定件301。實施方案為：第二平衡件300包括第二固定件301，且第二固定件301放置在第一固定件101下方，第二固定件301為固定板，較佳的，第二固定件301包括第二滑軌301a，第二滑軌301a分為第一縱向滑軌301a-1和第二縱向滑軌301a-2，其中，第一縱向滑軌301a-1和第二縱向滑軌301a-2相互平行，且兩者之間的距離小于等于第一固定件101的第三邊c和第四邊d之間的距離(參照圖1)。其中，在該實施例中，第一縱向滑軌301a-1和第二縱向滑軌301a-2均可為單條滑道，也均可為雙條滑道。參照圖5，第一固定件101的下方設(shè)有包括第二滑塊101b，第二滑塊101b包括第一縱向滑塊101b-1、第二縱向滑塊101b-2、第三縱向滑塊101b-3和第四縱向滑塊101b-4，第一縱向滑塊101b-1和第二縱向滑塊101b-2設(shè)置在第一固定件101的第三邊c上(參照圖1)，與第一縱向滑軌301a-1相配合，第三縱向滑塊101b-3和第四縱向滑塊101b-4設(shè)置在第一固定件101的第四邊d上(參照圖1)，與第二縱向滑軌301a-2相配合。需要說明的是，第一縱向滑塊101b-1和第二縱向滑塊101b-2可以合并為一個滑塊，第三縱向滑塊101b-3和第四縱向滑塊101b-4可以合并成一個滑塊，也就是說，可以在第一固定件101的第三邊c上設(shè)置一個滑塊與第一縱向滑軌301a-1相配合，在第一固定件101的第四邊d上設(shè)置另外一個滑塊與第二縱向滑軌301a-2相配合。第一固定件101通過第一縱向滑塊101b-1、第二縱向滑塊101b-2、第三縱向滑塊101b-3和第四縱向滑塊101b-4在第一縱向滑軌301a-1和第二縱向滑軌301a-2滑動，使得裝置更為平衡。較佳的，可以設(shè)置4組滑塊，兩側(cè)各設(shè)置四個，保證滑行中，第一固定件101的穩(wěn)定性。

參照圖6，圖6示出了將本發(fā)明第三種實施方式所述自平衡裝置應(yīng)用至無人航行器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。該無人航行器包括無人航行艇體t，其還包括，如圖1～5所示的自平衡裝置，其中，第一平衡件100和第二平衡件300設(shè)置在無人航行艇體t的中間部分，其前端用于安裝無人航行器作業(yè)設(shè)備，尾端為無人航向器提供動力并改變無人航行器運動方向。

具體的，在該實施例中包括第一平衡件100、控制單元200和第二平衡件300。第一平衡件100包括第一固定件101、橫向電池組102和縱向電池組103，且第一固定件101和縱向電池組103相連接，第一固定件101為固定板，支撐放置橫向電池組102和縱向電池組103。

參照圖2，第一固定件101包括第一滑軌101a，第一滑軌101a分為第一橫向滑軌101a-1和第二橫向滑軌101a-2，其中，第一橫向滑軌101a-1和第二橫向滑軌101a-2相互平行，且兩者之間的距離小于等于橫向電池組102的第一邊a和第二邊b之間的距離(參照圖3)。橫向電池組102包括第一滑塊102a，第一滑塊102a為第一橫向滑塊102a-1、第二橫向滑塊102a-2、第三橫向滑塊102a-3和第四橫向滑塊102a-4，結(jié)合圖2和圖3，第一橫向滑塊102a-1和第二橫向滑塊102a-2設(shè)置在橫向電池組102的第一邊a上，與第一橫向滑軌101a-1相配合，第三橫向滑塊102a-3和第四橫向滑塊102a-4設(shè)置在橫向電池組102的第二邊b上，與第二橫向滑軌101a-2相配合。橫向電池組102通過第一橫向滑塊102a-1、第二橫向滑塊102a-2、第三橫向滑塊102a-3和第四橫向滑塊102a-4在第一橫向滑軌101a-1和第二橫向滑軌101a-2滑動，使得裝置平衡。

第二平衡件300包括第二固定件301，且第二固定件301放置在第一固定件101下方，第二固定件301為固定板，第二固定件301包括第二滑軌301a，第二滑軌301a分為第一縱向滑軌301a-1和第二縱向滑軌301a-2，其中，第一縱向滑軌301a-1和第二縱向滑軌301a-2相互平行，且兩者之間的距離小于等于第一固定件101的第三邊c和第四邊d之間的距離(參照圖1)。參照圖5，第一固定件101的下方設(shè)有包括第二滑塊101b，第二滑塊101b包括第一縱向滑塊101b-1、第二縱向滑塊101b-2、第三縱向滑塊101b-3和第四縱向滑塊101b-4，第一縱向滑塊101b-1和第二縱向滑塊101b-2設(shè)置在第一固定件101的第三邊c上(參照圖1)，與第一縱向滑軌301a-1相配合，第三縱向滑塊101b-3和第四縱向滑塊101b-4設(shè)置在第一固定件101的第四邊d上(參照圖1)，與第二縱向滑軌301a-2相配合。第一固定件101通過第一縱向滑塊101b-1、第二縱向滑塊101b-2、第三縱向滑塊101b-3和第四縱向滑塊101b-4在第一縱向滑軌301a-1和第二縱向滑軌301a-2滑動，使得裝置平衡。較佳的，可以設(shè)置4組滑塊，兩側(cè)各設(shè)置四個，保證滑行中，第一固定件101的穩(wěn)定性。

從控制結(jié)構(gòu)角度看，第一平衡件100和第二平衡件300通過控制單元200建立“聯(lián)系”?？刂茊卧?00包括監(jiān)測部件201和處理模塊202，監(jiān)測部件201放置在第一固定件101的中間位置，能夠監(jiān)測第一平衡件100兩端的橫向傾角，監(jiān)測第二平衡件300兩端的縱向傾角，當(dāng)監(jiān)測部件201檢測到第一平衡件100或第二平衡件300兩端的橫向傾角或縱向傾角時，反饋給處理模塊202，處理模塊202接收監(jiān)測部件201的檢測信號，優(yōu)選的，處理模塊202為基于單片機或者plc的微處理器，處理模塊202根據(jù)設(shè)定的算法得出控制命令后，控制調(diào)整橫向電池組102和第一固定件101之間，以及縱向電池組103和第二固定件301之間的關(guān)系，調(diào)整第一平衡件100和第二平衡件300，使兩者平衡。

在這一實施例中，還包括驅(qū)動件400，驅(qū)動件400包括第一驅(qū)動件401和第二驅(qū)動件402，其中第一驅(qū)動件401放置在第一固定件101的中間位置，第二驅(qū)動件402放置在第二固定件301的中間位置，兩者這樣放置可以避免由于第一驅(qū)動件401和第二驅(qū)動件402本身而引起的不平衡的狀況。當(dāng)無人航行器處于水中，上電初始化后，監(jiān)測部件201先檢測無人航行器縱向傾角和橫向傾角，并將檢測結(jié)果傳送到控制器，處理模塊202根據(jù)設(shè)定的算法得出控制命令后，控制第一驅(qū)動件401和第二驅(qū)動件402系統(tǒng)運動，驅(qū)動第二固定件301在第二滑軌301a上的位置，來帶動縱向電池組302、橫向電池組102在縱向上位置的變動，來調(diào)節(jié)無人航行器在縱向上的姿態(tài)；控制第二驅(qū)動件402的運動，來驅(qū)動第一固定件101在第一滑軌101a上的位置，帶動橫向電池組102在橫向上位置的變動來調(diào)節(jié)無人航行器在橫向上的姿態(tài)；通過改變無人航向器在橫向上和縱向上的姿態(tài)來達到無人航行器姿態(tài)的總平衡。

參見圖7，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于無人航行器的控制系統(tǒng)，其包括：一用于監(jiān)視無人航行器運動狀態(tài)并選擇無人航行器運動模式的岸基集成控制系統(tǒng)500，岸基集成控制系統(tǒng)500包括數(shù)據(jù)互通的一岸基通訊系統(tǒng)502、一岸基處理系統(tǒng)，還包括一對岸基通訊系統(tǒng)502及岸基處理系統(tǒng)進行供電的岸基供電系統(tǒng)。

岸基通訊系統(tǒng)502由一岸基數(shù)傳設(shè)備502a、一岸基圖傳設(shè)備502b共同組成。

岸基處理系統(tǒng)包括一岸基工控機506，該岸基工控機506與岸基通訊系統(tǒng)502實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，在岸基工控機506上連接有一手柄503、一多屏幕504，多屏幕504上顯示有不同的用于顯示監(jiān)控?zé)o人航行器運動狀態(tài)的人機交互界面505。

岸基供電系統(tǒng)包括依次連接的岸基220vac/24vdc鋰電池501及岸基電壓變換器507。通過設(shè)置有一岸基電壓變換器507，從而可根據(jù)需要將岸基220vac/24vdc鋰電池501的電壓變換為需要電壓后再給岸基通訊系統(tǒng)502及岸基處理系統(tǒng)中的各個設(shè)備供電，保證岸基集成控制系統(tǒng)500的整體順利運行。

一負(fù)責(zé)控制無人航行器運動的艦基集成控制系統(tǒng)600，該艦基集成控制系統(tǒng)600包括數(shù)據(jù)互通的一艦基通訊系統(tǒng)601、一艦基處理系統(tǒng)，還包括一對艦基通訊系統(tǒng)601、艦基處理系統(tǒng)及進行供電的艦基供電系統(tǒng)，艦基處理系統(tǒng)包括一與艦基通訊系統(tǒng)601和一實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通的艦基工控機603，在艦基工控機603上連接有一避障系統(tǒng)604、一運動控制系統(tǒng)605、一位姿導(dǎo)航系統(tǒng)602及一視覺系統(tǒng)606。

艦基通訊系統(tǒng)601由一艦基數(shù)傳設(shè)備601a、一艦基圖傳設(shè)備601b共同組成。

避障系統(tǒng)604包括一用于測量水面、空中目標(biāo)及障礙物的毫米波雷達604a，一用于測量水中目標(biāo)及障礙物的多束波聲吶604b。

運動控制系統(tǒng)605包括一用于改變無人航行器的運動方向以及在水中的上升、下潛的艦基系統(tǒng)605a，一為無人航行器的前進后退提供動力的主動力系統(tǒng)605b。

位姿導(dǎo)航系統(tǒng)602包括一用于實時定位無人航行器在水中位置的北斗/gps模塊602a，一用于測量無人航行器在水中的方位、速度、加速度、角速率信息的微慣導(dǎo)位姿模塊602b，一用于測量無人航行器在水中下潛的深度以及無人航行器周圍水的流速的深度流速傳感器602c。其中，這里所提及的“北斗/gps模塊”是用來導(dǎo)航定位的，“位姿模塊”可以采用姿勢傳感器，其是基于mems技術(shù)的高性能三維運動姿態(tài)測量系統(tǒng)，包含三軸陀螺儀、三軸加速度計(即imu)，三軸電子羅盤等輔助運動傳感器，通過內(nèi)嵌的低功耗arm處理器輸出校準(zhǔn)過的角速度，加速度，磁數(shù)據(jù)等，通過基于四元數(shù)的傳感器數(shù)據(jù)算法進行運動姿態(tài)測量，實時輸出以四元數(shù)、歐拉角等表示的零漂移三維姿態(tài)數(shù)據(jù)。

視覺系統(tǒng)606包括一用于采集無人航行器外部環(huán)境圖像的ccd攝像頭606a、一用于旋轉(zhuǎn)ccd攝像頭606a的云臺606b。

艦基供電系統(tǒng)包括依次連接的一艦基電壓變換器607及一艦載72vdc鋰電池/24vdc鋰電池608。通過設(shè)置有一艦基電壓變換器607，從而可根據(jù)需要將艦載72vdc鋰電池/24vdc鋰電池608的電壓，變換為需要電壓后再給艦基通訊系統(tǒng)601及艦基處理系統(tǒng)中的各個設(shè)備供電，保證艦基集成控制系統(tǒng)600的整體順利運行。

在本控制系統(tǒng)中，岸基通訊系統(tǒng)502和艦基通訊系統(tǒng)601組成無人航行器集成控制系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)，用于岸基集成控制系統(tǒng)500和艦基集成控制系統(tǒng)600的數(shù)據(jù)和圖像的傳輸。

如圖8所示的示意圖可知，組合導(dǎo)航信息的形成通過導(dǎo)航模塊602a(也即：北斗/gps模塊602a)、微慣導(dǎo)位姿模塊602b、深度流速傳感器602c和多束波聲吶604b分別通過rs232接口與艦載工控機603連接，毫米波雷達604a、和ccd攝像頭606a分別通過以太網(wǎng)接口與艦載工控機603連接，艦載工控機603將各傳感器的信息數(shù)據(jù)進行處理融合，形成完整的組合導(dǎo)航信息，通過通訊系統(tǒng)發(fā)送到岸基集成控制系統(tǒng)500。

本發(fā)明中的無人航行器共有四種運動控制工作模式，分別為：手操運動控制工作模式、巡航運動控制工作模式、視覺目標(biāo)跟蹤運動控制工作模式和自主避障運動控制工作模式，運動控制更加智能。

如圖9所示的示意圖可知，手操運動控制工作模式的工作流程為：無人航行器上電初始化后，由無人航行器操作員選擇無人航行器運動模式為手操運動模式工作，無人航行器操作員在可視范圍內(nèi)或遠距離根據(jù)人機交互界面505所顯示的無人航行器姿態(tài)及環(huán)境信息獲取無人航行器的位置、姿態(tài)，并選擇是否進行手柄503操作，如果是，則進入下一步，如果否，則繼續(xù)進行上一步即獲取無人航行器的位置、姿態(tài)，在選擇進行手柄503操作后，經(jīng)岸基工控機506采集處理手柄503數(shù)據(jù)后，通過通訊系統(tǒng)傳輸指令到艦基工控機603，再由艦載工控機603處理并生成運動控制命令，傳輸?shù)竭\動控制系統(tǒng)605，主動力系統(tǒng)605b、艦基系統(tǒng)605a的電機開始運動，控制無人航行器的運動，從而實現(xiàn)了無人航行器的手操運動控制工作模式。在這一實施方式中，艦基系統(tǒng)605a包括了控制單元200(參見圖7)，便于控制無人航行器的整體平衡。

如圖10所示的示意圖可知，巡航運動控制工作模式的工作流程為：無人航行器上電初始化后，無人航行器操作員在可視范圍內(nèi)或遠距離根據(jù)人機交互界面505所顯示的無人航行器姿態(tài)及環(huán)境信息獲取無人航行器的位置、姿態(tài)，并選擇是否進入巡航運動模式工作，無人航行器操作員根據(jù)任務(wù)需要，先于人機交互界面505上設(shè)定無人航行器的巡航路線，經(jīng)岸基工控機506處理，通過通訊系統(tǒng)傳輸指令將運動路線傳送到艦載工控機603，由艦載工控機603處理并生成運動控制命令，傳輸?shù)竭\動控制系統(tǒng)605，主動力系統(tǒng)605b、艦基系統(tǒng)605a的電機開始運動，控制無人航行器按照設(shè)定路線運動，從而實現(xiàn)了無人航行器的巡航運動控制工作模式。

如圖11所示的示意圖可知，視覺目標(biāo)跟蹤運動控制工作模式的工作流程為：無人航行器上電初始化后，由無人航行器操作員選擇無人航行器運動模式為視覺目標(biāo)跟蹤運動模式工作，ccd攝像頭606a拍攝無人航行器運動環(huán)境中水面、空中環(huán)境信息，經(jīng)過艦載工控機603處理，通過通訊系統(tǒng)傳輸?shù)桨痘た貦C506，由多屏幕504顯示，經(jīng)過無人航行器操作員在畫面上選定是否跟蹤目標(biāo)，若是，則進入下一步，若否，則ccd攝像頭606a繼續(xù)拍攝無人航行器運動環(huán)境中水面、空中環(huán)境信息，在選擇跟蹤目標(biāo)后，由岸基工控機506處理后，通過通訊系統(tǒng)將跟蹤目標(biāo)信息回傳到艦載工控機603，再由艦載工控機603處理并生成運動控制命令，傳輸?shù)竭\動控制系統(tǒng)605，控制無人航行器跟蹤選定目標(biāo)運動，以及云臺606b轉(zhuǎn)動帶動ccd攝像頭606a的轉(zhuǎn)動來跟蹤目標(biāo)，從而實現(xiàn)了無人航行器的視覺目標(biāo)跟蹤運動控制工作模式。

如圖12所示的示意圖可知，自主避障運動控制工作模式的工作流程為：無人航行器上電初始化后，在巡航運動控制工作模式和視覺目標(biāo)跟蹤運動控制工作模式下，無人航行器具有自主避障運動控制功能，由北斗/gps模塊602a、微慣導(dǎo)位姿模塊602b、深度流速傳感器602c、毫米波雷達604a、多束波聲吶604b和ccd攝像頭606a檢測是否有障礙物，并將信息反饋給艦載工控機603，再通過艦載工控機603通過融合北斗/gps模塊602a、微慣導(dǎo)位姿模塊602b、深度流速傳感器602c、毫米波雷達604a、多束波聲吶604b和ccd攝像頭606a的信息數(shù)據(jù)信息，判斷出障礙物的信息，自動生成運動控制命令，傳輸?shù)竭\動控制系統(tǒng)605，控制無人航行器避過障礙物運動，從而實現(xiàn)了無人航行器的自主避障運動控制工作模式。

本發(fā)明中的控制系統(tǒng)通過岸基集成控制系統(tǒng)500與艦基集成控制系統(tǒng)600的相互配合，由岸基集成控制系統(tǒng)500負(fù)責(zé)監(jiān)視無人航行器的運動狀態(tài)，選擇無人航行器的運動模式，而艦基集成控制系統(tǒng)600用以融合各種傳感器信息，形成完整的組合導(dǎo)航信息，并負(fù)責(zé)控制無人航行器的運動，使得本控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)集成度高、運動控制更加智能、超視距的無人航行器運動控制等優(yōu)點，通過多種運動控制工作模式相結(jié)合，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

通過岸基通訊系統(tǒng)502、岸基處理系統(tǒng)、艦基通訊系統(tǒng)601、艦基處理系統(tǒng)的配合工作，使得本發(fā)明的中的半潛式小型無人航行器具備四種運動控制工作模式：手操運動控制工作模式、巡航運動控制工作模式、視覺目標(biāo)跟蹤運動控制工作模式和自主避障運動控制工作模式，運動控制更加智能。

手操運動控制工作模式由人機交互界面505與手柄503共同配合得以實現(xiàn)；巡航運動控制工作模式由人機交互界面505、岸基工控機506、艦載工控機603共同配合得以實現(xiàn)；視覺目標(biāo)跟蹤運動控制工作模式由ccd攝像頭606a、艦載工控機603、岸基工控機506、多屏幕504共同配合得以實現(xiàn)；自主避障運動控制工作模式由艦載工控機603、北斗/gps模塊602a、微慣導(dǎo)位姿模塊602b、深度流速傳感器602c、毫米波雷達604a、多束波聲吶604b、ccd攝像頭606a共同配合得以實現(xiàn)。

在本發(fā)明中，對于岸基供電系統(tǒng)與艦基供電系統(tǒng)中均設(shè)置有一電壓變換器，從而可根據(jù)需要將鋰電池的電壓變換為需要電壓后再給各設(shè)備供電，保證設(shè)備的順利運行。

應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。