[发明专利]小型水下机器人故障诊断装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下机器人状态监控技术，特别涉及一种水下机器人故障诊断装置。 

背景技术

海洋是人类发展的四大战略空间(陆、海、空、天)中继陆地之后的第2大空间,是生物资源、能源、水资源和金属资源的战略性开发基地,是最有发展潜力的空间,对我国经济与社会发展产生着直接、巨大的支撑作用。作为人类探索和开发海洋的助手,水下机器人特别是无人水下机器人UUV(Unmanned Underwater Vehicle)将在这一领域发挥重要作用。 

公开号为CN1709766的专利，介绍了一种浮力和推进器双驱动方式远程自治水下机器人，用于海洋水下工程技术领域。该发明包括：机器人主体，一对主翼，一对推进器和垂直尾翼，机器人主体的外部是整流用的透水壳，主翼和垂直尾翼具有低流体阻力翼型，主翼设置于透水壳后部，对称分布于透水壳左右两侧，垂直尾翼设置于透水壳尾部，在透水壳的垂直对称面内。推进器设置在主翼的外侧。该发明具有推进器驱动和浮力驱动两种驱动方式，在浮力驱动模式下依靠浮力和重心的调节产生推力和控制运动方向，具有高的续航能力，在推进器驱动模式下依靠推进器产生推力，依靠左右推进器的推力差和重心调节控制运动方向，具有高机动能力。 

美国专利号为US5995992的专利公开了一种用于海洋科学测量与搜索的6英尺长，直径为13英寸的自治水下机器人。介绍了它的计算机系统，I/O口，水下浮力，回收框架，电池动力，高速串口，实时数据采集及其控制系统的设计。 

以上发明专利均是有关无人水下机器人装置的设计，但由于海洋深处工作环境的复杂性，不可预测性，水下机器人一旦出现故障，不仅机器人无法完成水下作业任务，而且机器人本身也难以回收，损失巨大。因此其可靠性技术研究与设计十分关键。而直接服务于水下机器人可靠性控制技术的研究几乎还是空白，小型无人水下机器人的故障检测与隔离技术的研究未见任何专利公开。 

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种水下机器人系统的故障检测与隔离装置。 

本发明的目的是这样实现的： 

本发明的一种小型水下机器人故障诊断装置，包括传感器系统、嵌入式控制器、光端机及水面监控系统，所述传感器系统包括设置于水下机器人上，用以测量水下机器人在水中的深度，并将测得的深度数据转变为深度电压信号的深度传感器；用以测量水下机器人的航行速度，并将测得的航行速度数据转变为速度电压信号的速度传感器；用以测量水下机器人的水下姿态，并将测得的方向数据转变为姿态电压信号的姿态传感器；用以测量水下机器人前视环境，并将测得的图像数据转变为电压信号的声纳传感器；用以测量水下机器人周围环境，并将测得的图像数据转变为电压信号的光学成像传感器；用以测量水下机器人电池组状态，并将电池组状态数据转变为电压信号电池监控传感器；用以测量水下机器人推进器转速，并将推进器转速数据转变为电压信号的推进器监控传感器； 

所述嵌入式控制器设置在水下机器人上，该嵌入式控制器的信号输入端与所述深度传感器、速度传感器、姿态传感器、声纳传感器、光学成像传感器、电池监控传感器、推进器监控传感器信号连接，以接收所述深度传感器、速度传感器、姿态传感器、声纳传感器、光学成像传感器、电池监控传感器、推进监控传感器发送过来的深度电压信号、速度电压信号、姿态电压信号、声纳电压信号、光学电压信号、电池状态电压信号、推进器状态电压信号。该嵌入式控制器内部设有用以驱动传感器信号传输任务的通信模块； 

所述光端机为一对装置，分别设置在水面母船和水下机器人上，两个光端机之间通过光纤连接，通过RS-485串口通信实现数据传输；水下机器人上的光端机输入端与嵌入式系统输出端连接，水面母船上的光端机输出端与水面监控系统连接，保证水下传感器信息传输到水面监控系统； 

所述水面监控系统设置在水面母船上，该水面监控系统内部设有传感器信号传输任务的通信模块﹑利用传感器历史数据进行训练并对水下机器人进行故障检测隔离的主元分析CMAC-PCA模块﹑实现水下机器人系统故障检测的传感器信号平方预期误差SPE计算模块、完成水下机器人系统故障隔离的传感器信号平方预期误差SPEi计算模块。