[发明专利]一种水下机器人定位导航系统及定位导航方法

说明书

本发明提供一种水下机器人定位导航系统及定位导航方法，所述系统包括水下机器人和控制台，水下机器人包括定位信息采集模块、避障信息采集模块和控制模块，通过定位信息采集模块和避障信息采集模块分别对水下机器人的位置信息和障碍物信息进行检测，进而根据水下机器人的位置坐标信息和水下障碍物检测信息，控制水下机器人前行。本发明利用多传感器信息融合技术实现了全时段高精度定位导航及避障，保证了水下机器人在水面下前行的安全性。

技术领域

本发明涉及机器人导航技术领域，更具体地，涉及一种水下机器人定位导航系统及定位导航方法。

背景技术

目前，地球大部分地域是海洋，海洋不仅蕴藏着丰富的资源，而且随着科技的进步，各国的科学家对海洋进行未知探索。水下机器人不仅应用于海洋，还可以应用于河流、湖泊，水下机器人在水产养殖方面也有重要贡献，它灵活的潜入水底通过自身携带的传感器进行实时监测水质状况，包括PH值、溶解氧、浊度、温度、电导率等。基于这些原因，各国相继开展了水下机器人方面的研究，水下机器人技术得到了快速发展。

随着对水下机器人研究的不断深入，出现了一系列定位的方法，有特征点标记法、惯性定位导航法等，但是都存在一定的局限性，特征标记法利用声波回声定位选取最近的三个点，再利用三点定位法计算出机器人的位置，这种方法需要对实验区域提前布置，不能适应于各种环境；惯性定位导航法可以在任意区域，但是随着距离的增长，误差会不断累加。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种水下机器人定位导航系统及定位导航方法。

根据本发明的一个方面，提供一种水下机器人定位导航系统，包括水下机器人和控制台，所述水下机器人位于水面下，所述控制台位于地面或船舰上，所述水下机器人包括定位信息采集模块、避障信息采集模块和控制模块；

所述定位信息采集模块，用于采集水下机器人在水面下的位置坐标信息，并发送给控制模块；

所述避障信息采集模块，用于对水下障碍物进行检测，并将障碍物检测信息发送给控制模块；

所述控制模块，用于根据水下机器人的位置坐标信息和水下障碍物检测信息，控制水下机器人前行；

所述控制台，用于对水下机器人的位置坐标信息和水下障碍物检测信息进行显示。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进。

进一步的，所述定位信息采集模块包括GPS接收器、多普勒声纳传感器、惯性测量单元和超声波测高仪，所述控制台中包括GPS发射端，所述GPS发射端与所述GPS接收器组成GPS模块；

所述多普勒声纳传感器，用于测量水下机器人的三维运动速度信息；

所述惯性测量单元，用于测量水下机器人的位姿信息和加速度信息；

所述控制模块，用于根据水下机器人的所述三维运动速度信息、加速度信息和水下机器人入水时刻的位置坐标，计算出任意时刻，水下机器人在水面下的第一位置坐标信息(x1，y1，z1)；还用于根据计算出来的水下机器人的第二位置坐标信息(x2，y2，z2)对计算出的水下机器人在水面下的第一位置坐标信息(x1，y1，z1)进行校正，得到校正后的水下机器人的位置坐标(x，y，z)；

所述超声波测高仪，用于测量水下机器人距离水面的高度；

所述GPS模块，用于结合所述超声波测高仪，对水下机器人的第二位置坐标信息(x2，y2，z2)进行计算。

进一步的，所述多普勒声纳传感器中包括发射换能器和接收换能器，所述接收换能器包括多个水听器；

所述发射换能器，用于向水下方发射多束声波信号；