[发明专利]一种基于激光的水下机器人外部干扰力测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种基于激光的水下机器人外部干扰力测量系统，其特征在于，包括若干激光发射装置、图像采集装置、数据采集模块、数据处理模块，每个所述激光发射装置随机发射单束激光，所述图像采集装置采集激光落点图像，所述数据采集模块采集若干激光发射装置随机发射的单束激光的发射距离、发射角，所述数据处理模块通过若干激光发射装置发射的单束激光的发射距离、发射角计算得出对应单束激光的预定落点，通过图像采集装置采集的激光落点图像得出单束激光的实际落点，所述数据处理模块通过对比单束激光预定落点与实际落点的位置关系，计算得出外部干扰力的方向与大小。

2.根据权利要求1所述的水下机器人外部干扰力测量系统，其特征在于，所述激光发射装置包括单束激光发生器、功率调节器、发射角度调节器，所述功率调节器调节单束激光发生器发射单束激光的功率大小，所述发射角度调节器用于调节单束激光发生器发射单束激光的发射角度。

3.一种采用权利要求1或2所述的基于激光的水下机器人外部干扰力测量系统的测量方法，其特征在于，测量过程包括以下步骤：

(1)设定激光发射装置发射激光的初始点为P点；存在外部干扰力时单束激光发生折射的折射点为O点，单束激光实际落点为P”点；无外部干扰力时，单束激光不发生折射，单束激光的预定落点为P'点；P点、O点、P'点、P”点所在平面设为激光测距切平面M-xy；

(2)在激光测距切平面M-xy内，测量单束激光的发射角度α₁以及初始点P点的坐标P(x₁,y₁)；

(3)调节单束激光的发射功率为使得单束激光预定落点P'点位于折射点O点，根据P点的坐标、发射角度α₁和发射功率计算得出O点坐标；

(4)不改变单束激光的发射角度，调节单束激光的发射功率为W_p，使得单束激光发生折射，根据P点的坐标、发射角度α₁和发射功率W_p计算得出P'点坐标；

(5)计算预定落点P'到实际落点P”的长度l_p'p，根据l_p'p、O点坐标、P'点坐标、发射角度α₁计算得出P”点坐标；

(6)计算预定落点P'点与实际落点P”点的位置偏差；

(7)根据位置偏差计算得到外部干扰力的大小和方向。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中调节单束激光的发射功率，当预定落点P'点和实际落点P”点满足下述公式：

此时，认定单束激光预定落点P'点位于折射点O点，其中ε为自定义的一个极小值；

已知P(x₁,y₁)，O点坐标为且

其中，为P点与O点在激光测距切平面M-xy内X轴方向的距离，为P点与O点在激光测距切平面M-xy内Y轴方向的距离，l₀为P点到O点的距离，k为根据单束激光发射功率得到单束激光发射到达距离的系数，得到O点坐标为O(x₁+l₀cosα₁,y₁+l₀sinα₁)。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中预定落点P'点坐标为且

其中，l为单束激光初始点P点到预定落点P'点的距离，l₁'为折射点O点到预定落点P'点的距离，为O点与P'点在激光测距切平面M-xy内X轴方向的距离，为O点与P'点在激光测距切平面M-xy内Y轴方向的距离，得到P'点的坐标为P'(x₁+lcosα₁,y₁+lsinα₁)。