CN109572964A - 一种应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统，包括控制器、拉力传感器该拉力传感器用于安装在水下机器人的吊点处，以监测脐带缆的当前拉力，并将所监测到的拉力值数据传输至控制器，和控制器预先设定的脐带缆适宜工作拉力范围值进行比较，控制器根据比较的结果来控制脐带缆的收放绞车的动作，以调整脐带缆的松紧。通过在吊点处安装拉力传感器以获取脐带缆拉力，若拉力过大，脐带缆过于紧绷，自动控制释放脐带缆，若拉力过小，脐带缆过于松弛，自动控制回收脐带缆，解决水下机器人与非动力定位母船的配合，使非动力定位母船受环境风、浪、涌、流等影响产生的位置漂移或波动不造成对水下机器人的拖拽。
Description
技术领域
本发明涉及控制系统，具体涉及一种应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统。
背景技术
现阶段，水下机器人ROV在进行海底电缆检测作业过程中，均是搭载在动力定位母船上，动力定位母船利用自身的推进装置使船泊保持位置的稳定预定的运动轨迹运动，以便配合水下机器人在海底进行作业。但是动力定位船只造价高昂，租用及动遣费用高，且只掌握在部分大型单位手中，船期紧张，而海底电缆检测时海底电缆停电的时间也有严格要求，检测工期要求较难匹配。
非动力定位母船使用较为广泛，造价相对较低、租用费用低，市场上可供选择船型及数量也较多，使用灵活，但是若搭载水下机器人使用，由于其多通过锚泊方式保持位置，受风、浪、涌、流等环境因素较大，位置变化较大，现阶段尚不能为水下机器人提供较为可靠的工作平台，水下机器人作业过程中需要母船与和水下机器人保持高度协调配合，这对船长和水下机器人操作人员(ROV领航员)的要求相当高，而这也往往很难实现，一旦受外界环境影响，两者配合出现些许不一致，水下机器人与非动力定位母船之间脐带缆所受拉力将骤然加剧，严重影响水下机器人海底作业的效果，甚至造成脐带缆断裂，直接导致ROV丢失，造成较大紧急损失。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统，以保证水下机器人的作业安全，提高作业效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统，包括控制器、拉力传感器以及高度仪；其中，
所述拉力传感器用于安装在水下机器人的吊点处，以监测脐带缆的当前拉力，并将所监测到的拉力值数据传输至控制器，和控制器预先设定的脐带缆适宜工作拉力范围值进行比较，控制器根据比较的结果来控制脐带缆的收放绞车的动作，以调整脐带缆的松紧；
所述高度仪用于安装在水下机器人上，以监测水下机器人与海床之间的距离，并将所监测到的高度值数据传输至控制器，和控制器预先设定的定高值进行比较，控制器根据比较的结果来控制水下机器人的垂直推进器的动作，以调整水下机器人与海床之间的距离。
所述的应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统还包括惯性导航仪，所述惯性导航仪用于安装在水下机器人上，以监测水下机器人的横倾角，并将所监测到的横倾角传输至控制器，当所监测到的横倾角不为0时，控制器则调整垂直推进器的动作，直至水下机器人的横倾角为0。
所述惯性导航仪还用于监测水下机器人的航向，并将所监测到的航向传输至控制器，和控制器预先设定的航向进行比较，控制器根据比较的结果来控制水下机器人的水平推进器的动作，以调整水下机器人的航向。
所述控制器为可编程控制器。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本系统通过在水下机器人收放吊点处安装拉力传感器以获取脐带缆拉力，若拉力过大，脐带缆过于紧绷，自动控制释放脐带缆，若拉力过小，脐带缆过于松弛，自动控制回收脐带缆，解决水下机器人与非动力定位母船的配合，使非动力定位母船受环境风、浪、涌、流等影响产生的位置漂移或波动不造成对水下机器人的拖拽。同时通过高度仪和惯性导航仪获取数据，实现水下机器人自动控制功能，包含自动定高功能、自动横倾控制功能、自动定向功能，防止水下机器人在海底作业时受到高速洋流的推动而无法保存原来的位置，减少水下机器人在进行水下作业的人工劳动成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统的组成示意图；
图中：1、控制器；2、拉力传感器；3、高度仪；4、惯性导航仪；10、收放绞车；20、脐带缆；30、垂直推进器；40、水平推送器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
参阅图1所示，本实施例提供的应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统包括控制器、拉力传感器2以及高度仪3。具体地，在本申请中，控制器采用的是可编程控制器1，拉力传感器2以及高度仪3均是采用现有常规的仪器，因此，在申请中就不再详细描述其具体的构造和工作原理。
其中，该拉力传感器2用于安装在水下机器人的吊点处，以实时监测脐带缆20的当前拉力，在开展水下机器人海底电缆检测时，假设脐带缆适宜工作拉力范围为Fmin—Fmax，拉力传感器2连接至可编程控制器1，当拉力传感器2实时监测到的脐带缆拉力为F，
当F≤Fmin时，此时脐带缆过于松弛，收放绞车10需要回收部分脐带缆；
当F≥Fmax时，此时脐带缆过于紧绷，收放绞车10需要释放部分脐带缆；
回收及释放脐带缆的动作由可编程控制器1对收放绞车发出回收及释放命令，收放绞车执行脐带缆的释放及回收动作，完成脐带缆自动控制的功能。
在开展水下机器人海底电缆检测时，工作中需要水下机器人保持距离海床一定的高度飞行，称为水下机器人自动定高功能，为此，该高度仪3是用于安装在水下机器人上，以监测水下机器人与海床之间的距离，并将所监测到的高度值数据传输至可编程控制器1，若需要在当前高度H1保持定高，通过可编程控制器1与高度仪3所传回的实时高度H2进行比较，
当H1＜H2时，此时水下机器人高于定高高度，控制水下机器人垂直推进器30减少推力；
当H1＞H2时，此时水下机器人低于定高高度，控制水下机器人垂直推进器30增加推力；
当H1＝H2时，此时水下机器人保持定高高度，保持当前水下机器人垂直推力。
同时，由于水下机器人在水中可能会有横倾的现象，为此，作为本实施例的一种优选，本系统还包括惯性导航仪4，当然该惯性导航仪4也是采用现有常规的惯性导航系统，具体地，该惯性导航仪4用于安装在水下机器人上，以监测水下机器人的横倾角，并将所监测到的横倾角传输至可编程控制器1，当横倾角为0时，水下机器人保持正向水平，设所监测到的水下机器人横倾角为ρ，通过可编程控制器1判断ρ是否为0来决定水下机器人各个推进器的推力，直到横倾角为0，
当ρ≠0时，此时水下机器人发生横倾，垂直向推进器30按照预定程序动作；
当ρ＝0时，此时水下机器人保持正向水平，垂直向推进器30保持当前推力。
此外，该惯性导航仪还用于实时检测水下机器的飞行航向，若航向有所偏离，则立即纠正航向角，使得水下机器人朝所需的固定航向飞行。设所需航行的航向为α1，惯性导航仪所测到水下机器人当前航向为α，通过可编程控制器1判定来输出水平推进器40完成定向，当α≠α1时，此时水下机器人方向偏离，可编程控制器1输出，水平推进器40动作，直到α＝α1时，水平推进器保持当前状态。
由此可知，本系统可编程控制器为控制核心，通过在水下机器人收放吊点处安装拉力传感器以获取脐带缆拉力，若拉力过大，脐带缆过于紧绷，自动控制释放脐带缆，若拉力过小，脐带缆过于松弛，自动控制回收脐带缆，解决水下机器人与非动力定位母船的配合，使非动力定位母船受环境风、浪、涌、流等影响产生的位置漂移或波动不造成对水下机器人的拖拽。同时通过高度仪和惯性导航仪获取数据，实现水下机器人自动控制功能，包含自动定高功能、自动横倾控制功能、自动定向功能，防止水下机器人在海底作业时受到高速洋流的推动而无法保存原来的位置，减少水下机器人在进行水下作业的人工劳动成本。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统，其特征在于，包括控制器、拉力传感器以及高度仪；其中，
所述拉力传感器用于安装在水下机器人的吊点处，以监测脐带缆的当前拉力，并将所监测到的拉力值数据传输至控制器，和控制器预先设定的脐带缆适宜工作拉力范围值进行比较，控制器根据比较的结果来控制脐带缆的收放绞车的动作，以调整脐带缆的松紧；
所述高度仪用于安装在水下机器人上，以监测水下机器人与海床之间的距离，并将所监测到的高度值数据传输至控制器，和控制器预先设定的定高值进行比较，控制器根据比较的结果来控制水下机器人的垂直推进器的动作，以调整水下机器人与海床之间的距离。
2.如权利要求1所述的应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统，其特征在于，还包括惯性导航仪，所述惯性导航仪用于安装在水下机器人上，以监测水下机器人的横倾角，并将所监测到的横倾角传输至控制器，当所监测到的横倾角不为0时，控制器则调整垂直推进器的动作，直至水下机器人的横倾角为0。
3.如权利要求2所述的应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统，其特征在于，所述惯性导航仪还用于监测水下机器人的航向，并将所监测到的航向传输至控制器，和控制器预先设定的航向进行比较，控制器根据比较的结果来控制水下机器人的水平推进器的动作，以调整水下机器人的航向。
4.如权利要求1-3任一所述的应用于非动力定位船只的水下机器人自动控制系统，其特征在于，所述控制器为可编程控制器。
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