CN117963111B - 一种用于海洋勘测的水下机器人及其控制*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下机器人控制技术领域，尤其涉及一种用于海洋勘测的水下机器人及其控制***，包括密封壳体、水下动力模块、数据采集模块、通讯模块和自主探测模块，通讯模块包括第一通讯单元和第二通讯单元；其中，第二通讯单元包括第二通信壳体、有线通信组件、定位组件和上浮组件。本发明还提供一种用于用以海洋勘测的水下机器人的控制***，本***通过通信获取模块、勘测标记模块和控制模块的组合，可以高效地获取水下数据、绘制水下地图并标记水下障碍物的坐标和范围，从而使海洋勘测工作更加精确和迅速。

Description

一种用于海洋勘测的水下机器人及其控制***

技术领域

本发明涉及水下机器人控制技术领域，尤其涉及一种用于海洋勘测的水下机器人及其控制***。

背景技术

水下机器人是一种具有自主移动能力的机器人，专门用于在水下环境中执行各种任务，其技术背景涉及先进的水下定位和导航技术，高精度的传感器***（如声纳、摄像头等），复杂的控制算法以及防水设计等方面。水下机器人广泛应用于海洋科学研究、海底勘探、海洋资源开发、海洋环境监测等领域，通过不断的技术创新和优化，提高了水下任务执行的效率、精度和安全性，对推动海洋科学和工程领域的发展起到了重要作用。

中国专利公开号CN114779712B公开了一种水下机器人控制***，包括：传感器模块；控制器模块，其包括主控单元和FPGA单元；主控单元接收传感器模块检测的信息并对其解析处理，以获取到水下机器人的实际状态信息，主控单元计算水下机器人的参考目标值和实际状态信息之间的误差，作为鲁棒控制器的输入值；FPGA单元包括FPGA逻辑端和HPS端，FPGA逻辑端通过HPS端与主控单元双向通信，且FPGA逻辑端用于并行执行鲁棒控制器的矩阵运算；多个推进器，主控单元接收鲁棒控制器的输出值，根据输出值进行力矩分配，且将所分配力矩对应的多个控制信号分别输出至多个推进器。本发明能够使水下机器人实时且稳定的鲁棒控制。由此可见该发明存在以下问题：未考虑水下机器人在遇到障碍物时如何继续勘测任务。

发明内容

为此，本发明提供一种用于海洋勘测的水下机器人及其控制***，用以克服现有技术中水下机器人遇到障碍物时反应不灵敏的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种用于海洋勘测的水下机器人，包括：密封壳体，用以抵抗水下高压环境并隔绝海水以保护壳体内部组件免受海水侵蚀；

水下动力模块，其与所述壳体相连，用以提供水下机器人在水中移动的动力；

数据采集模块，其与所述壳体相连，用以收集水下数据；

通讯模块，其与所述数据采集模块相连，包括设置在所述密封壳体内部与数据采集模块相连的第一通讯单元，以及设置在密封壳体外并与第一通讯单元相连用以将所述水下数据发送至水面的接收站的第二通讯单元；

自主探测模块，其分别与所述水下动力模块、所述数据采集模块以及所述通讯模块相连，用以根据设定的航线控制水下动力模块工作，根据所述水下数据判定是否触发测障条件，在达到测障条件时控制通讯模块与水面接收站连接以确定水面测障坐标，以及根据收集的水下测障位置的水下数据确定障碍区域。

进一步地，第二通讯单元包括：

第二通信壳体，其设在所述密封壳体外部，为一密封式的壳体；

有线通信组件，其设置在所述第二通信壳体内部与所述第一通讯单元通过有线通信方式相连，用以传输所述水下数据；

定位组件，其与所述第二通信壳体相连，用以确定第二通信壳体的当前位置坐标；

上浮组件，其设置在所述第二通信壳体内部，用以在达到测障条件时控制所述第二通信壳体上浮至水面以使定位组件获取当前位置坐标，以及，将有线通信组件获取的所述水下数据传输至水面的接收站。

进一步地，数据采集模块包括执行多波束测深的声呐装置、位于水下机器人头部用以拍摄机器人在水下活动时遇到障碍物时的障碍照片的水下相机、用以通过测量有线通信组件的拉伸传感数据计算所述第一通讯单元和第二通讯单元相对位置的压力传感器组和线路长度传感器。

进一步地，自主探测模块根据声呐装置在预设角度探测到的障碍物数量是否超过预设数量确定是否触发测障条件；

若所述声呐装置探测到的障碍物数量大于等于预设数量时，则判定触发测障条件并控制所述数据采集模块拍摄水下障碍物的障碍照片；

若所述声呐装置探测到的障碍物数量小于预设数量时，则判定未触发测障条件。

另一方面，本发明还提供一种用于海洋勘测的水下机器人的控制***，包括：

通信获取模块，其与设置在水下机器人密封壳体外部用以将水下数据发送至水面接收站的第二通讯单元相连，用以获取水下机器人传输的水下数据以及水下机器人的水面通信位置坐标；

勘测标记模块，其与所述通信获取模块相连，用以根据所述水下数据绘制水下地图以标记水下障碍物坐标和范围；

控制模块，其分别与所述通信获取模块以及所述勘测标记模块相连，用以根据所述水下数据和水下机器人的水面通信位置坐标确定水下测障位置坐标，根据水下数据中障碍密集度确定水下障碍分布状态和分布范围，以及根据所述障碍分布状态确定水下机器人的勘测策略；

其中，所述水下数据包括海底地形、温度、水流速度、水流方向、障碍照片以及水下机器人本体与水下机器人本体有线连接的水面通信组件间的压力传感数据和线路长度数据。

进一步地，控制模块根据获取的压力传感数据、水流方向以及有线通信线路长度确定水下机器人与水面通信组件间的相对位置，并根据所述相对位置以及所述水面通信位置确定水下测障位置坐标。

进一步地，控制模块根据所述障碍照片确定障碍物是否为水下机器人的运动路线范围内的实际障碍；

其中，水下机器人的运动路线范围为水下机器人的预设路线左右两侧各加宽预设宽度。

进一步地，所述控制模块根据所述实际障碍的障碍密集度确定障碍分布状态并确定水下机器人的勘测策略；

若所述障碍密集度处于第一预设范围，则所述控制模块判定处于第一预设障碍分布状态，并将勘测策略确定为穿入勘测；

若所述障碍密集度处于第二预设范围，则所述控制模块判定处于第二预设障碍分布状态，并将勘测策略确定为绕行勘测。

进一步地，所述控制模块根据勘测策略控制水下机器人移动并保持第二通讯单元上浮，控制模块根据水下机器人在水下移动的距离与第二通讯单元移动距离的差距确定有线通信线路长度是否准确，并计算所述水下障碍物坐标的偏差。

进一步地，控制模块根据以各所述实际障碍为圆心的预设半径内的标准圆内的其他实际障碍数量确定所述障碍密集度。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的水下机器人水下环境适应性强、自主控制能力也强，通过是否触发测障条件提高通讯效率和数据传输的效率，以提高海洋勘测的效率：通过自主探测模块的设定航线和数据采集模块的信息收集，可以实现更高效、精确的海洋勘测，提高勘测的效率和准确性；密封壳体和水下动力模块的设计保证了机器人能够在严苛的水下高压环境下工作，并有效抵抗海水侵蚀，增强了机器人对各种水下环境的适应能力；自主探测模块使得机器人能够自主进行航线控制和障碍检测，不需要过多人工干预，提高了机器人的自主性和灵活性；通讯模块的设置确保了机器人可以在触发测障条件时将采集到的数据发送至水面接收站，以实现有效地监测和数据传输，提高了海洋勘测的及时性和工作效率。

进一步地，本发明中第二通讯单元水下通过有线通讯组件增强了数据传输可靠性，且提高了水下机器人的水下测障位置和水面测障位置坐标的准确性；通过有线通信组件在第二通信壳体内部的设置，可以确保水下数据的传输稳定可靠，避免无线通信可能存在的干扰或信号弱化问题；定位组件与第二通信壳体相连，可以准确确定第二通信壳体的当前位置坐标，为水下勘测和障碍检测提供更加精准的位置信息；上浮组件的设置使得第二通信壳体能够在触发测障条件时迅速上浮至水面，以确保定位组件获取当前位置坐标，并将水下数据传输至外部，为后续机器人的勘测和分析工作提供支持。

进一步地，本发明提供的水下机器人的控制***通过通信获取模块、勘测标记模块和控制模块的组合，可以高效地获取水下数据、绘制水下地图并标记水下障碍物的坐标和范围，从而使海洋勘测工作更加精确和迅速；其中，控制模块根据水下数据和水下机器人的位置信息，确定水下测障位置坐标、障碍分布状态和范围，以及制定水下机器人的勘测策略，提供了智能化的支持以优化了勘测过程和结果；本***还通过压力传感数据和线路长度数据等信息，实现对水下机器人位置的监测和环境参数的测量，增强了机器人在水下环境中的自主性和适应性，提高了勘测的全面性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例用以海洋勘测的水下机器人的结构框图；

图2为本发明实施例第二通讯单元的结构框图；

图3为本发明实施例用以海洋勘测的水下机器人的控制***的连接图；

图4为本发明实施例用以海洋勘测的水下机器人的控制***的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用以限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用以解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明实施例用以海洋勘测的水下机器人的结构框图。一方面，本发明提供一种用于海洋勘测的水下机器人，包括：

密封壳体，用以抵抗水下高压环境并隔绝海水以保护壳体内部组件免受海水侵蚀；

水下动力模块，其与所述壳体相连（设置于所述壳体外部），用以提供水下机器人在水中移动的动力以使其在水下环境中移动；在实施中，使用电动推进器；

数据采集模块，其与所述壳体相连（安装于所述壳体外部），用以收集水下数据；

通讯模块，其与所述数据采集模块相连，包括设置在所述密封壳体内部与数据采集模块相连的第一通讯单元，以及设置在密封壳体外并与第一通讯单元相连用以将所述水下数据发送至水面的接收站的第二通讯单元；

自主探测模块，其分别与所述水下动力模块、所述数据采集模块以及所述通讯模块相连，用以根据设定的航线控制水下动力模块工作，根据所述水下数据判定是否触发测障条件，在达到测障条件时控制通讯模块与水面接收站连接以确定水面测障坐标，以及根据收集的水下测障位置的水下数据确定障碍区域。

可以理解的是，水下机器人的密封壳体可以为任意形状，在本发明中不做限定。

一个实施例，本发明提供的水下机器人被用于海底地形勘测任务，机器人根据预先设定的航线在海底区域进行移动，通过数据采集模块采集海底地形数据，同时利用自主探测模块判断是否有障碍物出现；一旦检测到障碍物的数量大于等于预设数量，机器人就会自动触发测障条件，将通讯模块中的第二通讯单元上浮至水面以将数据从数据采集单元经过第一通讯单元和第二通讯单元发送至水面接收站，以通过确定水面测障坐标和水下数据来确定水下测障位置，以确定障碍位置和障碍区域，从而帮助海底勘测人员更好地了解海底地形，提高勘测的效率和安全性。

这种水下机器人的水下环境适应性强、自主控制能力也强，通过是否触发测障条件提高通讯效率和数据传输的效率，以提高海洋勘测的效率：通过自主探测模块的设定航线和数据采集模块的信息收集，可以实现更高效、精确的海洋勘测，提高勘测的效率和准确性；密封壳体和水下动力模块的设计保证了机器人能够在严苛的水下高压环境下工作，并有效抵抗海水侵蚀，增强了机器人对各种水下环境的适应能力；自主探测模块使得机器人能够自主进行航线控制和障碍检测，不需要过多人工干预，提高了机器人的自主性和灵活性；通讯模块的设置确保了机器人可以在触发测障条件时将采集到的数据发送至水面接收站，以实现有效地监测和数据传输，提高了海洋勘测的及时性和工作效率。

请参阅图2所示，其为本发明实施例第二通讯单元的结构框图。第二通讯单元包括：第二通信壳体，其设在所述密封壳体外部，为一密封式的壳体；

有线通信组件，其设置在所述第二通信壳体内部，用以通过有线通信方式与所述第一通讯单元相连，用以传输所述水下数据；

定位组件，其与所述第二通信壳体相连，用以确定第二通信壳体的当前位置坐标；

上浮组件，其设置在所述第二通信壳体内部，用以在达到测障条件时控制所述第二通信壳体上浮至水面以使定位组件获取当前位置坐标，以及，将有线通信组件获取的所述水下数据传输至水面的接收站。

在一个实施例中，本发明提供的水下机器人在海洋深处执行任务时，遇到了意外障碍物；在自主探测模块触发测障条件时，第二通讯单元中的上浮组件会使第二通信壳体快速上浮至水面，同时定位组件准确获取第二通信壳体当前位置坐标，然后通过有线通信组件将第一通讯单元收集到的水下数据传输至第二通讯单元后发送给水面接收站，为后续机器人的勘测和分析工作提供支持，以保障水下机器人在触发测障条件的情况下的安全性和数据传输的及时性。

本发明提供的第二通讯单元水下通过有线通讯组件增强了数据传输可靠性，且提高了水下机器人的水下测障位置和水面测障位置坐标的准确性；通过有线通信组件在第二通信壳体内部的设置，可以确保水下数据的传输稳定可靠，避免无线通信可能存在的干扰或信号弱化问题；定位组件与第二通信壳体相连，可以准确确定第二通信壳体的当前位置坐标，为水下勘测和障碍检测提供更加精准的位置信息；上浮组件的设置使得第二通信壳体能够在触发测障条件时迅速上浮至水面，以确保定位组件获取当前位置坐标，并将水下数据传输至外部，为后续机器人的勘测和分析工作提供支持。

可以理解的是，上浮组件包括但不限于气泡生成器、气囊装置和可控液压***；气泡生成器可以安装在第二通讯单元内，通过压缩空气或气体产生气泡，从而提供足够的浮力使第二通讯单元上浮；或者在第二通讯单元安装一个集成气囊装置，当需要上浮时，充入气体膨胀气囊以增加浮力；采用可控制的液压***，通过调节第二通讯单元内部液体的状态，改变第二通讯单元的密度和浮力以实现上浮功能；或者，最简单的方式为，第二通讯壳体采用低密度的材料（包括但不限于泡沫塑料、空心塑料、聚乙烯、泡沫玻璃）支撑，当第二通讯单元脱离水下机器人时，通过密度和浮力实现自动上浮。

具体而言，数据采集模块包括执行多波束测深的声呐装置、位于水下机器人头部用以拍摄机器人在水下活动时遇到障碍物时的障碍照片的水下相机、用以通过测量有线通信组件的拉伸传感数据计算所述第一通讯单元和第二通讯单元相对位置的压力传感器组和线路长度传感器。

可以理解的是，线路长度传感器通常设置于第二通讯单元中，与优先通信组件连接，以确定有线通信组件的伸出长度（即有线通信线路长度）。

在实施中，还包括一个传感器组，传感器组包括分别设置在壳体左右两侧用以确定水下机器人在经过障碍物时与障碍物之间的距离的两个距离传感器，设置在壳体尾部用以测量水压的压力传感器，以及一个设置在壳体尾部的重量传感器。

在实施中，壳体尾部设置为一个可装水的已知体积的舱体，在机器人下水后向舱体内灌满水，此时与该舱体相连的重量传感器测量舱体内水的重量后确定水下机器人所在水域的水域密度。

可以理解的是，多波束测深的声呐装置是一种高级海洋测深技术，其工作原理包括：

发射声波束：多波束测深的声呐装置通过内部的声源器件（通常是压电晶体或扬声器）发射多个声波束。这些声波束会以不同的角度和方向向水下传播。

声波反射：一旦声波束遇到水下物体或海底，它们会被反射回声呐装置。不同物体的形状、密度和特性会导致声波的反射方式和强度不同。

接收和处理信号：声呐装置内部的接收器件（如水听器）接收到反射回来的声波信号，并将其转换为电信号。这些电信号经过放大和处理后，可以提供有关水下物***置、形状和距离的信息。

多波束处理：由于多波束声呐装置可以同时发射和接收多个声波束，因此可以在同一时间获得不同方向和角度的水下信息。通过同时处理多个声波束的反射信号，可以提供更加全面和准确的水下地形数据。

深度计算：根据声波的传播速度和接收到的反射信号的时间延迟，声呐装置可以计算出水下物体的深度和位置。结合不同声波束的数据，可以建立出水下地形的三维图像。

具体而言，自主探测模块根据声呐装置在预设角度探测到的障碍物数量是否超过预设数量确定是否触发测障条件；

若所述声呐装置探测到的障碍物数量大于等于预设数量时，则判定触发测障条件并控制所述数据采集模块拍摄水下障碍物的障碍照片；

若所述声呐装置探测到的障碍物数量小于预设数量时，则判定未触发测障条件。

在实施中，预设数量设置为2。

在实施中，预设角度根据水下机器人的预设路线确定，预设角度等于水下机器人的预设路线中最大的转向角度；水下机器人从当前前进方向转到下一个前进方向的角度差；由于水下机器人在进行勘测任务前就绘制好了预设路线，因此在水下机器人水下勘测前就应当知晓水下机器人的预设路线中最大的转向角度，从而在执行勘测任务前，就已经确定了水下机器人的预设角度。但可以理解的是，由于水下机器人勘测任务不同，预设路线会随之改变，因此每次的预设角度会随之改变。

请参阅图3所示，其为本发明实施例用以海洋勘测的水下机器人的控制***的连接图。另一方面，本发明还提供一种用于海洋勘测的水下机器人的控制***，包括：

通信获取模块，其与设置在水下机器人密封壳体外部用以将水下数据发送至水面接收站的第二通讯单元相连，用以获取水下机器人传输的水下数据以及水下机器人的水面通信位置坐标；

勘测标记模块，其与所述通信获取模块相连，用以根据所述水下数据绘制水下地图以标记水下障碍物坐标和范围；

控制模块，其分别与所述通信获取模块以及所述勘测标记模块相连，用以根据所述水下数据和水下机器人的水面通信位置坐标确定水下测障位置坐标，根据水下数据中障碍密集度确定水下障碍分布状态和分布范围，以及根据所述障碍分布状态确定水下机器人的勘测策略；

其中，所述水下数据包括海底地形、温度、水流速度、水流方向、障碍照片以及水下机器人本体与水下机器人本体有线连接的水面通信组件间的压力传感数据和线路长度数据。

本发明提供的水下机器人的控制***通过通信获取模块、勘测标记模块和控制模块的组合，可以高效地获取水下数据、绘制水下地图并标记水下障碍物的坐标和范围，从而帮助海洋勘测工作更加精确和迅速；其中，控制模块根据水下数据和水下机器人的位置信息，确定水下测障位置坐标、障碍分布状态和范围，以及制定水下机器人的勘测策略，提供了智能化的支持以优化了勘测过程和结果；本***还通过压力传感数据和线路长度数据等信息，实现对水下机器人位置的监测和环境参数的测量，增强了机器人在水下环境中的自主性和适应性，提高了勘测的全面性和可靠性。

具体而言，控制模块根据获取的压力传感数据、水流方向以及有线通信线路长度确定水下机器人与水面通信组件间的相对位置，并根据所述相对位置以及所述水面通信位置确定水下测障位置坐标。

在实施中，水下机器人与水面通信组件间通过可伸缩的数据线进行连接，在水下机器人与数据线连接的端口设置有环形分布的压力传感器，能够感受数据线的拉伸方向，还设置有检测数据线沿数据线延伸方向受力的拉力传感器，同样地，在水下机器人设置在水面通信组件与数据线连接的端口同样设置有环形分布的压力传感器，能够感受数据线的拉伸方向，还设置有检测数据线沿数据线延伸方向受力的拉力传感器。并且，数据线的长度能够通过长度传感器检测。

确定相对位置的步骤包括：（1）根据所述压力传感器数据确定水下机器人受到的水压，并根据所述水压确定水下机器人的水下深度；（2）根据所述水下深度、水流方向和有线通信线路长度确定水下机器人与水面通信组件间的相对位置。

在实施中，根据有线通信的数据线沿数据线的延伸方向受到的拉力在固定的某一方向持续至少5分钟作为数据线已收紧的判断条件，确定此时的线路长度，以有线通信线路长度为斜边，以水下机器人的水下测障位置至水平面的深度为第一直角边（水下机器人的水下深度），根据勾股定理确定水下测障位置垂直于水面的垂足与水面通信位置的第二直角边长度；然后，根据数据线在环形分布的压力传感器压力方向确定计算测障位置的平面，根据水面第二通讯单元的位置、水流方向和第二直角边长度在计算测障位置平面上确定垂足的坐标，然后根据垂足的坐标和水下机器人的水下深度确定水下测障位置的坐标。

具体而言，控制模块根据所述障碍照片确定障碍物是否为水下机器人的运动路线范围内的实际障碍；

其中，水下机器人的运动路线范围为水下机器人的预设路线左右两侧各加宽预设宽度。

在实施中，预设宽度根据水下机器人的左右两侧之间的距离确定，优选地，预设宽度=5×水下机器人的左右两侧之间的距离（水下机器人的宽度），由于洋流和水下生物的影响，在这个运动路线范围内的障碍物可能会对水下机器人的勘测造成影响，因此称为实际障碍。

具体而言，所述控制模块根据所述实际障碍的障碍密集度确定障碍分布状态并确定水下机器人的勘测策略；

若所述障碍密集度处于第一预设范围，则所述控制模块判定处于第一预设障碍分布状态，并将勘测策略确定为穿入勘测；

若所述障碍密集度处于第二预设范围，则所述控制模块判定处于第二预设障碍分布状态，并将勘测策略确定为绕行勘测。

具体而言，控制***根据以各所述实际障碍为圆心的预设半径内的标准圆内的其他实际障碍数量确定所述障碍密集度。

可以理解的是，预设半径根据水下机器人的壳体左右两侧之间的宽度确定，预设半径等于三倍的水下机器人的壳体左右两侧之间的宽度。由这个预设半径确定的标准圆可以允许水下机器人从障碍物之间穿过而不产生摩擦和碰撞。

因此，若存在任一实际障碍为圆心的对应标准圆内的其他实际障碍数量小于等于2，则控制***判定障碍密集度处于第一预设范围；

若以各实际障碍为圆心的对应标准圆内的其他实际障碍数量大于2，则控制***判定障碍密集度处于第二预设范围。

可以理解的是，标准圆内的其他实际障碍数量小于等于2时，水下机器人从障碍物中穿过继续勘测的难易程度合适，若标准圆内的其他实际障碍数量过多，则水下机器人难以寻找合适的路线从障碍物中穿过以继续勘测任务。

因此，所述控制***在任一障碍物对应的障碍密集度均为第一预设范围时，确定其为第一预设障碍分布状态，第一预设障碍分布状态代表障碍物不是很密集，水下机器人可以从障碍物中间穿过；所述控制***在全部障碍物对应的障碍密集度为第二预设范围时，确定其为第二预设障碍分布状态，第二预设障碍分布状态代表障碍物密集，水下机器人无法从障碍物中间穿过。

在实施中，穿入勘测的策略包括：确定以实际障碍为圆心的标准圆内的其他实际障碍数量最少的一个实际障碍a；确定实际障碍a内没有其他障碍的方向；控制***控制水下机器人改变预设运动方向向实际障碍a内没有其他障碍的方向穿过障碍物群；同时水下机器人两侧的距离传感器保持工作，以实时监测水下机器人距障碍物的距离，避免水下机器人与障碍物a和其他障碍的碰撞；直至通过该障碍物a。

绕行勘测的策略为，将所有障碍物看作一个整体，选择从这个整体的旁边绕过该整体。

在实施中，若声呐装置探测到障碍物但未触发测障条件时，水下机器人继续按照预设路线进行勘测，自主探测模块控制距离传感器保持工作状态，以避免水下机器人与障碍物碰撞；同时，在未触发测障条件时若声呐装置探测到某一障碍物与水下机器人之间的距离小于安全距离（水下机器人长度的两倍，这个距离能保证水下机器人能对障碍物做出及时的反应），则自动触发测障条件。

具体而言，所述控制模块根据勘测策略控制水下机器人移动并保持第二通讯单元上浮，控制模块根据水下机器人在水下移动的距离与第二通讯单元移动距离的差距确定有线通信线路长度是否准确，并计算所述水下障碍物坐标的偏差。

可以理解的是，有线通信线路长度不变时第二通讯单元移动距离应等于水下机器人移动的距离；若第二通讯单元移动距离≠水下机器人移动的距离，则控制模块判定有线通信线路长度不准确，则重新确定有线通信线路长度；并根据重新确定的有线通信线路长度，确定之前确定的水下测障位置的坐标，并根据现在的水下测障位置坐标和之前计算的水下测障位置的坐标确定坐标偏差值，根据这个坐标偏差值和之前确定的障碍物坐标更新水下障碍物坐标。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于海洋勘测的水下机器人，其特征在于，包括：

密封壳体，用以抵抗水下高压环境并隔绝海水以保护壳体内部组件免受海水侵蚀；

水下动力模块，其与所述密封壳体相连，用以提供水下机器人在水中移动的动力；

数据采集模块，其与所述密封壳体相连，用以收集水下数据；

通讯模块，其与所述数据采集模块相连，包括设置在所述密封壳体内部与数据采集模块相连的第一通讯单元，以及设置在密封壳体外并与第一通讯单元相连用以将所述水下数据发送至水面的接收站的第二通讯单元；

自主探测模块，其分别与所述水下动力模块、所述数据采集模块以及所述通讯模块相连，用以根据设定的航线控制水下动力模块工作，根据所述水下数据判定是否触发测障条件，在达到测障条件时控制通讯模块与水面接收站连接以确定水面测障坐标，以及根据收集的水下测障位置的水下数据确定障碍区域；

所述数据采集模块包括执行多波束测深的声呐装置、位于水下机器人头部用以拍摄机器人在水下活动时遇到障碍物时的障碍照片的水下相机、用以通过测量有线通信组件的拉伸传感数据计算所述第一通讯单元和第二通讯单元相对位置的压力传感器组和线路长度传感器；

所述自主探测模块根据声呐装置在预设角度探测到的障碍物数量是否超过预设数量确定是否触发测障条件；

若所述声呐装置探测到的障碍物数量大于等于预设数量时，则判定触发测障条件并控制所述数据采集模块拍摄水下障碍物的障碍照片；

若所述声呐装置探测到的障碍物数量小于预设数量时，则判定未触发测障条件。

2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述第二通讯单元包括：

第二通信壳体，其设在所述密封壳体外部，为一密封式的壳体结构；

有线通信组件，其设置在所述第二通信壳体内部与所述第一通讯单元通过有线通信方式相连，用以传输所述水下数据；

定位组件，其与所述第二通信壳体相连，用以确定第二通信壳体的当前位置坐标；

上浮组件，其设置在所述第二通信壳体内部，用以在达到测障条件时控制所述第二通信壳体上浮至水面以使定位组件获取当前位置坐标，以及，将有线通信组件获取的所述水下数据传输至水面的接收站。

3.一种应用于权利要求1-2任一项所述的用于海洋勘测的水下机器人的控制***，其特征在于，包括：

通信获取模块，其与设置在水下机器人密封壳体外部用以将水下数据发送至水面接收站的第二通讯单元相连，用以获取水下机器人传输的水下数据以及水下机器人的水面通信位置坐标；

勘测标记模块，其与所述通信获取模块相连，用以根据所述水下数据绘制水下地图以标记水下障碍物坐标和范围；

控制模块，其分别与所述通信获取模块以及所述勘测标记模块相连，用以根据所述水下数据和水下机器人的水面通信位置坐标确定水下测障位置坐标，根据水下数据中障碍密集度确定水下障碍分布状态和分布范围，以及根据障碍分布状态确定水下机器人的勘测策略；

其中，所述水下数据包括海底地形、温度、水流速度、水流方向、障碍照片以及水下机器人本体与水下机器人本体有线连接的水面通信组件间的压力传感数据和线路长度数据。

4.根据权利要求3所述的用于海洋勘测的水下机器人的控制***，其特征在于，所述控制模块根据获取的压力传感数据、水流方向以及有线通信线路长度确定水下机器人与水面通信组件间的相对位置，并根据所述相对位置以及所述水面通信位置确定水下测障位置坐标。

5.根据权利要求4所述的用于海洋勘测的水下机器人的控制***，其特征在于，所述控制模块根据所述障碍照片确定障碍物是否为水下机器人的运动路线范围内的实际障碍；

其中，水下机器人的运动路线范围为水下机器人的预设路线左右两侧各加宽预设宽度。

6.根据权利要求5所述的用于海洋勘测的水下机器人的控制***，其特征在于，所述控制模块根据所述实际障碍的障碍密集度确定障碍分布状态并确定水下机器人的勘测策略；

若所述障碍密集度处于第一预设范围，则所述控制模块判定处于第一预设障碍分布状态，并将勘测策略确定为穿入勘测；

若所述障碍密集度处于第二预设范围，则所述控制模块判定处于第二预设障碍分布状态，并将勘测策略确定为绕行勘测。

7.根据权利要求6所述的用于海洋勘测的水下机器人的控制***，其特征在于，所述控制模块根据勘测策略控制水下机器人移动并保持第二通讯单元上浮，控制模块根据水下机器人在水下移动的距离与第二通讯单元移动距离的差距确定有线通信线路长度是否准确，并计算所述水下障碍物坐标的偏差。

8.根据权利要求5所述的用于海洋勘测的水下机器人的控制***，其特征在于，所述控制模块根据以各所述实际障碍为圆心的预设半径内的标准圆内的其他实际障碍数量确定所述障碍密集度。