專利名稱：：一種水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水下機(jī)器人，具體地說是一種利用磁力開關(guān)、永磁鐵和計算機(jī)實現(xiàn)水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
：遙控水下機(jī)器人的水下部分一般由中繼器和潛水器構(gòu)成，中繼器用于將潛水器施放到水下某個作業(yè)深度，施放作業(yè)時控制中繼器上的絞車旋轉(zhuǎn)，將絞車上的系纜放出，潛水器才能以放出系纜長度為半徑的區(qū)域內(nèi)作業(yè)。由于中繼器和潛水器上所有設(shè)備都處于水下，因此對于中繼器絞車上的系纜放出的長度和方向的檢測就成為一個需要解決的問題。常規(guī)的陸上用于檢測長度和方向的傳感器如光電編碼器等都不能使用，因為這些傳感器都沒有水密結(jié)構(gòu)，而且也難于進(jìn)行水密結(jié)構(gòu)改進(jìn)。傳統(tǒng)的方法是用系纜帶動一個從動輪，在從動輪的圓周上布置一個圓柱形永磁鐵，再在永磁鐵軸線上固定一個磁力開關(guān)，磁力開關(guān)和永磁鐵留有一定的距離，一般在10mm范圍內(nèi)，磁力開關(guān)靜止，系纜帶動從動輪旋轉(zhuǎn)，永磁鐵將對磁力開關(guān)的觸點(diǎn)周期性的吸合。利用這一原理來采集系纜的長度脈沖，從而計算出系纜放出的長度，但這一方法，存在一定的缺陷，就是檢測不出來系纜的運(yùn)動方向，系纜的長度的計數(shù)脈沖的加、減，只能靠收、放纜的命令來配合，即收纜減計數(shù)，放纜時加計數(shù)，這種長度計算方式適合于系纜嚴(yán)格按照收、放命令來進(jìn)行運(yùn)動時有效，但是實際情況會有這種情況發(fā)生，也就是在收纜的過程中，為了保護(hù)系纜，當(dāng)系纜的張力大于某個設(shè)定值時，即使執(zhí)行收纜操作，而實際系纜的運(yùn)動方向是放出方向，這就導(dǎo)致原有的計數(shù)方法失靈，水面顯示的系纜放出長度失真，給操作人員造成誤判斷，這是非常危險的。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種簡單實用的水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測裝置及方法，通過水下計算機(jī)進(jìn)行邏輯判斷，給出準(zhǔn)確的系纜運(yùn)動方向，根據(jù)實際的運(yùn)動方向來計算系纜的放出長度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是本發(fā)明水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測裝置安裝于水下機(jī)器人的中繼器中，具有從動輪，從動于系纜收/放機(jī)構(gòu)中的大從動輪，通過繞設(shè)于大從動輪上的系纜的摩擦力轉(zhuǎn)動；兩塊永磁鐵，分別嵌設(shè)于從動輪的同心圓周上；兩個磁力開關(guān)，與水下機(jī)器人的水下計算機(jī)相連，通過支架以3非接觸式分別設(shè)于從動輪同心圓周上方，兩磁力開關(guān)通過永磁鐵時產(chǎn)生脈沖的上升沿具有相位差，且兩脈沖具有同時為高電平的時間段。所述磁力開關(guān)為通過水密結(jié)構(gòu)封裝的干簧管；所述磁力開關(guān)的端頭具有螺紋段，通過螺母固定于支架的上、下兩面。本發(fā)明水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測方法包括以下步驟水下機(jī)器人的水下計算機(jī)根據(jù)釆集到的兩磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖信號得到兩脈沖的狀態(tài)；對兩脈沖的狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，得出兩脈沖狀態(tài)從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)和從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的兩個不同的變化狀態(tài)；根據(jù)上述變化狀態(tài)判定系纜的實際運(yùn)動方向；根據(jù)上述系纜的實際運(yùn)動方向，得出系纜長度脈沖的累加結(jié)果，進(jìn)而得出系纜的長度；通過水面計算機(jī)讀取系纜的實際運(yùn)動方向及長度數(shù)據(jù)并顯示。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)簡單、繼承性好。本發(fā)明裝置設(shè)有兩對永磁體和磁力開關(guān)，無須其它輔助裝置，利用永磁鐵對磁力開關(guān)吸合作用，使兩磁力開關(guān)的觸點(diǎn)閉合與斷開產(chǎn)生脈沖，通過運(yùn)行檢測方法軟件處理程序進(jìn)行邏輯判斷及相關(guān)處理，便可方便地實現(xiàn)水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向的檢測。2.定向可靠，計算準(zhǔn)確。本發(fā)明利用兩對永磁鐵及兩磁力開關(guān)在空間上的位置關(guān)系，釆用水下計算機(jī)對脈沖信號進(jìn)行釆集，而獲得了兩釆集脈沖信號的相位差，為確定系纜的方向提供了可靠依據(jù)；同時對脈沖信號進(jìn)行分析處理，根據(jù)系纜的運(yùn)動方向計算出系纜的長度脈沖和，并算出系纜的放出長度。'3.安裝簡單，使用壽命長。本發(fā)明裝置釆用的永磁鐵和磁力開關(guān)為非接觸方式，沒有摩損，使用壽命非常長，而且永磁鐵和磁力開關(guān)之間有一定的調(diào)整距離，無須高精度的安裝要求，安裝簡單，方便實用。4.應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明不但可以應(yīng)用于水下機(jī)器人，還可以應(yīng)用于其它水下相關(guān)設(shè)備長度的測量，可適合于全海深檢測。圖1為水下機(jī)器人組成示意圖2為本發(fā)明檢測裝置中磁力開關(guān)的工作原理圖3A為水下機(jī)器人系纜長度檢測裝置布置主視圖3B為圖3A的俯視圖3C為水下機(jī)器人系纜長度檢測裝置永磁鐵與磁力開關(guān)位置示意圖4A為從動輪正轉(zhuǎn)時脈沖時序圖4B為從動輪反轉(zhuǎn)時脈沖時序圖5為本發(fā)明檢測方法處理程序流程圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖l所示，水下機(jī)器人主要包括3個部分水面單元、中繼器和潛水器，水面單元設(shè)于水面以上，通過鎧纜與中繼器相連，潛水器通過系纜與中繼器相連。鎧纜和系纜內(nèi)部均有動力線、雙絞線和光纖等類型。動力線用來從水面向中繼器和潛水器傳送動力，雙絞線用來傳送數(shù)據(jù)或信號，光纖用來傳輸視頻和數(shù)據(jù)。鎧纜外面為鎧裝層，鎧纜主要起兩個作用，一個是傳輸動力和信號，另一個作用是作為承重纜，用來起吊中繼器和潛水器，水下機(jī)器人工作時是先通過施放鎧纜，將中繼器和潛水器一同施放到海下某一作業(yè)水深，潛水器脫離中繼器，同時再通過施放中繼器中的系纜，操作潛水器使它游離中繼器進(jìn)行觀察和作業(yè)。系纜一般在海水中為零浮力纜，這樣潛水器工作時，系纜不會對潛水器造成較大的干擾。如圖3A3B所示，本發(fā)明水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測裝置安裝于中繼器的系纜收/放機(jī)構(gòu)中，由永磁鐵、磁力開關(guān)、從動輪及水下計算機(jī)組成，其中從動輪5從動于系纜收/放機(jī)構(gòu)中的大從動輪7,通過繞設(shè)于大從動輪7上的系纜6的摩擦力轉(zhuǎn)動；永磁鐵2為兩塊，分別嵌設(shè)于從動輪5的同心圓周上；磁力開關(guān)1為兩個，與水下計算機(jī)相連，通過支架3以非接觸式分別設(shè)于兩塊永磁鐵2的磁力作用范圍內(nèi)，通過支架3以非接觸式分別設(shè)于從動輪5同心圓周上方，兩磁力開關(guān)通過永磁鐵2時產(chǎn)生脈沖的上升沿具有相位差，即當(dāng)上述兩對永磁鐵及磁力開關(guān)中的一對磁力開關(guān)的軸線和與之對應(yīng)的永磁鐵的軸線在同一直線上時，另一對磁力開關(guān)和永磁鐵的軸線不在同一直線上，而是沿從動輪5的轉(zhuǎn)動方向相差一定距離。如圖3C所示，布置在同心圓周上的兩塊永磁鐵2靠近從動輪5的外圓，第'l磁力開關(guān)的軸線與之對應(yīng)的永磁鐵軸線在同一直線上，第2磁力開關(guān)的軸線和與其對應(yīng)的另一個永磁鐵的軸線不在同一直線上，錯開一定的位置。本實施例以從動輪5的軸心4為圓心，并經(jīng)過兩永磁鐵的圓心形成一個圓，該圓的圓周線與第2磁力開關(guān)對應(yīng)的永磁鐵的外圓形成交點(diǎn)，第2磁力開關(guān)的軸線就在該交點(diǎn)上，并容許有士2mm的偏差，這樣布置，當(dāng)從動輪5旋轉(zhuǎn)時，將在第1磁力開關(guān)和第2磁力開關(guān)上產(chǎn)生脈沖序列，兩脈沖序列的上升沿具有相位差，且兩脈沖具有同時為高電平的時間段。如圖3A所示，磁力開關(guān)1的端頭有一段螺紋，通過螺母固定于支架3的上、下兩面，同時也可以通過這兩個螺母調(diào)整磁力開關(guān)與其對應(yīng)的永磁鐵的距離，使其可靠工作。如圖2所示，為磁力開關(guān)1的工作原理圖，磁力開關(guān)1實際上是將干簧管經(jīng)過硫化等工藝制成水密結(jié)構(gòu)的磁敏感器件，磁力開關(guān)可直接暴露在海水中而且直接承受海水的壓力。磁力開關(guān)1與永磁鐵2為非接觸方式，永磁鐵與磁力開關(guān)的軸線作用距離通常在010mm,也就是說，在此范圍內(nèi)磁力開關(guān)上的觸點(diǎn)能可靠動作，該信號由DI模塊進(jìn)行釆集輸入到水下本發(fā)明水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測方法，是通過水下機(jī)器人的水下計算機(jī)根據(jù)釆集到的兩磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖信號得到兩脈沖的狀態(tài)時刻表，進(jìn)一步簡化狀態(tài)時刻表對兩脈沖的狀態(tài)時刻表進(jìn)行分析判斷，得出兩脈沖狀態(tài)從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)和從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的兩個不同的變化狀態(tài)；根據(jù)上述變化狀態(tài)判定系纜的實際運(yùn)動方向；根據(jù)上述系纜的實際運(yùn)動方向，得出系纜長度脈沖的累加結(jié)果，進(jìn)而得出系纜的長度。如圖5所示，為系纜長度和運(yùn)動方向檢測方法軟件處理流程圖，該程序的流程主要是判斷第1磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖和第2磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖的狀態(tài)。并設(shè)置兩脈沖的狀態(tài)標(biāo)志為S，脈沖狀態(tài)標(biāo)志S的值分別為0，1和2,分別對應(yīng)第l、2磁力開關(guān)所產(chǎn)生的脈沖狀態(tài)分別為.00,Ol和lO。具體包括以下步驟水下機(jī)器人的水下計算機(jī)根據(jù)釆集到的兩磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖信號得到兩脈沖的狀態(tài)；判斷第l磁力開關(guān)和第2磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖狀態(tài)是否同時為O，若是則置脈沖狀態(tài)標(biāo)志為0;接續(xù)上述步驟，或者上述步驟中判斷結(jié)果為否則，判斷第1磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖狀態(tài)為1同時第2磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖狀態(tài)為0嗎？，若是則繼續(xù)判斷脈沖狀態(tài)標(biāo)志為2嗎？若是，則表示第l磁力開關(guān)經(jīng)歷過O,而第2磁力開關(guān)經(jīng)歷過1，判定從動輪正轉(zhuǎn)，系纜脈沖和減l,并置脈沖狀態(tài)為1;接續(xù)上述步驟，或者上述步驟中兩個判斷結(jié)果均為否時，判斷第1個磁力開關(guān)的脈沖狀態(tài)為0同時第2個磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖狀態(tài)是1嗎？若是，則繼續(xù)判斷脈沖狀態(tài)標(biāo)志是1嗎？若是，則表示第l磁力開關(guān)經(jīng)歷過l，而第2磁力開關(guān)經(jīng)歷過0，判定從動輪反轉(zhuǎn)，系纜脈沖和加l,并置脈沖狀態(tài)為2;接續(xù)上述步驟，或者上述步驟中兩個判斷結(jié)果均為否時，根據(jù)系纜脈沖計數(shù)和及相關(guān)系數(shù)計算出系纜的長度。本發(fā)明檢測裝置采用的檢測方法中，對兩磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖信號的狀態(tài)以狀態(tài)時刻表的形式出現(xiàn)，其生成、分析及簡化過程如圖4A及4B所示，分別為從動輪5正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)時第1磁力開關(guān)和第2磁力開產(chǎn)生的脈沖時序圖。第1磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖用P1表示，第2磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖用P2表示，從圖4A及4B可以看出，當(dāng)從動輪5正轉(zhuǎn)時，第l磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖Pl的相位始終超前第2磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖P2的相位，當(dāng)從動輪5反轉(zhuǎn)時，P2脈沖相位始終超前P1脈沖的相位，根據(jù)從動輪不同轉(zhuǎn)動方向時所產(chǎn)生的兩個脈沖的相位關(guān)系，無論事先是否知道從動輪5的轉(zhuǎn)動方向，都能對從動輪5的實際轉(zhuǎn)動方向加'以判斷，也就能知道系纜的運(yùn)動方向，依據(jù)這個方向，再對脈沖的個數(shù)進(jìn)行加、減累計，累計脈沖的結(jié)果再乘被動輪的內(nèi)輪圓周長得出的數(shù)值就是系纜放出的真實長度。在圖4A和4B中，選取P1、P2脈沖的一個完整的脈沖周期進(jìn)行分析，為了便于計算機(jī)分析和處理，在P1、P2脈沖上取5個有代表意義的釆樣時刻，分別命名為a、b、c、d和e，高電平定義為l,低電平定義為O,并給出了一個狀態(tài)時刻表。a、b、c、d、e五個時刻第l磁力開關(guān)和第2磁力開關(guān)的狀態(tài)時刻表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從上面的時序圖可以看出正向旋轉(zhuǎn)時P1和P2的狀態(tài)時序為00-〉10->11_>01-X)0;反向旋轉(zhuǎn)時P1和P2狀態(tài)時序為00->01->11-〉10->00。比較正反轉(zhuǎn)兩個時序的差異，可以得出關(guān)鍵時序為10_>01為正轉(zhuǎn),01->10為反轉(zhuǎn)。水下計算機(jī)通過釆集到計算機(jī)的脈沖序列進(jìn)行程序處理和實現(xiàn)脈沖的計數(shù)和累加，得出系纜長度的累加結(jié)果，該結(jié)果通過水面計算機(jī)進(jìn)行讀取，在水面進(jìn)行顯示，為操作人員提供有益的參考。權(quán)利要求1.一種水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測裝置，安裝于水下機(jī)器人的中繼器中，其特征在于具有從動輪(5)，從動于系纜收/放機(jī)構(gòu)中的大從動輪(7)，通過繞設(shè)于大從動輪(7)上的系纜(6)的摩擦力轉(zhuǎn)動；兩塊永磁鐵(2)，分別嵌設(shè)于從動輪(5)的同心圓周上；兩個磁力開關(guān)(1)，與水下機(jī)器人的水下計算機(jī)相連，通過支架(3)以非接觸式分別設(shè)于從動輪(5)同心圓周上方，兩磁力開關(guān)通過永磁鐵(2)時產(chǎn)生脈沖的上升沿具有相位差，且兩脈沖具有同時為高電平的時間段。2.按權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測裝置，其特征在于所述磁力開關(guān)(1)為通過水密結(jié)構(gòu)封裝的干簧管。3.按權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測裝置，其特征在于所述磁力開關(guān)(l)的端頭具有螺紋段，通過螺母固定于支架(3)的上、下兩面。4.一種水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測方法，其特征在于包括以下步驟水下機(jī)器人的水下計算機(jī)根據(jù)釆集到的兩磁力開關(guān)產(chǎn)生的脈沖信號得到兩脈沖的狀態(tài)；對兩脈沖的狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，得出兩脈沖狀態(tài)從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)和從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的兩個不同的變化狀態(tài)；根據(jù)上述變化狀態(tài)判定系纜的實際運(yùn)動方向；'根據(jù)上述系纜的實際運(yùn)動方向，得出系纜長度脈沖的累加結(jié)果，進(jìn)而得出系纜的長度。5.按權(quán)利要求4所述水下系纜長度及運(yùn)動方向檢測方法，其特征在于還包括以下步驟通過水面計算機(jī)讀取系纜的實際運(yùn)動方向及長度數(shù)據(jù)并顯示。全文摘要本發(fā)明涉及一種水下機(jī)器人系纜長度及運(yùn)動方向檢測裝置及方法，該裝置安裝于水下機(jī)器人的中繼器中，具有從動輪，從動于系纜收/放機(jī)構(gòu)中的大從動輪；兩塊永磁鐵分別嵌設(shè)于從動輪的同心圓周上；兩個磁力開關(guān)，與水下機(jī)器人的水下計算機(jī)相連，通過支架以非接觸式分別設(shè)于從動輪同心圓周上方，兩磁力開關(guān)通過永磁鐵時產(chǎn)生脈沖的上升沿具有相位差，且兩脈沖具有同時為高電平的時間段。該方法包括水下計算機(jī)根據(jù)采集兩脈沖的狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，得出從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)和從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的不同的變化狀態(tài)；判定系纜的實際運(yùn)動方向，得出系纜長度脈沖的累加結(jié)果，進(jìn)而得出系纜的長度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、繼承性好，定向可靠，計算準(zhǔn)確，可適合于全海深檢測。文檔編號G01D5/12GK101526372SQ20081001054公開日2009年9月9日申請日期2008年3月5日優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日發(fā)明者崔勝國,王曉輝,洋趙,威郭申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所