【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于水下機器人以及聲吶定位，具體涉及一種基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法。
技術介紹
1、目前，水下機器人在水域中定位中，采用基于聲吶測距原理為基礎的定位技術，通過在水下設置多個聲吶收發器，建立三維基站，接收由水下機器人發出的聲吶聲波，通過計算水下機器人距離聲吶收發器的位置，定位水下機器人相對基站的位置。基站連接地面通信衛星，通過通信衛星定位基站的位置來換算水下機器人的真實位置。
2、可見，這種水下定位方法只適用于可連接到衛星信號的開闊水域中實現對水下機器人的定位，然而，水下機器人在封閉的有限空間內進行勘測時，聲波在水下傳輸受回波的干擾，衛星通信的定位信號難以到達有限空間的水域，這造成水下機器人在有限空間水域中定位難的問題，影響對有限空間的勘測。
技術實現思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術旨在公開一種基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，解決水下機器人在有限空間水域中勘測的定位難問題。
2、本專利技術公開了一種基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，包括：
3、步驟s1、建立掛載多波束聲吶水下機器人進入有限空間后的聲吶坐標系；所述聲吶坐標系以多波束聲吶某一個測距聲納端面為原點，利用與坐標系各軸朝向一致的測距聲吶測量的距有限空間各壁端面的距離標記各軸坐標值；
4、步驟s2、水下機器人通過多波束聲吶對有限空間輪廓進行掃描測距，利用聲吶坐標系的坐標值表示出有限空間的勘測輪廓；
5、步驟s3、在勘測輪廓的
6、步驟s4、在水下機器人利用拍攝的圖像進行有限空間端面勘測時，通過拍攝圖像位置的實時定位坐標值對圖像進行標定；利用標定信息對同一端面拍攝圖像的拼接，完成對整個端面信息的勘測。
7、進一步地，所述多波束聲吶為掛載于水下機器人底部的六波束測距聲吶，掛載后構成與機器人機體平行的5個水平分量測距聲納和1個與機器人機體垂直的垂直分量測距聲納；
8、其中，5個水平分量測距聲納分別為左前、右前、右、后、左測距聲吶；其中，
9、左前、右前測距聲吶設置在與水下機器人機體平行的平面上，朝向水下機器人的前側，兩聲吶的測距方位對稱于水下機器人前后向中心軸兩側，用于分別在各自測距方位上測量機器人到有限空間邊界的距離；
10、左、后、右測距聲吶設置在與水下機器人機體平行的平面上，分別朝向水下機器人的左、后、右側，測距方位依次差90度；用于分別在各自測距方位上測量距離機器人到有限空間邊界的距離；
11、垂直分量測距聲納與水下機器人機體垂直，朝向有限空間底部，用于對水下機器人底部到有限空間底部距離進行測距。
12、進一步地，在步驟s1中，建立的所述聲吶坐標系為四軸坐標系，坐標系中以后測距聲吶的測量端面為坐標系原點，利用左、后、右測距聲吶以及垂直分量測距聲納的距離測量軸為坐標系的坐標軸；
13、其中，以后測距聲吶的距離測量軸為x軸，距離測量值為坐標；以左、右測距聲吶的距離測量軸為正、負y軸，距離測量值為坐標、；以垂直分量測距聲納的距離測量軸為z軸，距離測量值為坐標；
14、利用后、左、右測距聲吶和垂直分量測距聲納的距離測量值標記的水下機器人的聲吶坐標系坐標為（，，，）。
15、進一步地，建立聲吶坐標系的過程包括：
16、1）水下機器人進入有限空間后，調整水下機器人的俯仰姿態，使水下機器人的俯仰角與包括電纜井在內的有限空間的俯仰角相同；確保用于坐標值標記的后、左、右測距聲吶和垂直分量測距聲納在俯仰方向上與有限空間的聲波反射壁垂直；
17、2）利用左前、右前測距聲吶對水下機器人朝向的有限空間的前壁的測距值，調整水下機器人的方位姿態；當左前、右前測距聲吶的測距值、相等時，水下機器人在尺寸方向上與前端正對的有限空間的前壁端面垂直；
18、3）根據、相等時，水下機器人的姿態傳感器傳回的數據，標記此時的水下機器人的方位姿態為零點姿態；
19、4）保持零點姿態不變，左右平移，上下沉浮，直到前后左右的測距數據穩定，避免有限空間內其他物體對測距過程中的遮擋；
20、5）以穩定的后、左、右測距聲吶和垂直分量測距聲納的距離測量值標記的水下機器人的聲吶坐標系坐標為（，，，）。
21、進一步地，步驟s2中進行輪廓勘測，過程包括：
22、1）確定輪廓勘測起點；建立聲吶坐標系后，保持零點姿態將水下機器人平移到有限空間的第一端面，使后測距聲吶接近該第一端面，作為輪廓勘測的起始位置，記錄后、左、右測距聲吶的距離測量值，其中，后測距聲吶的距離測量值為輪廓勘測起始位置的x坐標，左、右測距聲吶的距離測量值為輪廓勘測起始位置的正、負y坐標、；
23、2）進行輪廓勘測；保持零點姿態，控制水下機器人沿聲吶坐標系的x軸正向向前，記錄后、左、右測距聲吶的距離測量值，直到水下機器人平移到有限空間與第一端面相對的第二端面；
24、3）建立輪廓曲線；建立平面直角坐標系，其中，原點為輪廓勘測的起始位置，橫軸為聲吶坐標系的x軸，縱軸正、負半軸為聲吶坐標系的正、負y軸；在平面直角坐標系中標記，左、右測距聲吶的距離測量值，形成從第一端面到第二端面由左、右測距聲吶距離測量值構成的有限空間的左、右側輪廓的邊界曲線；在此基礎上疊加上第一和第二端面，建立有限空間輪廓的勘測。
25、進一步地，步驟s3中，包括：
26、1）在勘測輪廓的有限空間中，根據多波束聲吶的測距結果，實時確定水下機器人工作中的聲吶坐標系下坐標（，，，）；
27、2）測量水下機器人工作中在方位姿態上相對于零點姿態的偏轉角b；
28、3）根據偏轉角為b和四軸聲吶坐標位置，確定機器人在有限空間內位置；
29、機器人在有限空間內位置：
30、距離后壁：；
31、距離左壁：；
32、距離右壁：；
33、距離底部：。
34、根據（）對水下機器人進行實時定位。
35、進一步地，所述偏轉角b根據左前、右前測距聲吶對有限空間前壁測距值，結合左前或右前測距聲吶的測距方位與前后向中心軸夾角，通過三角函數計算得到；
36、其中，向右偏轉的三角函數式為：
37、；
38、；
39、其中，向左偏轉的三角函數式為：
40、；
41、。
42、進一步地，步驟s4中，包括：
43、1）在有限空間端面勘測時，對于拍攝的每幅圖像標定機器人的拍攝位置；
44、所述拍攝位置為根據拍攝位置的聲吶坐標，結合拍攝位置的偏轉角獲得的機器人在有限空間內位置（）；
45、2）利用同一端面拍攝的各幅圖像的標定坐標（）進行圖像拼接；為同一端面拍本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
3.根據權利要求2所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
4.根據權利要求3所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
5.根據權利要求4所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
6.根據權利要求5所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
7.根據權利要求6所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
8.根據權利要求6所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
9.根據權利要求6所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
10.根據權利要求9所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
【技術特征摘要】
1.一種基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
3.根據權利要求2所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
4.根據權利要求3所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
5.根據權利要求4所述的基于多波束聲吶的水下機器人定位和勘測方法，其特征在于，
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【專利技術屬性】
技術研發人員：施偉國，呂征宇，周亮，梁海生，陳博，解鵬程，
申請(專利權)人：國網上海市電力公司，
類型：發明
國別省市：
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