深海行走装置及其地形识别、车身姿态控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种深海行走装置及其地形识别、车身姿态控制方法，采用四履带模式实现行走，装置包括履带模块、悬挂机构、车体、地形识别系统、车身姿态控制系统。履带模块有4个，每个履带模块均安装有姿态传感器和压力传感器；车体上安装有惯导，地形识别系统由4个履带姿态传感器和车体上的惯导组成。当采矿车在海底作业时，车身姿态控制系统根据所搭载的4个履带姿态传感器采集的姿态信息计算出当前车体的状态，通过悬挂系统实时调节压力或是长度，通过惯导监控调整效果，可使采矿车车体产生较小的纵倾角、横摇角，增加采矿车的抗倾覆能力和地形通过能力，从而适应海底复杂的地形。从而适应海底复杂的地形。从而适应海底复杂的地形。

【技术实现步骤摘要】
深海行走装置及其地形识别、车身姿态控制方法


[0001]本专利技术涉及
，尤其是一种深海行走装置及其地形识别、车身姿态控制方法。

技术介绍

[0002]海底地面常有异形崎岖路况，深海机器人如采矿车在海底行走探测时，容易受到地形影响，卡滞不前甚至翻车。
[0003]目前，行业中常在行走装置两侧设置大面积的履带作为异形地面专用装置，但遇到高低起伏大的路况时，仍会产生履带局部与地面接触、局部悬空的情况，导致整体车身不稳。

技术实现思路

[0004]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的深海行走装置及其地形识别、车身姿态控制方法，旨在提高采矿车的地形通过能力、过坑能力、越障能力和抗倾覆能力。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种深海行走装置，包括车体，所述车体顶部设置电子舱及惯导，所述车体上引出有悬挂机构，悬挂机构伸出车体的一端铰接连接有履带模块，
[0007]所述悬挂机构包括：
[0008]悬挂油缸，铰接在车体上，
[0009]四连杆机构，铰接在悬挂油缸的活塞杆上，四连杆机构的两平行面分别与车体、履带模块铰接；履带模块绕铰接点做回转运动。
[0010]所述履带模块上安装有姿态传感器，所述车体上安装有惯导，惯导和姿态传感器信号传入电子舱内控制器；悬挂油缸上安装有压力传感器，压力传感器的信号传输至电子舱内。
[0011]电子舱内包括悬挂长度控制系统和悬挂压力控制系统。
[0012]一种深海行走装置的地形识别方法，包括如下步骤：
[0013]在深海行走装置的行走过程中，每个履带模块上的姿态传感器实时测量对应履带模块的姿态信息，车体上的惯导实时测量车体姿态信息，每个悬挂油缸上的压力传感器测量每个悬挂油缸的压力值，并传输至电子舱内控制器处；姿态信息包括纵倾角和横摇角，
[0014]电子舱中的地形识别系统根据所收到的信号，判断深海行走装置的车体处于平地行走、坡面行走或异形海底地形行走。
[0015]当每个履带模块上的姿态传感器所采集的纵倾角、横摇角都是0时，车体处于水平状态；
[0016]当每个履带模块上的姿态传感器所采集的纵倾角为0且横摇角不为0时；或：当每个履带模块上的姿态传感器所采集的纵倾角相等且不为0时；或：当每个履带模块上的姿态
传感器所采集的纵倾角相等且不为0且横摇角不为0时，判断深海行走装置在坡道上行驶；
[0017]当有至少一个的履带纵倾角与其它履带纵倾角不相等时，判定深海行走装置在异形海底地形行走。
[0018]地形识别过程中，纵倾角、横摇角的判断顺序如下：
[0019]先判断纵倾角是否相等；
[0020]纵倾角相等的前提下，判断纵倾角是否为0；
[0021]纵倾角为0的前提下，判断横摇角是否为0，横摇角为0则无需补偿，横摇角不为0则启用悬挂长度控制系统补偿横摇角；
[0022]纵倾角不为0的前提下，判断横摇角是否为0，横摇角为0则启用悬挂长度控制系统补偿纵倾角，横摇角不为0则启用悬挂长度控制系统补偿纵倾角和横摇角；
[0023]纵倾角如不相等，则单个纵倾角不为0时，为单履带遇障碍，启用悬挂压力控制系统进行补偿；
[0024]两个纵倾角不为0时，为双履带遇障碍，启用悬挂压力控制系统进行补偿；
[0025]两个以上的纵倾角不为0时，为异形地形行驶，启用悬挂压力控制系统进行补偿。
[0026]每个履带模块上的姿态传感器所测得的横摇角，取平均值作为地形横摇角。
[0027]一种深海行走装置的车身姿态控制方法，包括如下步骤：
[0028]当深海行走装置在平地上行走时，无需补偿姿态；
[0029]当深海行走装置在坡道上行走时，启用悬挂长度控制系统对纵倾角、横摇角进行补偿；
[0030]当深海行走装置在异形海底地形行走时，启用悬挂压力控制系统控制每个悬挂油缸的油腔压力，使各悬挂油缸输出的支撑力保持相等，车体趋于水平状态。
[0031]悬挂长度控制算法如下：
[0032]令左前、右前、左后、右后悬挂油缸的伸缩量分别为：L1、L2、L3、L4，令左右履带的间距为B，前后履带中心距为H。各悬挂油缸的伸缩量计算分别方法为：
[0033]当履带姿态传感器测得纵倾角为β时，以悬挂油缸伸出50％位置为零点，令左前L1、右前L2悬挂油缸缩短值等于左后L3、右后L4悬挂油缸的伸长值，即：
[0034]L3＝
‑
L1ꢀꢀ
(1)
[0035]L4＝
‑
L2ꢀꢀ
(2)
[0036]各油缸的长度计算方法为：
[0037]L3‑
L1＝H
·
tanβ
ꢀꢀ
(3)
[0038]L4‑
L2＝H
·
tanβ
ꢀꢀ
(4)
[0039]则各悬挂油缸的伸缩量为：
[0040][0041][0042][0043][0044]当履带姿态传感器测得横摇角为α时，以悬挂油缸伸出50％位置为零点，令左前L1、左后L3悬挂油缸缩短值等于右前L2、右后L4悬挂油缸的伸长值，即：
[0045]L2＝
‑
L1ꢀꢀ
(9)
[0046]L4＝
‑
L3ꢀꢀ
(10)
[0047]各油缸的长度计算方法为：
[0048]L2‑
L1＝B
·
tanα
ꢀꢀ
(11)
[0049]L4‑
L3＝B
·
tanα
ꢀꢀ
(12)
[0050]则各悬挂油缸的伸缩量为：
[0051][0052][0053][0054][0055]当位于履带的姿态传感器测得横摇角为α，纵倾角β时，在方式(1)、方式(2)的基础上，各悬挂油缸的伸缩长度为：
[0056][0057][0058][0059][0060]悬挂压力控制算法如下：
[0061]令左前、右前、左后、右后悬挂油缸的压力分别为：P1、P2、P3、P4,各悬挂油缸的伸缩量计算分别方法为：
[0062][0063]本专利技术的有益效果如下：
[0064]本专利技术结构紧凑、合理，操作方便，当深海行走装置在海底作业时，电子舱接收传感器发出的信号，及时感知四个履带模块下对应的路况。通过悬挂系统适时调节悬挂油缸的压力，或伸出的长度，并通过惯导监控调整效果，使采矿车车体产生较小的纵倾角、横摇角，采矿车车体尽量保持水平，增加采矿车的抗倾覆能力和地形通过能力，从而适应海底复
杂的地形。
附图说明
[0065]图1为本专利技术的整体结构示意图。
[0066]图2为本专利技术的悬挂机构示意图。
[0067]图3为图3的信号传输示意框图。
[0068]图4为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深海行走装置，包括车体(1)，所述车体(1)顶部设置电子舱及惯导，其特征在于：所述车体(1)上引出有悬挂机构(2)，悬挂机构(2)伸出车体(1)的一端铰接连接有履带模块(3)，所述悬挂机构(2)包括：悬挂油缸(201)，铰接在车体(1)上，四连杆机构(202)，铰接在悬挂油缸(201)的活塞杆上，四连杆机构(202)的两平行面分别与车体(1)、履带模块(3)铰接；履带模块(3)绕铰接点做回转运动。2.如权利要求1所述的深海行走装置，其特征在于：所述履带模块(3)上安装有姿态传感器，车体(1)电子舱内安装有惯导，惯导和姿态传感器信号传入电子舱内控制器；悬挂油缸(201)上安装有压力传感器，压力传感器的信号传输至电子舱内。3.如权利要求2所述的深海行走装置，其特征在于：电子舱内包括悬挂长度控制系统和悬挂压力控制系统。4.一种权利要求1所述的深海行走装置的地形识别方法，其特征在于，包括如下步骤：在深海行走装置的行走过程中，每个履带模块(3)上的姿态传感器实时测量对应履带模块(3)的姿态信息，车体(1)上的惯导实时测量车体姿态信息，每个悬挂油缸(201)上的压力传感器测量每个悬挂油缸(201)的压力值，并传输至电子舱控制器处；姿态信息包括纵倾角和横摇角，电子舱中的地形识别系统根据所收到的信号，判断深海行走装置的车体(1)处于平地行走、坡面行走或异形海底地形行走。5.如权利要求4所述的深海行走装置的地形识别方法，其特征在于，当每个履带模块(3)上的姿态传感器所采集的纵倾角、横摇角都是0时，车体(1)处于水平状态；当每个履带模块(3)上的姿态传感器所采集的纵倾角为0且横摇角不为0时；或：当每个履带模块(3)上的姿态传感器所采集的纵倾角相等且不为0时；或：当每个履带模块(3)上的姿态传感器所采集的纵倾角相等且不为0且横摇角不为0时，判断深海行走装置在坡道上行驶；当有至少一个的履带纵倾角与其它履带纵倾角不相等时，判定深海行走装置在异形海底地形行走。6.如权利要求5所述的深海行走装置的地形识别方法，其特征在于，地形识别过程中，纵倾角、横摇角的判断顺序如下：先判断纵倾角是否相等；纵倾角相等的前提下，判断纵倾角是否为0；纵倾角为0的前提下，判断横摇角是否为0，横摇角为0则无需补偿，横摇角不为0则启用悬挂长度控制系统补偿横摇角；纵倾角不为0的前提下，判断横摇角是否为0，横摇角为0则启用悬挂长度控制系统补偿纵倾角，横摇角不为0则启用悬挂长度控制系统补偿纵倾角和横摇角；纵倾角如不相等，则单个纵倾角不为0时，为单履带遇障碍，启用悬挂压力控制系统进行补偿；两个纵倾角不为0时，为双履带遇障碍，启用悬挂压力控制系统进行补偿；
两个以上的纵倾角不为0时，为异形地形行驶，启用悬挂压力控制系统进行补偿。7.如权利要求4所述的深海行走装置的地形识别方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈垦，杜新光，曹阳，李松羽，胡江平，侯家怡，阚甜甜，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：