一种水下波动推进机器人流场感知装置及方法

本发明属于水下机器人流场感知，涉及一种水下波动推进机器人流场感知装置及方法。

背景技术：

1、自然界中鱼类通过感知流场信息调整其游向和游速，以提高自身推进效率和机动性。而在水下机器人的发展中，对于自然界的仿生为水下机器人的优化和功能实现起到了很大的作用。针对鱼类感知流场这一特性进行仿生研究，得到一种流场感知装置，将流场感知装置搭载在水下波动推进机器人上，可以帮助机器人获取流场信息，从而有利于机器人根据周围流场环境调整自身运动，实现更佳的流场适应性运动。但目前针对现有技术仍存在以下问题：

2、1、现有数字型压力传感器一般通信地址相同且不可更改，因此在读取多路压力传感器数据时每个压力传感器都需要分别连接单片机或连接单片机的不同引脚，资源耗费较大；

3、2、现有流场感知装置多采用单组轮询方式实现对系统中所有压力传感器数据的读取，当压力传感器数量增多时，数据读取速率低。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种水下波动推进机器人流场感知装置及方法，解决每个压力传感器都需要占用单片机或占用单片机的不同引脚所造成的资源耗费，以及单组轮询压力传感器导致的数据读取速率低的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种水下波动推进机器人流场感知装置，包括安装在水下波动推进机器人头部的压力感知模块和安装在水下波动推进机器人舱体内的多个iic多通道扩展板和数据处理板；所述数据处理板通过iic通信轮流开启iic多通道扩展板的通信通道，向压力感知模块发送读取命令，读取压力感知模块感知的压力信号；压力感知模块将感知的压力信号通过iic多通道扩展板输入到数据处理板进行数据分析，获得水下波动推进机器人所在流场的来流速度水下波动推进机器人与来流方向的夹角。

4、进一步地，所述压力感知模块包括压力传感器和压力传感器壳体；多个所述压力传感器安装在水下波动推进机器人头部横向截面，用于感知流场中的压力信号，所述压力传感器安装在压力传感器壳体内部，多个所述压力传感器与多个所述压力传感器壳体相适配。

5、进一步地，所述压力传感器包括第一传感器和第二传感器；所述第一传感器安装在水下波动推进机器人头部顶端，多个所述第二传感器对称安装在第一传感器的两侧；所述第一传感器的轴线与水下波动推进机器人的轴线相重合。

6、进一步地，所述压力传感器壳体头部设置有圆形孔，压力传感器伸出圆形孔与流体接触读取压力信号；所述压力传感器壳体内设置有与压力传感器相适配的凹槽，用于与压力传感器活动连接。

7、进一步地，所述iic多通道扩展板可与多个iic通信地址相同的压力传感器进行通信。

8、进一步地，所述iic多通道扩展板的数量根据压力传感器的数量进行增加或减少。

9、进一步地，所述数据处理板与多个所述iic多通道扩展板以及多个所述iic多通道扩展板与多个所述压力感知模块iic接口相同；

10、所述数据处理板通过iic接口、iic多通道扩展板获得压力信号。

11、进一步地，所述iic多通道扩展板通过tca9548a进行通信。

12、本发明还提供了一种水下波动推进机器人流场感知方法，其特殊之处在于，包括：轮流打开iic多通道扩展板通信通道，获取压力感知模块的校准值；轮流打开iic多通道扩展板通信通道，获取压力感知模块的读取值；根据压力感知模块的校准值和压力感知模块的读取值得到iic多通道扩展板的压力数据，iic多通道扩展板通过数据处理板将将压力数据传输给上位机。

13、进一步地，所述iic通信通过位带实现io的位操作。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

15、本发明一种水下波动推进机器人流场感知装置，包括安装在水下波动推进机器人头部的压力感知模块和安装在水下波动推进机器人舱体内的iic多通道扩展板和数据处理板，iic多通道扩展板可实现数据处理板与多个iic通信地址相同的压力传感器之间的通信，节约资源，实现压力数据的多组轮询采集，相较于单组轮询采集速率更快。同时，可以根据压力传感器的数量进行相应的增加或者减少，灵活性和可扩展性强。最后压力感知模块提高水下压力信号采集的采样速率和采集实时性。

16、本发明一种水下波动推进机器人流场感知装置，第一传感器安装在水下波动推进机器人头部顶端，第二传感器安装在第一传感器两侧且对称分布，同时，第一传感器和第二传感器都安装在水下波动推进机器人的横向截面上，减少了由于安装位置不同而引起的误差，在维修和更换时，只需在该截面上操作，不用对整个装置进行大规模的拆卸和重组，也更容易受到统一的监控和维护，从而提高装置的可靠性。最后可以最大程度感知流场信息，减少水下波动推进机器人运动时对流场感知装置周围流场环境的扰动，减小对流场感知装置的干扰。

17、综上所述，本发明具有实时性、采样速率高、模块化、可扩展性强的优点。本发明所提出的一种水下波动推进机器人流场感知装置搭载在水下波动推进机器人上，可提高水下波动推进机器人的流场感知能力，实现更佳的流场适应性运动，提高复杂环境下机器人推进性能。

技术特征：

1.一种水下波动推进机器人流场感知装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种水下波动推进机器人流场感知装置，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种水下波动推进机器人流场感知装置，其特征在于：

4.根据权利要求2所述的一种水下波动推进机器人流场感知装置，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种水下波动推进机器人流场感知装置，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种水下波动推进机器人流场感知装置，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的一种水下波动推进机器人流场感知装置，其特征在于：

8.根据权利要求6所述的一种水下波动推进机器人流场感知装置，其特征在于：

9.一种水下波动推进机器人流场感知方法，基于权利要求1-8任一所述水下波动推进机器人流场感知装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的一种水下波动推进机器人流场感知方法，其特征在于：

技术总结
本发明属于水下机器人技术领域，公开了一种水下波动推进机器人流场感知装置及方法，该装置包括安装在水下波动推进机器人头部的压力感知模块和安装在水下波动推进机器人舱体内的IIC多通道扩展板和数据处理板，压力感知模块包括压力传感器和压力传感器壳体，可提高水下压力信号采集的采样速率和采集实时性；IIC多通道扩展板可实现数据处理板与多个IIC通信地址相同的压力传感器之间的通信，能够节约资源，实现压力数据的多组轮询采集，相较于单组轮询采集速率更快；此外，压力传感器的数量进行相应的增加或者减少，灵活性和可扩展性强，解决现有压力传感器都需要占用单片机或占用单片机的不同引脚所造成的资源耗费，以及单组轮询压力传感器导致的数据读取速率低的技术问题。

技术研发人员：胡桥,祖斯羽,张堂佳,张豪,李士杰
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23