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龙图腾网获悉上海交通大学宁波人工智能研究院;宁波中控微电子有限公司申请的专利一种带轨迹球的水下机器人导航装置及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116399323B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-01发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310348101.7，技术领域涉及：G06F3/0354；该发明授权一种带轨迹球的水下机器人导航装置及方法是由皮光召;魏彬;杨根科;褚健;潘再生;曾炜翼设计研发完成，并于2023-03-29向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种带轨迹球的水下机器人导航装置及方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种带轨迹球的水下机器人导航装置，涉及机器人定位导航技术领域，包括轨迹球、透镜模块、光学传感器模块、激光发射模块、数字信号处理模块和电源管理模块；本发明还公开了一种水下机器人，带轨迹球的水下机器人导航装置安装在水下机器人底部并通信连接，接收并响应水下机器人导航装置的位移和速度信息；本发明还公开了一种水下机器人导航方法，包括：S100、水下机器人导航装置安装，S200、水下机器人启动，S300、图像阵列采集，S400、位移和速度计算，S500、导航信息发送，S600、导航信息响应。本发明对水池底部接触平面的材质和平整程度更有容错性，并且轨迹球能够起到隔绝光路与水池环境的作用，防水难度小，导航装置的可靠性更高。

本发明授权一种带轨迹球的水下机器人导航装置及方法在权利要求书中公布了：1.一种带轨迹球的水下机器人导航装置，其特征在于，包括：轨迹球、透镜模块、光学传感器模块、激光发射模块、数字信号处理模块和电源管理模块： 轨迹球，设置于所述水下机器人导航装置底部，与水池表面直接接触，所述轨迹球的表面覆盖适用于激光精准探测的材料，平行激光光束经过所述轨迹球上表面反射，产生带有所述轨迹球纹理信息的激光束； 透镜模块，由折射子模块和汇聚子模块两个部分组成，所述折射子模块设置于所述轨迹球上表面上方，提升所述激光发射模块发射的同心激光光束亮度并折射为平行激光光束，以一定角度射向所述轨迹球上表面；所述汇聚子模块位于所述轨迹球上表面上方，经过所述轨迹球上表面反射的带有所述轨迹球纹理信息的激光束经过所述汇聚子模块，汇聚成同心激光光束，然后传输给光学传感器模块；平行激光光束照亮的轨迹球表面积为5平方毫米；折射子模块使用凸透镜球面，反射平面数量是一至三，根据不同导光方案进行选择，汇聚子模块使用圆形透镜； 光学传感器模块，设置于所述汇聚子模块上方，设置均匀排布的微小光敏物质，接收所述汇聚子模块汇聚成的所述同心激光光束，转换为与光信号成相应比例关系的电信号，形成图像阵列，图像阵列的大小为40x40像素，每个像素由0-4095范围的灰度级组成，灰度级由光学传感器模块中特定像素位置所接收到的光线强度决定；光学传感器模块设置透光孔，通过透光孔接收透镜模块的汇聚子模块汇聚的同心激光光束，透光孔设置防水垫圈，保护内部的电路结构； 激光发射模块，设置于所述折射子模块上方，向所述轨迹球上表面发射同心激光光束； 数字信号处理模块，包括数字图像芯片，与所述光学传感器模块通信连接，响应于所述光学传感器模块发送的图像阵列，进行互相关运算，得到连续两张图像阵列以像素为单位的X轴方向和Y轴方向的变动数值，通过像素和实际物理距离的转换，得到位移和速度信息； 电源管理模块，与所述激光发射模块、所述光学传感器模块、所述数字信号处理模块电路连接并供电； 所述轨迹球设置在所述水下机器人导航装置的底板上方，所述底板设置孔洞固定所述轨迹球，所述底板上方设置有给所述轨迹球施加压力的固定板，所述轨迹球处于水池底面和所述固定板之间，并且与水池底面和所述固定板接触，所述水下机器人导航装置移动时，所述轨迹球产生滚动，所述轨迹球的运动反映所述水下机器人导航装置的运动；所述轨迹球固定板与轨迹球接触部分设置有防水密封圈，防止所述轨迹球滚动时将水带入导航装置内部，保证内部电路安全；透镜模块与电源管理模块、激光发射模块、光学传感器模块、数字信号处理模块之间设置黑色底板阻隔，防止光线干扰； 所述电源管理模块供电，所述激光发射模块发射出同心激光光束，所述透镜模块的所述折射子模块折射为平行激光光束，以一定角度射向所述轨迹球上表面，经过所述轨迹球上表面反射的平行激光光束通过所述透镜模块的所述汇聚子模块汇聚成同心激光光束，传输给所述光学传感器模块形成图像阵列，所述图像阵列传输到所述数字信号处理模块进行互相关运算，最终得到位移和速度信息。

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