CN103439971B - 一种库区水下地形及水质指标探测机器人 - Google Patents

Abstract

一种库区水下地形及水质指标探测机器人，它包括地面基站系统和机器人系统；地面基站系统在岸上，机器人系统在水中，地面基站系统与机器人系统之间通过电缆连接，通过地面基站系统来控制机器人系统进行工作；机器人系统的工作状态分为水上状态和水下状态，当需要绘制水下地形图时，机器人系统工作状态为水上状态；当需要测量水下水质指标和获取水下影像时，机器人系统工作状态为水下状态；本发明是一种整合了GPS与ADCP技术的多功能机器人，体积小，重量轻，成本低，便于运输，只需一人就能完成机器人系统的操作。机器人系统通过改变工作状态，可对水下地形进行测绘并获得多种水质数据，为科研活动的开展提供了良好的平台。

Description

一种库区水下地形及水质指标探测机器人

技术领域

本发明涉及一种库区水下地形及水质指标探测机器人，它是一种应用于水库等水利工程建设的多功能水下机器人，它整合了GPS（GlobalPositioningSystem）与ADCP（AcousticDopplerCurrentProfilers）的功能，以水体水下地形的测绘为主，兼具测定水体不同层次流速、水体流量、常规水质指标的功能，属于机器人技术领域。

背景技术

随着国家对于水资源开发利用力度的加大和对水资源空间分布的调整，各种水利工程建设项目层出不穷。水利工程项目在建设实施之前，需要大量的前期准备工作，包括水体水下地形图的获取、水体流速的测定、常规水质指标的获取等，以期对工程建设起到指导作用。

水下地形测量，对于水库、港口、桥梁等都具有重要意义；在防洪减灾中也显示了其巨大的经济效益和社会效益。随着GPS技术的发展，目前常采用的水下地形测绘方法是实时动态差分法：GPS-RTK（Real-timekinematic）技术。RTK技术工作原理是将基站观测值和观测坐标数据传输给流动站，流动站将基站传输来的数据和自身GPS观测值组成差分观测值进行实时处理，可以得到精度达厘米级的定位结果。用GPS获取平面坐标，如果再用测深仪测得深度数据，即可用软件绘制水下地形图。因此，本发明利用ADCP来测得水深数据。ADCP，即多普勒流速剖面仪，是20世纪80年代发展起来的一种新型的测流设备，它利用多普勒效应原理测流，不仅可以测定某一断面上不同水平层次的水体流速、流量，而且可测得此断面上每一点到水面的距离。如此，将GPS与ADCP结合，GPS获取某一断面平面坐标，ADCP获取此断面每一点深度数据，然后不同断面的数据相叠加，利用软件就能获得完整的水下地形图。并且在绘制水下地形图的过程中，ADCP获得的不同水平层次上水体的流速、流量信息，可以用来做科研基础数据信息。

机器人已经广泛应用于水上、水下工作，机器人可全天候工作，也可以替代人类进行一些极限条件、恶劣条件下工作。同时，使用机器人会降低风险成本。观测级ROV（RemoteOperatedVehicle）的尺寸和重量较小，负荷低、成本低，及其适用于水下的观测任务。

虽然现阶段已经出现了微型GPS和ADCP仪器，但是大部分水下地形测绘工作还是用装载了GPS和ADCP仪器的船只完成。这种方法耗费人力物力和资源，不符合可持续发展的要求。因此，利用以ROV水下机器人为平台，搭载微型的GPS和ADCP仪器的多功能水下机器人进行水下地形测绘工作和水下观测工作，使原本至少需要二至三人的工作变成只需要一人就能完成，节约人力物力，节省能源，具有更高的经济、环境效益。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种库区水下地形及水质指标探测机器人，它是一种整合了GPS与ADCP技术的多功能机器人，主要用来获取水利工程需要的水下地形图，同时也可获得水体不同层次的流速、常规水质指标等资料，给水利工程的建设实施提供参考，为科研活动的开展提供基础数据。

2、技术方案：本发明一种库区水下地形及水质指标探测机器人，它包括地面基站系统和机器人系统。两者之间的关系是：地面基站系统在岸上，机器人系统在水中，地面基站系统与机器人系统之间通过电缆来连接，通过地面基站系统来控制机器人系统进行工作；机器人系统的工作状态分为水上状态和水下状态，当需要绘制水下地形图时，机器人系统工作状态为水上状态，当需要测量水下水质指标和获取水下影像时，机器人系统工作状态为水下状态。

所述地面基站系统包括1个金属外壳主体和6个模块。6个模块包括：机器人操控模块、GPS基准站模块、浮力控制模块、数据传输模块、计算机处理模块、电力模块。6个模块整合固定在金属外壳主体内，并通过数据线相互连接。

该金属外壳主体形状为长方体，地面基站系统的各模块通过金属外壳主体内部的卡槽固定在金属外壳主体内部；金属外壳主体上部有穿孔，GPS基准站天线从孔中穿出，天线外部用防水材料包裹，防止天线受损。

该机器人操控模块是由航模遥控器改进而成，包括动力控制和方向控制，可以控制机器人的航行速度和航行方向；该遥控器嵌于金属外壳主体的凹槽内，操控机器人时，可从槽中取出。遥控器的电线连接于地面基站系统总线上。

该GPS基准站模块是GPS基准站仪器，采用美国Trimble公司的SPS985RTKGPS接收机。将该GPS基准站仪器的主体部分剥离并固定于金属外壳主体内，GPS天线安装于金属外壳主体上部突出的部分。该GPS基准站仪器的电线连接于地面基站系统总线上。

该浮力控制模块由充气泵和控制系统组成，两者之间的关系是：该充气泵独立于金属外壳主体之外，可对机器人浮力气囊充气，其规格型号是尤利特UNIT便携式汽车充气泵YD-3036；该控制系统由机械手柄和模数转换器组成，机械手柄可实现“推、拉”两种运动形式，模数转换器将这两种运动形式转化为两种不同的电信号传输给机器人系统，进而控制机器人尾部活塞的运动。该控制系统电线连接于地面基站系统总线上。

该数据传输模块包括控制电缆和数据电缆，两种电缆包于一根PVC塑料软管中。电缆连接地面基站系统总线和机器人系统总线，控制电缆用于控制机器人的运动及其上仪器的活动，数据电缆用于机器人系统与地面基站系统之间的数据传输。

该计算机处理模块包括显示器、处理器和存储器。三者之间通过数据线相互连接。该显示器是RYT字符点阵液晶显示屏，型号RT825143；它固定于金属外壳主体外表面的凹槽内，用于显示通过数据传输电缆从机器人传到地面基站的测量数据；该处理器是瑞芯微RK2606芯片；固定于金属外壳主体内，用于测量数据的处理与显示；该存储器固定于金属外壳主体内，分为RAM和ROM，用于测量数据的存储，设有RS232接口，可通过RS232接口将数据导出到外部计算机中。

该电力模块是电源接口和可充电锂电池组，固定于金属外壳主体内。当工作量较小时，用可充电锂电池组给地面基站和机器人供能；当工作量较大时，可接通外部电源给地面基站和机器人系统供能。

所述机器人系统包括金属框架和6个模块：动力模块、浮力模块、GPS流动站模块、ADCP仪、传感器模块、影像模块。它们之间的位置连接关系是：浮力模块包围在金属框架外圈；GPS流动站模块、ADCP仪和传感器的主体密封于金属工作舱内，该工作舱通过支架固定在金属框架内部前端，GPS流动站天线从工作舱上部小孔穿出，ADCP换能器、传感器探头和影像模块固定于工作舱下部，当机器人系统漂浮在水面上时，工作舱的二分之一没于水面之下，以保证ADCP换能器、传感器探头和影像模块总是处于水面之下的；动力模块用支架固定在金属框架内部后端。

该金属框架为密封的椭圆形，材料采用铝合金；金属框架周围是浮力气囊，用来实现机器人系统水上状态和水下状态的切换；金属框架内部用金属支架固定一前一后两个密封的工作舱，放置诸模块。

该动力模块包括电机、螺旋桨和舵。三者之间的关系是：电机密封于机器人椭圆金属框架后部的工作舱内，用于驱动螺旋桨和舵工作；螺旋桨和舵位于金属框架尾部，水面以下，实现机器人的航行。该电机的型号是无锡腾龙微电机制造60KTYZ齿轮减速永磁同步电动机；该螺旋桨是航凯牌船外机螺旋桨；该舵是小型平衡舵。

该浮力模块包括椭圆金属框架外部的浮力气囊和与气囊相通的置于尾部的活塞。浮力气囊由TUP材料制作，由金属支架固定包裹在椭圆金属外部框架外圈，气囊上有用于充气的开孔，充气后气囊产生的最大浮力要保证整个机器人系统能够浮在水面上；浮力气囊内安装有压力感受器，可由地面基站计算机显示气囊内压强；气囊靠近电机的两侧部分安装有活塞，活塞是金属材质，由电机驱动，可以通过自身运动改变浮力舱体积大小，进而控制浮力大小。

该GPS流动站模块是美国Trimble公司的SPS985RTKGPS接收机；其天线用防水材料包裹，与GPS基准站配合测定机器人的空间坐标。GPS流动站模块、ADCP仪、传感器模块和影像模块静态密封于椭圆金属框架前部的工作舱内。

该ADCP仪采用TRDI公司StreamPro便携式微型声学多普勒流速剖面仪，其换能器安装在工作舱下表面，用于测量水深、流速。

该传感器模块采用北斗星公司W-Multi-10型水质传感器，包括电导率、浊度、PH、溶解氧和温度传感器，其探头透过工作舱下表面的小孔透出，用于水质检测；

该影像模块包括防水强光灯、防水摄像头和防水强光灯；防水摄像头固定于摄像头俯仰云台上，用于实时影像的获取。

机器人系统总线从金属框架的底部导出，与地面基站系统相连。为防止与螺旋桨发生缠绕，将导出的电线固定在舵的一侧。

本发明的工作原理及工况简介如下：

机器人系统执行测量任务时，按照任务要求，分为不同的工作阶段，不同的工作阶段相应地有不同的工作状态，即水上状态和水下状态。通过地面基站系统的计算机控制机器人系统电机转动从而使活塞运动，对浮力气囊内的空气形成体积上的改变，就能实现机器人系统的下潜和上浮，即工作状态的改变。在水面上时，预先向浮力舱内充入压缩气体，给活塞一个向外的推力；待到机器人系统下潜，到达一定深度后，活塞收到的合力为零；继续下潜，活塞受到向内的挤压力。这样做可以大大降低活塞的在水下的受到的力。

利用机器人系统绘制库区水下地形图：

绘制水下地形图时，是根据GPS-RTK方法测量水体不同垂直断面的空间坐标信息；GPS基准站模块与GPS流动站模块同时接受同一GPS卫星发射的信号，将所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分校正值。此校正值输出给GPS流动站模块精确其观测结果，从而得到差分校正后GPS流动站模块的较准确的坐标信息；待机器人系统按照一定顺序将水体每一垂直断面的空间坐标信息都测量完毕后，利用计算机将这些垂直断面的空间坐标信息相叠加，即可得到水体的水平区位信息。同时，在机器人系统测量水体每一垂直断面的空间坐标信息过程中，ADCP仪会同步测量每一垂直断面上，每一点的水深信息，当机器人系统按照一定顺序将水体扫描一遍后，也就得到了与每一个坐标点对应的水深信息，按照坐标将这些水深信息与水体的空间区位信息相叠加，即可得到水体的水下地形图。

使用GPS-RTK方法绘制水下地形图时，要保证GPS基准站模块、GPS流动站模块和ADCP仪在同一垂直线上，水面波动较大时则不宜进行测量工作，以免影响精度。地面基站系统应放置在四周视野开阔，高度角15°以上不得有成片的障碍物存在的地方，远离大功率发射源、高压线、变压器等，以免使GPS基准站模块的信号受到干扰。

绘制水下地形图时，要求机器人系统必须在水面上航行，此时浮力系统内充满空气，机器人系统的工作状态为水上状态。机器人系统处于水上工作状态时，还可以获得水体不同水平断面的水流流速数据，由此可知不同水平断面的流量信息。这些信息可为水工程建设和科研活动提供参考和基础数据。

利用机器人系统对水下水质指标实时检测：

由于科研工作的需要，总是想得到水下不同位置的水质信息，即水下某点的PH、温度、深度、浊度等水质指标。测量水下水质指标的方法一般是坐船用采样器进行采样，再拿回实验室进行分析。这种方法不近耗时耗力，而且在水样运回实验室的过程中极易发生变质，使的测定结果发生偏差。如果用机器人系统对水下水质指标进行实时测定，则可保证测定水质指标的准确性，同时可省去水样采集和运输的时间，提高了工作效率，节省人力物力。

为了达到这个目的，机器人系统浮力系统通过改变空气体积来实现下潜，此时机器人系统的工作状态为水下。通过各种传感器将水质信息转换成电信号，通过电线传输给地面基站系统，地面基站系统的计算机还原电信号，得到水下某一点的水质信息。

3、优点及功效：本发明采用的地面基站系统和机器人系统，体积小，重量轻，成本低，便于运输，只需一人就能完成机器人系统的操作。机器人系统通过改变工作状态，可对水下地形进行测绘并获得多种水质数据。

附图说明

图1为本发明地面基站系统示意图；

图2为本发明机器人系统俯视图；

图3为本发明机器人系统侧视图；

图4为本发明机器人系统正视图。

①机器人操控模块②GPS基准站模块③GPS基准站天线④浮力控制系统

⑤显示器⑥前端工作舱⑦GPS流动站天线⑧ADCP换能器⑨传感器探头

⑩螺旋桨舵后端工作舱浮力气囊摄像头俯仰云台

具体实施方式

本发明一种库区水下地形及水质指标探测机器人，它包括地面基站系统和机器人系统。两者之间的关系是：地面基站系统在岸上，机器人系统在水中，地面基站系统与机器人系统之间通过电缆来连接，通过地面基站系统来控制机器人系统进行工作；机器人系统的工作状态分为水上状态和水下状态，当需要绘制水下地形图时，机器人系统工作状态为水上状态，当需要测量水下水质指标和获取水下影像时，机器人系统工作状态为水下状态。

所述地面基站系统包括1个金属外壳主体和6个模块。6个模块包括：机器人操控模块①、GPS基准站模块②、浮力控制模块、数据传输模块、计算机处理模块、电力模块。6个模块整合固定在金属外壳主体内，并通过数据线相互连接。

该金属外壳主体形状为长方体，地面基站系统的各模块通过主体内部的卡槽固定在金属外壳主体内部；金属外壳主体上部有穿孔，GPS基准站天线③从孔中穿出，该天线外部用防水材料包裹，防止天线受损。

该机器人操控模块是由航模遥控器改进而成，包括动力控制和方向控制，可以控制机器人的航行速度和航行方向；该遥控器嵌于金属外壳主体的凹槽内，操控机器人时，可从槽中取出。该遥控器的电线连接于地面基站系统总线上。

该GPS基准站模块②是GPS基准站仪器，由一般的采用GPS-RTK技术的GPS仪器改进而成。将GPS仪器工作的主要部分剥离并固定于金属外壳主体内，GPS天线安装于金属外壳主体上部突出的部分。该GPS基准站仪器的电线连接于地面基站系统总线上。

该浮力控制模块由充气泵和浮力控制系统④组成，两者之间的关系是：该充气泵独立于金属外壳主体之外，可对机器人浮力气囊充气，其规格型号是尤利特UNIT便携式汽车充气泵YD-3036；该浮力控制系统由机械手柄和模数转换器组成，机械手柄可实现“推、拉”两种运动形式，模数转换器将这两种运动形式转化为两种不同的电信号传输给机器人系统，进而控制机器人尾部活塞的运动。该浮力控制系统电线连接于地面基站系统总线上。

该数据传输模块包括控制电缆和数据电缆，两种电缆包于一根PVC塑料软管中。电缆连接地面基站系统总线和机器人系统总线，控制电缆用于控制机器人的运动及其上仪器的活动，数据电缆用于机器人系统与地面基站系统之间的数据传输。

该计算机处理模块包括显示器⑤、处理器和存储器。三者之间通过数据线相互连接。该显示器⑤是RYT字符点阵液晶显示屏，型号RT825143；它固定于金属外壳主体外表面的凹槽内，用于显示通过数据传输电缆从机器人系统传到地面基站系统的测量数据；该处理器是瑞芯微RK2606芯片；固定于金属外壳主体内，用于测量数据的处理与显示；该存储器固定于金属外壳主体内，分为RAM和ROM，用于测量数据的存储，设有RS232接口，可通过RS232接口将数据导出到外部计算机中。

该电力模块是电源接口和可充电锂电池组，固定于金属外壳主体内。当工作量较小时，用可充电锂电池组给地面基站和机器人供能；当工作量较大时，可接通外部电源给地面基站和机器人系统供能。

所述机器人系统包括金属框架和6个模块：动力模块、浮力模块、GPS流动站模块、ADCP仪、传感器模块、影像模块。它们之间的位置连接关系是：浮力模块包围在金属框架外圈；GPS流动站模块、ADCP仪和传感器的主体密封于金属框架前端工作舱⑥内，该工作舱通过支架固定在金属框架内部前端，GPS流动站天线⑦从工作舱上部小孔穿出，ADCP换能器⑧、传感器探头⑨和影像模块固定于前端工作舱下部，当机器人系统漂浮在水面上时，工作舱的二分之一没于水面之下，以保证ADCP换能器⑧、传感器探头和影像模块总是处于水面之下的；动力模块用支架固定在金属框架内部后端。

该金属框架为密封的椭圆形，材料采用铝合金；金属框架周围是浮力气囊，用来实现机器人系统水上状态和水下状态的切换；金属框架内部用金属支架固定一前一后两个密封的工作舱，放置诸模块。

该动力模块包括电机、螺旋桨⑩和舵。三者之间的关系是：电机密封于机器人椭圆金属框架后端工作舱内，用于驱动螺旋桨⑩和舵工作；螺旋桨⑩和舵位于金属框架尾部，水面以下，实现机器人的航行。该电机的型号是无锡腾龙微电机制造60KTYZ齿轮减速永磁同步电动机；该螺旋桨⑩是航凯牌船外机螺旋桨；该舵是小型平衡舵。

该浮力模块包括椭圆金属框架外部的浮力气囊和与气囊相通的置于尾部的活塞。浮力气囊由TUP材料制作，由金属支架固定包裹在椭圆金属外部框架外圈，气囊上有用于充气的开孔，充气后气囊产生的最大浮力要保证整个机器人系统能够浮在水面上；浮力气囊内安装有压力感受器，可由地面基站计算机显示气囊内压强；气囊靠近电机的两侧部分安装有活塞，活塞是金属材质，模数转换器将地面基站系统传过来的电信号转化为模拟信号控制活塞的运动；活塞由电机驱动，可以通过自身运动改变浮力舱体积大小，进而控制浮力大小。

该GPS流动站模块、ADCP仪、传感器模块和影像模块静态密封于椭圆金属框架前部的工作舱内。GPS流动站模块是美国Trimble公司的SPS985RTKGPS接收机；其天线用防水材料包裹，与GPS基准站模块②配合测定机器人系统的空间坐标。

ADCP仪采用TRDI公司StreamPro便携式微型声学多普勒流速剖面仪，其换能器安装在工作舱下表面，用于测量水深、流速。

传感器模块采用北斗星公司W-Multi-10型水质传感器，包括电导率、浊度、PH、溶解氧和温度传感器，其探头透过工作舱下表面的小孔透出，用于水质检测。

影像模块包括防水强光灯、防水摄像头和防水强光灯；防水摄像头固定于摄像头俯仰云台上，用于实时影像的获取。

机器人系统总线从金属框架的底部导出，与地面基站系统相连。为防止与螺旋桨⑩发生缠绕，将导出的电线固定在舵的一侧。

以下结合附图对本发明的具体实施方案做详细描述：

地面基站系统启动。

本发明地面基站系统组成如附图1所示。

对地面基站系统电源充分充电或者连接外接电源。打开地面基站系统电源开关，各个子模块的绿色指示灯亮起，此时按按钮启动计算机。待计算机开机后，开启子模块管理系统，检查各个子模块与计算机的连接有无问题。

机器人系统的启动及水下地形图的绘制。

本发明机器人系统组成如附图2、3、4所示。

绘制水下地形图所用到的观测数据是由GPS基准站模块②、GPS流动站模块和ADCP仪得来，在数据获取的过程中，机器人应始终处于水上工作状态，不应下潜。

将机器人系统的浮力气囊用充气泵充入一定量的空气，浮力舱的压强通过压力感受器转化成电信号，数值显示在计算机屏幕上。将机器人系统放入水中，此时机器人系统收到的浮力大于自身重力，将浮于水面之上。打开地面基站系统的机器人操控模块①即机器人遥控器开关，通过遥控，可使机器人系统执行前进、拐弯的动作。

通过地面基站系统控制GPS流动站模块开始工作，将机器人系统移动到坐标信息已知的点位上，记录下该点的坐标和高程，并与该点已知坐标和高程进行比较，差值符合规定后开始工作。

通过地面基站系统控制ADCP换能器⑧开始工作，将机器人系统移动到深度已知的点位，记录下该点的深度，并与该点已知的深度进行比较，待误差在允许的范围内之后开始工作。

待GPS基准站模块②、GPS流动站模块与ADCP仪校准后可以进行水下地形绘制的工作。首先，机器人系统沿某一水体垂直断面作直线移动，同时不断通过GPS基准站模块②、GPS流动站模块和ADCP换能器⑧获得直线上每点的空间坐标信息和水深信息，这样就可得到这一垂直断面上各点的地形信息；其次，操控机器人系统按一定的顺序经历不同的垂直断面，直到将水体的所有垂直断面经历完成，这样就得到了水体每个垂直断面上每点的空间坐标信息和水深信息；最后，将各个断面上各个点的空间坐标信息和水深信息汇总叠加，经由软件处理，就可以得到水下地形图。水体流量、不同层次的流速信息可以在水下地形测绘中一并获得，这是ADCP仪本身具有的功能。

机器人系统工作状态的转换及水下水质指标的获取。

实时获取水下水质指标时，要求机器人系统必须处于水下工作状态。

打开地面基站系统的浮力控制系统开关，通过浮力控制系统控制浮力气囊内活塞的直线运动，改变浮力气囊中空气体积的大小，从而使机器人系统实现上浮或下潜。此时，控制机器人系统下潜。

通过地面基站系统控制感应器、强光灯和摄像机开始工作，通过机器人系统上的传感器探头，可获得与水深同步的电导率、浊度、PH、溶解氧和温度指标的数据。通过控制摄像头俯仰云台，可以获得不同角度的实时视频影像。

所有机器人系统观测到的数据都储存于计算机中，可导出到外部电脑进行数据分析处理。

Claims (1)

1.一种库区水下地形及水质指标探测机器人，其特征在于：它包括地面基站系统和机器人系统；地面基站系统在岸上，机器人系统在水中，地面基站系统与机器人系统之间通过电缆连接，通过地面基站系统来控制机器人系统进行工作；机器人系统的工作状态分为水上状态和水下状态，当需要绘制水下地形图时，机器人系统工作状态为水上状态；当需要测量水下水质指标和获取水下影像时，机器人系统工作状态为水下状态；

所述地面基站系统包括1个金属外壳主体和6个模块；6个模块包括：机器人操控模块、GPS基准站模块、浮力控制模块、数据传输模块、计算机处理模块、电力模块；该机器人操控模块、GPS基准站模块、数据传输模块、计算机处理模块、电力模块整合固定在金属外壳主体内；浮力控制模块独立于金属外壳主体之外，6个模块通过数据线相互连接；

该金属外壳主体形状为长方体，地面基站系统的各模块通过金属外壳主体内部的卡槽固定在金属外壳主体内部；金属外壳主体上部有穿孔，GPS基准站天线从孔中穿出，天线外部用防水材料包裹，防止天线受损；

该机器人操控模块是由航模遥控器改进而成，包括动力控制和方向控制，控制机器人的航行速度和航行方向；该遥控器嵌于金属外壳主体的凹槽内，操控机器人系统时，从槽中取出，遥控器的电线连接于地面基站系统总线上；

该GPS基准站模块是GPS基准站仪器，采用SPS985RTKGPS接收机；将其主体部分剥离并固定于金属外壳主体内，GPS基准站天线安装于金属外壳主体上部突出的部分，该GPS基准站仪器的电线连接于地面基站系统总线上；

该浮力控制模块由充气泵和控制系统组成，该充气泵是YD-3036，它独立于金属外壳主体之外，对机器人浮力气囊充气；该控制系统由机械手柄和模数转换器组成，机械手柄可实现“推、拉”两种运动形式，模数转换器将这两种运动形式转化为两种不同的电信号传输给机器人系统，进而控制机器人尾部活塞的运动，该控制系统电线连接于地面基站系统总线上；

该数据传输模块包括控制电缆和数据电缆，两种电缆包于一根PVC塑料软管中；电缆连接地面基站系统总线和机器人系统总线，控制电缆用于控制机器人的运动及其上仪器的活动，数据电缆用于机器人系统与地面基站系统之间的数据传输；

该计算机处理模块包括显示器、处理器和存储器，三者之间通过数据线相互连接；该显示器是型号为RT825143RYT字符点阵液晶显示屏，它固定于金属外壳主体外表面的凹槽内，用于显示通过数据电缆从机器人传到地面基站的测量数据；该处理器是RK2606芯片，固定于金属外壳主体内，用于测量数据的处理与显示；该存储器固定于金属外壳主体内，分为RAM和ROM，用于测量数据的存储，设有RS232接口，通过RS232接口将数据导出到外部计算机中；

该电力模块是电源接口和可充电锂电池组，固定于金属外壳主体内；当工作量较小时，用可充电锂电池组给地面基站和机器人供能；当工作量较大时，接通外部电源给地面基站和机器人系统供能；

所述机器人系统包括金属框架和6个模块：动力模块、浮力模块、GPS流动站模块、ADCP换能器、传感器模块和影像模块；浮力模块包围在金属框架外圈；GPS流动站模块、ADCP换能器和传感器的主体密封于金属工作舱内，该工作舱通过支架固定在金属框架内部前端，GPS流动站天线从工作舱上部小孔穿出，ADCP换能器、传感器探头和影像模块固定于工作舱下部，当机器人系统漂浮在水面上时，工作舱的二分之一没于水面之下，以保证ADCP换能器、传感器探头和影像模块总是处于水面之下的；动力模块用支架固定在金属框架内部后端；

该金属框架为密封的椭圆形，材料采用铝合金；金属框架周围是浮力气囊，用来实现机器人系统水上状态和水下状态的切换；金属框架内部用金属支架固定一前一后两个密封的工作舱，放置诸模块；

该动力模块包括电机、螺旋桨和舵；电机密封于机器人椭圆金属框架后部的工作舱内，用于驱动螺旋桨和舵工作；螺旋桨和舵位于金属框架尾部，水面以下，实现机器人系统的航行；该电机是60KTYZ齿轮减速永磁同步电动机；该螺旋桨是船外机螺旋桨；该舵是小型平衡舵；

该浮力模块包括椭圆金属框架外部的浮力气囊和与气囊相通的置于尾部的活塞；浮力气囊由TUP材料制作，由金属支架固定包裹在椭圆金属外部框架外圈，气囊上有用于充气的开孔，充气后气囊产生的最大浮力要保证整个机器人系统能够浮在水面上；浮力气囊内安装有压力感受器，由地面基站计算机显示气囊内压强；气囊靠近电机的两侧部分安装有活塞，活塞是金属材质，由电机驱动，通过自身运动改变浮力气囊体积大小，进而控制浮力大小；

该GPS流动站模块是SPS985RTKGPS接收机；其天线用防水材料包裹，与GPS基准站配合测定机器人的空间坐标；

该ADCP换能器是StreamPro便携式微型声学多普勒流速剖面仪，其换能器安装在工作舱下表面，用于测量水深、流速；

该传感器模块是W-Multi-10型水质传感器，包括电导率、浊度、PH、溶解氧和温度传感器，其探头透过工作舱下表面的小孔透出，用于水质检测；

该影像模块包括防水摄像头和防水强光灯；防水摄像头固定于摄像头俯仰云台上，用于实时影像的获取；

机器人系统总线从金属框架的底部导出，与地面基站系统相连，为防止与螺旋桨发生缠绕，将导出的电线固定在舵的一侧。