CN106005319B - 水下自主吸附机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下自主吸附机器人，包括带有吸盘的吸附装置、将吸附装置发射至水中哺乳动物表皮的电磁发射装置；还包括将主控制器、电磁发射装置、通信装置拖曳至吸附装置附件的拖曳装置；还包括北斗通信装置；还包括与所述的吸附装置、电磁发射装置、拖曳装置、北斗通信装置相连的主控制器，主控制器与遥控器通讯。本发明结构合理，工作性能好。

Description

水下自主吸附机器人
技术领域
本发明涉及一种水下自主吸附机器人。
背景技术
随着海洋探测领域的日益扩大，水下机器人引起了越来越多的关注。水下机器人不仅可以代替人类完成许多危险的工作，而且可以促进海洋资源的开发。现有的水下机器人，移动方式多为自主移动，存在水下能源供给不足、续航能力差、机器人活动范围受限等问题。
传统的导航仪器在生产工艺上有了很大提高，在信息处理算法上也改进了很多，但是仍然存在误差。在使用时为了保证精度，必须对数据进行实时修正。这不仅加重了工作任务，而且依旧不能保证定位信息的准确。另外，无线电波在水下的传播会迅速衰减，使得GPS也无法发挥效用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构合理，工作性能好的水下自主吸附机器人。
本发明的技术解决方案是：
一种水下自主吸附机器人，其特征是：包括带有吸盘的吸附装置，使机器人吸附于水中哺乳动物的表皮；还包括将吸附装置发射至水中哺乳动物表皮的电磁发射装置；还包括将主控制器、电磁发射装置、通信装置拖曳至吸附装置附件的拖曳装置；还包括北斗通信装置；还包括与所述的吸附装置、电磁发射装置、拖曳装置、北斗通信装置相连的主控制器，主控制器与遥控器通讯；当水中哺乳动物出现时，所述的遥控器发射信号至主控制器，主控制器控制电磁发射装置将吸附装置加速并发射出去；所述的拖曳装置将所述的电磁发射装置、北斗通讯装置等拖至吸附装置附近；当水中哺乳动物浮出水面换气时，北斗通信装置将机器人所在位置及北斗通信装置上各探测传感器得到的信息实时传至陆上基站。
所述吸附装置包括设有内腔的壳体，壳体前端设置吸盘，壳体中设有水泵，水泵的前端设有伸入吸盘中的水管；当吸附装置至哺乳动物表皮时，水泵将吸盘内的水抽至腔体，增强吸力。
所述电磁发射装置包括与升压模块连接的电容组，电容组与多级电磁加速线圈组连接，多级电磁加速线圈组设有多级加速位置传感器。
所述吸附装置上连接有绳索；所述拖曳装置包括滚轮，滚轮中上装由主控制器控制工作的弹簧发条机构，所述绳索缠绕在滚轮上，电磁发射装置、北斗通信装置、主控制器由滚轮拖动；主控制器控制使滚轮发条机构中的弹簧发条机构做功，然后利用其储备的势能驱动滚轮，使滚轮沿绳索滚动至吸附装置附近，同时拖动电磁发射装置、北斗通信装置、主控制器至吸附装置附近。
所述北斗通信装置包括接有接收天线的信号处理模块，信号处理模块与主控制器连接；有与外接天线连接的通信模块，通信模块接有SIM卡，通信模块与主控制器连接；所述探测传感器包括水压传感器和用于检测海洋中的污染物或者矿物质的物质传感器。
吸盘上贴有三件压力传感器，在检测到吸盘与哺乳动物的表皮均匀接触后，水泵动作，阀门在抽水结束后关闭，封住水泵口，从而获得更大的吸力。
本发明的水下自主吸附机器人通过电磁加速将其吸附装置发射至哺乳动物表皮，拖曳装置利用发条实现，通过基于北斗的定位及报文传输系统，借助哺乳动物定时上浮的特点，实现机器人与外界的信息交互。电磁发射与其他发射方式相比，运行过程中只使用电能，所以基本没有噪音，也没有产生有害物质，不会造成水体污染，也不会对海洋生物造成伤害。拖曳模块使用发条机构来驱动滚轮将水下机器人主体拖至目标物，避免了在水下使用电能，优化了机器人的重量与体积。本发明不仅节省了机器人在水下运动所需要的能量，大大提升了它的续航力，而且扩大了探测范围，提高了安全性能，丰富了水下机器人的替代领域。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是水下自主吸附机器人基本结构框图。
图2是吸附装置结构图。
图3是电磁发射装置基本结构图。
图4是吸附装置在电磁发射装置中加速过程图。
图5是拖曳装置基本结构图。
图6是北斗通信装置基本结构图。
具体实施方式
参照图1，一种水下自主吸附机器人，包括带有吸盘、腔体和水泵的吸附装置4，使机器人吸附于鲸鱼、海豚等哺乳动物表皮；还包括通过加速线圈将所述的吸附装置4发射至哺乳动物表皮的电磁发射装置3，所述的电磁发射装置3由遥控器2控制；还包括滚轮、发条组成的拖曳装置5；还包括北斗通信装置6；还包括与所述的吸附装置4、电磁发射装置3、拖曳装置5、通信装置6相连的主控制器1。
当哺乳动物出现时，所述的遥控器2发射信号至主控制器1，主控制器1控制电磁发射装置3将吸附装置4加速并发射出去，至哺乳动物表皮时，所述吸附装置4的水泵将吸盘内的水抽至腔体，增强吸力。所述的拖曳装置5利用发条机构将所述的电磁发射装置3、通讯装置6等拖至吸附装置4处。当哺乳动物浮出水面换气时，通信装置6将机器人所在位置及各探测传感器信息等实时传至陆上基站。所述的主控制器1选用型号可以是STM32F103RBT6的STM32系列单片机或者其他类型的控制器。所述的遥控器2型号为PT2272-M4无线收发模块。
参照图2，图1所述的吸附装置4主要由电池20、腔体21、水泵22、阀门23、水管24、吸盘25、压力传感器26、水泵固定卡盘27组成。所述的电池20用于给水泵22供电，卡盘27用于固定水泵22，在制作时与腔体21粘连或焊接相连，吸盘25由硅胶类物质制成。吸盘25上贴有三件压力传感器26，在检测到吸盘25与目标物均匀接触后，空腔21内的水泵22动作，由下方抽水口通过与之相连的水管24将吸盘25内的水通过右边排水口送至空腔21，阀门23在抽水结束后关闭，封住水泵口，从而获得更大的吸力。
参照图3，所述的电磁发射装置3的电磁驱动部分由升压模块31、电容组32、电磁线圈33及晶闸管开关IGBT 34组成。电磁发射装置采用高压电容组32对电磁线圈33放电，工作电源电压经升压模块31升压后方可对电容组32进行充电。驱动电路利用晶闸管开关IGBT34对电磁线圈33进行通断电控制，其中所述的IGBT的导通与关断由UC3843控制实现。
参照图4，图4所述的吸附装置4与图1 所述的吸附装置4以及图2所述吸附装置为同一装置。电容充电结束后，图1所述的遥控器2发出发射吸附装置4的命令，所述的主控制器接通一级电磁加速线圈42，当一级加速位置传感器45检测到吸附装置中点已至电磁线圈中点输出高电平时，关闭一级加速线圈42，并接通二级电磁加速线圈43，当二级加速位置传感器46检测到吸附装置中点已至电磁线圈中点输出高电平时，主控制器关闭二级加速线圈43，接通三级电磁加速线圈44，当三级加速位置传感器47检测到吸附装置中点已至电磁线圈中点输出高电平时，关闭三级加速线圈44。本发明所述的加速位置传感器可以选择ST118型光电传感器或者其他可以实现位置检测功能的传感器。
参照图5，所述的水下自主吸附机器人主控制器、电磁发射装置、通信装置等51与滚轮53相连，所述的吸附模块4与绳索54相连，并且绳索54缠绕于滚轮53上。图1所述的吸附装置4与图5所述的吸附装置4是同一装置。图1所述的主控制器1先对图5所述的滚轮53发条机构中的发条弹簧做功（图中未示出），然后利用其储备的势能驱动固定在机器人上的滚轮53，使其沿绳索54滚动至吸附装置4附近，从而使得水下自主吸附机器人其余部分与吸附装置4贴合。为了防止滚轮53在运动的过程中打滑，需要将滚轮53与绳索54接触的凹槽表面做成粗糙曲面。拖曳所采用的绳索必须具有密度小，韧性强，耐腐蚀，摩擦系数大等特点。可选用目前海洋作业常用的超高分子量聚乙烯缆索。
参照图6，所述的北斗通信装置主要由北斗接收天线61、北斗信号处理模块62、传感器模块63、外接天线64、北斗通信模块65和SIM卡66组成。选用的北斗信号处理模块62型号为TM8620。无源天线型号为TA-011&GPS。信号处理模块根据北斗相关协议接收来自北斗卫星的报文信息，然后利用相关公式计算出水下自主吸附机器人的位置信息，通过标准串口传输给主控制器，接收天线则是用来辅助接收北斗卫星的信号。传感器模块包括水压传感器和各类物质传感器，其中水压传感器可选用MPXV7002DP压力传感器模块，利用该模块可以检测到哺乳动物上浮至海面时，可以指导各模块动作进行信息传输。各类物质传感器则用于检测海洋中的污染物或者矿物质，若有新情况，则通过北斗短报文模块向基站进行报备。北斗通信模块主要是利用卫星通讯SIM 卡以北斗系统特有的短信方式将机器人所获取的当前位置信息及传感器信息发送到基站，供其分析海洋情况。

Claims (3)

1.一种水下自主吸附机器人，其特征是：包括带有吸盘的吸附装置，使机器人吸附于水中哺乳动物的表皮；还包括将吸附装置发射至水中哺乳动物表皮的电磁发射装置；还包括将主控制器、电磁发射装置、通信装置拖曳至吸附装置附近的拖曳装置；还包括北斗通信装置；还包括与所述的吸附装置、电磁发射装置、拖曳装置、北斗通信装置相连的主控制器，主控制器与遥控器通讯；当水中哺乳动物出现时，所述的遥控器发射信号至主控制器，主控制器控制电磁发射装置将吸附装置加速并发射出去；所述的拖曳装置将所述的电磁发射装置、北斗通讯装置拖至吸附装置附近；当水中哺乳动物浮出水面换气时，北斗通信装置将机器人所在位置及北斗通信装置上各探测传感器得到的信息实时传至陆上基站。
2.根据权利要求1所述的水下自主吸附机器人，其特征是：所述吸附装置包括设有内腔的壳体，壳体前端设置吸盘，壳体中设有水泵，水泵的前端设有伸入吸盘中的水管；当吸附装置至哺乳动物表皮时，水泵将吸盘内的水抽至腔体，增强吸力。
3.根据权利要求1所述的水下自主吸附机器人，其特征是：所述电磁发射装置包括与升压模块连接的电容组，电容组与多级电磁加速线圈组连接，多级电磁加速线圈组设有多级加速位置传感器。
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