CN106032164B - 一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种结构简单、可实现多功能作业、安全可靠性高且航速快的多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人。所述机器人包括船体，所述船体由设置在船体底部两侧的两个推进器驱动，在所述船体上还设置有自扶正装置、多功能任务舱、设备系统搭载舱和控制系统舱，在所述控制系统舱内设置有船体控制系统，所述船体控制系统与所述推进器及所述自扶正装置连接，所述多功能任务舱设置在所述船体的底部并穿透所述船体的底部，在所述多功能任务舱内卡紧密封配合有模块化的功能模块，所述设备系统搭载舱内设置有分析系统，所述功能模块与所述分析系统相连接。本发明可应用于机器人技术领域。

Description

一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人。

背景技术

目前，传统的水样采集行业仍然是通过人工在水边采集，或者利用定点浮标进行定点采集。但这种传统的采集方式存在着以下缺陷：人工在水边采集的方式给工作人员带来极大的不便，当遭遇恶劣天气时，不仅无法实现水采集作业，而且容易发生人身安全事故，水边现场采集的方式既费时费力，又可能给工作人员带来人身安全；而采用定点浮标采集的方式需要投放大型的浮标设备，这需要极大的人工投入，造成投放回收成本极高，且需要工作人员经常进行维护，加大了工作人员的劳动强度，且定点式的采集需要投入大量的浮标设备，这进一步造成了成本的增加。目前也有采用无人船进行水采集作业的，但现有的无人船采集方式也存在如下不足：现有的无人船采集功能单一，每条无人船只能完成一种作业功能，如需进行多种采集任务，则需要投入不同的无人船，这也造成成本的增加；同时无人船自身所携带的设备体积庞大，重量重，其安全可靠性差，遇到极端天气无人船极有可能翻船，进而造成设备损坏甚至报废，产生不必要的损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、可实现多功能作业、安全可靠性高且航速快的多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人。

本发明所采用的技术方案是：所述机器人包括船体，所述船体由设置在船体底部两侧的两个推进器驱动，在所述船体上还设置有自扶正装置、多功能任务舱、设备系统搭载舱和控制系统舱，在所述控制系统舱内设置有船体控制系统，所述船体控制系统与所述推进器及所述自扶正装置连接，所述多功能任务舱设置在所述船体的底部并穿透所述船体的底部，在所述多功能任务舱内卡紧密封配合有模块化的功能模块，所述设备系统搭载舱内设置有分析系统，所述功能模块与所述分析系统相连接。

上述方案可见，本发明在船体底部两侧设置两个高速推进器，这可为无人船提供高航速，且可实现定速定航；自扶正装置的设置保证了即使遭遇恶劣天气，本发明所述船体也能实现自扶正功能，从而极大地提高了其安全可靠性；此外，本发明在船体上设置多功能任务舱，该多功能任务舱可与不同的模块化的功能模块相配合，即一个单只船体即可实现多种作业任务功能，拓展了其功能，实现一船多用，进而相对地降低了成本；采用分析系统对功能模块获取的数据进行分析，可实现现场测绘分析，并将分析结果上传至后台，实现智能化分析和控制，提高了测绘效率并极大地降低了工作人员的劳动强度，也避免了工作人员到水边采集而发生危险的可能性，提高了安全可靠性；另外，本发明结构简单，结构分布合理，其制作成本低。

进一步地，所述多功能任务舱由一中空的圆筒构成，在所述圆筒的上端设置有卡紧台面，所述卡紧台面上设置有卡位槽，在所述卡紧台面上还环绕设置有密封胶，所述功能模块搭载在所述卡紧台面上且由所述卡位槽卡紧密封固定。

上述方案可见，由于圆筒和卡紧台面的设置，当安装功能模块时，可直接将功能模块卡紧配合在所述圆筒内并通过卡紧台面的支承作用实现定位，通过卡位槽的设置可实现功能模块的快速定位和固定，提高了安装便捷性。

再进一步地，所述功能模块为ADCP流速测量模块、分层采样模块、单波束测深模块、多波束测深模块、水质采样模块、氧含量测定模块、pH值测定模块或紧急救援模块中的至少一种。其中ADCP流速测量模块为多普勒流速剖面仪，可对水的流速进行测量；分层采样模块可对不同深度的水进行采集，实现多层水采样作业；所述单波束测深模块和多波束测深模块为测深仪，可对水底地貌进行测绘；所述水质采样模块可对不同的水进行水质测试，分析水质情况并给出报告；所述氧含量测定模块可进行水中氧含量的测定；pH值测定模块则可对水的pH值进行实时测定。由此可见，本发明可实现多功能作业，一船多用，极大地降低了成本。

更进一步地，所述自扶正装置包括环绕设置在所述船体的船舷上的自动充气气囊和姿态传感器，所述姿态传感器为水平陀螺仪传感器或地磁传感器，所述自动充气气囊的充气口处设置有充气感应开关，所述姿态传感器和所述充气感应开关均与所述船体控制系统相连接；所述自动充气气囊由左气囊和右气囊组成，所述左气囊和所述右气囊为非连通连接，在所述充气感应开关上设置有两条分别与所述左气囊和右气囊相连通的气管。

上述方案可见，自扶正装置采用自动充气气囊，该自动充气气囊包括左气囊和右气囊且左气囊和所述右气囊为非连通连接，当所述姿态传感器感应到所述船体发生水平偏向，根据感应到船体的偏侧方向，所述船体控制系统打开相应的所述充气感应开关，通过所述充气口对左气囊或右气囊进行充气，使船体发生偏侧的一侧在气囊的作用下浮起，从而使整个船体保持稳定，避免被水浪打翻，进而提高船体的安全可靠性。

再进一步地，所述船体的尾部下侧面呈双M型双尾鳍船型，所述推进器为涵道矢量电力推进器。

上述方案可见，所述船体采用双M型双尾鳍的船型，其抗风浪能力比同尺寸船体获得极大的提高，保证了其安全可靠性。

再更进一步地，所述船体控制系统和所述分析系统均设置有无线发送和接收模块。通过无线发送和接收模块，本发明可实现远程控制，提高了智能化控制程度。

更再进一步地，在所述船体上还设置有高清摄像头以及两个GPS定位仪，两个所述GPS定位仪分别设置在所述船体的船首和船尾上，所述高清摄像头通过一云台设置在所述船体的船首处。

上述方案可见，高清摄像头的设置可实时获取无人船周围的环境情况，后台可根据此来对无人船进行更加精准的控制，提供了工作效率和形成准确率；而在船首和船尾分别设置GPS定位仪，则能使得整个船体的位置走向被后台准确地获得，在进行船体控制时，能够极大地提高控制和测绘精度。

又进一步地，所述分层采样模块包括底座和安装在所述底座两侧端的支撑架，两侧的所述支撑架之间安装有螺旋滚轮，所述螺旋滚轮上设置有与所述螺旋滚轮相适配的采样管，所述支撑架的外端面设置有与所述螺旋滚轮相连接的伺服舵机，所述螺旋滚轮内设置有与所述采样管相连通的真空旋转接头，所述底座还设置有与所述真空旋转接头相连通的蠕动泵，所述蠕动泵设有出水口，所述出水口上设置有出水管，所述支撑架的外端面还设置有齿轮，所述齿轮固定设置在所述螺旋滚轮的一端上并同轴转动，所述齿轮与所述伺服舵机相连接，所述支撑架之间还设置有限位辊，所述限位辊位于所述螺旋滚轮的一侧，位于两侧的所述支撑架之间还设置有滑动导轨，所述滑动导轨位于所述限位辊的下方，所述滑动导轨上设置有滑块，所述滑块设有内孔，所述采样管穿过所述内孔并可自由滑动。

上述方案可见，通过伺服舵机的设置，可实现螺旋滚轮正转或反转，且可随时停机，从而可使得所述采样管根据需要下沉相应的深度，进而对不同层的水进行采集，也可设置不同的输送管及采样瓶，在某一个深度位置时，将采集到的水样装入到其中一个采样瓶中，在第二个深度位置时，将采集到的水样装入到另一个采样瓶中，如此下去，实现在同一地点进行多次的不同深度的采集，与现有技术相比，其避免了不同深度采集需要设置不同长度的采集管，减少了不同长度的采集管的投入，降低了成本，也提高了采集效率，降低了工作人员的劳动强度；使本发明具有结构简单、精控制精准、可同时实现多层采样等优点。

再又进一步地，所述紧急救援模块为救生衣。通过紧急救援模块的设置，当发生突发情况时，可通过本发明船体将相应的救生衣运输至水域中相应的位置，对落水者实施及时的救援，避免事故。

附图说明

图1是本发明的第一视角的简易结构示意图；

图2是本发明的第二视角的简易结构示意图；

图3是本发明的第三视角的简易结构示意图；

图4是本发明的第四视角的简易结构示意图；

图5是本发明的第五视角的简易结构示意图；

图6是所述分层采样模块的第一视角的简易结构示意图；

图7是所述分层采样模块的第二视角的简易结构示意图。

具体实施方式

如图1至7所示，本发明包括船体1，所述船体1由设置在船体1底部两侧的两个推进器2驱动。所述船体1的尾部下侧面呈双M型双尾鳍船型，所述推进器2为涵道矢量电力推进器。在所述船体1上还设置有自扶正装置、多功能任务舱3、设备系统搭载舱4和控制系统舱5。在所述控制系统舱5内设置有船体控制系统，所述船体控制系统与所述推进器2及所述自扶正装置连接。所述多功能任务舱3设置在所述船体1的底部并穿透所述船体1的底部，在所述多功能任务舱3内卡紧密封配合有模块化的功能模块，所述设备系统搭载舱4内设置有分析系统，所述功能模块与所述分析系统相连接。

所述多功能任务舱3由一中空的圆筒31构成，在所述圆筒31的上端设置有卡紧台面32，所述卡紧台面上设置有卡位槽33，在所述卡紧台面32上还环绕设置有密封胶，所述功能模块搭载在所述卡紧台面32上且由所述卡位槽33卡紧密封固定。所述功能模块为ADCP流速测量模块、分层采样模块、单波束测深模块、多波束测深模块、水质采样模块、氧含量测定模块、pH值测定模块或紧急救援模块中的至少一种。所述紧急救援模块为救生衣。在具体实施中，采用哪种模块根据实际需要测试的项目而定。

所述自扶正装置包括环绕设置在所述船体1的船舷上的自动充气气囊6和姿态传感器，所述姿态传感器为水平陀螺仪传感器或地磁传感器，所述自动充气气囊6的充气口处设置有充气感应开关，所述姿态传感器和所述充气感应开关均与所述船体控制系统相连接。所述自动充气气囊6由左气囊和右气囊组成，所述左气囊和所述右气囊为非连通连接，在所述充气感应开关上设置有两条分别与所述左气囊和右气囊相连通的气管。所述船体控制系统和所述分析系统均设置有无线发送和接收模块。通过无线发送和接收模块，本发明可实现远程控制和信息传输。在所述船体1上还设置有高清摄像头以及两个GPS定位仪，两个所述GPS定位仪分别设置在所述船体1的船首和船尾上，所述高清摄像头通过一云台设置在所述船体1的船首处。

所述分层采样模块包括底座71和安装在所述底座71两侧端的支撑架72，两侧的所述支撑架72之间安装有螺旋滚轮73，所述螺旋滚轮73上设置有与所述螺旋滚轮73相适配的采样管，所述支撑架72的外端面设置有与所述螺旋滚轮73相连接的伺服舵机74，所述螺旋滚轮73内设置有与所述采样管相连通的真空旋转接头，所述底座还设置有与所述真空旋转接头相连通的蠕动泵75，所述蠕动泵75设有出水口，所述出水口上设置有出水管，所述支撑架72的外端面还设置有齿轮76，所述齿轮76固定设置在所述螺旋滚轮73的一端上并同轴转动，所述齿轮76与所述伺服舵机74相连接，所述支撑架72之间还设置有限位辊77，所述限位辊77位于所述螺旋滚轮73的一侧，位于两侧的所述支撑架72之间还设置有滑动导轨78，所述滑动导轨78位于所述限位辊77的下方，所述滑动导轨78上设置有滑块，所述滑块设有内孔，所述采样管穿过所述内孔并可自由滑动。

本发明所述船体轻小，能实现单人运送和操作；本发明可搭载相对应的模块实现ADCP测流，各种采样模块对水质进行分层采样，其中的自动充气气囊采用充气泵进行充气。本发明自身保障能力强，船体的排水量大，最大可达到90千克，且所述船体控制系统采用双保障控制系统，其中一套系统作为主控制，另一套系统作为备用系统，当发生故障时，备用系统自动启动，避免无人船在水域中发生故障时无法返航。本发明采用双M型双尾鳍船型，可实现高速航行，只需很小的动力，结合高效涵道矢量电力推进器，实现节能环保的效果。本发明通过模块化设置，将不同的作业器件模块化成功能模块，可进行ADCP测流、单波束或多波束测深、分层采样、水质监测、紧急救援等，实现一船多用。

本发明船体自重15千克，由于其排水量达到90千克，其可搭载75千克，即使需要施救的对象是人，也可利用本发明的搭载能力实现施救。本发明的自扶正装置可保证其安全可靠性以及抗风浪能力，具有极好的安全性。

本发明可应用于机器人技术领域。

Claims (9)

1.一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人，包括船体（1），其特征在于：所述船体（1）由设置在船体（1）底部两侧的两个推进器（2）驱动，在所述船体（1）上还设置有自扶正装置、多功能任务舱（3）、设备系统搭载舱（4）和控制系统舱（5），在所述控制系统舱（5）内设置有船体控制系统，所述船体控制系统与所述推进器（2）及所述自扶正装置连接，所述多功能任务舱（3）设置在所述船体（1）的底部并穿透所述船体（1）的底部，在所述多功能任务舱（3）内卡紧密封配合有模块化的功能模块，所述设备系统搭载舱（4）内设置有分析系统，所述功能模块与所述分析系统相连接，所述多功能任务舱（3）由一中空的圆筒（31）构成，在所述圆筒（31）的上端设置有卡紧台面（32），所述卡紧台面上设置有卡位槽（33），在所述卡紧台面（32）上还环绕设置有密封胶，所述功能模块搭载在所述卡紧台面（32）上且由所述卡位槽（33）卡紧密封固定。

2.根据权利要求1所述的一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人，其特征在于：所述功能模块为ADCP流速测量模块、分层采样模块、单波束测深模块、多波束测深模块、水质采样模块、氧含量测定模块、pH值测定模块或紧急救援模块中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人，其特征在于：所述自扶正装置包括环绕设置在所述船体（1）的船舷上的自动充气气囊（6）和姿态传感器，所述姿态传感器为水平陀螺仪传感器或地磁传感器，所述自动充气气囊（6）的充气口处设置有充气感应开关，所述姿态传感器和所述充气感应开关均与所述船体控制系统相连接。

4.根据权利要求3所述的一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人，其特征在于：所述自动充气气囊（6）由左气囊和右气囊组成，所述左气囊和所述右气囊为非连通连接，在所述充气感应开关上设置有两条分别与所述左气囊和右气囊相连通的气管。

5.根据权利要求1所述的一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人，其特征在于：所述船体（1）的尾部下侧面呈双M型双尾鳍船型，所述推进器（2）为涵道矢量电力推进器。

6.根据权利要求1所述的一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人，其特征在于：所述船体控制系统和所述分析系统均设置有无线发送和接收模块。

7.根据权利要求6所述的一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人，其特征在于：在所述船体（1）上还设置有高清摄像头以及两个GPS定位仪，两个所述GPS定位仪分别设置在所述船体（1）的船首和船尾上，所述高清摄像头通过一云台设置在所述船体（1）的船首处。

8.根据权利要求2所述的一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人，其特征在于：所述分层采样模块包括底座（71）和安装在所述底座（71）两侧端的支撑架（72），两侧的所述支撑架（72）之间安装有螺旋滚轮（73），所述螺旋滚轮（73）上设置有与所述螺旋滚轮（73）相适配的采样管，所述支撑架（72）的外端面设置有与所述螺旋滚轮（73）相连接的伺服舵机（74），所述螺旋滚轮（73）内设置有与所述采样管相连通的真空旋转接头，所述底座还设置有与所述真空旋转接头相连通的蠕动泵（75），所述蠕动泵（75）设有出水口，所述出水口上设置有出水管，所述支撑架（72）的外端面还设置有齿轮（76），所述齿轮（76）固定设置在所述螺旋滚轮（73）的一端上并同轴转动，所述齿轮（76）与所述伺服舵机（74）相连接，所述支撑架（72）之间还设置有限位辊（77），所述限位辊（77）位于所述螺旋滚轮（73）的一侧，位于两侧的所述支撑架（72）之间还设置有滑动导轨（78），所述滑动导轨（78）位于所述限位辊（77）的下方，所述滑动导轨（78）上设置有滑块，所述滑块设有内孔，所述采样管穿过所述内孔并可自由滑动。

9.根据权利要求2所述的一种多功能高速型智能模块化平台系统测绘机器人，其特征在于：所述紧急救援模块为救生衣。