CN106114782B - 一种多用途水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用途水下机器人，包括水下航行体、通信中继浮标、主控端、主控数传设备；所述水下航行体包括自主控制作业模式、光纤遥控作业模式和中继遥控作业模式；所述水下航行体依次有艏段、艏部推进段、电子舱段、尾部推进段和主推进段；所述电子舱段外部设有光纤插座和无线数传天线；所述光纤插座与调试光纤或水密光纤或承载光纤配接；所述电子舱段的舱壳体内装配有电池包、姿态传感器、网络交换机、光端机和自动驾驶仪；本发明通过配接调试光纤或水密光纤或承载光纤，具备三种作业模式，即可以充当无缆水下机器人使用，又可以充当有缆水下机器人使用，中继浮标遥控作业模式，兼具有缆水下机器人和无缆水下机器人的优点。

Description

一种多用途水下机器人

技术领域

本发明涉及一种水下机器人技术设备领域，特别涉及一种多用途水下机器人，主要适用于水下探测、观察以及学校教学、演示及研究等领域。

背景技术

水下无人机器人(UUV)根据与岸基控制系统之间连接方式的不同可以分为无缆水下机器人(AUV)和有缆水下机器人(ROV)。

无缆水下机器人具有活动范围广、无需支持母船跟随等优点，但由于其与主控端之间缺少通信线缆连接，与主控端进行数据传输主要通过无线数传设备、水声通信设备或打捞回收后下载读取的方式实现，存在不能实时进行数据传输且数据传输量受到严格限制等弊端。

有缆水下机器人(ROV)通过脐带缆与主控端相连，通过脐带缆向水下机器人供电，并实现信息通信，有效克服了无缆水下机器人不能实时与主控端通信的弊端，但由于受到脐带缆的限制，有缆水下机器人存在活动范围有限、需要支持母船跟随等缺点，尤其在执行某些特殊任务支持母船难以跟随时，极大地限制了有缆机器人的使用范围。

无缆机器人和有缆机器人在实际使用过程中都存在各自的优势，同时也受到某些不利因素的限制，使其使用范围受到了不同程度的限制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多用途水下机器人，针对现有技术中的不足，设计具备自主控制作业模式、光纤遥控作业模式、中继遥控作业模式的多用途水下航行体，多种作业模式可以实现不同的功能需求，拓展了水下机器人的使用范围；水下自主控制作业模式，可以充当无缆水下机器人使用，具有无缆水下机器人的优点；光纤遥控作业模式，可以充当有缆水下机器人使用，具有有缆水下机器人的优点；中继浮标遥控作业模式，同时兼具有缆水下机器人和无缆水下机器人的优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种多用途水下机器人，包括水下航行体、艏段、艏部推进段、电子舱段、尾部推进段、主推进段、舱壳体、姿态传感器、电池包、网络交换机、光端机、无线数传天线、光纤插座、自动驾驶仪、导流罩、密封罩、调试光纤、水密光纤、承载光纤、光滑环、光纤绞车、通信中继浮标、浮标壳体、浮标电池包、中继交换机、中继电子模块、中继光端机、浮标天线、主控端、主控数传设备，其特征在于：

所述水下航行体通过光纤、无线数传天线与主控端的控制单元通过主控数传设备相互配合协调，可实现三种作业模式，三种所述作业模式分别为自主控制作业模式、光纤遥控作业模式和中继遥控作业模式；所述水下航行体依次相互插接、螺钉固定、密封设置有艏段、艏部推进段、电子舱段、尾部推进段和主推进段；所述电子舱段外部的舱壳体顶部设置有导流罩，所述导流罩内设置有密封罩和光纤插座，所述密封罩内装配有无线数传天线；所述光纤插座与光纤密封固定配接，所述光纤为调试光纤、水密光纤、承载光纤中的任何一种；所述舱壳体内部固定装配有圆弧形底面的电池包，所述舱壳体前部固定设置有姿态传感器，所述舱壳体内部通过仪器舱骨架组装、通过导轨装配固定设置有网络交换机、光端机和自动驾驶仪，并根据需要搭载有多种传感器；所述中继遥控作业模式由水下航行体通过承载光纤与通信中继浮标拖曳，并与主控端的控制单元实时通信控制和数据交换，实现中继遥控作业。

所述多用途水下机器人的自主控制作业模式中，所述水下航行体上的光纤插座内装配有调试光纤，所述主控端的控制单元通过调试光纤或主控数传设备向水下航行体下载作业计划，进一步的，卸除水下航行体与主控端连接的调试光纤，所述水下航行体根据主控端下载的作业计划进行作业；作业完成后，所述水下航行体浮出水面通过无线数传天线将作业数据回传给主控端，也可将水下航行体打捞回收后，连接调试光纤，通过调试光纤将数据回传给主控端。

所述多用途水下机器人的光纤遥控作业模式中，所述水下航行体上的光纤插座内装配有水密光纤，所述水密光纤缠绕在光缆绞车上，所述光滑环安装在光缆绞车的旋转轴端部，所述水密光纤的另一端与主控端的控制单元通信连接；所述主控端与水下航行体通过水密光纤连接，由主控端实时向水下航行体发送操作指令，所述水下航行体也实时向主控端发送反馈信息；所述水下航行体通过电子舱段底部自带的电池包提供所需电力。

所述多用途水下机器人的中继遥控作业模式中，所述水下航行体上的光纤插座内装配有承载光纤，所述承载光纤与通信中继浮标相互连接，所述通信中继浮标为中空的流线外型浮标壳体设计，所述通信中继浮标包括浮标壳体、浮标电池包、中继交换机、中继电子模块、中继光端机、浮标天线；所述浮标壳体底部固定设置有浮标电池包，所述浮标电池包上方固定装配有中继交换机、中继电子模块和中继光端机；所述浮标壳体顶部固定设置有浮标天线；所述水下航行体通过承载光纤拖带通信中继浮标作业，所述水下航行体与主控端以通信中继浮标为中继站，实时进行数据交换；所述中继遥控作业模式下的多用途水下航行体，既具有无缆水下机器人无需支持母船跟随的优点，同时也具有有缆水下机器人可与主控端实时通信的优点。

本发明的工作原理为：设计具备自主控制作业模式、光纤遥控作业模式、中继遥控作业模式的多用途水下航行体，通过光纤插座内更换调试光纤、水密光纤、承载光纤，由主控端通过不同的光纤或者通信中继浮标相互交换信息数据，并通过水下航行体内的姿态传感器、网络交换机、光端机、无线数传天线、自动驾驶仪完成水下作业；所述电池包制作成圆弧形底面，与舱壳体内圆紧密贴合良好，以便能安装在电子舱段的壳体底部，降低水下航行体的重心；所述姿态传感器、自动驾驶仪、网络交换机及光端机、各种传感器等电子器件先通过仪器舱骨架组装成整体，然后通过导轨整体推入舱壳体内并通过端部的螺钉进行固定；所述无线数传的电子模块安装在舱壳体内的仪器舱上，并与与仪器舱整体装入舱壳体的密封腔体内，所述无线数传天线安装在舱壳体外围，并采用天线密封罩进行密封，光纤插座安装在舱壳体外围，所述光纤插座与天线密封罩外围安装有导流罩，对其进行保护；所述通信中继浮标主要由浮标壳体、浮标电池包、中继交换机、中继电子模块、光端机和浮标天线组成；所述浮标电池包通过螺钉安装在密封的浮标壳体的底部，以降低通信中继浮标的重心；所述中继交换机、中继光端机、中继电子模块安装固定在浮标壳体内的浮标电池包上方；无线数传的浮标天线安装在浮标壳体上方。

通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：设计具备自主控制作业模式、光纤遥控作业模式、中继遥控作业模式的多用途水下航行体，通过调试光纤、水密光纤、承载光纤，通过使用主控端与通信中继浮标或者光纤绞车配合，作业模式可以实现不同的功能需求，拓展了水下机器人的使用范围；水下自主控制作业模式，可以充当无缆水下机器人使用，具有无缆水下机器人的优点；光纤遥控作业模式，可以充当有缆水下机器人使用，具有有缆水下机器人的优点；中继浮标遥控作业模式，同时兼具有缆水下机器人和无缆水下机器人的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的一种多用途水下机器人水下航行体结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的一种多用途水下机器人自主作业模式示意图；

图3为本发明实施例所公开的一种多用途水下机器人光纤遥控作业模式示意图；

图4为本发明实施例所公开的一种多用途水下机器人中继遥控作业模式示意图；

图5为本发明实施例所公开的一种多用途水下机器人中继通信浮标剖视图示意图；

图6为本发明实施例所公开的一种多用途水下机器人中继通信浮标俯视图示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.水下航行体 2.艏段 3.艏部推进段 4.电子舱段

5.尾部推进段 6.主推进段 7.舱壳体 8.姿态传感器

9.电池包 10.网络交换机 11.光端机 12.无线数传天线

13.光纤插座 14.自动驾驶仪 15.导流罩 16.密封罩

17.调试光纤 18.水密光纤 19.承载光纤 20.光滑环

21.光纤绞车 22.通信中继浮标 23.浮标壳体 24.浮标电池包

25.中继交换机 26.中继电子模块 27.中继光端机 28.浮标天线

29.主控端 30.主控数传设备

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1至图6，本发明提供了一种多用途水下机器人，包括水下航行体1、艏段2、艏部推进段3、电子舱段4、尾部推进段5、主推进段6、舱壳体7、姿态传感器8、电池包9、网络交换机10、光端机11、无线数传天线12、光纤插座13、自动驾驶仪14、导流罩15、密封罩16、调试光纤17、水密光纤18、承载光纤19、光滑环20、光纤绞车21、通信中继浮标22、浮标壳体23、浮标电池包24、中继交换机25、中继电子模块26、中继光端机27、浮标天线28、主控端29、主控数传设备30。

所述水下航行体1通过光纤、无线数传天线12与主控端29的控制单元通过主控数传设备30相互配合协调，可实现三种作业模式，三种所述作业模式分别为自主控制作业模式、光纤遥控作业模式和中继遥控作业模式；所述水下航行体1依次相互插接、螺钉固定、密封设置有艏段2、艏部推进段3、电子舱段4、尾部推进段5和主推进段6；所述电子舱段4外部的舱壳体7顶部设置有导流罩15，所述导流罩15内设置有密封罩16和光纤插座13，所述密封罩16内装配有无线数传天线12；所述光纤插座13与光纤密封固定配接，所述光纤为调试光纤17、水密光纤18、承载光纤19中的任何一种；所述舱壳体7内部固定装配有圆弧形底面的电池包9，所述舱壳体7前部固定设置有姿态传感器8，所述舱壳体7内部通过仪器舱骨架组装、通过导轨装配固定设置有网络交换机10、光端机11和自动驾驶仪14，并根据需要搭载有多种传感器；所述中继遥控作业模式由水下航行体1通过承载光纤19与通信中继浮标22拖曳，并与主控端29的控制单元实时通信控制和数据交换，实现中继遥控作业。

所述多用途水下机器人的自主控制作业模式中，所述水下航行体1上的光纤插座13内装配有调试光纤17，所述主控端29的控制单元通过调试光纤17或主控数传设备30向水下航行体1下载作业计划，进一步的，卸除水下航行体1与主控端29连接的调试光纤17，所述水下航行体1根据主控端29下载的作业计划进行作业；作业完成后，所述水下航行体1浮出水面通过无线数传天线12将作业数据回传给主控端29，也可将水下航行体1打捞回收后，连接调试光纤17，通过调试光纤17将数据回传给主控端29。

所述多用途水下机器人的光纤遥控作业模式中，所述水下航行体1上的光纤插座13内装配有水密光纤18，所述水密光纤18缠绕在光缆绞车21上，所述光滑环20安装在光缆绞车21的旋转轴端部，所述水密光纤18的另一端与主控端29的控制单元通信连接；所述主控端29与水下航行体1通过水密光纤18连接，由主控端29实时向水下航行体1发送操作指令，所述水下航行体1也实时向主控端29发送反馈信息；所述水下航行体1通过电子舱段4底部自带的电池包9提供所需电力。

所述多用途水下机器人的中继遥控作业模式中，所述水下航行体1上的光纤插座13内装配有承载光纤19，所述承载光纤19与通信中继浮标22相互连接，所述通信中继浮标22为中空的流线外型浮标壳体23设计，所述通信中继浮标22包括浮标壳体23、浮标电池包24、中继交换机25、中继电子模块26、中继光端机27、浮标天线28；所述浮标壳体23底部固定设置有浮标电池包24，所述浮标电池包24上方固定装配有中继交换机25、中继电子模块26和中继光端机27；所述浮标壳体23顶部固定设置有浮标天线28；所述水下航行体1通过承载光纤19拖带通信中继浮标22作业，所述水下航行体1与主控端29以通信中继浮标22为中继站，实时进行数据交换；所述中继遥控作业模式下的多用途水下航行体，既具有无缆水下机器人无需支持母船跟随的优点，同时也具有有缆水下机器人可与主控端29实时通信的优点。

本发明的具体实施操作步骤是：设计具备自主控制作业模式、光纤遥控作业模式、中继遥控作业模式的多用途水下航行体，通过光纤插座13内更换调试光纤17、水密光纤18、承载光纤19，由主控端29通过不同的光纤或者通信中继浮标22相互交换信息数据，并通过水下航行体1内的姿态传感器8、网络交换机10、光端机11、无线数传天线12、自动驾驶仪14完成水下作业；所述电池包9制作成圆弧形底面，与舱壳体7内圆紧密贴合良好，以便能安装在电子舱段4的壳体底部，降低水下航行体1的重心；所述姿态传感器8、自动驾驶仪14、网络交换机10及光端机11、各种传感器等电子器件先通过仪器舱骨架组装成整体，然后通过导轨整体推入舱壳体7内并通过端部的螺钉进行固定；所述无线数传的电子模块安装在舱壳体7内的仪器舱上，并与与仪器舱整体装入舱壳体7的密封腔体内，所述无线数传天线12安装在舱壳体7外围，并采用天线密封罩16进行密封，光纤插座13安装在舱壳体7外围，所述光纤插座13与天线密封罩16外围安装有导流罩15，对其进行保护；所述通信中继浮标22主要由浮标壳体23、浮标电池包24、中继交换机25、中继电子模块26、光端机27和浮标天线28组成；所述浮标电池包24通过螺钉安装在密封的浮标壳体23的底部，以降低通信中继浮标22的重心；所述中继交换机25、中继光端机27、中继电子模块26安装固定在浮标壳体23内的浮标电池包24上方；无线数传的浮标天线28安装在浮标壳体23上方。

通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：设计具备自主控制作业模式、光纤遥控作业模式、中继遥控作业模式的多用途水下航行体，通过调试光纤、水密光纤、承载光纤，通过使用主控端与通信中继浮标或者光纤绞车配合，作业模式可以实现不同的功能需求，拓展了水下机器人的使用范围；水下自主控制作业模式，可以充当无缆水下机器人使用，具有无缆水下机器人的优点；光纤遥控作业模式，可以充当有缆水下机器人使用，具有有缆水下机器人的优点；中继浮标遥控作业模式，同时兼具有缆水下机器人和无缆水下机器人的优点。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种多用途水下机器人，其特征在于，包括水下航行体、艏段、艏部推进段、电子舱段、尾部推进段、主推进段、舱壳体、姿态传感器、电池包、网络交换机、光端机、无线数传天线、光纤插座、自动驾驶仪、导流罩、密封罩、调试光纤、水密光纤、承载光纤、光滑环、光纤绞车、通信中继浮标、浮标壳体、浮标电池包、中继交换机、中继电子模块、中继光端机、浮标天线、主控端、主控数传设备；所述水下航行体通过光纤、无线数传天线与主控端的控制单元通过主控数传设备相互配合协调，可实现三种作业模式，三种所述作业模式分别为自主控制作业模式、光纤遥控作业模式和中继遥控作业模式；所述水下航行体依次相互插接、螺钉固定、密封设置有艏段、艏部推进段、电子舱段、尾部推进段和主推进段；所述电子舱段外部的舱壳体顶部设置有导流罩，所述导流罩内设置有密封罩和光纤插座，所述密封罩内装配有无线数传天线；所述光纤插座与光纤密封固定配接，所述光纤为调试光纤、水密光纤、承载光纤中的任何一种；所述舱壳体内部固定装配有圆弧形底面的电池包，所述舱壳体前部固定设置有姿态传感器，所述舱壳体内部通过仪器舱骨架组装、通过导轨装配固定设置有网络交换机、光端机和自动驾驶仪，并根据需要搭载有多种传感器；所述中继遥控作业模式由水下航行体通过承载光纤与通信中继浮标拖曳，并与主控端的控制单元实时通信控制和数据交换，实现中继遥控作业。

2.根据权利要求1所述的一种多用途水下机器人，其特征在于，所述多用途水下机器人的自主控制作业模式中，所述水下航行体上的光纤插座内装配有调试光纤，所述主控端的控制单元通过调试光纤或主控数传设备向水下航行体下载作业计划，进一步的，卸除水下航行体与主控端连接的调试光纤，所述水下航行体根据主控端下载的作业计划进行作业；作业完成后，所述水下航行体浮出水面通过无线数传天线将作业数据回传给主控端，也可将水下航行体打捞回收后，连接调试光纤，通过调试光纤将数据回传给主控端。

3.根据权利要求1所述的一种多用途水下机器人，其特征在于，所述多用途水下机器人的光纤遥控作业模式中，所述水下航行体上的光纤插座内装配有水密光纤，所述水密光纤缠绕在光缆绞车上，所述光滑环安装在光缆绞车的旋转轴端部；所述水密光纤的另一端与主控端的控制单元通信连接；所述主控端与水下航行体通过水密光纤连接，由主控端实时向水下航行体发送操作指令，所述水下航行体也实时向主控端发送反馈信息；所述水下航行体通过电子舱段底部自带的电池包提供所需电力。

4.根据权利要求1所述的一种多用途水下机器人，其特征在于，所述多用途水下机器人的中继遥控作业模式中，所述水下航行体上的光纤插座内装配有承载光纤，所述承载光纤与通信中继浮标相互连接，所述通信中继浮标为中空的流线外型浮标壳体设计，所述通信中继浮标包括浮标壳体、浮标电池包、中继交换机、中继电子模块、中继光端机、浮标天线；所述浮标壳体底部固定设置有浮标电池包，所述浮标电池包上方固定装配有中继交换机、中继电子模块和中继光端机；所述浮标壳体顶部固定设置有浮标天线；所述水下航行体通过承载光纤拖带通信中继浮标作业，所述水下航行体与主控端以通信中继浮标为中继站，实时进行数据交换；所述中继遥控作业模式下的多用途水下航行体，既具有无缆水下机器人无需支持母船跟随的优点，同时也具有有缆水下机器人可与主控端实时通信的优点。