CN107919731B - 水下移动体 - Google Patents

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Abstract

水下移动体。一种水下移动体包括：二次电池；检测器，其检测二次电池中存储的剩余电量；发电单元，其使用自然能来产生用于二次电池充电的电力；以及转换单元，当由检测器检测到的剩余电量下降至低于预定阈值时，该转换单元使得转换为对二次电池充电的充电模式。

Description

水下移动体
技术领域
本发明涉及水下移动体。
背景技术
PTL 1描述了一种使用诸如风能或太阳能的自然能发电的发电机安装在海上并且所产生的电力以非接触方式向船供给的技术。
引用列表
专利文献
[专利文献1]日本特开2013-5593号公报
当在水下移动体中未设置发电功能时，充电仅可以在安装了发电机的特定位置处执行。然而，水下移动体的工作水域的灵活性高，所以在限制了充电位置的情况下，水下移动体的操作受到负面影响。
本发明的目的是与不在水下移动体内产生对二次电池充电所需的电力的情况相比，提高充电位置的灵活性。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种水下移动体，该水下移动体包括：二次电池；检测器，该检测器检测所述二次电池中存储的剩余电量；发电单元，该发电单元使用自然能产生用于该二次电池充电的电力；以及转换单元，当由所述检测器检测到的所述剩余电量下降至低于预定阈值时，该转换单元使得转换为对所述二次电池充电的充电模式。
本发明的第二方面提供了根据第一方面的水下移动体，其中，使得转换为所述充电模式的所述转换单元使所述水下移动体移动到所述水下移动体周围确定的目标位置，然后开始对所述二次电池充电。
本发明的第三方面提供了根据第二方面的水下移动体，其中，所述转换单元将所述目标位置设置为所述水下移动体周围存在的固定目标物体，并且在所述水下移动体被固定到所述固定目标物体之后，所述转换单元开始对所述二次电池充电。
本发明的第四方面提供了根据第二方面的水下移动体，其中，在所述水下移动体被固定到所述水下移动体周围存在的固定目标物体之后，所述转换单元停止推进单元，并且开始对所述二次电池充电。
本发明的第五方面提供了根据第二方面的水下移动体，其中，在停止由作为推进单元的推进器的推进之后，所述转换单元使用所述推进器作为所述发电单元。
本发明的第六方面提供了根据第二方面的水下移动体，其中，使用专用于发电的所述发电单元对所述二次电池充电。
本发明的第七方面提供了根据第一方面的水下移动体，其中，当安装了多个种类的所述发电单元作为所述发电单元时，所述转换单元估计所述多个种类的所述发电单元中的每个种类的总充电时间，并且根据所述估计的结果来确定用于充电的发电单元。
本发明的第八方面提供了根据第七方面的水下移动体，其中，所述转换单元基于所述水下移动体从当前位置移动到所述水下无人机周围确定的目标位置要用的移动时间和根据所述发电单元的种类的发电效率来估计所述总充电时间。
根据本发明的第一方面，与不在水下移动体内产生对二次电池充电所需的电力的情况相比，可以提高充电位置的灵活性，并且可以延长工作时间。
根据本发明的第二方面，与移动目的地未在水下移动体的周围确定的情况相比，可以缩短直到开始充电为止的移动要用的时间。
根据本发明的第三方面，与在水下移动体被固定到固定目标物体之前开始充电的情况相比，可以减少充电期间的电力消耗。
根据本发明的第四方面，与甚至在水下移动体被固定到固定目标物体之后对二次电池充电而不停止推进单元的情况相比，可以减少充电期间的电力消耗。
根据本发明的第五方面，与作为推进单元的推进器不用作发电单元的情况相比，可以实现较低成本。
根据本发明的第六方面，与不使用专用于发电的发电单元的情况相比，可以提高发电效率。
根据本发明的第七方面，与不从多个种类的发电单元确定用于充电的发电单元的情况相比，可以缩短总充电时间。
根据本发明的第八方面，与不从多个种类的发电单元确定用于充电的发电单元的情况相比，可以缩短总充电时间。
附图说明
将基于以下附图详细描述本发明的示例性实施方式，附图中：
图1是例示了根据该示例性实施方式中的水下无人机的构造示例的图；
图2是例示了根据该示例性实施方式的控制器的功能构造的示例的框图；
图3是用于说明水下无人机的工作模式之间的切换的图示；
图4是例示了根据该示例性实施方式的控制器所执行的处理步骤的示例的流程图；
图5是用于说明水下安装的设备用作充电场所的情况下的示例的图示；
图6是用于说明除了用于推进力的推进器之外，还装配有专用于发电的推进器的水下无人机的示例的图示；
图7是示出了水下无人机依附于用于对电池充电的船的示例的图示；
图8是用于说明水下无人机被固定到浮在水面上的浮标的示例的图示；
图9是用于说明使用太阳光发电的示例的图示；
图10是例示了装配有多个种类的发电机的水下无人机的构造示例的图；
图11是用于说明装配有发电机的水下无人机的使用示例的图示，发电机对应于采用水流力的发电系统和采用太阳光的发电系统；以及
图12是例示了当选择性地使用多个发电机时由控制器执行的处理步骤的示例的流程图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。
<示例性实施方式>
<水下无人机的构造>
图1是例示了根据该示例性实施方式的水下无人机1的构造示例的图。水下无人机1是水下移动体的示例,并且更具体地,是一种无人操纵的水下移动体。水下无人机1可以是远程控制类型或自主导航类型。在该示例性实施方式中，假定远程控制类型的水下无人机。然而，后面描述的控制的细节可以应用于自主导航类型的水下无人机。
水下无人机1具有控制器10，其控制构成水下无人机1的单元；通信器15，其用于与外部进行通信；照明器16，其对工作范围进行照明；成像摄像头17，其拍摄工作范围的图像；深度传感器18，其采用水压来检测深度；转向器19，其用于改变移动方向；推进器20，其生成推进力；发电机21，其在水下无人机1内发电；以及二次电池23，其向各个单元供给用于操作的电力。
在根据该示例性实施方式的水下无人机1中，功能单元连接到作为控制单元的示例的控制器10。包括控制器10的功能单元基本上容纳在采用防水结构的壳体中。电力从二次电池23向包括控制器10的功能单元供给。二次电池23是电源的示例。
控制器10由中央处理单元(CPU)11、只读存储器(ROM)12和随机存取存储器(RAM)13构造。ROM 12存储要由CPU 11执行的程序。CPU 11读取ROM 12中存储的程序，并且使用用作工作区域的RAM 13来执行程序。CPU 11通过执行各个程序控制构成水下无人机1的功能单元。
通信器15与外部无线通信。在该示例性实施方式的情况下，发送和接收声波的声波通信器用作通信器15。要注意的是，作为通信器15，可以使用发送和接收无线电波的无线电波通信器或发送和接收光的光学通信器。要注意的是，水下无人机1可以装配有多个通信器，并且可以选择性地使用通信器。
作为照明器16，例如，使用卤素灯、白色发光二极管(LED)或彩色LED。成像摄像头17可以是拍摄静止图像的摄像头或拍摄动态图像的摄像头。所拍摄图像存储在例如RAM 13中。
深度传感器18将检测到的水压变换成深度，并且向控制器10输出深度。深度的测量精度和分辨率依赖于深度传感器18。移动方向由远程控制或根据由控制器10执行的程序来控制。移动方向不仅包括水平面中的方向，还包括垂直方向(上浮方向和下潜方向)。推进器20由例如推进器和使推进器旋转的马达构造。马达具有保护内部不生锈的防水结构。推进器20是推进单元的示例。
该示例性实施方式中的发电机21还使用推进器20的机构，并且使推进器可由于水流力而旋转的上述马达充当发电机。换言之，本示例性实施方式中的推进器20在正常模式下用于产生推进力，并且在充电模式下用于发电。
保持器22是在充电模式下，将水下无人机1附接和固定到固定目标物体的机构，固定目标物体作为水下无人机1周围确定的目标位置。该示例性实施方式中的保持器22包括锚、缆线和缆线缠绕机构。缆线缠绕机构用于在充电完成之后缠绕锚。然而，锚可以附接到水下无人机1的机体表面。在这种情况下，缆线和缆线缠绕机构不是必须的。在该示例性实施方式的情况下，作为固定目标物体，假定诸如沙地或岩石的水底的地形。
<控制器的功能构造>
接着,将描述控制器10的功能构造。图2是例示了根据该示例性实施方式的控制器10的功能构造的示例的框图。控制器10具有电池剩余量检测器101和转换控制器102。电池剩余量检测器101是检测器的示例，并且转换控制器102是转换单元的示例。
电池剩余量检测器101从二次电池23获得关于二次电池23的信息(例如，温度、电压或电流)，并且基于所获得的信息来检测二次电池23中存储的剩余电量。检测到的剩余量从电池剩余量检测器101向转换控制器102输出。
转换控制器102将所输入的剩余电量与预定阈值Th进行比较，并且基于剩余量是否大于预定阈值Th来确定工作模式。当剩余量大于阈值Th时，转换控制器102确定在正常模式下使用，而当剩余量小于或等于阈值Th时，转换控制器102确定切换到充电模式。
正常模式是执行基于远程控制或程序的操作的模式。例如，执行用于水下搜索的操作。相反，充电模式是用由发电机21产生的电力对二次电池23充电的模式。在该示例性实施方式的情况下，充电模式由使水下无人机1移动到水下无人机1周围确定的目标位置要用的时间段1、将水下无人机1固定到作为目标位置的固定目标物体要用的时间段2、和对二次电池23充电要用的时间段3构成。
在时间段1中，转换控制器102确定目标位置是水底的地形，诸如水下无人机1周围的岩石或沙地，并且控制转向器19和推进器20，以使水下无人机1移动更靠近目标位置。在时间段2中，转换控制器102将锚从水下无人机1投落，并且将锚钩在岩石或沙地上。在时间段3中，转换控制器102指示发电机102用所产生的电力对二次电池23充电。在该示例性实施方式的情况下，推进器20的推进器也由发电机21使用，由此通过由水流使推进器旋转以开始发电。由发电机21产生的电力用于对二次电池23充电。
图3是用于说明水下无人机1的工作模式之间的切换的图示。在图3中，附图标记200指示水面，并且附图标记201指示水底(例如，岩石或沙地)。在位置P1活动的水下无人机1以正常模式操作。以正常模式操作的水下无人机1使推进器20A旋转，以产生推进力并在水下移动。当二次电池23的剩余量下降至低于阈值Th时，水下无人机1开始朝向水底201移动(移动1)。当靠近位置P2时，水下无人机1从机体伸出缆线22B，并且将锚22A固定到水底201。
当强水流沿着水底201的表面存在时，固定到水底201的水下无人机1的推进器20A由于水流的力而旋转，并且马达开始发电。当完成用所产生的电力对二次电池23充电时，水下无人机1顶着水流向前移动，以从水底去除锚22A，并且通过缠绕缆线22B来收集水下无人机1。随后，水下无人机1返回到正常模式，并且重新开始水下操作。
<由水下无人机执行的处理步骤>
接着，将描述根据该示例性实施方式的水下无人机1的控制器10所执行的处理步骤。图4是例示了根据该示例性实施方式的控制器10(转换控制器102)所执行的处理步骤的示例的流程图。控制器10重复图4例示的流程图的处理。
首先，转换控制器102确定电池剩余量是否小于或等于阈值Th(步骤101)。该阈值Th根据所使用的二次电池23的种类或容量大小提前设置。只要在步骤101中获得否定结果(换言之，在正常模式期间)，转换控制器102就重复确定。
当在步骤101中获得肯定结果时，转换控制器102将水下无人机1的工作模式设置为充电模式(步骤102)。随后，转换控制器102使水下无人机1移动到水下无人机1周围确定的目标位置(步骤103)。在本示例性实施方式的情况下，转换控制器102使水下无人机1移动到水下无人机1周围存在的沙地或岩石。
随后，转换控制器102判断是否完成用于充电的准备(步骤104)。用于充电的准备通过将锚22A固定到水底201来完成。转换控制器102检测到水下无人机1通过施加于缆线22B的外力的改变而固定到水底201。只要在步骤104中获得否定结果，步骤104中的判断就重复，因为未完成用于充电的准备。
当在步骤104中获得肯定结果时，转换控制器102停止推进器20(步骤105)。具体地，停止从二次电池23向马达通电。随后，转换控制器102将推进器20A的轴与推进器20分离，并且将轴耦合到发电机21。发电机21通过由于水流使推进器20A旋转而开始发电，并且用所产生的电力对二次电池23充电。转换控制器102确定是否完成充电(步骤106)。通过已检测到的电池剩余量是否超过预定阈值Th1来检测充电完成。只要在步骤106中获得否定结果，就重复步骤106中的判断操作，这是因为未完成充电。
当完成充电并且在步骤106中获得肯定结果时，转换控制器102将水下无人机1的工作模式设置为充电模式(步骤107)。随后，转换控制器102返回到步骤101，并且重新开始监测二次电池23的剩余量。
如上所述，根据本示例性实施方式的水下无人机1装配有由于水流力而发电的发电机21，并且当二次电池23的剩余量下降至低于阈值Th时，水下无人机1移动到水下无人机1周围存在的水底201，将锚22A投落，通过水流的力发电，并且对二次电池23充电。即，根据该示例性实施方式的水下无人机1在停留在工作范围内的同时，对二次电池23充电，并且在完成充电时，重新开始操作。
换言之，因为在本示例性实施方式中使水下无人机1移动到水下无人机1周围存在的水底201并且对二次电池23充电，所以不必使水下无人机1精准地移动到设置了发电装置的特定位置。而且，当操作的目的是水下搜索、或水下设备的建造、维护或检查时，水底201经常存在于工作范围附近，并且由此充电开始之前的移动时间往往短。而且，甚至当水面上的天气不适合风能发电或太阳能发电时，水下无人机1可以在水下对二次电池23充电，并且不受天气影响。出于该原因，稳定地延长了水下无人机1的水下工作时间。
<其他示例性实施方式>
第一修改例
虽然在上述示例性实施方式中将锚22A投落到诸如岩石或沙地的水底201，并且对水下无人机1的二次电池23充电，但是二次电池23可以在水下无人机1固定到水下安装的设备的状态下来充电。图5是用于说明在水底201安装的设备300用作充电目标位置的情况下的示例的图示。设备300设置有紧固件301(例如，U形金属配件)22。在图5的示例的情况下，水下无人机1被固定，使得附接到缆线22B的前端的钩22C钩在紧固件301上。
要注意的是，在图5的示例中，水下无人机1的钩22C钩在设备300中设置的U形金属配件上。然而，可以采用设备300设置有缆线或钩，并且U形金属配件设置在水下无人机1中的构造。
第二修改例
虽然在上述示例性实施方式中部分构成推进器20的推进器20A还用作用于发电的推进器，但用于发电的推进器可以与用于推进力的推进器20A分开准备。图6是用于说明除了用于推进力的推进器20A之外，还装配有专用于发电的推进器21A的水下无人机1的示例的图示。而且在图6的情况下，充电模式下的水下无人机1被固定到水底201上设置的设备300。
发电机(未例示)安装在推进器21A的轴上，并且发电机通过由于水流使推进器21A旋转而发电。这里，推进器21A和发电机各是发电机的示例。所产生的电力借助线缆21B向二次电池23供给。要注意的是，在正常模式下，推进器21A、发电机和线缆21B存储在水下无人机1中。
第三修改例
虽然在上述示例性实施方式中水下无人机1移动到水底201，并且对二次电池23充电，但水下无人机1可以依附于诸如在水下无人机1的周围移动的船、水下生物或浮木的移动物体，并且可以对二次电池23充电。这里的移动物体是固定目标物体的示例。图7是示出了水下无人机1依附于用于对电池充电的船400的示例的图示。在该示例的情况下，水下无人机1由作为固定单元的示例的吸盘22D依附于船400的底部。在这种情况下，推进器20A由于船400的移动而生成的水流而旋转，并且发电。该机构的采用允许甚至在具有少量水流的水域中对二次电池23充电。要注意的是，吸盘22D不太可能损坏水下生物的表皮。
在图7的示例中，吸盘22D用作保持单元的示例。然而，水下无人机1可以使用上述修改例中描述的紧固件和钩来固定到其他移动物体。例如，通过由转换控制器102来处理所拍摄的图像，发现作为固定目标物体的移动物体。在该示例的情况下，转换控制器102基于移动物体是否满足预定条件，可以确定所发现的移动物体是固定目标物体。例如，尺寸或种类用于预定条件。
第四修改例
虽然在上述示例性实施方式中水底201、设备300和船400被呈现为固定目标物体的示例，但浮标可以用作固定目标物体。图8是用于说明水下无人机1被固定到浮在水面200上的浮标500的示例的图示。在图8的示例中，水下无人机1被固定，使得设置在水下无人机1的前端的钩22C钩在浮标500的下表面中设置的紧固件500上。
毋庸置疑，浮标500和水下无人机1可以用其他技术来固定到一起。例如，钩形紧固件可以设置在浮标500中。毋庸置疑，浮标500和水下无人机1可以使用吸盘来固定到一起。在图8的示例中，水下无人机1被固定到浮在水面200上的浮标500。然而，水下无人机1可以被固定到浮在水下(包括水底)的浮标。
第五修改例
虽然在上述示例性实施方式中使用水流发电，但可以使用其他自然能产生电力。图9是用于说明使用太阳光发电的示例的图示。在图9的示例中，水下无人机1的钩22C被附接到浮在水面200上的浮标500的紧固件501。钩22C经由缆线22B连接到水下无人机1。
在附接完成之后，水下无人机1停止推进器20，并且用由太阳能板21C产生的电来对二次电池23充电。太阳能板21C可以附到水下无人机1的表面，或者可以采用太阳能板21C至少在充电模式下存储在机体中的构造。
在图9的示例中，充电模式下的水下无人机1被固定到浮在水面200上的浮标500。然而，水下无人机1可以独立浮在水面200上。即，由太阳光发电的系统中的水下无人机1可以在不固定到诸如浮标500的漂浮物体的情况下对二次电池23充电。
第六修改例
虽然在上述示例性实施方式和修改例中水流或太阳光用作自然能，但也可以采用波力。对于采用波浪能(wave power)的发电机21，可以使用称为空气涡轮式系统或称为陀螺系统的系统。
第七修改例
在上述示例性实施方式中，已经描述了水下无人机1装配有一个种类的单个发电机21的情况。然而，水下无人机1可以装配有一个种类的多个发电机21。然而，水下无人机1可以装配有多个种类的发电机21。图10是例示了装配有多个种类的发电机的水下无人机1的构造示例的图。图10中例示的水下无人机1装配有对应于第一发电系统的发电机211(发电机1)和对应于第二发电系统的发电机212(发电机2)。毋庸置疑，水下无人机1可以装配有三种或更多种发电机。
图11是用于说明装配有发电机的水下无人机1的使用示例的图示，发电机对应于采用水流力的发电系统和采用太阳光的发电系统。如图所示，水下无人机1用由多个系统中的任一个产生的电力来对二次电池23充电。
如图11例示，用于充电的深度和位置在采用水流的力的发电系统与采用太阳光的发电系统之间不同。出于该原因，已经使得转换为充电模式的水下无人机1必须移动到根据相关的发电系统的目标位置。在图11的示例中，从工作范围移动到水面200的距离(移动2)短于从工作范围移动到水底201的距离(移动1)。而且，除了发电系统之外，影响充电速度的发电效率随着用于发电的太阳光的强度和水流的强度而变化。出于该原因，自从转换为充电模式直到正常模式为止的时段期间的总充电时间不仅由移动距离来确定。
因为期望较短的总充电时间以实现更长的工作时间，所以该示例中的转换控制器102由以下步骤确定用于充电的发电系统(发电机的种类)。图12是例示了当选择性地使用多个发电机时由控制器10(转换控制器102)执行的处理步骤的示例的流程图。
首先，转换控制器102执行图4中例示的步骤101和102中的处理，并且使得转换为充电模式。随后，转换控制器102估计在第一发电机(这里，发电机211)发电时对电池充电要用的总充电时间1(步骤201)。总充电时间作为从当前位置移动到水下无人机1周围确定的目标位置要用的时间(移动时间)和对二次电池23充电要用的时间的总和而给出。
为了估计充电要用的时间，转换控制器102参照根据要使用的发电系统而确定的发电效率。此时，期望使用由各种传感器检测到的、关于水下无人机1的周围的环境信息(诸如当前速度、太阳光的强度)，以提高估计精度。另选地，环境信息可以经由通信从外部获得，并且使用。
随后，转换控制器102估计在第二发电机(这里，发电机212)发电时对电池充电要用的总充电时间2(步骤202)。要注意的是，可以并行执行两个种类的发电系统中的每一种的总充电时间的估计处理。
随后，转换控制器102确定充电要用的总充电时间较短的发电机(步骤203)。例如，确定使用对应于太阳能发电系统的发电机。随后，转换控制器102执行图4中的步骤103至107中的处理，并且在完成充电时，使得转换为正常模式并且重新开始操作。
要注意的是，在上述示例中，选择性地使用多个种类的所装配的发电系统中的任意一个。然而，可以根据所装配的发电系统的组合使用这两个发电系统来发电。例如，可以在由太阳光发电的同时，由波力发电。
第八修改例
虽然在以上描述中水下无人机1装配有通信器15、照明器16和成像摄像头17，但要装配的功能随应用而变化。而且，虽然保持器22由图1和图10中的控制器10来控制，但在保持器22具有不需要控制的结构(例如，钩)的情况下，由控制器10对保持器22进行控制是不需要的。
虽然至今已经描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明的技术范围不限于实施方式中描述的范围。根据权利要求的描述，显而易见的是，实施方式的各种修改例或改进也包括在在本发明的技术范围中。

Claims (7)

1.一种水下移动体，该水下移动体包括：
二次电池；
检测器，该检测器检测该二次电池中存储的剩余电量；
发电单元，该发电单元使用自然能产生用于该二次电池充电的电力；以及
转换单元，当由该检测器检测到的该剩余电量下降至低于预定阈值时，该转换单元使得转换为对所述二次电池充电的充电模式，
其中，当安装了多个种类的所述发电单元作为所述发电单元时，所述转换单元估计所述多个种类的所述发电单元中的每个种类的总充电时间，并且根据所述估计的结果来确定用于充电的发电单元。
2.根据权利要求1所述的水下移动体，
其中，使得转换为所述充电模式的所述转换单元使所述水下移动体移动到所述水下移动体周围确定的目标位置，然后开始对所述二次电池充电。
3.根据权利要求2所述的水下移动体，
其中，所述转换单元将所述目标位置设置为所述水下移动体周围存在的固定目标物体，并且在所述水下移动体被固定到所述固定目标物体之后，所述转换单元开始对所述二次电池充电。
4.根据权利要求2所述的水下移动体，
其中，在所述水下移动体被固定到所述水下移动体周围存在的固定目标物体之后，所述转换单元停止推进单元，并且开始对所述二次电池充电。
5.根据权利要求2所述的水下移动体，
其中，在停止由作为推进单元的推进器的推进之后，所述转换单元使用所述推进器作为所述发电单元。
6.根据权利要求2所述的水下移动体，
其中，使用专用于发电的所述发电单元对所述二次电池充电。
7.根据权利要求1所述的水下移动体，
其中，所述转换单元基于所述水下移动体从当前位置移动到所述水下移动体周围确定的目标位置要用的移动时间和根据所述发电单元的种类的发电效率来估计所述总充电时间。
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