CN108116642A - 一种半潜式海洋剖面观测智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半潜式海洋剖面观测智能机器人，包括浮筒、水下载体、避碰声纳、高度计、电池舱、深度计、配重模块、控制舱、绞车、观测传感器、螺旋桨、方向舵；浮筒通过固定杆与水下载体连接在一起；避碰声纳安装于水下载体前部，水平朝前；高度计、深度计分别安装于水下载体艏部、中部，均垂直朝下；电池舱、配重模块、控制舱、绞车安装于水下载体内；螺旋桨、方向舵安装于水下载体艉部。观测传感器通过铠装缆与绞车相连，通过传感器锁紧套与滑轮锁对传感器进行固定。本发明适用于近海、环境复杂海域的具有垂向变化分布的海洋特征观测，如温跃层、海洋水体缺氧、赤潮等。

Description

一种半潜式海洋剖面观测智能机器人

技术领域

本发明涉及海洋剖面环境观测用机器人，具体地说是一种半潜式海洋剖面观测智能机器人。

背景技术

海洋中的一些现象在水平非均匀化分布的同时在垂向也非均匀化分布，如赤潮、水体缺氧等。为了弄清这些海洋现象的成因并进行有效预防与治理，需要获得不同深度的观测数据。传统的方式是卫星遥感和浮标，前者可以获得大面积的观测数据，但是仅能获取海水表面的数据，且分辨率低，后者可以获得剖面数据，但只能获得定点观测数据，覆盖范围小。近年来，以AUV、水下滑翔机为代表的水下机器人技术得到的快速发展，在海洋环境观测中得到了广泛应用。AUV能够定高、定深、定速航行，对环境干扰小，能够获得更为精确的观测数据，但不适合在垂直面内上下滑翔运动，另外我国近海环境复杂，尤其是废旧渔网影响水下作业安全，而且AUV在水下无法将观测数据实时发送到监控中心，只能等观测任务结束浮出水面后进行数据下载。水下滑翔机能够实现在垂直面内滑翔运动，定期浮出水面进行数据传输，但与AUV同样面临近海水下渔网的安全威胁，同时近海水深从几米到几十米，不合适滑翔机的剖面滑翔运动。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供了一种半潜式海洋剖面观测智能机器人，通过控制舱中的主控计算机控制剖面观测模块实现观测传感器在不同的深度进行观测，通过推进模块实现在不同的区域观测，通过浮筒上的通信与定位天线实现数据实时传输，解决近海大范围海洋剖面观测问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种半潜式海洋剖面观测智能机器人，主要包括浮筒、水下载体两部分；浮筒设有频闪灯、定位和通信天线，浮筒通过固定杆与水下载体相连；水下载体分为前中后三部分，前部设有避碰声纳、高度计；中部设有深度计、电池舱、控制舱、剖面观测模块，所述的剖面观测模块包括观测传感器、传动与计数器、电机、传感器锁紧套、绞车、滑轮锁、铠装缆，观测传感器通过铠装缆与绞车相连，绞车由电机驱动，传动与计数器控制观测传感器下放深度，传感器锁紧套与滑轮锁对观测传感器进行固定；后部设有推进模块。

所述的推进模块包括推进电机、螺旋桨、方向舵电机、方向舵、垂直安定板，螺旋桨通过磁耦合与推进电机相连，方向舵安装在垂直安定板上面，通过方向舵电机控制方向舵角。

所述的控制舱包括无线电模块、蓝牙模块、卫星模块、主控计算机。

所述的避碰声纳与控制舱相连，避碰声纳的观测数据经过控制舱内的主控计算机处理，调节螺旋桨的转速和改变方向舵的舵角，实现智能避碰。

所述的定位和通信天线包括GPS天线、卫星天线、无线电天线，通过馈线穿过固定杆与控制舱相连。

所述的观测传感器的观测数据通过控制舱内的蓝牙模块传输至控制舱内并进行保存，控制舱内的主控计算机控制剖面观测模块实现观测传感器在不同的深度进行观测。

所述电池舱经过电压转换后通过接插件分别为避碰声纳、高度计、深度计、绞车电机、螺旋桨电机、方向舵电机、控制舱供电。

所述的半潜式智能机器人，进一步设有配重模块。

本发明的优点与有益效果为：

1. 本发明通过绞车控制观测传感器的深度，可实现对海洋现象的剖面观测；

2.本发明通过浮筒提供的浮力，可使机器人半潜在水面，避免被近海水下渔网缠绕；

3. 本发明通过艉部的推进模块可实现观测位置的变化，提高观测范围；

4. 本发明通过浮筒安装的通信与定位天线可实现将观测数据实时传送到监控中心。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的一种立体图；

其中：1为避碰声纳，2为水下载体，3为浮筒，4为高度计，5为电池舱，6为固定杆，7为深度计，8为配重模块， 9为控制舱，10为无线电模块，11为蓝牙模块，12为卫星模块，13为主控计算机，14为观测传感器，15为传动与计数器，16为绞车电机，17为传感器锁紧套，18为绞车，19为滑轮锁，20为螺旋桨电机，21为螺旋桨，22为方向舵电机，23为方向舵；24为垂直安定板，25为铠装缆，26为电路板支架，27为控制舱支架，28为卫星天线，29为GPS天线，30为无线电天线，31为频闪灯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、2所示，一种半潜式海洋剖面观测智能机器人，主要包括浮筒3、水下载体2两部分。浮筒3设有频闪灯31、定位和通信天线，露出水面，保证通信顺畅，

浮筒3通过固定杆6与水下载体2相连，浮筒为半潜式智能机器人提供正浮力；水下载体2分为前中后三部分，前部设有避碰声纳1、高度计4，避碰声纳1水平朝前，可实现对水下障碍物探测，高度计4垂直朝下用于测量水下载体距离海底的高度；中部设有深度计7、电池舱5、控制舱9、剖面观测模块，深度计7垂直朝下，用于测量水下载体所处的深度，所述的剖面观测模块包括观测传感器14、传动与计数器15、电机16、传感器锁紧套17、绞车18、滑轮锁19、铠装缆25，观测传感器14通过铠装缆25与绞车18相连，绞车18由电机16驱动，传动与计数器15控制观测传感器14下放深度，根据铠装缆25下放长度实现不同深度观测，传感器锁紧套17与滑轮锁19对观测传感器14进行固定。后部设有推进模块。

所述的推进模块包括推进电机20、螺旋桨21、方向舵电机22、方向舵23、垂直安定板24，螺旋桨21通过磁耦合与推进电机20相连，可有效解决动密封问题，防止漏水，方向舵23安装在垂直安定板24上面，通过方向舵电机22控制方向舵角。

所述的控制舱9包括无线电模块10、蓝牙模块11、卫星模块12、主控计算机13。控制舱9通过安装支架27固定于水下载体中部，上述各模块以及主控计算机通过电路板安装支架26固定。

所述的避碰声纳1与控制舱9相连，避碰声纳1的观测数据经过控制舱9内的主控计算机13处理，调节螺旋桨21的转速和改变方向舵23的舵角，实现智能避碰。

所述的定位和通信天线包括GPS天线29、卫星天线28、无线电天线30，通过馈线穿过固定杆6与控制舱9相连。

所述的观测传感器14的观测数据通过控制舱9内的蓝牙模块11传输至控制舱内并进行保存，控制舱9内的主控计算机13控制剖面观测模块实现观测传感器14在不同的深度进行观测。

所述电池舱5经过电压转换后通过接插件分别为避碰声纳1、高度计4、深度计6、绞车电机16、螺旋桨电机20、方向舵电机22、控制舱9供电。

所述的半潜式智能机器人，进一步设有配重模块8。配重模块8为半潜式机器人提供自身重量调节能力，可根据不同海域海水密度调节配重块的重量，保证半潜式机器人处于中性浮力状态。

实施例

本发明的卫星模块12可采用市购产品，购置于美国铱星公司，型号为A3LA-RG，包含了卫星通信与GPS定位功能，天线为定制开发，天线的开发为本领域技术人员熟知；无线电模块10可采用市购产品，购置于美国DIGI公司，型号为XTP9B-DSP-001，天线型号为A09-HASM-675；推进电机20（螺旋桨电机）可采用市购产品，购置于深圳何唯精工科技公司，型号为36PA；观测传感器14可采用市购产品，购于加拿大RBR公司，型号为多参数水质仪。主控计算机13可采用市购产品，购于飞凌嵌入式技术公司，型号为OKMX6Q/DL-C；高度计4可采用市购产品，购于英国Tritech公司，型号为PA200/20；方向舵电机22可采用市购产品，购于大连乐博益思科技公司，型号为MX-64T；深度计7可采用市购产品，购于瑞士keller公司，型号为3L10L。避碰声纳1可采用市购产品，购置于美国TELEDYNE公司，型号为M900-2250。

浮筒3为半潜式海洋剖面观测智能机器人提供了正浮力，保证机器人能够以半潜的形式悬浮于海面，从而可以避免近海水下渔网等其他障碍物造成的危险，同时安装于浮筒上的卫星天线28、GPS天线29、无线电天线30和频闪灯31露出水面，保证实时通信与定位。其中GPS天线29为机器人提供实时定位信息，无线电天线30为机器人提供近距离的高速数据传输，卫星天线28为半潜式机器人提供超视距的慢速双向数据传输，频闪灯31为半潜式机器人提供海上搜寻服务，同时对过往船舶起到警示作用，避免碰撞。

当半潜式海洋剖面观测智能机器人进行海上作业时，首先通过高度计4获取其距离海底的距离，通过深度计7获得所在的深度，由主控计算机13自主计算剖面观测的厚度，并通过控制绞车电机16释放铠装缆25下放观测传感器14到不同水层进行观测，通过绞车传动与计数器15获得观测传感器所处的深度，由主控计算机13记录并存储，从而获得剖面观测数据。

当完成一个位置的剖面观测后，由主控计算机13给绞车电机16下达指令，收起观测传感器14进入传感器锁紧套17，避免在航向下一个观测地点时刮擦、缠绕到水下障碍物，同时通过滑轮锁19锁紧铠装缆25，避免传感器14与传感器锁紧套17碰撞。

当观测传感器14回收至传感器锁紧套17内后，主控计算机13通过内部蓝牙模块11与观测传感器内的蓝牙模块进行通信，将观测数据存储至主控计算机13内，并通过通信系统将观测数据发送到监控中心。如果半潜式机器人距离监控中心较近，可利用无线电模块10进行数据传输；如果距离较远，可利用卫星模块12进行数据传输。

当半潜式机器人完成一个站位的剖面观测后，主控计算机13可接受监控中心的指令，通过给推进模块的螺旋桨电机20下达航行指令，给方向舵电机22下达航向指令，从而到达指定目标站位；也可由主控计算机13对观测数据进行在线处理结果，自主决定下一个最佳观测站位，实现智能化观测。

在半潜式海洋剖面观测智能机器人航行过程中，主控计算机13利用避碰声纳1的观测数据可自主判断障碍物的距离、形状，并进行航行路径规划，实现自主避障，实现自主观测。

本发明可应用于近海、环境复杂海域的具有垂向变化分布的海洋特征观测，如温跃层、海洋水体缺氧、赤潮等。

Claims (8)

1.一种半潜式海洋剖面观测智能机器人，其特征在于：主要包括浮筒（3）、水下载体（2）两部分；

浮筒（3）设有频闪灯（31）、定位和通信天线，浮筒（3）通过固定杆（6）与水下载体（2）相连；

水下载体（2）分为前中后三部分，前部设有避碰声纳（1）、高度计（4）；

中部设有深度计（7）、电池舱（5）、控制舱（9）、剖面观测模块，所述的剖面观测模块包括观测传感器（14）、传动与计数器（15）、电机（16）、传感器锁紧套（17）、绞车（18）、滑轮锁（19）、铠装缆（25），观测传感器（14）通过铠装缆（25）与绞车（18）相连，绞车（18）由电机（16）驱动，传动与计数器（15）控制观测传感器（14）下放深度，传感器锁紧套（17）与滑轮锁（19）对观测传感器（14）进行固定；

后部设有推进模块。

2.按照权利要求1所述的半潜式智能机器人，其特征在于：推进模块包括推进电机（20）、螺旋桨（21）、方向舵电机（22）、方向舵（23）、垂直安定板（24），螺旋桨（21）通过磁耦合与推进电机（20）相连，方向舵（23）安装在垂直安定板（24）上面，通过方向舵电机（22）控制方向舵角。

3.按照权利要求1所述的半潜式智能机器人，其特征在于：所述的控制舱（9）包括无线电模块（10）、蓝牙模块（11）、卫星模块（12）、主控计算机（13）。

4.按照权利要求3所述的半潜式智能机器人，其特征在于：所述的避碰声纳（1）与控制舱（9）相连，避碰声纳（1）的观测数据经过控制舱（9）内的主控计算机（13）处理，调节螺旋桨（21）的转速和改变方向舵（23）的舵角，实现智能避碰。

5.按照权利要求1的半潜式智能机器人，其特征在于：所述的定位和通信天线包括GPS天线（29）、卫星天线（28）、无线电天线（30），通过馈线穿过固定杆（6）与控制舱（9）相连。

6.按照权利要求3所述的半潜式智能机器人，其特征在于：所述的观测传感器（14）的观测数据通过控制舱（9）内的蓝牙模块（11）传输至控制舱内并进行保存，控制舱（9）内的主控计算机（13）控制剖面观测模块实现观测传感器（14）在不同的深度进行观测。

7.按照权利要求1所述的半潜式智能机器人，其特征在于：所述电池舱（5）经过电压转换后通过接插件分别为避碰声纳（1）、高度计（4）、深度计（6）、绞车电机（16）、螺旋桨电机（20）、方向舵电机（22）、控制舱（9）供电。

8.按照权利要求1所述的半潜式智能机器人，其特征在于：进一步设有配重模块（8）。