CN108791766A - 一种水下机器人的水面交换端及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下机器人的水面交换端及其工作方法，该水面交换端包括信号接收器、控制箱体、控制器、收缆器、电池箱、缆线、浮体和运动驱动器，信号接收器设于控制箱体的顶面，并与远程的控制端无线连接，控制箱体内设有用于存放水下机器人的暗舱，暗舱的舱门朝下，控制器、收缆器和电池箱均设于暗舱内，控制器连接信号接收器，缆线一端的信号接口连接控制器，缆线一端的电源接口连接电池箱，缆线另一端分别连接水下机器人。与现有技术相比，本发明通过水下机器人的水面交换端的控制，实现无线控制水下机器人，达到控制端与水下机器人无需缆线连接，直接由信号接收器接收控制信号，控制信号控制水面交换端与水下机器人的运动的目的。

Description

一种水下机器人的水面交换端及其工作方法

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，尤其是涉及一种水下机器人的水面交换端及其工作方法。

背景技术

目前而言AUV（自治无缆水下机器人）的回收成为世界范围内的难题，就是因为AUV无法处理突发情况和自身携带动力能力有限，AUV具有活动范围广、潜水深度大、可穿梭进入复杂结构等优点，但目前的续航和负载能力有限，AUV水下作业依靠内置的控制系统来自我控制（这是由于海水不方便无线信号传输，所以在AUV中提前设置好运动命令，使得机器人在水下直接按提前编译好的运动命令进行运动），无法处理突发情况。

现阶段来说，AUV与ROV（有缆遥控水下机器人）对比只具备观察和测量功能，不具备作业能力，而ROV则不同，它可以实现水下的简单作业：水下打捞、水下液压切割、船舶清洗修补等，但是ROV在海洋中作业是需要操控者在水面上发送操控命令，由缆线进行操控命令的信号传输，极大的提高了作业成本，也出现了很多的制约。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种水下机器人的水面交换端及其工作方法，通过水下机器人的水面交换端的控制，实现无线控制水下机器人，达到控制端与水下机器人无需缆线连接，直接由信号接收器接收控制信号，控制信号控制水面交换端与水下机器人的运动的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种水下机器人的水面交换端，包括信号接收器、控制箱体、控制器、收缆器、电池箱、缆线、浮体和运动驱动器，所述信号接收器设于控制箱体的顶面，并与远程的控制端无线连接，所述控制箱体内设有用于存放水下机器人的暗舱，所述暗舱的舱门朝下，所述控制器、收缆器和电池箱均设于暗舱内，所述控制器连接信号接收器，所述缆线缠绕在收缆器上，缆线一端的信号接口连接控制器，缆线一端的电源接口连接电池箱，缆线另一端的信号接口和电源接口分别连接水下机器人，所述浮体围绕控制箱体的底面设置，所述运动驱动器设于控制箱体的底面上，并连接控制器。

所述运动驱动器采用螺旋桨。

所述控制箱体呈圆柱体。

所述收缆器包括底座、缆线传动轴、从锥齿轮、主锥齿轮、转动电机和引线器，所述底座设于暗舱内，所述缆线传动轴的两端通过缆线支架架设在底座的底面上，所述从锥齿轮设于缆线传动轴的一端，所述主锥齿轮与从锥齿轮相啮合，所述转动电机设于底座的底面上，转动电机的驱动端连接主锥齿轮的中心轴，所述引线器通过引线器支架架设在底座的底面上，并位于缆线传动轴的一侧，引线器设有缆线通口，所述缆线通口一端朝向缆线传动轴，所述缆线缠绕在缆线传动轴上，缆线另一端穿过缆线通口连接水下机器人，转动电机通过主锥齿轮、从锥齿轮驱动缆线传动轴转动，使得缆线沿缆线通口进行收放。

所述收缆器还包括两个拨轮，所述两个拨轮对称套设在缆线传动轴上，所述缆线缠绕在两个拨轮之间的缆线传动轴上。

一种水下机器人的水面交换端的工作方法，包括以下步骤：

S1：信号接收器接收控制端发出的信号指令；

S2：控制器根据信号接收器转发的信号指令控制控制箱体在水面运动，运动驱动器提供控制箱体运动的力，控制箱体运动到指定的水面位置，控制器发出打开暗舱舱门的命令，水下机器人进入水中，收缆器放出缆线，电池箱为水下机器人提供电能；

S3：水下机器人进入水下后，信号接收器不断接收控制端发来的信号，控制器通过缆线将控制端发出的运动指令传输给水下机器人，当水下机器人水下作业完成后，控制转发控制端发出的上浮运动指令，水下机器人上浮至浮体中，由缆线将水下机器人拉入暗舱中，关闭暗舱舱门。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、水下机器人的水面交换端可以为水下机器人提供动能，减小水下机器人电池负载，提高水下机器人承担负载的能力，可以实现水下机器人的简单作业：水下打捞、水下液压切割、船舶清洗修补。可以使用较大功率的工具，使水下机器人进行大功率长期进行水下作业，因为电能由水面的母机提供，不用担心电能消耗过大导致水下机器人作业周期短。

2、AUV下作业依靠内置的控制系统来自我控制（这是由于海水不方便无线信号传输，所以在AUV中提前设置好运动命令，使得机器人在水下直接按提前编译好的运动命令进行运动），无法处理突发情况。水下机器人的水面交换端可以保证水下机器人与控制端的实时信号传输。保证水下机器人的安全性与工作任务的完成，并且可以实时传输水下机器人的作业情况，还可以传输水下环境信息。

3、ROV在海洋中作业是需要操控者在水面上发送操控命令，由缆线进行操控命令的信号传输，极大的提高了作业成本，也出现了很多的制约。然而使用水下机器人的水面交换端就可以将控制端放置在方便的位置控制水下机器人进行作业。

附图说明

图1为水下机器人的水面交换端的结构示意图；

图2为水下机器人的水面交换端的俯视图；

图3为水面交换端与控制端、水下机器人配合使用的示意图；

图4为水面交换端内部电路连接框图；

图5为水下机器人的结构示意图；

图6为螺旋桨的结构示意图；

图7为收缆器的结构示意图；

图8为缆线传动轴安装示意图；

图9为引线器安装示意图。

图中，1、控制端，2、水下机器人，3、信号接收器，4、控制箱体，5、控制器，6、收缆器，601、底座，602、缆线传动轴，603、从锥齿轮，604、主锥齿轮，605、转动电机，606、引线器，607、缆线支架，608、引线器支架，609、缆线通口，610、拨轮，611、轴承，612、防护罩，7、电池箱，8、缆线，9、浮体，10、暗舱，11、螺旋桨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-图4所示，一种水下机器人的水面交换端，包括信号接收器3、控制箱体4、控制器5、收缆器6、电池箱7、缆线8、浮体9和运动驱动器，信号接收器3设于控制箱体4的顶面，并与远程的控制端1无线连接，控制箱体4内设有用于存放水下机器人2的暗舱10，暗舱10的舱门朝下，控制器5、收缆器6和电池箱7均设于暗舱10内，控制器5连接信号接收器3，缆线8缠绕在收缆器6上，缆线8一端的信号接口连接控制器5，缆线8一端的电源接口连接电池箱7，缆线8另一端的信号接口和电源接口分别连接水下机器人2，水下机器人2如图5所示，浮体9围绕控制箱体4的底面设置，用于将控制箱体4浮在水面上，运动驱动器设于控制箱体4的底面上，并连接控制器5，为整个水面交换端提供运动的力。

如图7-图9所示，收缆器6包括底座601、缆线传动轴602、从锥齿轮603、主锥齿轮604、转动电机605和引线器606，底座601设于暗舱10内，缆线传动轴602的两端通过缆线支架607架设在底座601的底面上，从锥齿轮603设于缆线传动轴602的一端，主锥齿轮604与从锥齿轮603相啮合，转动电机605设于底座601的底面上，转动电机605的驱动端连接主锥齿轮604的中心轴，引线器606通过引线器支架608架设在底座601的底面上，引线器606通过轴承611与引线器支架608连接，并位于缆线传动轴602的一侧，引线器606设有缆线通口609，缆线通口609一端朝向缆线传动轴602，缆线8缠绕在缆线传动轴602上，缆线8另一端穿过缆线通口609连接水下机器人2，转动电机605通过主锥齿轮604、从锥齿轮603驱动缆线传动轴602转动，使得缆线8沿缆线通口609进行收放，缆线通口609的作用是保证输出缆线8的方向是固定的，并且防止缆线8缠绕输出。收缆器6使得整体结构简单，并且效率更高。转动电机605外罩设有用于防水保护的防护罩612。

收缆器6还包括两个拨轮610，两个拨轮610对称套设在缆线传动轴602上，缆线8缠绕在两个拨轮610之间的缆线传动轴602上。缆线8长粗多的特点，需要空间较大，大量缆线8都是缠绕在缆线传动轴602上，拨轮610是保证缆线8不从缆线传动轴602上脱落作用的。

水下机器人2的水面交换端可以为水下机器人2提供动能，可以保证水下机器人2与控制端1的实时信号传输，当遇见突发状况或者水下机器人2无法处理的情况时可以由控制端1进行控制水下机器人2，保证水下机器人2的安全性与工作任务的完成，并且可以实时传输水下机器人2的作业情况，还可以传输水下环境信息。

本实施例中，运动驱动器采用螺旋桨11，如图6所示。控制箱体4呈圆柱体，浮体9呈圆环状。控制端1设置在信号可接收区的任意位置。

一种水下机器人2的水面交换端的工作方法，包括以下步骤：

S1：信号接收器3接收控制端1发出的信号指令，包括由人控制发出的各种运动指令，比如水下机器人2的前进后退，母机螺旋桨11的转速等等；

S2：控制器5根据信号接收器3转发的信号指令控制控制箱体4在水面运动，运动驱动器提供控制箱体4运动的力，控制箱体4运动到指定的水面位置，控制器5发出打开暗舱10舱门的命令，水下机器人2进入水中，收缆器放出缆线8，电池箱7为水下机器人2提供电能；

S3：水下机器人2进入水下后，信号接收器3不断接收控制端1发来的信号，控制器5通过缆线8将控制端1发出的运动指令传输给水下机器人2，当水下机器人2水下作业完成后，控制转发控制端1发出的上浮运动指令，水下机器人2上浮至浮体9中，由缆线8将水下机器人2拉入暗舱10中，关闭暗舱10舱门。

Claims (6)

1.一种水下机器人的水面交换端，其特征在于，包括信号接收器、控制箱体、控制器、收缆器、电池箱、缆线、浮体和运动驱动器，所述信号接收器设于控制箱体的顶面，并与远程的控制端无线连接，所述控制箱体内设有用于存放水下机器人的暗舱，所述暗舱的舱门朝下，所述控制器、收缆器和电池箱均设于暗舱内，所述控制器连接信号接收器，所述缆线缠绕在收缆器上，缆线一端的信号接口连接控制器，缆线一端的电源接口连接电池箱，缆线另一端的信号接口和电源接口分别连接水下机器人，所述浮体围绕控制箱体的底面设置，所述运动驱动器设于控制箱体的底面上，并连接控制器。

2.根据权利要求1所述的一种水下机器人的水面交换端，其特征在于，所述运动驱动器采用螺旋桨。

3.根据权利要求1所述的一种水下机器人的水面交换端，其特征在于，所述控制箱体呈圆柱体。

4.根据权利要求1所述的一种水下机器人的水面交换端，其特征在于，所述收缆器包括底座、缆线传动轴、从锥齿轮、主锥齿轮、转动电机和引线器，所述底座设于暗舱内，所述缆线传动轴的两端通过缆线支架架设在底座的底面上，所述从锥齿轮设于缆线传动轴的一端，所述主锥齿轮与从锥齿轮相啮合，所述转动电机设于底座的底面上，转动电机的驱动端连接主锥齿轮的中心轴，所述引线器通过引线器支架架设在底座的底面上，并位于缆线传动轴的一侧，引线器设有缆线通口，所述缆线通口一端朝向缆线传动轴，所述缆线缠绕在缆线传动轴上，缆线另一端穿过缆线通口连接水下机器人，转动电机通过主锥齿轮、从锥齿轮驱动缆线传动轴转动，使得缆线沿缆线通口进行收放。

5.根据权利要求4所述的一种水下机器人的水面交换端，其特征在于，所述收缆器还包括两个拨轮，所述两个拨轮对称套设在缆线传动轴上，所述缆线缠绕在两个拨轮之间的缆线传动轴上。

6.一种如权利要求1所述的水下机器人的水面交换端的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：信号接收器接收控制端发出的信号指令；

S2：控制器根据信号接收器转发的信号指令控制控制箱体在水面运动，运动驱动器提供控制箱体运动的力，控制箱体运动到指定的水面位置，控制器发出打开暗舱舱门的命令，水下机器人进入水中，收缆器放出缆线，电池箱为水下机器人提供电能；

S3：水下机器人进入水下后，信号接收器不断接收控制端发来的信号，控制器通过缆线将控制端发出的运动指令传输给水下机器人，当水下机器人水下作业完成后，控制转发控制端发出的上浮运动指令，水下机器人上浮至浮体中，由缆线将水下机器人拉入暗舱中，关闭暗舱舱门。