CN109878670A - 一种翻转式可浮潜声纳机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翻转式可浮潜声纳机器人，所述声纳机器人包括：密封主体，所述密封主体的下表面设置有声纳装置，上表面设置有太阳能电池；所述密封主体的体积可变，调节所述密封主体沉入水中或升向水面，并且调节所述密封主体的上表面端密度大于或小于所述下表面端的密度。本发明的声纳机器人通过翻转实现充电和探测两种状况的切换，自动实现持续监测海底情况。

Description

一种翻转式可浮潜声纳机器人

技术领域

本发明涉及海底监测技术领域，尤其是一种翻转式可浮潜声纳机器人。

背景技术

海洋中资源丰富，含有大量的生物，对海底生物的研究，能为人类带来很多的帮助，因此对海底生物进行监测，是非常必要的。特对是对于近海的持续监测有利于对海洋运行状态进行模拟。

但由于海底本身阳光少，在监测中无法利用太阳能发电为设备供电，而海洋面积巨大，更换电池不但麻烦，不容易实现，没有持续的电力供应无法准确地监测到海底真实情况。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种翻转式可浮潜声纳机器人，能潜伏在海底，监测海底环境。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种翻转式可浮潜声纳机器人，所述声纳机器人包括包括：

密封主体，所述密封主体的下表面设置有声纳装置，上表面设置有太阳能电池；

所述密封主体的体积可变，通调节所述密封主体沉入水中或升向水面，并且调节所述密封主体的上表面端密度大于或小于所述下表面端的密度。

进一步地，所述密封主体包括气囊、气体压缩机和控制装置，通过所述气囊调节所述密封主体的体积；所述密封主体内设有高压气体腔，所述气体压缩机两端分别与所述高压气体腔与所述气囊连通，所述高压气体腔与所述气囊之间还设有带调节阀的导气管，所述高压气体腔、所述气体压缩机、所述气囊与所述导气管构成气体循环通道；所述气囊固定在所述密封主体外壁上，所述声呐装置与设在所述密封主体内的所述控制装置连接，所述气体压缩机与所述控制装置连接。

进一步地，所述密封主体内设有高压气体罐，所述气体压缩机的输出端与所述高压气体罐连通，入口端设在所述密封主体内，所述高压气体罐连接有放气阀；所述密封主体为两部分密封活动连接构成：两部分靠近时所述上表面端密度大于所述下表面端的密度，远离时所述上表面端密度小于所述下表面端的密度；所述声呐装置与设在所述密封主体内的所述控制装置连接，所述气体压缩机与所述控制装置连接。

进一步地，所述控制装置包括控制器4，收集所述声呐装置收集的信号，以及控制所述推进器运作。

进一步地，所述控制装置还包括充电电池、存储器和通讯设备，所述充电电池、存储器和通讯设备均与所述控制器4连接。

进一步地，所述密封主体内设有竖向滑杆，所述控制装置可以在所述滑杆上上下滑动，调节所述密封主体的上表面端密度大于或小于所述下表面端的密度。

进一步地，述密封主体还包括压力计，测定所述密封主体内的压力，经所述控制装置与所述放气阀连通。

进一步地，所述密封主体上设有与所述控制装置连接的红外摄像装置。

进一步地，所述推进器设有至少一个，受控转动连接在所述密封主体上。

进一步地，所述气囊固定在所述密封主体的上表面端或下表面端。

进一步地，所述红外摄像装置外罩设有透明窗。

进一步地，所述受控转动连接为水平0-180度旋转。

进一步地，所述密封主体由密度分布高低不对称的两个半球构成。

进一步地，述密封主体还包括压力计，测定所述密封主体内的压力，经所述控制装置与所述放气阀连通。

本发明还提供了一种翻转式可浮潜声纳机器人的探测方法，其特征在于：所述方法包括使用本发明的声纳机器人进行：

(1)在第一工作状态下，所述纳机器人浮在水面上，位于所述声纳机器人下表面的声纳装置向下进行探测，同时太阳能电池对所述声纳机器人充电；

(2)在第二工作状态下，所述声纳机器人调节其密封主体的体积以沉入水中，同时所述声纳机器人的上下表面翻转，位于所述声纳机器人下表面的声纳装置向上进行探测。

进一步地，所述方法还包括：在第二工作状态下，所述声纳机器人电量不足时，所述声纳机器人调节其密封主体的体积以升向水面，同时所述声纳机器人的上下表面翻转，位于所述声纳机器人下表面的声纳装置向下进行探测。

进一步地，所述方法还包括：在第一工作状态下，通讯设备通过无线通讯将所述声纳装置获取的信息传送至远端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的声纳机器人通过变化的体积调节所述密封主体的上表面端密度大于或小于所述下表面端的密度，使得两个反向对称的声纳机器人不断变换位置进行太阳能充电，实现不间断监测，自动实现持续监测海底情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明翻转式可浮潜声纳机器人的结构示意图；

图2为本发明翻转式可浮潜声纳机器人的声纳机器人的一个实施例；

图3为本发明翻转式可浮潜声纳机器人的声纳机器人的另一个实施例。

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的一部分实施例，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做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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

图1示出了本发明翻转式可浮潜声纳机器人的结构。如图1所示，所述声纳机器人包括密封主体1，密封主体1的下表面设置有声纳装置3，上表面设置有太阳能电池2；所述密封主体的体积可变，调节密封主体1沉入水中或升向水面，并且调节密封主体1的上表面端密度大于或小于所述下表面端的密度，使得声纳机器人自动浮出水面进行太阳能充电，实现自动不间断监测。

优选地，密封主体1本身为密度分布高低不对称的两个半球，上轻下重。确保在水中时声呐装置3能处于上方，对周围的海底环境进行监测。在水上时，太阳能电池位于上方，接受阳光。图1中还示出了，密封主体1中设置有控制器4、气体压缩机9等等控制装置，以及竖向滑杆12，控制装置可以在滑杆12上上下滑动，调节密封主体1的上表面端密度大于或小于所述下表面端的密度。

图2为本发明翻转式可浮潜声纳机器人的声纳机器人的一个实施例。所述声呐机器人包括密封主体1、声呐装置3、气体压缩机9和控制装置，密封主体1内设有高压气体罐5，气体压缩机9的输出端与高压气体罐5连通，入口端设在密封主体1内，高压气体罐5连接有放气管8，放气管8上设有放气阀7；密封主体1为两部分密封活动连接构成：两部分靠近时沉入海底，远离时浮于水面；声呐装置3固定在密封主体1下表面上，与设在密封主体1内的控制装置连接，气体压缩机9与控制装置连接。

将密封主体1设为两个可活动密封连接的部分，在两部分分开时，使得密封主体1的容积增大，在水内会存在较大的浮力作用，而浮于水面；而在两部分合拢时，整个密封主体1的容积最小，受到的浮力小于其自身重量，而使得密封主体1会下沉至海底；在密封主体1内设置高压气体罐5和气体压缩机9，根据密封主体1所在不同深度所需的容积变化，来调控高压气体罐5与密封主体1内的气体分布：若需要下沉时，气体压缩机9抽取密封主体1内的气体，送入高压气体罐5中；反之，上浮时，高压气体罐5内的高压气经放气阀输出到密封主体1中。

优选的，在密封主体1内设有气压计，测量密封主体1内的气压；经控制装置来与放气阀7连接，确保密封主体1内的气压稳定。尤其是在密封主体1内有工作人员时，其内的压力应该维持在常压下。

上述零部件具体分别为：高压气体罐5为容积固定的金属密封腔，耐压30MPa，如瓶状、罐状等耐压形状，带单向导通的出入口，入口与气体压缩机9连通，出口连接有放气阀与密封主体1内连通。

再在密封主体1的下部设有声呐装置3，利用声呐装置3对海底环境进行监测。其中声呐装置3具体包括被动声呐、主动声呐，主动声呐向水中发射声波，通过接收水下物体反射的回波发现目标，并测量其参量；目标距离可通过发射原声波与回波到达的时间差估计；目标方位则通过测量接收声阵中两子阵间的差异得到。主动声呐由发射机、声阵、接收机(包括信号处理)、显示控制台几个部分组成。而被动声呐通过接收目标的辐射噪声探测目标，并测定其参量；它由接收声阵、接收机(信号处理)和显示控制台三部分组成。声呐装置3与控制装置连接，声呐装置3工作以及所收集到的信息均由控制装置来调控。

两个半球对接处设置若干个电动推杆11，在若干个电动推杆11的外围设置折叠耐压膜10，在电动推杆11的作用下，驱动耐压膜伸展开，同时两个半球相互远离，扩大了密封主体1的容积；若驱动耐压膜收缩，两个半球逐渐合拢，减小密封主体1的容积。折叠耐压膜的上下端分别与两个半球密封连接，而折叠耐压膜自身为环状结构，这样使得两个半球处在远离或合拢情况下，确保海水不会由折叠耐压膜进入密封主体1中。

控制装置包括控制器4，用于收集声呐装置3收集的信号；还包括充电电池、存储器和通讯设备，充电电池、存储器和通讯设备均与控制器4连接。

密封主体1上还可以设有红外摄像装置，通过红外方式监测海底的生物情况，在红外摄像装置外罩设有透明窗。

充电电池提供所有用电设备的电源，可事先充满；存储器便于储存声呐装置3以及红外摄像装置收集的信息；通讯设备可将上述收集的信息发送给服务站。

图3示出了本发明翻转式可浮潜声纳机器人的另一个实施例。声纳机器人，包括密封主体1，密封主体1包括太阳能电池2、声纳装置3、气囊6、气体压缩机9，密封主体1内设有高压气体腔5，气体压缩机9两端分别与高压气体腔5与所述气囊6连通，高压气体腔5与气囊6之间还设有带调节阀7的导气管8’，高压气体腔5、气体压缩机9、气囊6与导气管8’构成气体循环通道；气囊6固定在密封主体1外壁上，声呐装置3与设在密封主体1内的控制装置连接，气体压缩机9与控制装置连接。

在密封主体1内设置高压气体腔5和气体压缩机9，气体压缩机9的入口与气囊6连通，将气囊6内的气体进行压缩处理，输送至高压气体腔5内，在需要填充气囊6时，将高压气体腔5内的压缩气经导气管8’送至气囊6中，具体操作是将导气管8’上调节阀7打开。

上述气体循环操作，是调控密封主体1上升或下降，利用改变气囊6的体积变化，使得密封主体1所受浮力发生变化。具体为，在需要将本声呐机器人送至海底时，气体压缩机9将气囊6的气体吸出干净，形成的高压气输送至高压气体腔5，直至气囊6缩小至最小体积，此时密封主体1所受浮力小于其自重，会下沉至海底。反之，声呐机器人回升或升至海面时，打开调节阀7，高压气体腔5内的高压气经导气管8’排放至气囊6中，可调控调节阀7的排气量，控制气囊6的体积，从而达到上升速度和高度的调控。

上述零部件具体分别为：高压气体腔5为容积固定的金属密封腔，耐压30MPa，如瓶状、罐状等耐压形状，带单向导通的出入口，入口与气体压缩机9连通，出口与导气管8’连接。气囊6为弹性材质制成的腔体，如橡胶，能发生形变，容积为高压气体腔5的15-25倍。调节阀7可设为电动式的，如电磁阀，可由控制装置来调控开关。

在密封主体1的下部设有声呐装置3，利用声呐装置3对海底环境进行监测。其中声呐装置3具体包括被动声呐、主动声呐，主动声呐向水中发射声波，通过接收水下物体反射的回波发现目标，并测量其参量；目标距离可通过发射原声波与回波到达的时间差估计；目标方位则通过测量接收声阵中两子阵间的差异得到。主动声呐由发射机、声阵、接收机(包括信号处理)、显示控制台几个部分组成。而被动声呐通过接收目标的辐射噪声探测目标，并测定其参量；它由接收声阵、接收机(信号处理)和显示控制台三部分组成。声呐装置3与控制装置连接，声呐装置3工作以及所收集到的信息均由控制装置来调控。

密封主体1本身为密度分布高低不对称的两个半球。通过气囊6的充气，调节密封主体1的上表面端密度大于或小于所述下表面端的密度。在水上状态，气囊6充气使得所述声纳机器人保持浮出水面，同时使得密封主体1的上表面端密度小于所述下表面端的密度。在水上时，太阳能电池位于上方，接受阳光。而在水下时的情况相反，确保在水中时声呐装置3能处于上方，对周围的海底环境进行监测。

控制装置包括控制器4，用于收集声呐装置3收集的信号；还包括充电电池、存储器和通讯设备，充电电池、存储器和通讯设备均与控制器4连接。

密封主体1上还设有红外摄像装置，通过红外方式监测海底的生物情况，在红外摄像装置外罩设有透明窗。

充电电池提供所有用电设备的电源，可事先充满；存储器便于储存声呐装置3以及红外摄像装置收集的信息；通讯设备可将上述收集的信息发送给服务站。

本发明的翻转式可浮潜声纳机器人的探测方法如下：

(1)在第一工作状态下，所述纳机器人浮在水面上，位于声纳机器人下表面的声纳装置3向下进行探测，同时太阳能电池2对所述声纳机器人充电；

(2)在第二工作状态下，所述声纳机器人调节其密封主体1的体积以沉入水中，同时所述声纳机器人的上下表面翻转，位于所述声纳机器人下表面的声纳装置3向上进行探测。

优选地，所述方法还包括：在第二工作状态下，所述声纳机器人电量不足时，所述声纳机器人调节其密封主体1的体积以升向水面，同时所述声纳机器人的上下表面翻转，位于所述声纳机器人下表面的声纳装置3向下进行探测。更优选地，所述方法还包括：在第一工作状态下，通讯设备通过无线通讯将所述声纳装置3获取的信息传送至远端。

本发明翻转式可浮潜声纳机器人，利用气体通道循环流动，改变了自身所受浮力大小，可沉入海底或浮于水面，通过变化的体积调节所述密封主体的上表面端密度大于或小于所述下表面端的密度，使得声纳机器人不断变换位置进行太阳能充电和声纳装置监测，自动实现持续监测海底情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种翻转式可浮潜声纳机器人，其特征在于：所述声纳机器人包括：

密封主体，所述密封主体的下表面设置有声纳装置，上表面设置有太阳能电池；

所述密封主体的体积可变，调节所述密封主体沉入水中或升向水面，并且调节所述密封主体的上表面端密度大于或小于所述下表面端的密度。

2.如权利要求1所述的声纳机器人，其特征在于：所述密封主体包括气囊、气体压缩机和控制装置，通过所述气囊调节所述密封主体的体积；所述密封主体内设有高压气体腔，所述气体压缩机两端分别与所述高压气体腔与所述气囊连通，所述高压气体腔与所述气囊之间还设有带调节阀的导气管，所述高压气体腔、所述气体压缩机、所述气囊与所述导气管构成气体循环通道；所述气囊固定在所述密封主体外壁上，所述声呐装置与设在所述密封主体内的所述控制装置连接，所述气体压缩机与所述控制装置连接。

3.如权利要求1所述的声纳机器人，其特征在于：所述密封主体内设有高压气体罐，所述气体压缩机的输出端与所述高压气体罐连通，入口端设在所述密封主体内，所述高压气体罐连接有放气阀；所述密封主体为两部分密封活动连接构成：两部分靠近所述上表面端密度大于所述下表面端的密度，远离时所述上表面端密度小于所述下表面端的密度；所述声呐装置与设在所述密封主体内的所述控制装置连接，所述气体压缩机与所述控制装置连接。

4.如权利要求2或3所述的声纳机器人，其特征在于：所述控制装置包括控制器4、充电电池、存储器和通讯设备，所述充电电池、存储器和通讯设备均与所述控制器4连接。

5.如权利要求4所述的声纳机器人，其特征在于：所述密封主体内设有竖向滑杆，所述控制装置可以在所述滑杆上上下滑动，调节所述密封主体的上表面端密度大于或小于所述下表面端的密度。

6.如权利要求2或3所述的声纳机器人，其特征在于：述密封主体还包括压力计，测定所述密封主体内的压力，经所述控制装置与所述放气阀连通。

7.如权利要求2所述的声纳机器人，其特征在于：所述气囊固定在所述密封主体的上表面端或下表面端。

8.一种翻转式可浮潜声纳机器人的探测方法，其特征在于：所述方法包括使用如权利要求1-7任一项的声纳机器人进行：

(1)在第一工作状态下，所述纳机器人浮在水面上，位于所述声纳机器人下表面的声纳装置向下进行探测，同时太阳能电池对所述声纳机器人充电；

(2)在第二工作状态下，所述声纳机器人调节其密封主体的体积以沉入水中，同时所述声纳机器人的上下表面翻转，位于所述声纳机器人下表面的声纳装置向上进行探测。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：在第二工作状态下，所述声纳机器人电量不足时，所述声纳机器人调节其密封主体的体积以升向水面，同时所述声纳机器人的上下表面翻转，位于所述声纳机器人下表面的声纳装置向下进行探测。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：在第一工作状态下，通讯设备通过无线通讯将所述声纳装置获取的信息传送至远端。