CN110758680A - 水下机器人、用于水域搜救的平台及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及水下机器人、用于水域搜救的平台及其操作方法。一种水下机器人，包括：主体部分；布置在所述主体部分的侧面的多个推进器；经由上盖端部耦合的连接装置；以及传感器系统。一种包括上述水下机器人的用于水域搜救的平台，包括：在水面或水下航行的无人艇；以及装载在所述无人艇上方的控制仓。一种用于操作上述平台的方法，包括：接收释放命令；响应于接收到所述释放命令，释放所述水下机器人到预定深度；响应于所述水下机器人到达预定深度，接收作业命令以使所述水下机器人开展作业。

Description

水下机器人、用于水域搜救的平台及其操作方法

技术领域

本申请涉及水域搜救，尤其涉及包括无人艇和水下机器人的一体化搜救平台及其操作方法。

背景技术

随着人类对海洋、湖泊、河流等资源的开发利用日益增加，人类的生产生活与海洋、湖泊、河流等的联系日益密切。水运在国民生活中发挥着越来越大作用的同时，各种沉船、车辆和人员落水事故等发生频率大大增加。当事故发生时，水域搜救应运而生。但是水下环境不同于陆地，水下环境往往十分复杂多变，而且水的深度越大，压力越大，给搜救工作带来了极大的挑战。在传统的搜救工作中，往往需要租用一个船舶用来拖曳声纳对事故区域进行扫描定位，然后派遣潜水员或释放水下机器人到指定深度进行拍照取证，再进行下一步的打捞工作。

在派遣潜水员的情形中，存在以下困难：水的深度给潜水员带来了很大的影响；水下温度低，长时间下潜对潜水人员的安全也有很大的不利影响；潜水员在水下不仅要搏流击浪，战胜暗流冲击，还要克服高压环境对人体造成的耳鸣、头痛、心悸等生理反应；水上搜救发生在晚上，由于晚上视线不清晰，对于水域情况不熟悉，救助难度进一步加大，救助人员自身安全存在很大隐患。

再者，如果溺水事件报警时间较晚，溺水人员位置极易改变，给救援工作带来一定的难度。如果需要租用水面船拖曳声纳，则不仅费用高额，且联系租船未必有合适资源。并且船从锚地行驶至工作水域需要时间，从而浪费了最佳搜救时机。

可见传统的搜救工作效率低下，花费高昂。因此，现在急需一种将水面无人艇和水下机器人等组合起来的水面水下一体化搜索平台，以提高搜索工作的效率，减少搜救工作的成本。

发明内容

本申请提供了一种将无人艇与水下机器人相结合的一体化搜救平台及其操作方法。通过克服上述传统搜救方法的缺点，本申请的搜救平台能够极大地降低搜救成本，提高搜救效率。

在本申请的一方面，提供了一种水下机器人，包括：主体部分，所述主体部分为圆柱体，包括圆锥形上盖端部和半圆形下盖，所述圆柱体的高度至少大于所述圆柱体横截面直径的N倍，使得所述圆柱体呈竖直水滴形，其中N大于等于3；布置在所述主体部分的侧面的多个推进器，所述多个推进器被配置成实现在平面内的任意方向上的移动；经由上盖端部耦合的连接装置，所述连接装置包括缆线和缆线盘，所述连接装置被配置成通过控制所述缆线和缆线盘释放和回收所述水下机器人来实现竖直方向上的移动；以及传感器系统，所述传感器系统被配置成执行水下作业。

在本申请的另一方面，提供了一种包括上述水下机器人的用于水域搜救的平台，包括：在水面或水下航行的无人艇，所述无人艇包括声纳装置；装载在所述无人艇上方的控制仓；其中所述水下机器人经由连接装置与所述平台连接，并且所述连接装置进一步包括绞车，所述绞车被配成置在所述控制仓的控制下来控制所述缆线和缆线盘的运作，其中所述控制仓与所述无人艇、所述连接装置以及所述水下机器人电连接，并且进而控制所述无人艇、所述连接装置以及所述水下机器人的操作。

在本申请的又一方面，提供了一种用于操作上述平台的方法，包括：接收释放命令；响应于接收到所述释放命令，释放所述水下机器人到预定深度；响应于所述水下机器人到达预定深度，接收作业命令以使所述水下机器人开展作业。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明的一实施例的搜救平台的示意图；

图2示出了根据本发明的一实施例的水下机器人的示意图；

图3示出了根据本发明的一实施例的锁定装置的示意图；

图4示出了根据本发明的一实施例的水下机器人处于锁定状态的搜救平台的示意图；

图5-7示出了根据本发明的一实施例的可折叠无人艇的示意图；

图8示出了根据本发明的一实施例的操作搜救平台的方法的流程图；

图9示出了根据本发明的一实施例的实现操作搜救平台的方法的系统的框图；

图10示出了根据本发明的一实施例的定深控制方法的流程图；

图11示出了根据本发明的一实施例的水平位置控制方法的流程图；

图12示出了根据本发明的一实施例的目标水平偏移位置和目标夹角的计算的示意图；

图13示出了根据本发明的一实施例的水下机器人的本体和推进器布置的俯视图；

图14示出了水下机器人遭遇水平来流的阻力随角度变化的图示。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

在对本申请的各部分进行详细描述之前，简要阐明一下本申请提出的背景和现有技术的发展现状。常规的搜救型水下机器人一般是以水平方式操作的，原因主要在于水下机器人进入海里一般都是要“沉入海底”进行工作的。具体来说，搜救型水下机器人的主要工作范围是海底，所以水下机器人的运动主要也是水平运动。为了配合水平运动，水下机器人的主体部分也呈水平分布。然而，呈水平状的水下机器人容易遭遇水下扰流的干扰而影响其的正常搜救操作。

例如2018年10月发生的重庆公交坠江事故，当时收到邀请进行水下救援的企业所持有的水下机器人抗流能力不够，长江水流湍急，暗流又多，给搜救工作带来了很大的困难。这几乎成为遏制住整个业界继续向前发展的瓶颈。而本领域技术人员所熟悉的基于“有人驾驶母船”的综合搜救模式，其反应速度受到了极大挑战。

正是为了解决以上问题，在本申请中，提供了一种在应急搜救领域真正快速反应、超级抗水流的有力装备。在本申请中，通过水面无人艇结合水下机器人的方式很好地解决了上述问题。水平运动由水面无人艇在水面控制和实现。同时水下机器人的主体部分为圆柱体，包括圆锥形上盖端部和半圆形下盖，呈竖直水滴形。通过竖直水滴形的水下机器人连同推进器提供强大的抗乱流能力。竖直水滴形既能够保证容积尽可能大，又可以减小运动时的阻力，实现在相同容积的情况下，横截面积尽可能小，从而大幅度降低水流载荷。在竖直方向上，一体化搜救平台依靠水面无人艇上的绞车和缆线系统拖拽着水下机器人进行控制和实现。相比于现有技术中，常规水下机器人的水平运动和竖直运动均依靠自身推进器来致动，本申请中通过一体化搜救平台将水面无人艇与水下机器人相结合，在实现水平和竖直运动的同时消除了对水下机器人对推进器的需求，同时还能够提供强大的抗扰流能力。

本申请中的水下机器人在水平面内的广域移动依靠水面部分来实现，高度方向调节依靠安装在水面平台上的绞车来实现。为了降低水流的冲击载荷，所有部件收缩至一个水滴型回转体，然后在其中部布置了多个、不同朝向角度的水平方向的推进器，用来平衡水流冲击力和实现小范围内微调。不需要配置昂贵的水下通讯导航系统，因为依靠拖缆的角度、缆绳长度的测量和廉价的深度传感器，能够对其水下位置进行精确定位。

参考图1，根据本发明的一实施例，提供了一种用于水域搜救的平台。该平台包括在水面或水下航行的无人艇4。无人艇是一种能够在水域环境中自主航行，并能完成各种任务的小型水面运动平台。在一个示例中，无人艇4为双体无人艇，主体部分是两根细长的艇体，通过无人艇连接机构3被连接在一起。在一个示例中，艇体为硬质充气艇。在另一示例中，可以在无人艇4的底部安装有刚性龙骨，以提供足够的稳定性和抗沉性来保证正常的航行。在另一示例中，无人艇4的艇体边界配备有充气浮力胎以避免风浪下的倾覆风险，或者无人艇4可以配备有用于对抗风浪、防止侧翻、防止倾覆的任何其他合适的装置。如本领域技术人员能领会的，无人艇4可以采用任何其他合适的形状、构造、或其他结构形式，而不背离本发明的范围。

在一个示例中，在动力驱动方面，无人艇4可以采用柴油机作为驱动提供装置。在推进形式上，无人艇4可以采用螺旋桨和喷水推进等方式，从而提供良好的机动性和操纵性，并且具有吃水浅、效率高的特性。如本领域技术人员能领会的，无人艇4可以采用任何其他合适的驱动方式和推进方式，而不背离本发明的范围。

在一个示例中，无人艇4为可折叠无人艇，更具体地，为双体可折叠无人艇。常规的水面无人艇一般不具备可折叠的特性。在本发明的一个实施例中，双体可折叠无人艇4能够通过无人艇连接机构3实现伸展与折叠。在无人艇连接机构3伸展时，可以在其上装载有控制仓1，在两根舰体之间设置横梁，并且在两根舰体之间的横梁上放置连接装置2以实现对无人艇和水下机器人的控制。在无人艇连接机构3收缩时，可以拆除控制仓1、横梁、连接装置2等，将无人艇4进行折叠，从而节省空间，并且有利于长距离运输。对无人艇4进行折叠的具体示例在下文中参考图5-7来描述。

在一个示例中，无人艇4包括用于利用声波进行水下探测和定位的声纳装置。拖鱼是一种拖拽式声纳。在一个示例中，无人艇4包括诸如拖鱼之类的拖拽式声纳装置来利用水中声波进行探测、定位和通信，通过将声音信号转换为电信号对失事船只和人员进行定位。如本领域技术人员能领会的，无人艇4也可以使用任何其他合适的方式来进行船只和人员的探测和定位。根据本发明的一实施例，平台包括通过连接装置2与无人艇4连接的水下机器人5。在一个示例中，连接装置2包括缆线与缆线盘，缆线绕接在缆线盘上。在另一示例中，缆线盘下方固定有一对滑轮机构。滑轮机构有助于保证缆线只能单根通行，并且不会缠绕在一起。在一个示例中，连接装置2进一步包括绞车，以用于实现深度的控制。在一个示例中，绞车包括电机和旋转轴。在一个示例中，线缆盘套接在旋转轴上，从而通过绞车来控制线缆盘的转动。进一步地，水下机器人5在缆线的控制下实现上下运动。当水下机器人5需要下潜时，通过启动绞车以控制缆线盘使缆线伸长；当水下机器人5需要上升时，通过控制控制绞车以使缆线盘反向旋转从而使缆线缩短。如本领域技术人员能领会的，连接装置2可以采用任何其他合适的方式将无人艇与水下机器人进行连接。

参考图2描述了根据本发明的一个实施例的水下机器人5。如本领域技术人员所知的，水下机器人耐压性能好，在水况不明、或已知水下情况复杂的环境下，可以代替人员作业，保障潜水员的生命安全。在一个示例中，水下机器人5包括主体部分201、推进器202、下盖203。

在一个示例中，水下机器人5的上盖端部与连接装置2连接（图2中未示出），依靠绞车实现深度方向的变化。在一个示例中，水下机器人5的主体部分201为圆柱体，包括圆锥形上盖端部和半圆形下盖，所述圆柱体的高度至少大于所述圆柱体横截面直径的N倍，使得所述圆柱体呈竖直水滴形，类似于一个长形的水滴，其中N大于等于3。竖直水滴形既能够保证容积尽可能大，又可以减小运动时的阻力，实现在相同容积的情况下，横截面积尽可能小，从而大幅度降低水流载荷。在一个示例中，主体部分在工作状态下，为竖直状态。在一个示例中，水下机器人主要进行竖直方向的移动，因而将阻力最小的方向保持与主要运动方向一致，有利于降低运动阻力。如本领域技术人员能领会的，水下机器人主体部分201的形状可采用其他任何合适的形状。

在一个示例中，水下机器人5的主体部分201的外侧面布置有多个推进器202。在如图3所示的示例中，推进器202具体地是作为推进装置的水密电机。在一个示例中，如图3所示，四只相互垂直交叉布置的水密电机被布置在水下机器人5的主体部分201的外侧面，从而实现水下机器人5在水平的平面中的前移、后退、横移等任意方向上的移动，以及围绕水下机器人5的主体部分201的中心轴的旋转。在一个示例中，可以在水下机器人5的主体部分201的侧面布置有任何其他合适数量的推进器202以实现平面中的移动和轴向旋转，如图13所示。在一个示例中，可以在水下机器人5的主体部分201的任何合适的位置处布置推进器202以实现平面中的移动和轴向旋转。在一个示例中，当水下机器人5相比于水平面呈一倾角时，推进器202可以实现水下机器人5在与水下机器人5的主体部分201的中心轴垂直的平面内的任意方向上的移动，以及围绕水下机器人5的主体部分201的中心轴的旋转。在一个示例中，推进器202被配置成通过电机的旋转来抵抗水下潜在的乱流，从而保持水下机器人5的稳定性，即便在不需要水平平面中的位移的情况下。

如本领域技术人员所知晓的，抗流指的是对抗水平水流。在典型的水下搜救环境中，例如大江大河，水流主要方向是水平方向冲击水下机器人，而不是垂直方向或者斜着俯冲冲击水下机器人。抗流能力的强弱，评估的并非是水下机器人的最强抗流方向的抗流能力，而是水下机器人最弱抗流方向的抗流能力。如本领域技术人员所知晓的，水流对水下机器人的冲击可以来自水平平面或近似水平平面上0°到360°的任意方向。水下机器人在任意方向均可以满足某个速度的抗流，才意味着具备了该速度下的抗流能力。如果水下机器人航速是3米/秒，并不意味着其抗流能力也是3米/秒。例如一个鱼雷形状的水下机器人，其水流阻力在90°和270°时（即水流横向冲击水下机器人时）最大，如图14所示。然而在横向方向上，一个或两个推进器提供的推力相比主推进器而言是较小的，不足以完全抵消横向冲击水流。此外，如本领域技术人员所知晓的，鱼雷形状的水下机器人按照0°前进阻力最小（即前进方向），速度可达3米每秒，然而其横向移动可能最大也仅0.5米/秒。在此鱼雷形状的水下机器人的情形中，其抗流能力取决于最弱抗流方向的抗流能力，即横向方向0.5米/秒的抗流能力。

如本领域技术人员所知晓的，水下机器人按照形态一般可以分为“流线型”（常见为水下自航潜水器）和“开架式”（常见为带缆绳的远程遥控水下机器人）两类。

在流线型水下机器人的情形中，当水流正对其头部或者尾部流动时，流动阻力是极小的。且此时主推进器的推进方向正沿此方向。因此，在向前运动时，流线型水下机器人将获得最大速度。然而，当水流从其横向或者侧面到来时，由于侧轮廓投影（竖直纵向截面）面积远大于正面投影（水平横向截面）面积，有时前者为后者的六倍以上，因此，在横向或侧向方向上的水阻力显著增大，有时可以为六倍以上。然而，流线型水下机器人在横向或侧面上的推力由于其所采用的推进器的功率原因导致推力较小。在一些示例中，流线型水下机器人在横向或侧面的推进器相比于主推进器在功率方面要低50%及以上。在此情形中，在横向或侧面来流的工况下，水下机器人将遭遇“水阻力最大”+“自身推力”最小的工况，从而导致较低的抗水流冲击能力。

在开架式水下机器人的情形中，一般来说，以实现水下浮力等于重力作为目标。为此，需要增加大量的浮力材料来产生浮力，以平衡水下机器人自身设备、框架、结构等等的重量。因而在开架式水下机器人的情形中，依靠垂直推进器来实现上下竖直方向的运动。

转向本申请，在一个实施例中，水下机器人呈竖直水滴形状布置，在水平平面或近似水平平面上来自任意方向的水流所产生的阻力一致。在一个示例中，水下机器人在其主体部分侧面的同一平面内设置4个主推进器，以产生推力来抗衡各个方向的水流载荷，从而能够获得超过传统流线型水下机器人4倍以上的抗流能力。

此外，本申请中的水下机器人的竖直方向运动是通过位于水面的无人艇上的绞线盘的收放来实现的，无需安装浮力材料，由此实际总体积被大幅降低。由此，由于水下机器人本身体积的减小能够进一步导致水流阻力的大幅降低。

在一个示例中，本申请的水下机器人的竖直纵向截面面积约为0.02平方米（精确到小数点后5位为0.01835平方米），所携带推进器功率为300W，总重量约6kg（4个推进器的情形）。在现有技术中，在配备相同电机且搭载相同设备的情况下，流线型水下机器人的横向或侧面截面积约0.04平方米，所携带推进器功率为300W，总重量6kg（2个推进器的情形）。开架式水下机器人的截面积约0.06平方米，所携带推进器功率为300W，总重量约12kg（4个推进器的情形）。

由此可知，相比于现有技术中的水下机器人，本申请的水下机器人通过呈竖直水滴状的主体部分结合推进器的布置能够实现极大的抗流能力提升。在一个示例中，水下机器人5的下盖203为一半球形透明罩，其中安装有光学传感器系统。在一个示例中，光学传感器系统包括一个或多个水下摄像机。在另一示例中，光学传感器系统进一步包括一个或多个辅助照明设备。在又一示例中，光学传感器系统周围还安装有用于保护光学传感器系统的一个或多个支架。在光照充足的情况下，水下摄像机单独执行水下拍摄作业。在黑夜或者其他光照条件不足的情况下，水下摄像机与辅助照明设备相结合执行水下拍摄作业。如本领域技术人员所知晓的，半球形透明罩或其他外罩可以不存在，并且光学传感器系统以及一个或多个水下摄像机可暴露于水中，而不背离本申请的范围。

在一个示例中，水下机器人5的下盖203的内部或外部也可以布置有用于执行水下作业或用于其他目的的其他传感器系统，诸如用于探测压力和压强参数的压力传感器系统，用于探测水流速度、流向、涡旋等的传感器系统，用于探测水的盐度、密度、或其他生物特征的生物测定传感器系统，用于检测水下深度的深度传感器系统，以及用于检测缆线相对于竖直方向的夹角的角度传感器系统等等。如本领域技术人员能领会的，水下机器人5可以携带任何其他合适的传感器系统来执行水下作业，而不背离本发明的范围。

接着参考图3，图3示出了根据本发明的一实施例的锁定装置的示意图。如图3所示，在连接装置2与水下机器人5之间耦合有锁定装置。在一个示例中，锁定装置包括支柱301、旋转电机302、锁扣装置303、引导装置304。在一个示例中，支柱301内部空心，从而连接装置2的缆线305从其中间穿过以与水下机器人5相连接。当水下机器人5处于不工作或空闲状态时，水下机器人5可以进入锁定状态。在一个示例中，通过回收缆线305使得水下机器人5被回收，并且水下机器人5的上端与锁定装置内嵌的引导装置304贴合。在一个示例中，水下机器人5的上盖的上端形状为圆锥形，如图2中所示。在一个示例中，锁定装置内嵌的引导装置304形状为对应的圆锥形，以与水下机器人5的上盖的上端形状相匹配。如本领域技术人员能领会的，水下机器人5的上盖的上端形状和锁定装置内嵌的引导装置304形状可以采用任何其他合适的匹配形状。

在一个示例中，锁定装置内嵌的引导装置304上布置有传感器。当该传感器接收到水下机器人5与引导装置304贴合的信号之后，在旋转电机302的带动下，使得水下机器人5旋转至其主体部分的中心轴呈水平，然后通过锁扣装置303夹住并固定水下机器人5，如图4所示。较佳地，锁扣装置303的形状设置成与水下机器人的主体部分的外形相匹配。图4示出了根据本发明的一实施例的水下机器人5处于锁定状态的搜救平台的示意图。如本领域技术人员能领会的，水下机器人5可以采用任何其他合适的锁定方式，诸如水下机器人5被收缩进入支柱301内部并且直接用锁扣装置进行固定，或者其他合适的锁定方式。

返回图1，根据本发明的一实施例，平台包括位于无人艇连接机构3上方的控制仓1。控制仓1与平台的无人艇4、连接装置2、水下机器人5分别电连接，从而通过控制仓1内的控制模块来控制无人艇4、连接装置2、水下机器人5的操作以及它们之间的协作。在一个示例中，控制仓1与平台的无人艇4、连接装置2、水下机器人5的电连接可以通过有线线缆的方式实现。例如，用于电连接的有线线缆可以与连接装置2、无人艇连接机构3等分开或集成地布置。对控制仓1以及无人艇4、连接装置2、水下机器人5的相应逻辑模块的描述在下文中参考图9进行详细描述。如本领域技术人员知晓的，其他现有的或将来可能出现的其他适用的连接方式也被包括在本申请的控制仓1与平台之间的连接与通信，而不背离本申请的范围。

接着参考图5至图7，它们示出了根据本发明的一实施例的以双体可折叠无人艇为例的无人艇4的折叠示例。在一个示例中，控制仓1、连接装置2、无人艇连接机构3、无人艇4、水下机器人5均是可拆卸的。在一个示例中，控制仓1、连接装置2、无人艇连接机构3、无人艇4、水下机器人5通过螺栓相连接。在一个示例中，螺栓的任何合适的连接方式均能够被使用而不背离本申请的范围，只要螺栓的连接能够实现固定作用且保证连接强度。在另一示例中，无人艇连接机构3被示出为通过螺栓与艇体连接的M型连杆，并且伴随有横跨艇体两根横梁501和502。

在一个示例中，将控制仓1和连接装置2的固定螺栓拧开，将控制仓1和连接装置2取下。此时无人艇4通过两根横梁501和502固定，如图5所示。接着，将横梁501和502一端的固定螺栓拧开，将它们旋转90度，水平放置在艇体上，如图6所示。最后，对无人艇连接机构施加外力，使其绕着各自的旋转轴收缩合拢，使得无人艇的高度和宽度均大幅度减少，如图7所示。

如本领域技术人员能领会的，控制仓1、连接装置2、无人艇连接机构3、无人艇4、水下机器人5可以通过任何其他合适的耦合方式被连接在一起。如本领域技术人员能领会的，无人艇连接机构3可以具有任何其他合适的机械结构。如本领域技术人员能领会的，可以通过任何其他合适的方式来执行平台的伸展与收缩从而实现平台的可折叠性。

接着参考图8，根据本发明的另一实施例，提供了一种用于操作水域搜救平台的方法。在一个示例中，水域搜救平台如上文参考图1-图7描述的搜救平台。如图8所示，一种用于操作水域搜救平台的方法包括：在801，接收释放命令。在一个示例中，步骤801包括在接收释放命令之前使搜救平台航行至目标水域。在一个示例中，步骤801进一步包括经由控制仓中的通信模块接收用户远程发出的释放命令。

用于操作水域搜救平台的方法包括：在802，响应于接收到该释放命令，释放所述水下机器人到预定深度。在一个示例中，步骤802包括响应于接收到该释放命令，锁定装置释放水下机器人。在一个示例中，步骤802包括响应于接收到该释放命令，打开锁扣装置303。在一个示例中，步骤802包括响应于接收到该释放命令，旋转电机进行旋转，例如旋转90度，从而水下机器人从水平姿态变换到垂直姿态。在一个示例中，步骤802包括响应于接收到该释放命令，连接装置的绞车启动，控制绞车释放缆线，从而使得水下机器人下沉。

可任选地，用于操作水域搜救平台的方法包括：在803，在水下机器人停留在预定深度达一阈值时间且没有接收到新的命令的情况下，确定水下机器人进入定深控制状态和水平位置控制状态。在一个示例中，水下机器人的状态由水下机器人上配备的传感器来检测和确定。在一个示例中，步骤803包括在检测到水下机器人处于预定深度时，绞车停止，并且保持缆线长度不变，从而使得水下机器人保持停留在该预定深度。在一个示例中，步骤803是由水下机器人来执行的。

可任选地，在一个示例中，步骤803进一步包括执行用于控制水下机器人停留在预定深度的定深控制方法8031以及用于控制水下机器人停留在预定水平位置的水平位置控制方法8032。

接着参考图10，图10示出了根据本发明的一实施例的定深控制方法8031的流程图。根据本发明的一实施例，定深控制方法8031包括：在8011，设置预定深度。在一个示例中，预定深度可以是系统默认的一个或多个预定深度，或者可以由用户确定。在一个示例中，预定深度例如经由控制仓的通信接口模块从用户远程地接收。

定深控制方法8031包括：在8012，启动绞车以释放缆线，并且在释放的过程期间接收传感器返回的实时深度数据。在一个示例中，响应于接收到释放命令来启动绞车。

定深控制方法8031包括：在8013，在到达预定深度之际，停止绞车。在一个示例中，通过固定缆线长度来确认水下机器人达到预定深度。在一个示例中，水下机器人被配置成器自身重力大于其排开水所产生的浮力。在一个优选示例中，水下机器人的重心在水下机器人的浮心之下超过1/5的水下机器人本体长度的位置。

定深控制方法8031包括：在8014，响应于检测到深度发生变化，启动绞车以进一步释放缆线。在一个示例中，深度变化可能由于外界的风、浪、流等载荷导致水下机器人发生位移而发生。在一个示例中，步骤8014进一步包括确定深度变化是否超过阈值，并且仅在深度变化超过阈值的情况下启动绞车。在一个示例中，深度变化的阈值可以是系统预设的默认值，或者可以由用户设定。在一个示例中，深度变化的阈值可以是预定深度的1%或类似比例。在一个示例中，深度变化的阈值可以是预定深度的±0.1米。如本领域技术人员所领会的，深度变化的阈值可以是任何其他合适的绝对或相对值，而不背离本发明的范围。

定深控制方法8031包括：在8015，确定水下机器人的深度是否满足预定深度。如果是，则定深控制方法8031结束。如果否，则回到步骤8014，启动绞车以进一步释放缆线，直到水下机器人的深度满足预定深度。

接着参考图11，图11示出了根据本发明的一实施例的水平位置控制方法8032的流程图。根据本发明的一实施例，水平位置控制方法8032可以与定深控制方法8031相结合地执行。

水平位置控制方法8032主要针对水下机器人在水中遭遇扰流而偏离原先预定位置的情形。当水面无人艇由于水面上的浮动而偏离原先预定位置，通过控制仓1经由通信接口模块9011与远程用户通信来确定无人艇偏离预定位置，并且经由控制模块9012和通信接口模块9011来指令无人艇4回到原先预定位置。

水平位置控制方法8032包括：在8021，确定水下机器人与无人艇之间的水平相对距离。在一个示例中，步骤8021通过测量缆线与竖直方向之间的夹角以及缆线的长度来确定。在一个示例中，缆线与竖直方向的夹角可以通过水下机器人上配备的角度传感器来进行测量。在一个示例中，缆线的长度可以通过在绞车收放缆线的过程中进行测量。

水平位置控制方法8032包括：在8022，响应于确定水下机器人与无人艇之间的水平相对距离超过阈值时，计算目标水平偏移位置。在一个示例中，水平距离阈值因变于水下机器人的深度而变化和确定。在一个示例中，水平距离阈值与水下机器人的深度成比例。在一个示例中，水平距离阈值为水下机器人的深度以比例系数的乘积，其中该比例系数的范围可以在0-0.2之间，优选地可以在0-0.1之间，更优选地，该比例系数为0.05。如本领域技术人员可知晓的，该比例系数可以在任何其他合适的范围内而不背离本申请的方位。在一个示例中，目标水平偏移位置为水下机器人为回到原先的水平位置需要跨越的距离。在一个示例中，参考图12来描述目标水平偏移位置的计算。在图12中，A点为水下机器人的最初位置，同样也是水下机器人进行定深控制、水平位置控制之后应该回到的位置。B点为水下机器人受到外界干扰之后，在缆线长度不变的情况下达到的位置。C点为水下机器人在采用定深控制之后达到的位置。O点为无人艇的初始位置。D点为无人艇受到外界干扰力之后到达的位置。缆线长度为BD，与初始缆线长度OA长度保持一致。

在图12所示的示例中，目标水平偏移位置根据下式来计算：

（等式1）

其中，X为目标水平偏移位置，即C点到A点的距离，缆线a2为C点处的缆线与竖直方向的夹角，a3为A点处的缆线与竖直方向的夹角。L2为仅仅采用定深控制之后缆线的伸长量。L3为采取了水平位置控制之后缆线的伸长量。

水平位置控制方法8032包括：在8023，基于计算所得的目标水平偏移位置，使水下机器人进行水平移位。在一个示例中，使水下机器人是通过启动水下机器人上配备的推进器来实现的。

水平位置控制方法8032包括：在8024，基于计算所得的目标水平偏移位置，计算目标夹角。在一个示例中，参考图12来描述目标夹角。在图12所示的示例中，目标夹角根据下式来计算：

（等式2）

其中a3是缆线与竖直方向的目标夹角。

水平位置控制方法8032包括：在8025，确定水下机器人的缆线与竖直方向的角度是否满足目标夹角。如果是，则水平位置控制方法8032结束。如果否，则回到步骤8023以使水下机器人继续进行水平移位，直到水下机器人的缆线与竖直方向的角度满足目标夹角。

可任选地，用于操作水域搜救平台的方法包括：在804，将水下机器人进入定深控制状态和水平位置控制状态的确定反馈到控制仓，并且接收作业命令。在一个示例中，步骤804包括经由接口模块将水下机器人进入定深控制状态和水平位置控制状态的确定反馈到控制仓，并且经由水下机器人的通信模块从控制仓接收作业命令。在一个示例中，作业命令是控制仓经由通信模块从用户远程接收的。在一个示例中，步骤804是由水下机器人来执行的。

用于操作水域搜救平台的方法包括：在805，响应于水下机器人到达预定深度，接收作业命令以使水下机器人开展作业。在一个示例中，步骤805包括开启水下机器人的光学传感器系统，获取图像和视频以执行水下拍摄作业。在一个示例中，步骤805进一步包括启动水下机器人的一个或多个推进器以使水下机器人在预定深度的水平面内的任意方向上进行移动和/或围绕水下机器人中心轴进行旋转。在一个示例中，步骤805进一步包括响应于接收到改变深度的命令，经由连接装置进一步释放或回收水下机器人以进入改变后的深度。

可任选地，用于操作水域搜救平台的方法包括：在806，向控制仓发送指示完成作业的信号。在一个示例中，步骤806包括经由通信模块向控制仓发送指示完成水下拍摄作业的信号。

可任选地，用于操作水域搜救平台的方法包括：在807，响应于接收到该信号，经由连接装置回收水下机器人并使水下机器人进入锁定状态。在一个示例中，步骤807包括响应于接收到该信号，经由连接装置回收水下机器人。在一个示例中，步骤807进一步包括回收水下机器人直至水下机器人的上盖与锁定机构的引导装置匹配。在一个示例中，步骤807进一步包括响应于检测到水下机器人的上盖与锁定机构的引导装置匹配，停止绞车并且启动旋转电机。例如，启动旋转电机以使水下机器人旋转90度，从而使水下机器人从竖直状态变换到水平状态。在一个示例中，步骤807进一步包括响应于检测到水下机器人从竖直状态变换到水平状态停止旋转电机，并且释放锁扣装置以固定水下机器人。在一个示例中，步骤807进一步包括响应于释放锁扣装置，向控制仓发送指示水下机器人进入锁定状态的信号。

接着参考图9，图9示出了根据本发明的一实施例的实现操作搜救平台的方法的系统900的框图。系统900包括控制仓901、无人艇904、连接装置（锁定）902、水下机器人905以及总线903。

控制仓901包括通信接口模块9011、控制模块9012和存储模块9013。在一个示例中，通信接口模块9011被配置成实现与远程用户的通信以及经由总线与无人艇904、连接装置902和水下机器人905之间的通信。具体地，在一个示例中，通信接口模块9011被配置成接收用户远程发出的释放命令。在一个示例中，通信接口模块9011被配置成向连接装置902和水下机器人905发送释放命令。

控制模块9012被配置成响应于接收到用户远程发送的各种命令，控制无人艇904、连接装置902、水下机器人905的操作。在一个示例中，控制模块9012被配置成响应于接收到用户远程发送的各种命令，控制锁定装置的操作。具体地，在一个示例中，控制模块9012被配置成控制连接装置和水下机器人以将水下机器人释放到预定深度。在一个示例中，控制模块9012被配置成控制水下机器人执行水下拍摄作业。在一个示例中，控制模块9012被配置成控制连接装置和水下机器人进入改变的预定深度。在一个示例中，控制模块9012被配置成连接装置和水下机器人以回收水下机器人。

存储模块9013被配置成存储在搜救平台的操作过程期间接收和发送的信号、数据。在一个示例中，存储模块9013被配置成存储各种命令，诸如释放命令、作业命令。在一个示例中，存储模块9013被配置成存储各种信号，诸如作业完成信号、水下机器人进入锁定状态信号。在一个示例中，存储模块9013被配置成存储各种数据，诸如水下机器人所停留的深度信息、相对水平位置信息、水下机器人拍摄的图片和视频信息等。

无人艇904包括通信接口模块9041和操作模块9042。在一个示例中，通信接口模块9041被配置成经由总线903实现与控制仓901、连接装置902和水下机器人905的通信。在一个示例中，通信接口模块9041被配置成在接收释放命令之前接收航行命令以使搜救平台航行至目标水域。在一个示例中，操作模块9042被配置成在接收释放命令之前，响应于接收到航行命令，操作无人艇以航行至目标水域。

连接装置（锁定）902包括通信接口模块9021、操作模块9022和锁定状态检测模块9023。通信接口模块9021被配置成经由总线903实现与控制仓901、无人艇904和水下机器人905的通信。在一个示例中，通信接口模块9021被配置成接收诸如释放命令、改变深度命令等。在一个示例中，通信接口模块9021被配置成将水下机器人进入锁定状态的信号传送到控制仓901。操作模块9022被配置成响应于接收到各种命令来控制连接装置902以及锁定装置的操作。在一个示例中，操作模块9022被配置成响应于接收到释放信号来释放缆线以释放水下机器人905。在一个示例中，操作模块9022被配置成响应于接收到作业完成信号来回收缆线以回收水下机器人905。在一个示例中，操作模块9022被配置成响应于接收到改变深度信号来进一步释放或回收缆线以使水下机器人905进入改变的深度。在一个示例中，操作模块9022被配置成控制锁定装置的操作。在一个示例中，操作模块9022被配置成开启和关闭绞车、开启和关闭旋转电机、开启和关闭锁扣装置等。锁定状态检测模块9023被配置成检测水下机器人是否进入锁定状态。在一个示例中，锁定状态检测模块9023被配置成响应于锁扣装置启动而向控制仓发送指示水下机器人进入锁定状态的信号。

水下机器人905包括通信接口模块9051、操作模块9052和深度和角度检测模块9053。通信接口模块9051被配置成经由总线903实现与控制仓901、无人艇904和连接装置902的通信。在一个示例中，通信接口模块9051被配置成接收释放信号、改变深度信号、开始作业信号等。在一个示例中，通信接口模块9051被配置成传送作业完成信号。操作模块9052被配置成响应于接收到各种命令来控制水下机器人905的操作。在一个示例中，操作模块9052被配置成开启和关闭光学传感器系统来执行水下拍摄作业。在一个示例中，操作模块9052被配置成开启和关闭一个或多个推进器来使水下机器人在预定深度所在平面内的任意方向上移动以及围绕水下机器人的中心轴进行旋转。在一个示例中，深度和角度检测模块9053被配置成检测水下机器人所处的深度以及测量水下机器人的线缆与竖直方向的夹角。

尽管在图9中参考各个模块/逻辑框来进行描述，但本领域技术人员应当领会的是，上述模块/逻辑框的功能和操作可以由附加的一个或多个模块/逻辑框来实现，或者可以由经组合的模块/逻辑框来实现，而不背离本发明的范围。

需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (14)

1.一种水下机器人，包括：

主体部分，所述主体部分为圆柱体，包括圆锥形上盖端部和半圆形下盖，所述圆柱体的高度至少大于所述圆柱体横截面直径的N倍，使得所述圆柱体呈竖直水滴形，并且在所述水下机器人工作期间所述主体部分保持处于所述竖直形态，其中N大于等于3；

布置在所述主体部分的侧面的一水平面上的多个推进器，所述多个推进器被配置成实现在所述水平面内的任意方向上的移动；

经由上盖端部耦合的连接装置，所述连接装置包括缆线和缆线盘，所述连接装置被配置成通过控制所述缆线和缆线盘释放和回收所述水下机器人来实现竖直方向上的移动；以及

传感器系统，所述传感器系统被配置成执行水下作业。

2.如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，进一步包括耦合于所述水下机器人与所述连接装置之间的锁定装置，所述锁定装置被配置成致使所述水下机器人处于锁定状态。

3.如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述传感器系统包括光学传感器系统、力传感器系统、生物测定传感器系统、测量传感器系统。

4.一种包括如权利要求1所述的水下机器人的用于水域搜救的平台，包括：

在水面或水下航行的无人艇，所述无人艇包括用于利用声波进行水下探测和定位的声纳装置；

装载在所述无人艇上方的控制仓；以及

其中所述水下机器人经由连接装置与所述平台连接，并且所述连接装置进一步包括绞车，所述绞车被配置成在所述控制仓的控制下来控制所述缆线和缆线盘的运作；

其中所述控制仓与所述无人艇、所述连接装置以及所述水下机器人电连接，并且进而控制所述无人艇、所述连接装置以及所述水下机器人的操作。

5.如权利要求4所述的平台，其特征在于，所述无人艇与所述控制仓、所述连接装置和所述水下机器人均是可拆卸的。

6.如权利要求4所述的平台，其特征在于，所述无人艇是双体可折叠无人艇。

7.一种用于操作如权利要求4所述的平台的方法，包括：

接收释放命令；

响应于接收到所述释放命令，释放所述水下机器人到预定深度，其中所述水下机器人被配置成其自身重力大于其排开水所产生的浮力；

响应于所述水下机器人到达预定深度，接收作业命令以使所述水下机器人开展作业。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：

在接收所述作业命令之前，在所述水下机器人停留在所述预定深度达一阈值时间且没有接收到新的命令的情况下，确定所述水下机器人进入定深控制状态和水平位置控制状态；以及

将所述水下机器人进入定深控制状态和水平位置控制状态的确定反馈到控制仓。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：

向所述控制仓发送指示完成所述作业的信号；以及

响应于接收到所述信号，经由所述连接装置回收所述水下机器人并使所述水下机器人进入锁定状态。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水下机器人的重心在所述水下机器人的浮心之下超过1/5的本体长度处。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：

设置预定深度；

响应于接收到所述释放命令来启动绞车以释放缆线，并且在释放的过程期间接收传感器返回的实时深度数据；

在到达所述预定深度之际，停止绞车；以及

响应于检测到深度发生变化，启动绞车以进一步释放缆线直到满足预定深度。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，响应于检测到深度发生变化，启动绞车以进一步释放缆线直到满足预定深度包括：

响应于检测到深度变化超过阈值来启动绞车以进一步释放缆线直到满足预定深度。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：

响应于检测到水下机器人与无人艇之间的相对距离超过阈值，计算目标水平偏移位置；

基于所述目标水平偏移位置，使所述水下机器人进行水平移位。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括：

基于所述目标水平偏移位置，计算目标夹角；

使所述水下机器人进行水平移位直到满足所述目标夹角。

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