CN110816789B - 一种水下探索系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下探索系统，系统包括：一个或多个水下机器人；一个或多个水上投放载具，其包含用于固定装载、释放以及回收所述水下机器人的机器人投放系统；母站，其包括用于停放所述水上投放载具的仓库模组；其中：所述水上投放载具配置为在所述机器人投放系统装载有所述水下机器人的情况下从所述仓库模组移动到到指定位置，之后由所述机器人投放系统释放所述水下机器人到水中；所述水上投放载具还配置为在所述机器人投放系统从水下回收并固定装载所述水下机器人后返回所述仓库模组。根据本发明的系统，可以基于水下机器人实现无人自主的水下探索作业，为长期的海洋探索作业提供了有力的硬件支持。

Description

一种水下探索系统

技术领域

本发明涉及计算机领域，具体涉及一种水下探索系统。

背景技术

随着人类科学技术的不断发展，人类所涉及的活动领域也不断拓宽，地球上以往无法涉足的地域也不断被人类进行探索开发。

在众多的探索开发对象中，海洋，尤其是海洋海底是当前非常重要的探索开发对象。然而，由于人类必须借助于装备才能在水下呼吸，尤其的，在高水压环境下还需要借助装备抵抗水压，这就导致人类在水下活动的灵活性和自由度被大大限制，从而使得人类无法进行复杂的水下探索行为。并且，由于水下装备不能做到绝对的万无一失，因此，相较于陆上探索，水下探索的安全性也大大降低。

进一步的，由于海洋并不是人类的主要活动场所，进行海洋探索还必须要考虑人员器材的运输、存放等问题，尤其的，如要进行长期探索开发，还需要考虑固定基地的搭建问题，这大大提高了海洋探索的成本。

发明内容

本发明提供了一种水下探索系统，所述系统包括：

一个或多个水下机器人，其包含用于水下数据采集的数据采集单元，所述数据采集单元包括摄像头；

一个或多个水上投放载具，所述水上投放载具为无人机和/或无人艇，其包含用于固定装载、释放以及回收所述水下机器人的机器人投放系统；

母站，其包括用于停放所述水上投放载具的仓库模组；

其中：

所述水上投放载具配置为在所述机器人投放系统装载有所述水下机器人的情况下从所述仓库模组移动到到指定位置，之后由所述机器人投放系统释放所述水下机器人到水中；

所述水上投放载具还配置为在所述机器人投放系统从水下回收并固定装载所述水下机器人后返回所述仓库模组。

在一实施例中，所述母站为建造在水体中的离岸建筑或建造在陆上的岸上建筑，其中：

当所述母站为离岸建筑时，所述母站还包括将无人艇下放到水面/将水中的无人艇移动到所述仓库模组的升降系统和/或直接释放/回收无人机的无人机平台；

当所述母站为岸上建筑时，所述母站还包括将无人艇/无人机运送到水边的运输载具。

在一实施例中，所述水上投放载具包括第一通信单元，所述第一通信单元配置为与所述母站的通信系统实现数据交互传输，所述系统还包括：

设置在水下的水下通信阵列，其包含均匀分布在目标水域的多个通信节点装置以实现通信范围覆盖，所述水下通信阵列配置为与在水下的所述水下机器人实现数据传输；

位于水面的水面通信中继装置，其配置为与水下的所述水下通信阵列以及水上的所述第一通信单元实现数据传输，其中：

当所述水上投放载具为无人机时，所述水面通信中继装置配置为漂浮在水面上；

当所述水上投放载具为无人艇时，所述水面通信中继装置配置为漂浮在水面上或安装在所述无人艇底部。

在一实施例中：

所述通信节点间以及所述通信节点与所述水下机器人间采用光通信实现数据传输；

当所述通信节点所处位置的水深在光通信范围内时，所述通信节点与所述水面通信中继装置间采用光通信实现数据传输；

当所述通信节点所处位置的水深超出光通信范围内时，所述通信节点与所述水面通信中继装置间采用水声通信实现数据传输。

在一实施例中，所述投放系统包括：

回收装置，其配置为固定、释放以及回收所述水下机器人；

固定装置，其固定安装在所述水上投放载具上，配置为固定以及释放所述回收装置；

移动装置，其配置为将所述固定装置释放的回收装置移动到所述水下机器人的释放/回收位置以便所述回收装置执行释放/回收水下机器人的操作，并且，其还配置为将所述回收装置从所述水下机器人的释放/回收位置移动到所述固定装置处以便所述固定装置固定所述回收装置。

在一实施例中，所述回收装置包括：

回收舱，其内部为底部完全开口的锥形空仓，所述水下机器人通过底部开口进出所述回收舱；

电磁吸附装置，其安装在所述锥形空仓的顶部，其配置为通过电磁吸附原理捕获并固定进入所述回收舱的水下机器人。

在一实施例中，所述水下机器人包括上浮装置，其中：

所述水下机器人配置为在回收阶段从水下回收位置的正下方上浮；

所述回收装置配置为在移动到所述水下回收位置后进入所述回收阶段，令所述回收舱底端开口向下正对所述水下机器人的上浮方向。

在一实施例中：

所述水下机器人为圆柱体，所述上浮装置配置为令所述水下机器人在上浮过程中保持圆柱体竖直；

所述电磁吸附装置配置为吸附所述水下机器人的上端来捕获并固定所述水下机器人；

所述回收舱采用伞状可折叠结构，其可通过折叠仓壁由圆锥形变换为圆柱形。

在一实施例中：

所述无人艇的投放系统包括多个回收装置，所述无人艇的固定装置配置为分别固定以及释放任意一个所述回收装置，所述无人艇的移动装置配置为分别移动任意一个所述回收装置；

所述无人机的投放系统包括一个回收装置。

在一实施例中，所述系统还包括：

第一用户系统，其包含匹配虚拟现实穿戴设备的高清输出线路、用于获取肢体动作信号的输入获取模块以及用于将所述肢体动作信号转化为机器人控制信号的控制信号转换模块；

第二用户系统，其包含匹配远程显示终端的视频图像输出线路以及用于将水下机器人摄像头采集的视频数据解析为2D、3D或4D高清画面的图像解析模块；

第三用户系统，其包含匹配远程计算终端的数据交互线路、用于在线植入水下机器人摄像头采集到的画面的在线植入模块以及用于将水下机器人摄像头采集到的画面转换为3D场景的虚拟现实模块；

第四用户系统，其包含匹配互联网的数据交互线路以及用于提供网路用户人机交互界面的网络界面支持模块；

和/或，

第五用户系统，其包含用于原始数据发送的数据输出线路、用于获取水下机器人远程控制信号的输入获取模块以及用于提供远程控制人机交互界面的远程控制界面支持模块。

根据本发明的系统，可以基于水下机器人实现无人自主的水下探索作业，为长期的海洋探索作业提供了有力的硬件支持；相较于现有技术，本发明提出的系统架构简单，安全性、稳定性好，可以大大降低水下探索成本，便于水下探索的实施与推广。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的系统示意图；

图2是根据本发明一实施例的母站示意图；

图3是根据本发明一实施例的水下机器人回收操作示意图；

图4是根据本发明一实施例的水下机器人示意图；

图5是根据本发明一实施例的回收舱展开效果示意图；

图6是根据本发明一实施例的回收舱折叠效果示意图；

图7是根据本发明一实施例的无人艇示意图；

图8是根据本发明一实施例的无人机示意图；

图9是根据本发明一实施例的水下通信阵列示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在众多的探索开发对象中，海洋，尤其是海洋海底是当前非常重要的探索开发对象。然而，由于人类必须借助于装备才能在水下呼吸，尤其的，在高水压环境下还需要借助装备抵抗水压，这就导致人类在水下活动的灵活性和自由度被大大限制，从而使得人类无法进行复杂的水下探索行为。并且，由于水下装备不能做到绝对的万无一失，因此，相较于陆上探索，水下探索的安全性也大大降低。

进一步的，由于海洋并不是人类的主要活动场所，进行海洋探索还必须要考虑人员器材的运输、存放等问题，尤其的，如要进行长期探索开发，还需要考虑固定基地的搭建问题，这大大提高了海洋探索的成本。

针对上述问题，本发明提出了一种水下探索系统。

具体的，在水下探索的众多难点中，最主要的一个是探索人员的安全性问题。针对该问题，在本发明的方法中，采用水下机器人进行水下探索作业，从而完全避免了人类直接下水，大大提高了水下探索的安全性。

进一步的，使用水下机器人，其存在的技术难点之一是水下机器人由于体型以及能耗问题，其有效活动范围很小，并且单次活动时间很短。为了进行长期的探索项目，就需要在水面上构建一个针对水下机器人的支援平台，为水下机器人提供投放、回收、能源补充以及维修支持。这不仅仅会带来巨量的硬件成本，而且由于水上环境的限制，水上平台无法具备完善的人员工作生活环境，从而使得长期海上作业的困难度大大提高。

针对上述问题，在本发明的方法中，采用了固定母站与水上投放载具配合的方式。利用母站提供能源补充以及维修支持，通过水上投放载具连接母站与目标海域并实现水下机器人的投放与回收，从而解决了水下机器人活动范围以及活动时间的限制，使得大范围的长期水下探索成为可能。

具体的，在一实施例中，本发明的系统包括：

一个或多个水下机器人，其包含用于水下数据采集的数据采集单元，该数据采集单元包括摄像头；

一个或多个水上投放载具，其包含用于固定装载、释放以及回收水下机器人的机器人投放系统；

母站，其包括用于停放水上投放载具的仓库模组；

其中：

水上投放载具配置为在机器人投放系统装载有水下机器人的情况下从仓库模组移动到到指定位置，之后由机器人投放系统释放水下机器人到水中；

水上投放载具还配置为在机器人投放系统从水下回收并固定装载水下机器人后返回仓库模组。

进一步的，由于在本发明的方案中，水上投放载具只承担较为简单的水下机器人运输、投放以及回收操作，使得其结构可以做到很精简，这就使得水上投放载具可以采用无人自主模式。具体的，在一实施例中，水上投放载具为无人机和/或无人艇。

进一步的，在本发明的方案中，母站的主要作用是为水上投放载具、水下机器人提供存放、能源供给以及设备维修等支援性服务。在一实施例中，母站的充电、仓库管理操作也采用无人自主模式。基于母站的无人化、水上投放载具的无人化以及水下探索机器人本身探索行为的无人化，使得水下探索系统整体上得以无人化运行，从而为系统长期进行水下探索作业提供了有力的硬件支持。

根据本发明的系统，可以基于水下机器人实现无人自主的水下探索作业，为长期的海洋探索作业提供了有力的硬件支持；相较于现有技术，本发明提出的系统架构简单，安全性、稳定性好，可以大大降低水下探索成本，便于水下探索的实施与推广。

进一步的，在水下探索系统中，母站是为无人机、无人艇、及水下机器人提供栖身的场所，并提供电力补给，通信中继，升降功能，临时人员生活功能等。为了尽可能的控制成本，保证操作人员安全以及工作环境，母站需要固定建造。因此，母站的结构与功能必须与其建造环境匹配。在一实施例中，母站的结构是根据其建造地来决定的。

具体的，在一实施例中，母站为建造在水体中的离岸建筑或建造在陆上的岸上建筑，其中：

当母站为离岸建筑时，母站还包括将无人艇下放到水面/将水中的无人艇移动到仓库模组的升降系统和/或直接释放/回收无人机的无人机平台；

当母站为岸上建筑时，母站还包括将无人艇/无人机运送到水边的运输载具。

具体的，在一实施例中，岸上母站的组成部分：无人系统自主充电系统(可采用插拔式或无线充电)，无人艇无人运输车(将无人艇运送至水中)，无人机库(无人机将水下机器人回收并返回母站的停留区)，无人艇库(无人机将水下机器人回收并返回母站的停留区)，通信系统，升降系统，生活区等。

具体的，在一实施例中，离岸母站的组成部分：固定式或可移动式平台、无人系统自主充电系统(可采用插拔式或无线充电)，无人机库(无人机将水下机器人回收并返回母站的停留区)，无人艇库(无人机将水下机器人回收并返回母站的停留区)，通信系统，升降系统，生活区等。

如图1所示，在一实施例中，母站100为离岸建筑，其释放无人机101以及无人艇102进行水下机器人的释放与回收操作。

具体的，如图2所示，母站为离岸建筑。201为无人机的仓库模组，其包含释放/回收无人机的窗口(无人机平台)。202为无人艇的仓库模组。203为针对无人艇的升降系统。

进一步的，在本发明的水下探索系统中，其存在的一个重要技术难点是水下机器人的无人化释放与回收，具体的，即投放系统的设计。

针对投放系统，在一实施例中，投放系统包括：

回收装置，其配置为固定、释放以及回收水下机器人；

固定装置，其固定安装在水上投放载具上，配置为固定以及释放回收装置；

移动装置，其配置为将固定装置释放的回收装置移动到水下机器人的释放/回收位置以便回收装置执行释放/回收水下机器人的操作，并且，其还配置为将回收装置从水下机器人的释放/回收位置移动到固定装置处以便固定装置固定回收装置。

具体的，在一实施例中，在运输水上机器人的过程中，水上投放载具实际上直接运送的是固定装置，而在固定装置上安置有装载了水下机器人的回收装置。具体的，在一实施例中，当水上投放载具到达释放水下机器人的位置时：

固定装置释放装载了水下机器人的回收装置；

移动装置将回收装置从固定装置的固定位置移动到水下；

回收装置被移动到水下机器人的释放位置后，其释放装载的水下机器人，完成机器人释放操作，水下机器人开始自主移动并进行水下探索工作；

并且，当回收装置完成释放操作后，移动装置将空置的回收装置移动到固定装置的固定位置；

固定装置将空置的回收装置固定。

具体的，在一实施例中，在需要回收水下机器人时：

水上投放载具行驶到回收水下机器人的位置；

固定装置释放空置的回收装置；

移动装置将回收装置从固定装置的固定位置移动到水下；

回收装置在水下回收水下机器人；

当回收装置完成回收操作后，移动装置将装载有水下机器人的回收装置移动到固定装置的固定位置；

固定装置将装载有水下机器人的回收装置固定。

进一步的，考虑到机械臂等抓取装置的结构比较复杂，其在水下环境中很难实现，为了简化系统结构，降低成本，在一实施例中，回收装置利用电磁吸附原理捕获水下机器人。具体的，水下机器人采用可被电磁铁吸附的外壳材料，回收装置上构造有电磁吸附装置，当水下机器人位于回收装置的电子吸附范围内时，电磁吸附装置工作，从而吸附并固定水下机器人，完成水下机器人的捕获以及固定(回收)操作。

进一步的，由于电磁吸附装置具有一个吸附范围，这就要求水下机器人必须移动到其吸附范围内才能被捕获。然而，在实际场景中，由于水流扰动以及水下机器人定位误差等因素的存在，水下机器人很难精确地移动到指定位置。针对上述问题，在一实施例中，回收装置包括：

回收舱，其内部为底部完全开口的锥形空仓，水下机器人通过底部开口进出回收舱；

电磁吸附装置，其安装在锥形空仓的顶部，其配置为通过电磁吸附原理捕获并固定进入回收舱的水下机器人。

由于回收舱内部为锥形，那么只要保证水下机器人的移动方向在回收舱开口的范围内，就可以保证水下机器人最终一定会接触到回收舱内的电磁吸附装置。而如果没有回收舱的存在，则水下机器人的移动方向必须完全正对电磁吸附装置才能最终保证水下机器人接触到电磁吸附装置。这样，基于锥形的回收舱的设计，保证了回收操作的成功率。

进一步的，考虑到水下机器人自身的动力系统存在难以定向以及能耗高等问题。在一实施例中，在回收操作中，不完全依靠水下机器人自身的动力系统完成水下机器人与回收装置的对接，而是利用浮力来移动水下机器人。

具体的，在一实施例中，水下机器人包括上浮装置，其中：

水下机器人配置为在回收阶段从水下回收位置的正下方上浮；

回收装置配置为在移动到水下回收位置后进入回收阶段，令回收舱底端开口向下正对水下机器人的上浮方向。

这样，如图3所示，301为回收舱，其底部开口，302为安装在301内部顶端的电磁吸附装置。水下机器人303在上浮装置的浮力作用下上浮，虽然其上浮方向没有正对电磁吸附装置302，但是水下机器人303的上浮方向在回收舱301底端开口范围内，因此水下机器人303可以进入回收舱301，在进入回收舱301后基于其内壁的引导最终接触到电磁吸附装置302。

正好由下而上从回收舱底端开口进入回收舱并最终接触到最上方的电磁吸附装置。

进一步的，考虑到回收舱的锥形仓结构会占据大量的空间，不利于运输存放。在一实施例中，回收舱采用可折叠结构，其仅在回收阶段才展开形成锥形仓室，在其他时候折叠以减少空间占用。

进一步的，为了配合回收舱的折叠设计，尽可能的在减少空间占用的基础上保证水下机器人水下活动的灵活性，在一实施例中：

水下机器人为圆柱体，上浮装置配置为令水下机器人在上浮过程中保持圆柱体竖直；

电磁吸附装置配置为吸附水下机器人的上端来捕获并固定水下机器人；

回收舱采用伞状可折叠结构，其可通过折叠仓壁由圆锥形变换为圆柱形。

具体的，如图4所示，在一实施例中，水下机器人为圆柱形，其尾端401构造有动力装置，上浮装置位于头部402。在水下机器人上浮过程中，由于上浮装置位于头部，头部受到的浮力远大于尾部，其就可以保持头部在上的竖直状态上浮。

具体的，在一实施例中，水下机器人采用具备高可靠性，简化缩小版的无人无缆遥控机器人，能量由电池提供，除携带常见的水声定位，姿态检测等装置外，配备3D及可满足用户端需求的特殊摄像头，具备高比推力，高速(6节以上)，操控灵活，机动性好，稳定性自主纠正，自主巡航的特点，续航能力可保证在设备全开的情况下以最大速度航行2小时以上，并配备光束发射器，Light-WIFI智能网卡，自主充电装置(接触式或非接触式)，不仅满足图像采集要求，同时需要满足互动要求。

具体的，在一实施例中，回收舱展开并完成水下机器人的捕获后的形态如图5所示，回收舱完成水下机器人的捕获后折叠的形态如图6所示。

具体的，在一实施例中，水下机器人内置浮力调节装置，在上浮过程中始终保持头部向上，在图5所示回收舱(状似漏斗)的根部，置有电磁块，捕获装置开口约为1米，水下机器人长度0.6米，开口足以保证在水下机器人在水面晃动比较严重的情况下将其捕获。当根部电磁块吸住水下机器人头部后，“漏斗”自动收缩，就像雨伞一样，将水下机器人加紧，并提升回收至水上投放载具。

进一步的，考虑到无人艇与无人机的装载能力的不同，在一实施例中：

无人艇的投放系统包括多个回收装置，无人艇的固定装置配置为分别固定以及释放任意一个回收装置，无人艇的移动装置配置为分别移动任意一个回收装置；

无人机的投放系统包括一个回收装置。

具体的，在一实施例中，母站接到指令后自动释放无人艇和空中无人机，使用空中无人机和水面无人艇作为水下机器人的主要运输工具，其中空中无人机受载重和续航限制，每次只能运输一台水下机器人，大约10千克，并且不能长时间滞留指定海域上空；相比之下，水面无人艇虽活动范围不如空中无人机大(无人机可达几百公里，水面无人艇几十公里)，但是相比后者，每次可以携带50～60台水下机器人，并且搭载水声通讯设备，兼顾搜寻和水面滞留，可以充当通讯中继平台和能量补给平台。

具体的，在一实施例中，如图7所示，无人艇为双艇身设计，两个艇身间安装有固定装置701，多个回收装置702形成阵列悬挂固定在固定装置下方，移动装置包含悬臂703，其可将任意一个回收装置移动到悬臂703端部并将回收装置下降到水中。

具体的，在一实施例中，如图8所示，无人机底部安装有固定装置，一个回收装置801悬挂固定在固定装置下方，固定装置释放回收装置801后，移动装置可以将回收装置801直接下降到水中。

进一步的，在本发明的系统包含的技术难点还在于如何实现水下机器人与水上设备间的通信。如果采用实体线缆连接，那么水下机器人的活动范围以及灵活度势必被大大限制；如果采用水下机器人暂存数据，待回收后再统一传输的方式，那么不但无法保证数据的实时性，而且数据量也会受限与水下机器人自身的存储设备，另外也无法实现对水下机器人的实时操控。

因此，针对上述问题，在一实施例中，本发明的系统采用无线数据传输方式。然而，由于水下环境的特殊性，水下无线通信无法完全采用路上无线通信的系统，因此，在一实施例中，将系统的通信网分为两个层面，一个是水上通信，其采用现有的无线通信方式；另一个是水下通信，其采用光通讯(Light-WIFI)和/或水声通讯。

进一步的，为了尽可能的保证水下通信质量，在一实施例中，设置了水下的通信中转节点。

具体的，在一实施例中，系统还包括设置在水下的水下通信阵列，其包含均匀分布在目标水域的多个通信节点装置以实现通信范围覆盖，水下通信阵列配置为与在水下的水下机器人实现数据传输。

具体的，在一实施例中，通信节点的水下布置如图9所示。901～909为9个通信节点，每个通信节点的通信范围为一个球形(图9中阴影部分)。9个通信节点构成水下通信阵列，在水下通信阵列中，9个通信节点的通信覆盖范围在边缘联通，从而从整体上覆盖这片水域。

进一步的，在一实施例中，水下通信阵列与水上设备间的数据传输通过水面的中继装置完成。

具体的，在一实施例中，水上投放载具包括第一通信单元，第一通信单元配置为与所述母站的通信系统实现数据交互传输；

系统还包括位于水面的水面通信中继装置，其配置为与水下的水下通信阵列以及水上的第一通信单元实现数据传输。

进一步的，考虑到无人机自身的结构，在一实施例中，当水上投放载具为无人机时，水面通信中继装置配置为漂浮在水面上。

进一步的，考虑到无人艇本身就漂浮在水面上，在一实施例中，当水上投放载具为无人艇时，水面通信中继装置配置为漂浮在水面上或安装在无人艇底部。

进一步的，在一实施例中，水下通信主要基于光通信，但是考虑到光通信的有效范围要小于水声通信，因此，在通信距离较长的情况下使用水声通信。

具体的，在一实施例中，通信节点间以及通信节点与水下机器人间采用光通信实现数据传输；

当通信节点所处位置的水深在光通信范围内时，通信节点与水面通信中继装置间采用光通信实现数据传输；

当通信节点所处位置的水深超出光通信范围内时，通信节点与水面通信中继装置间采用水声通信实现数据传输。

具体的，在一应用场景中，水下机器人在海底的活动范围不超过10公里，当海域水深较浅的情况下，无人机的水下-水下和水下-水面使用光通讯；当海域水深较深的情况下，水下-水下通讯采用光通讯，水下-水面通讯采用水声(水下机器人将信息通过Light-WIFI传输到水下通讯基站，再由通讯基站传送到水面无人艇，无人艇通过卫星传递回母站)。

进一步的，在实际应用场景中，水下机器人的水下探索的数据采集量非常巨大，为了尽可能的降低成本，在一实施例中，系统包含用于存储并处理数据的数据处理终端。数据处理终端位于陆地上，根据需要处理数据量的大小，及用户分布地域来确定数据处理终端的规模及数量。

具体的，在一实施例中，数据处理终端在收到用户端的使用需求数据后，将信息通过卫星或光电缆传送到母站，由母站分配给各个无人机、水面无人艇及水下机器人；反之，水下无人机器人、水面艇、空中无人机的信息由母站汇总发送到数据处理终端，经过处理后再传送回用户端。

具体的，在一实施例中，数据处理终端具备处理3D摄像头采集信息，兼容大型互动软件，具有网络平台的功能。能够兼容本发明所有子设备，并完全能够满足全球用户定制化的需求。

进一步的，在当前技术环境下，由于海底探索的专业性极强，其最终获取的探索数据通常也只有专业人士才会接触，这就导致海底探索同大部分普通人的生活完全割裂，这并不利于海底探索的推广和实现。

针对上述问题，在一实施例中，在系统中构造了可以直接与普通用户实现互动的用户系统，将专业的海底探索数据以简单直观的方式展现给普通用户，从而拓展了海底探索数据的应用范围，大大有利于海底探索的推广和实现。

具体的，在一实施例中，系统还包括第一用户系统，其包含匹配虚拟现实穿戴设备的高清输出线路、用于获取肢体动作信号的输入获取模块以及用于将所述肢体动作信号转化为机器人控制信号的控制信号转换模块。

具体的，在一实施例中，第一用户系统包括能够与水下机器人摄像头实时在线匹配交互的虚拟现实穿戴设备及附属软件。该设备达到720P以上高清输出、整个信息传输系统延时不大于0.05s，满足高标准交互及视觉体验需求；并搭载人肢体动作信号输入装置，最大限度满足互动要求。

具体的，在一实施例中，系统还包括第二用户系统，其包含匹配远程显示终端的视频图像输出线路以及用于将水下机器人摄像头采集的视频数据解析为2D、3D或4D高清画面的图像解析模块。

具体的，在一实施例中，第二用户系统包括同家用、公用大屏显示终端连接的解析设备，能够将水下机器人摄像头所看到的景象解析为2D、3D或4D高清画面。

具体的，在一实施例中，系统还包括第三用户系统，其包含匹配远程计算终端的数据交互线路、用于在线植入水下机器人摄像头采集到的画面的在线植入模块以及用于将水下机器人摄像头采集到的画面转换为3D场景的虚拟现实模块。

具体的，在一实施例中，第三用户系统可在线植入水下机器人所拍摄到的画面场景，并具有AR功能(即一种将真实场景自动转换为3D场景的虚拟现实功能)，可以为用户提供互动功能。包括手持终端、xbox终端、计算机终端等。

具体的，在一实施例中，系统还包括第四用户系统，其包含匹配互联网的数据交互线路以及用于提供网路用户人机交互界面的网络界面支持模块。

具体的，在一实施例中，第四用户系统是互联网运营平台，该平台可以接入本发明所有子设备的实时动态运行信息，供用户获取，在该平台上，设置充值，购买，支付赔偿，预约，选择海域，对接各大直播平台如抖音、快手等在线网络视讯直播，点播，购买终端设备，下载相关软件，定制化购买并邮寄海洋生态样本，分销运营商(如各大租赁、旅游、经营组织)运维等功能。

具体的，在一实施例中，系统还包括第五用户系统，其包含用于原始数据发送的数据输出线路、用于获取水下机器人远程控制信号的输入获取模块以及用于提供远程控制人机交互界面的远程控制界面支持模块。

具体的，在一实施例中，第五用户系统是研究及教育运营平台，该平台满足海洋研究人员及获取海洋专业知识的用户需求，可以预约高等级水下机器人，进行专业的海洋探索活动。

需要指出的是，在实际应用场景中，本发明所提出的系统，可以根据实际需要包含上述五中用户系统中的任意一种或几种。进一步的，在一实施例中，在本发明所提出的系统中，不同的用户系统可以共享同一套硬件设备。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种水下探索系统，其特征在于，所述系统包括：

一个或多个水下机器人，其包含用于水下数据采集的数据采集单元，所述数据采集单元包括摄像头；

一个或多个水上投放载具，所述水上投放载具为无人机和/或无人艇，其包含用于固定装载、释放以及回收所述水下机器人的机器人投放系统；

母站，其包括用于停放所述水上投放载具的仓库模组；

其中：

所述水上投放载具配置为在所述机器人投放系统装载有所述水下机器人的情况下从所述仓库模组移动到指定位置，之后由所述机器人投放系统释放所述水下机器人到水中；

所述水上投放载具还配置为在所述机器人投放系统从水下回收并固定装载所述水下机器人后返回所述仓库模组；

所述投放系统包括：

回收装置，其配置为固定、释放以及回收所述水下机器人；

固定装置，其固定安装在所述水上投放载具上，配置为固定以及释放所述回收装置；

移动装置，其配置为将所述固定装置释放的回收装置移动到所述水下机器人的释放/回收位置以便所述回收装置执行释放/回收水下机器人的操作，并且，其还配置为将所述回收装置从所述水下机器人的释放/回收位置移动到所述固定装置处以便所述固定装置固定所述回收装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述母站为建造在水体中的离岸建筑或建造在陆上的岸上建筑，其中：

当所述母站为离岸建筑时，所述母站还包括将无人艇下放到水面/将水中的无人艇移动到所述仓库模组的升降系统和/或直接释放/回收无人机的无人机平台；

当所述母站为岸上建筑时，所述母站还包括将无人艇/无人机运送到水边的运输载具。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水上投放载具包括第一通信单元，所述第一通信单元配置为与所述母站的通信系统实现数据交互传输，所述系统还包括：

设置在水下的水下通信阵列，其包含均匀分布在目标水域的多个通信节点装置以实现通信范围覆盖，所述水下通信阵列配置为与在水下的所述水下机器人实现数据传输；

位于水面的水面通信中继装置，其配置为与水下的所述水下通信阵列以及水上的所述第一通信单元实现数据传输，其中：

当所述水上投放载具为无人机时，所述水面通信中继装置配置为漂浮在水面上；

当所述水上投放载具为无人艇时，所述水面通信中继装置配置为漂浮在水面上或安装在所述无人艇底部。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述通信节点间以及所述通信节点与所述水下机器人间采用光通信实现数据传输；

当所述通信节点所处位置的水深在光通信范围内时，所述通信节点与所述水面通信中继装置间采用光通信实现数据传输；

当所述通信节点所处位置的水深超出光通信范围内时，所述通信节点与所述水面通信中继装置间采用水声通信实现数据传输。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回收装置包括：

回收舱，其内部为底部完全开口的锥形空仓，所述水下机器人通过底部开口进出所述回收舱；

电磁吸附装置，其安装在所述锥形空仓的顶部，其配置为通过电磁吸附原理捕获并固定进入所述回收舱的水下机器人。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述水下机器人包括上浮装置，其中：

所述水下机器人配置为在回收阶段从水下回收位置的正下方上浮；

所述回收装置配置为在移动到所述水下回收位置后进入所述回收阶段，令所述回收舱底端开口向下正对所述水下机器人的上浮方向。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述水下机器人为圆柱体，所述上浮装置配置为令所述水下机器人在上浮过程中保持圆柱体竖直；

所述电磁吸附装置配置为吸附所述水下机器人的上端来捕获并固定所述水下机器人；

所述回收舱采用伞状可折叠结构，其可通过折叠仓壁由圆锥形变换为圆柱形。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述无人艇的投放系统包括多个回收装置，所述无人艇的固定装置配置为分别固定以及释放任意一个所述回收装置，所述无人艇的移动装置配置为分别移动任意一个所述回收装置；

所述无人机的投放系统包括一个回收装置。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第一用户系统，其包含匹配虚拟现实穿戴设备的高清输出线路、用于获取肢体动作信号的输入获取模块以及用于将所述肢体动作信号转化为机器人控制信号的控制信号转换模块；

第二用户系统，其包含匹配远程显示终端的视频图像输出线路以及用于将水下机器人摄像头采集的视频数据解析为2D、3D或4D高清画面的图像解析模块；

第三用户系统，其包含匹配远程计算终端的数据交互线路、用于在线植入水下机器人摄像头采集到的画面的在线植入模块以及用于将水下机器人摄像头采集到的画面转换为3D场景的虚拟现实模块；

第四用户系统，其包含匹配互联网的数据交互线路以及用于提供网络 用户人机交互界面的网络界面支持模块；

和/或，

第五用户系统，其包含用于原始数据发送的数据输出线路、用于获取水下机器人远程控制信号的输入获取模块以及用于提供远程控制人机交互界面的远程控制界面支持模块。

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