CN111252223A - 水下机器人紧急上浮装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下机器人领域，旨在解决水下机器人发生故障时不能紧急上浮的问题，本发明提供了一种水下机器人紧急上浮装置，包括密封模块，设置于其内的储气模块、调节模块、控制总成模块、第一执行模块，设置于其外第二执行模块，及可监测外部水压的压力检测模块；控制总成模块可基于压力检测模块监测的水压控制第一执行模块实现装置气路的通断；调节模块用于对储气模块中输出的气体进行降压使其满足第一执行模块的工作要求；第一执行模块与第二执行模块连接，第一执行模块通电可实现储气模块中的气体传输至第二执行模块中使其体积增大。本发明的有益效果为：在水下机器人发生故障时，迅速启动该装置实现紧急上浮，整个装置结构简单，稳定可靠。

Description

水下机器人紧急上浮装置

技术领域

本发明属于水下机器人领域，具体涉及一种水下机器人紧急上浮装置。

背景技术

当前，水下机器人已经成为人类探索海洋世界最重要的手段，水下机器人主要分为两大类：一类是有缆遥控水下机器人，另一类是无缆自主水下机器人。由于无缆自主水下机器人具有活动范围大、智能化水平高、灵活性好、机动性好等优点，被广泛应用于海底搜索、调查、识别和打捞作业等水下作业任务中；近年来，由于人工智能技术的发展，无缆自主水下机器人已经成为了水下机器人领域的一个研究热点。

无缆自主水下机器人由于其“无人”和“无缆”的特性以及海洋环境存在很多不确定性等特点，水下作业时安全问题面临更为严峻的挑战。一旦发生故障，如动力系统故障、通讯系统故障和机械系统故障等，不仅其作业任务无法完成，而且机器人将面临丢失的巨大风险，所以需要配备能够在发生故障时进行紧急上浮的装置，传统的上浮装置是对配重块进行抛载，包括电磁装置抛载、运动机构抛载、熔断金属抛载等，但是这些配重抛载方法在发生故障时难以将配重仓打开，使用效果不理想。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中的水下机器人在发生故障时不能实现紧急上浮的问题，本发明提供了一种水下机器人紧急上浮装置，包括密封模块、储气模块、调节模块、控制总成模块、第一执行模块、第二执行模块及压力检测模块；所述储气模块、所述调节模块、所述控制总成模块、所述第一执行模块均设置于所述密封模块内部；所述第二执行模块设置于所述密封模块外部；

所述控制总成模块与所述第一执行模块、所述压力检测模块信号连接，并用于对该装置供电控制；

所述调节模块的一端与所述储气模块连接，另一端与所述第一执行模块连接，并用于调节所述储气模块中输出的气体压力使其满足所述第一执行模块的工作要求；

所述第一执行模块与所述第二执行模块通过连接装置连接，且所述第一执行模块用于控制该装置的气路通断；

所述压力检测模块的一端设置于所述密封模块外部，一端设置于所述密封模块内部，并用于监测外部水压；

在工作状态下，所述控制总成模块基于所述压力检测模块监测到的水压，可以控制所述第一执行模块通电使所述储气模块中的气体进入所述第二执行模块内，实现所述第二执行模块的体积增大。

在一些优选实施例中，所述储气模块包括一个或者多个储气装置；当所述储气装置为多个时，多个所述储气装置并联设置于壳体内。

在一些优选实施例中，所述储气装置包括一个或者多个气瓶；当所述气瓶为多个时，多个所述气瓶通过管路转换接头均可与所述调节模块连接。

在一些优选实施例中，所述第二执行模块为气囊系统；所述气囊系统包括一个或多个气囊；当所述气囊为多个时，多个所述气囊设置于壳体外侧。

在一些优选实施例中，所述气囊为三个，三个所述气囊阵列设置于壳体端部。

在一些优选实施例中，三个所述气囊与所述第一执行模块通过气动四通接头连接。

在一些优选实施例中，所述调节模块为减压阀。

在一些优选实施例中，所述第一执行模块为电磁阀。

在一些优选实施例中，所述密封模块包括壳体、前端盖和后端盖，所述前端盖、所述后端盖分别设置于所述壳体的两端，且与所述壳体密封连接。

在一些优选实施例中，所述壳体为圆柱形耐压壳体；所述前端盖和所述后端盖均为半球形封头。

本发明的有益效果为：

1)本发明提供的水下机器人紧急上浮装置独立于水下机器人系统，在连接的水下机器人发生故障时，通过自带的气瓶对气囊系统进行充气实现该水下机器人的整体紧急上浮。

2)本发明结构紧凑、功耗小、效率高、工作稳定可靠、具有较强的实用性，便于推广使用。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的水下机器人紧急上浮装置的整体立体结构示意图；

图2是本发明中的壳体内部的结构示意图；

图3是本发明的工作方法流程图。

附图标记说明：1、壳体；2、前端盖；3、后端盖；4、气囊系统；5、气囊接头；6、气瓶；7、减压阀；8、通气管路；9、电磁阀；10、管路转接头；11、快插接头；12、压力传感器；13、控制板；14、电源板；15、电池组。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种水下机器人紧急上浮装置，该紧急上浮装置包括用于密封该装置驱动部分的密封模块、用于存储或者释放气体的储气模块、用于调节气压的调节模块、用于控制该装置运作的控制总成模块、用于启动该装置的第一执行模块、用于实现该装置紧急上浮的第二执行模块以及用于检测外部水压的压力检测模块；其中，储气模块、调节模块、控制总成模块、第一执行模块均设置于密封模块内部，防止外部水进入；第二执行模块设置于密封模块外部，用于在该装置所在的水下机器人发生故障时实现紧急上浮；控制总成模块与第一执行模块、压力检测模块信号连接，并用于对该装置供电控制；调节模块的一端与储气模块连接，另一端通过通气管路与第一执行模块连接，调节模块用于将储气模块中输出的高压气体的压力降到第一执行模块的工作范围之内；第一执行模块与第二执行模块通过安装有气动四通接头的管路连接；压力检测模块的一端设置于密封模块外部，一端设置于密封模块内部，并用于监测外部水压，同时压力检测模块与密封模块连接处密封连接，保证外部水不渗入密封模块内部。

当压力检测模块监测到外部水压数值超过设定好的阈值时，压力检测模块通过信号传输此信息至控制总成模块，控制总成模块输出信号至第一执行模块，使其处于通电打开，使从储气模块至第二执行模块之间的气路连通，同时通过调节模块调节储气模块中输出的气体压力，使其满足第一执行模块的气压工作范围，实现储气模块中气体传输至第二执行模块中，使设置于壳体外的第二执行模块体积变大，使安装该装置的水下机器人实现紧急上浮。

进一步地，在本发明中，控制总成模块包括电池组、电源板和控制板，其中电池组用于对电源板供电，电源板对电压进行转换，使得输出电压能够满足控制板和压力检测模块的工作要求。

以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。

参照附图1和附图2，本发明提供了一种水下机器人紧急上浮装置，包括壳体1、前端盖2、后端盖3、气囊系统4、气囊接头5、气瓶6、减压阀7、通气管路8、电磁阀9、管路转接头10、快插接头11、压力传感器12、控制板13、电源板14和电池组15，其中：壳体1安装在自主水下机器人的底部，壳体1的前端安装有前端盖2，壳体1的后端安装有后端盖3，壳体1、前端盖2和后端盖3组成密封模块；气囊系统4通过设置在壳体外部的气囊接头5固定安装在后端盖2上；壳体内部设有储存气体的气瓶6，气瓶6出口处安装有减压阀7；减压阀7出口通过通气管路8连接电磁阀9；电磁阀9出口连接管路转接头10；管路转接头10出口通过通气管路与安装在后端盖3上的快插接头11相连，快插接头11的另一端与气囊系统4相通；壳体后端盖3上安装有压力传感器12，压力传感器12一端设置于壳体外部与水接触，另一端置于壳体内部与控制板13和电源板14相连，电源板14通过安装于壳体内部的电池组15进行供电；其中，电池组、电源板与控制板组成控制总成模块，用于对该装置的供电以及装置启动运行。

进一步底，电磁阀作为第一执行模块在接受到控制板的命令后，通电运行，或者断电停止；气囊系统作为第二执行模块在电磁阀通电后实现气瓶中的气体进入其中，对气囊系统进行充气实现其体积的增大，实现该装置的紧急上浮。

进一步地，壳体1为圆柱形耐压壳体，在满足强度和稳定性的前提下，兼具空间利用率大的特点；前端盖2和后端盖3为半球形封头，可以提高强度和稳定性；前端盖2和后端盖3通过三个均匀分布的螺钉安装到壳体1上；壳体1、前端盖2和后端盖3选用的材料为防锈铝合金5A06。

进一步地，气囊系统4包括多个浮力调节气囊，多个浮力调节气囊均匀分布安装于后端盖3上，浮力调节气囊的材料为尼龙。

进一步地，本实施例中，气囊系统设置三个浮力调节气囊，三个所述气囊阵列设置于壳体后端盖上；管路转接头10为气动四通接头，其中三通分别与三个浮力调节气囊相通。

进一步地，减压阀7作为调节模块将气瓶6中输出的4-5Mpa的二氧化碳气体降到电磁阀的工作压力1.5Mpa之内，保证该装置的正常运行。

进一步地，电磁阀为两位三通直动式电磁阀，通电时，阀门打开，气路接通。

进一步地，电池组15对电源板14进行供电，电源板14利用升降压模块进行电压转换，使得输出电压能够满足控制板13和压力传感器12的工作要求。

进一步地，压力传感器12作为压力检测模块用于实时监测外部水压，来感知机器人当前所处深度，进而通过控制板判断是否启动该紧急上浮装置。

参照附图1、2的同时参照附图3，图3为本发明紧急上浮装置工作方法流程图，本发明方法包括以下步骤：

步骤1：将气囊系统中的气体排空，将电磁阀断电，设定好压力传感器的安全阈值，启动压力传感器；其中，压力传感器的安全阈值是通过自主水下机器人可安全工作的水下深度获得的。

步骤2：将紧急上浮装置安装于自主水下机器人底部，随着水下机器人进行下潜；合理选取紧急上浮装置的安装位置，本实例中安装紧急上浮装置，使其浮心基本位于水下机器人重心的正下方。

步骤3：压力传感器实时监测水压来获取机器人当前的深度，当机器人发生故障，下潜深度超过设定的安全深度时，控制板读取到压力传感器的数值就会超过设定好的阈值；

步骤4：控制板输出信号给电磁阀，电磁阀通电后，电磁阀就会打开，气路将会打通，气瓶中的气体依次通过通气管路、管路转接头和快插接头进入气囊系统，浮力调节气囊体积增大后，产生正浮力，从而使得自主水下机器人能够迅速上浮到水面。

步骤5：当压力传感器检测到机器人已经开始上浮，在水中的深度不断减小时，则控制板输出信号给电磁阀，电磁阀失电，从而关闭气路，节省气瓶中的气体。

需要说明的是，本发明中浮力调节气囊的数量及设置位置、方式并不限制于本实施例；电池组的数量及设置方式也不限制于本实施例，为本领域技术人员所理解的是，只要其能够满足本发明的功能要求，满足工作要求皆可，故在此不再一一赘述。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下机器人紧急上浮装置，其特征在于，该紧急上浮装置包括密封模块、储气模块、调节模块、控制总成模块、第一执行模块、第二执行模块及压力检测模块；所述储气模块、所述调节模块、所述控制总成模块、所述第一执行模块均设置于所述密封模块内部；所述第二执行模块设置于所述密封模块外部；

所述控制总成模块与所述第一执行模块、所述压力检测模块信号连接，并用于对该装置供电控制；

所述调节模块的一端与所述储气模块连接，另一端与所述第一执行模块连接，并用于调节所述储气模块中输出的气体压力使其满足所述第一执行模块的工作要求；

所述第一执行模块与所述第二执行模块通过连接装置连接，且所述第一执行模块用于控制该装置的气路通断；

所述压力检测模块的一端设置于所述密封模块外部，一端设置于所述密封模块内部，并用于监测外部水压；

在工作状态下，所述控制总成模块基于所述压力检测模块监测到的水压，可以控制所述第一执行模块通电使所述储气模块中的气体进入所述第二执行模块内，实现所述第二执行模块的体积增大。

2.根据权利要求1所述的水下机器人紧急上浮装置，其特征在于，所述储气模块包括一个或者多个储气装置；

当所述储气装置为多个时，多个所述储气装置并联设置于壳体内。

3.根据权利要求2所述的水下机器人紧急上浮装置，其特征在于，所述储气装置包括一个或者多个气瓶；当所述气瓶为多个时，多个所述气瓶通过管路转换接头均可与所述调节模块连接。

4.根据权利要求1所述的水下机器人紧急上浮装置，其特征在于，所述第二执行模块为气囊系统；

所述气囊系统包括一个或多个气囊；

当所述气囊为多个时，多个所述气囊设置于壳体外侧。

5.根据权利要求4所述的水下机器人紧急上浮装置，其特征在于，所述气囊为三个，三个所述气囊阵列设置于壳体端部。

6.根据权利要求5所述的水下机器人紧急上浮装置，其特征在于，三个所述气囊与所述第一执行模块通过气动四通接头连接。

7.根据权利要求1所述的水下机器人紧急上浮装置，其特征在于，所述调节模块为减压阀。

8.根据权利要求1所述的水下机器人紧急上浮装置，其特征在于，所述第一执行模块为电磁阀。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的水下机器人紧急上浮装置，其特征在于，所述密封模块包括壳体、前端盖和后端盖，所述前端盖、所述后端盖分别设置于所述壳体的两端，且与所述壳体密封连接。

10.根据权利要求9所述的水下机器人紧急上浮装置，其特征在于，所述壳体为圆柱形耐压壳体；所述前端盖和所述后端盖均为半球形封头。

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