CN112606977A - 一种用于水域环境中的机器人平台 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于水域环境中的机器人平台，包括：水面部分，装载有能量供给单元，所述能量供给单元用于为所述机器人平台提供能量；水下部分，装载有水下机器人或机械臂，所述水下机器人或机械臂用于水下作业；柔性连接装置，连接所述水面部分和所述水下部分，所述水面部分通过所述柔性连接装置对所述水下部分提供能量和/或信息支持。通过将该机器人平台分置为既相对独立又相互依赖的水面部分和水下部分，并通过柔性连接装置实现水下部分和水上部分的连接，使水下部分的机器人既能得到持续的能量补给，又能实现不同水域的快速机动。

Description

一种用于水域环境中的机器人平台

技术领域

本申请涉及机器人领域，尤其涉及一种用于水域环境中的机器人平台。

背景技术

随着海洋资源的开发和利用，水下机器人技术得到了越来越多的关注。虽然水下机器人研究已经得到了普遍关注，但通过水下机器人进行海产品捕捞等水下作业还存在许多困难，一方面是海域环境比较复杂，水下机器人的运动会受到许多阻碍；另一方面，水下机器人的能量补给、持续工作时长和水域快速机动及精准定位也面临许多挑战。

发明内容

(一)发明目的

为了克服上述缺陷，本申请实施例要解决的技术问题是提供一种用于水域环境中的机器人平台，通过改进平台结构使水下部分的机器人既能得到持续的能量补给，又能实现不同水域的快速机动。

(二)技术方案

本申请实施例提供了一种用于水域环境中的机器人平台，包括：

水面部分，装载有能量供给单元，所述能量供给单元用于为所述机器人平台提供能量；

水下部分，装载有水下机器人或机械臂，所述水下机器人或机械臂用于水下作业；

柔性连接装置，连接所述水面部分和所述水下部分，所述水面部分通过所述柔性连接装置对所述水下部分提供能量和/或信息支持。

一些实施例中，所述水面部分底部或所述水下部分顶部设置有收纳装置，所述收纳装置包括至少一个卷扬机，所述柔性连接装置可通过所述卷扬机在所述收纳装置中进行收放。

一些实施例中，所述水面部分设置有第一推进装置，所述水下部分设置有第二推进装置，所述第二推进装置可使所述水下部分相对所述水面部分进行一定范围的移动。

一些实施例中，所述水面部分为圆台体，所述第一推进装置包括多组推进器，所述多组推进器径向对称等距分布于所述圆台体的侧周面。

一些实施例中，所述多组推进器均为喷水推进器。

一些实施例中，所述多组推进器共用一个喷水发动机，所述喷水发动机与所述多组推进器通过多个出水管道相连接，不同推进器的出水管道/喷水口根据所述水面部分的推进方向选择性打开或关闭。

一些实施例中，所述水面部分还装载有无线通信单元，用于实现所述机器人平台与上位机的远程通信。

一些实施例中，所述水面部分顶部还装设有光伏板、风力风向检测器和信号塔，侧周部还装设有第一摄像头，底部还装设有第一声纳探测器。

一些实施例中，所述水下部分还设置有水压传感器、温度传感器、底座支架、第二摄像头、第二声纳探测器和用于容置所述水下机器人或机械臂作业抓取物的储物仓。

一些实施例中，所述水面部分底部设置有第一对接部，所述水下部分顶部设置有第二对接部，所述收纳装置通过所述卷扬机将所述柔性连接装置收至确定长度时，所述第一对接部与所述第二对接部形成刚性对接。

(三)有益效果

本申请的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过将用于水域环境中的机器人平台分置为既相对独立又相互依赖的水面部分和水下部分，并通过柔性连接装置实现水下部分和水上部分的连接，使水下部分的机器人既能得到持续的能量补给，又能实现不同水域的快速机动。

附图说明

图1是本申请实施例机器人平台的分置状态结构示意图；

图2是图1实施例中收纳装置位置及工作状态示意图；

图3是本申请实施例机器人平台的对接状态结构示意图；

图4是本申请实施例机器人平台水面部分的推进器分布示意图。

附图标记：

100：水面部分，110：光伏板，120：风力风向检测器，130：信号塔，140：第一推进装置，141：第一推进器，142：第二推进器，143：第三推进器，145：第五推进器，146：第六推进器；150：第一摄像头，160：第一声纳探测器，170：第一对接部；

200：水下部分，210：机械臂，220：水压传感器，230：温度传感器，240：第二推进装置，250：第二声纳探测器，260：底座支架，270：储物仓，280：第二摄像头，290：第二对接部；

300：柔性连接装置，310：绳缆，320：电缆；

400：收纳装置，410，卷扬机。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。

在附图中示出了根据本申请实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，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，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本申请。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

在下文中描述了本申请的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本申请。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本申请。

现有技术的水下机器人通常会像潜艇一样整体潜入水下进行作业，这种现有技术的水下机器人通常更适合于在固定水域或小范围水域内进行水下作业。对在海洋中或水域面积很大，且需要在不同水域机动作业的情况，这种全潜式水下机器人就会受到很多障碍。一方面，在海域环境比较复杂的情况下，水下机器人很难做到快速机动；另一方面，在远离陆地情况下，水下机器人的能量补给和精准定位也会面临很大问题。基于现有技术水下机器人存在的这些缺陷，本申请提出了一种包括水面部分、水下部分和柔性连接装置的母子式水域机器人平台。具体实施例如下：

图1是本申请实施例机器人平台的分置状态结构示意图。

如图1所示，一种用于水域环境中的机器人平台，包括：

水面部分100，装载有能量供给单元，所述能量供给单元用于为所述机器人平台提供能量；

水下部分200，装载有水下机器人或机械臂，所述水下机器人或机械臂用于水下作业；

柔性连接装置300，连接所述水面部分和所述水下部分，所述水面部分通过所述柔性连接装置对所述水下部分提供能量和/或信息支持。

其中能量供给单元可以是一次性能量供给单元，比如燃油发动机，也可以是再生能源，比如光伏电池或可充电电池。一些实施例中，可选的，能量供给单元包括装载于所述水面部分100顶部的光伏板110，通过光伏板110实现能量供给单元的持续能量供给。可以理解的是，该能量供给单元也可以是光伏板、可充电电池或燃油发动机的组合，本申请发明构思并不以此为限。

本实施例通过将机器人平台分置为既相对独立又相互依赖的水面部分100和水下部分200，并通过柔性连接装置300实现水下部分200和水上部分100的连接，使水下部分100的机器人或机械臂既能得到持续的能量补给，又能实现不同水域的快速机动。

一些实施例中，柔性连接装置300，包括绳缆310和电缆320，绳缆310用于实现水面部分100和水下部分200之间的机械牵引，电缆320用于实现水面部分100和水下部分200之间能量和信号传输。可选的，绳缆310为钢缆，电缆320为强电电缆和弱电电缆的组合式电缆。

图2是图1实施例中收纳装置位置及工作状态示意图。

如图2所示，一些实施例中，水面部分100底部或水下部分200顶部设置有收纳装置400，收纳装置包括至少一个卷扬机410，柔性连接装置300通过卷扬机在收纳装置中进行收放。如图2所示，可选的，收纳装置400设置于水面部分100底部，第一对接部170的上部或中空部。

本实施例通过设置于收纳装置中的卷扬机可对柔性连接装置300进行收放，从而可根据水下作业的深度需要改变水下部分200的下潜深度。

一些实施例中，所述水面部分100还装载有无线通信单元，用于实现所述机器人平台与上位机的远程通信。比如与设置于岸上的控制指挥中心进行无线通信连接。

如图1所示，一些实施例中，所述水面部分100顶部还装设有光伏板110、风力风向检测器120和信号塔130，侧周部还装设有第一摄像头150，底部还装设有第一声纳探测器160。

信号塔130，既可用于无线通信单元的无线信号的接收与发射，也可作为卫星定位系统的信号接收装置，以便通过卫星定位系统为机器人平台提供准确的水面位置定位。

如图1所示，一些实施例中，水面部分100还设置有风力风向检测器120、第一摄像头150和第一声纳探测器160。

本实施通过在水面部分100上搭载更多设备，比如，光伏板110、风力风向检测器120、信号塔130、第一摄像头150和第一声纳探测器160。可更好实现机器人平台的能量自足，以及环境、位置和指令信息的快捷获取。

如图1所示，一些实施例中，水下部分200搭载的机器人，左右对称设置有两个机械臂210。

一些实施例中，水下部分200还设置有水压传感器220、温度传感器230、底座支架260、第二摄像头280、第二声纳探测器250和用于容置所述水下机器人或机械臂作业抓取物的储物仓270。

本实施例通过为水下部分200设置水压传感器220、温度传感器230、声纳探测器250，一方面方便准确获取水下部分200上机器人或机械臂的环境信息，另一方面，由于柔性连接装置300不能像刚性连接装置那样精准确定水下部分的下潜深度，所以就需要辅助水压传感器220、温度传感器230，甚至声纳探测器250获得水下部分200更为精确的下潜深度。

一些实施例中，水面部分100设置有第一推进装置140，水下部分200设置有第二推进装置240，第二推进装置240可使水下部分200相对水面部分100进行一定范围的移动。

由于水下部分200与水面部分100通过柔性连接装置300相连接，所以水下部分200可以相对水面部分100做一定范围的移动，因为这种移动不能摆脱柔性连接装置300的牵制，所以只能在一定范围内移动。而且实际工作中水下部分200上设置的机器人或机械臂能够在一定范围内移动也是很有必要的，而设置于水下部分200上的第二推进装置240可使水下部分200相对水面部分100进行一定范围的移动，就正好满足了这种需要。

如图1所示，可选的，第一推进装置140和第二推进装置240是螺旋桨推进装置。在一些实施例中，也可以是其他类型的推进装置，本申请并不以此为限。

图2是本申请实施例机器人平台的对接状态结构示意图。

如图2所示，一些实施例中，水面部分100底部设置有第一对接部170，水下部分200顶部设置有第二对接部290，收纳装置400通过卷扬机410将柔性连接装置300收至确定长度时，第一对接部170与第二对接部290形成刚性对接。

本实施例通过为水面部分100底部设置第一对接部170，水下部分200顶部设置第二对接部290，使收纳装置通过卷扬机将柔性连接装置300收至确定长度时，即可保证水面部分100与水下部分200的准确和刚性对接。该确定长度根据第一对接部170与第二对接部290完全对接卡合时，该柔性连接装置300的实际长度而定。

本实施例通过第一对接部170与第二对接部290的刚性对接，使水面部分100和水下部分200即可实现一些情况下的对外整体性要求，比如，当需要快速移动到其他水域时，使水面部分100和水下部分200形成一个刚性对接的整体，相比水面部分100拖动水下部分200在水中运动会免受更多阻力，也会避免水面部分100的第一推进装置140与水下部分200的第二推进装置240推力方向不一致的情形。

图3是本申请实施例机器人平台水面部分的推进器分布示意图。

一些实施例中，水面部分100为圆台体，第一推进装置140包括多组推进器，多组推进器径向对称等距分布于圆台体的侧周面。

将水面部分100设置为圆台体，可实现水面部分100的各向同性，方便水面部分100在确定水域的区域保持控制，也方便向不同方向水域的快速机动。

如图3所示，可选的，多组推进器包括第一推进器141、第二推进器142、第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145、第六推进器146，六个推进器称等距分布于圆台体的侧周面。

一些实施例中，第一推进器141、第二推进器142、第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145、第六推进器146均为喷水推进器。

一些实施例中，所述喷水发动机与所述多组推进器通过多个出水管道相连接，不同推进器的出水管道/喷水口根据所述水面部分100的推进方向选择性打开或关闭。比如，第一推进器141、第二推进器142、第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145、第六推进器146共用一个喷水发动机(图中未示出)，所述喷水发动机与第一推进器141、第二推进器142、第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145、第六推进器146通过6个出水管道相连接，第一推进器141、第二推进器142、第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145和第六推进器146的出水管道/喷水口根据所述水面部分100的推进方向选择性打开或关闭。

当多个推进器共用一个喷水发动机时，相当于给喷水发动机的喷水口安装了一个多通阀，多通阀的唯一入水口连接于喷水发动机的喷水口，多通阀的其他多个出水口分别与多个喷水推进器的喷水口相连接。以采用一个七通阀为例，七通阀的唯一入水口连接于喷水发动机的喷水口，其他六个出水口分别与第一推进器141、第二推进器142、第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145和第六推进器146各自的出水口相连接。其中，六个推进器根据水面部分100需要的推进方向，一次只打开六个出水中的一个或两个，其他都处于关闭状态。这时从喷水发动机喷水口喷出的水就只会从打开的一个或两个出水口喷出，从而在需要的方向上形成推力。

比如，在需要第一推进器141、第二推进器142产生推力时，只需要打开第一推进器141、第二推进器142的相应喷口或多通阀的相应阀门，并同时关闭第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145、第六推进器146的相应喷口或多通阀的相应阀门。当需要第五推进器145、第六推进器146产生推力时，同理也只需要打开第五推进器145、第六推进器146的喷口或多通阀的相应阀门，而同时关闭其他推进器的喷口或多通阀的相应阀门。从而避免了在第一推进装置140上设置多个发动机而造成的成本增加及动力系统不能得到充分利用的问题。可以理解的是，水下部分200的第二推进装置240也可采用类似上述水上部分100的第一推进装置140的相应设置。

喷水发动机在现有技术中多是用于低噪音潜艇的推进装置，其原理与飞机上的喷气式推进技术类似。本实施例中通过在多组推进器上共用一个喷水发动机的设计，既可节约第一推进装置140的制造成本，又能使第一推进装置140全部动力在一个方向上用力。避免圆台体的侧周面设置多个推进器时，当一个方向上的推进器工作时，其方向上的推进器以及其动力系统就会被闲置。

比如，在第一推进器141、第二推进器142、第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145、第六推进器146均装有发动机时，则在第一推进器141和第二推进器142工作时，与其径向对称的第五推进器145和第六推进器146肯定就是不能工作的。甚至第二推进器142、第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145、第六推进器146可能都要处于闲置状态，就使第一推进装置140的动力系统存在极大浪费。

本申请实施例通过使第一推进器141、第二推进器142、第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145、第六推进器146共用同一喷水发动机，在需要第一推进器141、第二推进器142产生推力时，只需要打开第一推进器141、第二推进器142的相应喷口或多通阀的相应阀门，并同时关闭第三推进器143、第四推进器144、第五推进器145、第六推进器146的相应喷口或多通阀的相应阀门。当需要第五推进器145、第六推进器146产生推力时，同理也只需要打开第五推进器145、第六推进器146的喷口或多通阀的相应阀门，而同时关闭其他推进器的喷口或多通阀的相应阀门。从而避免了在第一推进装置140上设置多个发动机而造成的成本增加及动力系统不能得到充分利用的问题。可以理解的是，水下部分200的第二推进装置240也可采用类似上述水上部分100的第一推进装置140的相应设置。

本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种用于水域环境中的机器人平台，其特征在于，包括：

水面部分，装载有能量供给单元，所述能量供给单元用于为所述机器人平台提供能量；

水下部分，装载有水下机器人或机械臂，所述水下机器人或机械臂用于水下作业；

柔性连接装置，连接所述水面部分和所述水下部分，所述水面部分通过所述柔性连接装置对所述水下部分提供能量和/或信息支持。

2.根据权利要求1所述的机器人平台，其特征在于，所述水面部分底部或所述水下部分顶部设置有收纳装置，所述收纳装置包括至少一个卷扬机，所述柔性连接装置可通过所述卷扬机在所述收纳装置中进行收放。

3.根据权利要求1或2所述的机器人平台，其特征在于，所述水面部分设置有第一推进装置，所述水下部分设置有第二推进装置，所述第二推进装置可使所述水下部分相对所述水面部分进行一定范围的移动。

4.根据权利要求3所述的机器人平台，其特征在于，所述水面部分为圆台体，所述第一推进装置包括多组推进器，所述多组推进器径向对称等距分布于所述圆台体的侧周面。

5.根据权利要求4所述的机器人平台，其特征在于，所述多组推进器均为喷水推进器。

6.根据权利要求5所述的机器人平台，其特征在于，所述多组推进器共用一个喷水发动机，所述喷水发动机与所述多组推进器通过多个出水管道相连接，不同推进器的出水管道/喷水口根据所述水面部分的推进方向选择性打开或关闭。

7.根据权利要求1或2所述的机器人平台，其特征在于，所述水面部分还装载有无线通信单元，用于实现所述机器人平台与上位机的远程通信。

8.根据权利要求7所述的机器人平台，其特征在于，所述水面部分顶部还装设有光伏板、风力风向检测器和信号塔，侧周部还装设有第一摄像头，底部还装设有第一声纳探测器。

9.根据权利要求1或2所述的机器人平台，其特征在于，所述水下部分还设置有水压传感器、温度传感器、底座支架、第二摄像头、第二声纳探测器和用于容置所述水下机器人或机械臂作业抓取物的储物仓。

10.根据权利要求1或2所述的机器人平台，其特征在于，所述水面部分底部设置有第一对接部，所述水下部分顶部设置有第二对接部，所述收纳装置通过所述卷扬机将所述柔性连接装置收至确定长度时，所述第一对接部与所述第二对接部形成刚性对接。

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