CN113120197A - 一种水下动力模组、水下动力系统和水下机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水下动力模组、水下动力系统和水下机器人。该水下动力模组包括安装座、第一推进器和第二推进器，安装座具有连接侧，连接侧用于与待驱动设备可拆卸式连接。第一推进器安装于安装座，第一推进器的推进力的方向为第一推进方向。第二推进器安装于安装座，第二推进器的推进力的方向为第二推进方向。第一推进器和第二推进器的推进合力用于提供推进平面内任意方向上的推进力，推进平面为包括第一推进方向和第二推进方向的平面。使用者可以根据工作需求，选择在待驱动设备上安装合适数量的水下动力模组，且将水下动力模组按照适应于当前工作需求的动力构型安装在待驱动设备的相应位置，增强了水下动力模组的适应性。

Description

一种水下动力模组、水下动力系统和水下机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，具体涉及一种水下动力模组、水下动力系统和水下机器人。

背景技术

水下机器人广泛应用于替代人类潜水员完成各种水下任务，例如，水下勘探、水下采样和检测任务。水下机器人通常包括工作装置和动力装置，现有的水下机器人中，工作装置与动力装置结合为一体化结构，使得水下机器人的动力构型固定，这限制了水下机器人对多样化的工作需求的适应性。

发明内容

本发明的主要目的在于，为实现一种适应性更强的水下动力模组提供机械结构方面的支持，以及对采用该动力模组的水下动力系统和水下机器人提供机械结构方面的支持。

第一方面，一种实施例中提供一种水下动力模组，包括：

安装座，所述安装座具有连接侧，所述连接侧用于与待驱动设备可拆卸式连接；

第一推进器，所述第一推进器安装于所述安装座，所述第一推进器的推进力的方向为第一推进方向；

以及第二推进器，所述第二推进器安装于所述安装座，所述第二推进器的推进力的方向为第二推进方向；

所述第一推进器和第二推进器的推进合力用于提供推进平面内任意方向上的推进力，所述推进平面为包括第一推进方向和第二推进方向的平面。

一种实施例中，还包括旋转驱动件，所述旋转驱动件安装于所述安装座，所述第一推进器与安装座固定连接，所述第二推进器转动设置，所述第二推进器的转动轴心线垂直于所述推进平面，所述旋转驱动件用于驱动所述第二推进器围绕所述转动轴心线转动，以改变所述第二推进方向与第一推进方向间夹角的大小。

一种实施例中，所述安装座具有与连接侧相对的安装侧，所述第一推进器与安装座的安装侧固定连接，所述第二推进器与所述第一推进器固定连接。

一种实施例中，所述第一推进方向与第二推进方向垂直。

一种实施例中，还包括惯性传感器，所述惯性传感器安装于所述安装座。

一种实施例中，还包括推进控制器，所述推进控制器安装于所述安装座，所述推进控制器与第一推进器和第二推进器电连接。

一种实施例中，所述第一推进器和第二推进器包括螺旋桨推进器和无轴泵喷推进器中的至少一种。

第二方面，一种实施例中提供一种水下动力系统，包括若干个上述的水下动力模组、中央控制器和电源，所述中央控制器与水下动力模组通过通信线路连接，以形成设备网络，所述设备网络的网络拓扑结构包括总线拓扑结构、环形拓扑结构、星型拓扑结构和树形拓扑结构中的至少一种；所述电源包括分布式电源和集中式电源中的至少一种。

一种实施例中，所述水下动力模组用于围绕所述待驱动设备排布，以形成平面动力构型或立体动力构型，所述平面动力构型包括三角形动力构型和四边形动力构型中的至少一种，所述立体动力构型包括四面体动力构型。

第三方面，一种实施例中提供一种水下机器人，包括上述的水下动力系统、平台装置和工作装置，所述工作装置与所述平台装置连接，所述工作装置用于进行水下工作；所述水下动力模组的安装座与平台装置可拆卸式连接。

依据上述实施例的水下动力模组、水下动力系统和水下机器人。该水下动力模组包括安装座、第一推进器和第二推进器，安装座具有连接侧，连接侧用于与待驱动设备可拆卸式连接。第一推进器安装于安装座，第一推进器的推进力的方向为第一推进方向。第二推进器安装于安装座，第二推进器的推进力的方向为第二推进方向。第一推进器和第二推进器的推进合力用于提供推进平面内任意方向上的推进力，推进平面为包括第一推进方向和第二推进方向的平面。一方面，由于安装座用于与待驱动设备可拆卸式连接，使用者可以根据工作需求，选择在待驱动设备上安装合适数量的水下动力模组，且将水下动力模组按照适应于当前工作需求的动力构型安装在待驱动设备的相应位置，增强了水下动力模组的适应性。另一方面，由于增加了第一推进器和第二推进器，水下动力模组可以提供推进平面内任意方向上的推进力，进一步增强了水下动力模组的适应性。

附图说明

图1为本申请一种实施例中水下机器人的结构示意图；

图2为本申请一种实施例中水下驱动模组与待驱动设备的结构示意图；

图3为本申请一种实施例中水下驱动模组排布成三角形运动构型的示意图；

图4为本申请一种实施例中水下驱动模组排布成四边形运动构型的示意图；

图5为本申请一种实施例中水下驱动模组排布成四面体运动构型的示意图；

图6为本申请一种实施例中水下动力系统的结构框图；

图7为本申请另一种实施例中水下动力系统的结构框图；

图8为本申请另一种实施例中水下动力系统的结构框图；

图9为本申请另一种实施例中水下动力系统的结构框图；

图10为本申请另一种实施例中水下动力系统的结构框图；

图11为本申请一种实施例中水下动力模组的结构示意图；

图12为本申请一种实施例中水下动力模组的推进方向的示意图；

图13为本申请另一种实施例中水下动力模组的结构示意图；

图14为本申请另一种实施例中水下动力模组的推进方向的示意图；

附图标记：100、水下动力模组；110、安装座；120、第一推进器；130、第二推进器；140、感应控制模块；150、旋转驱动件；200、中央控制器；300、电源；400、待驱动设备；410、承力角点；420、承力边；430、承力面；500、平台装置；600、工作装置；700、运动模组控制装置；800、操控用户界面。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本实施例提供一种水下机器人。

请参考图1，该水下机器人包括水下动力系统、平台装置500和工作装置600。

请参考图1和11，工作装置600与平台装置500连接，工作装置600用于进行水下工作。水下动力系统包括水下动力模组100，水下动力模组100的安装座110与平台装置500可拆卸式连接。

传统水下机器人是围绕平台装置500和水下动力系统搭建的，而进行水下操作的工作装置600实际上是作为工作负载安装在平台装置500上的。因此，传统的水下机器人的动力构型一旦确定，则不可能在生产出来之后进行更改，从而在动力构型与多样化工作需求的适应性，推进功率利用率等各个方面限制了水下机器人的发挥空间。

而本实施例的水下机器人中，由于水下动力模组100与平台装置500可拆卸式连接，一方面，使用者可以根据实际工作需求灵活设置水下机器人的动力构型，增强了水下机器人的适应性。另一方面，水下设备的设计者可以更多地围绕工作装置600的功能进行设计，而无需过多考虑水下动力系统方面的问题。

具体的，平台装置500上可以预留多个安装位，可以根据实际工作的需求，将水下动力模组100的安装座110通过螺栓结构、吸盘结构、捆绑结构、卡箍式紧固结构或夹持式紧固结构等与平台装置500上合适位置的安装位可拆卸式连接，安装位的具体结构可以依据选用的连接结构灵活设置，例如，连接结构选用螺栓结构时，安装位包括安装螺孔。

请参考图1，在一种实施例中，水下机器人还包括运动模组控制装置700，运动模组控制装置700设置于平台装置500，运动模组控制装置700与水下动力模组100电连接。

另一方面，本实施例提供一种水下动力系统。

请参考图6-10，该水下动力系统和包括水下动力模组100、中央控制器200和电源300。

中央控制与水下动力模组100通过通信线路连接，以形成设备网络，设备网络的网络拓扑结构包括总线拓扑结构、环形拓扑结构、星型拓扑结构和树形拓扑结构中的至少一种。电源300包括分布式电源和集中式电源中的至少一种。

请参考图6，图6中电源300为分布式电源，设备网络的网络拓扑结构为总线拓扑结构。请参考图7，图7中电源300为分布式电源，设备网络的网络拓扑结构为环形拓扑结构。请参考图8，图8中电源300为分布式电源，设备网络的网络拓扑结构为星型拓扑结构。请参考图9，图9中电源300为分布式电源，设备网络的网络拓扑结构为树形拓扑结构。请参考图10，图10中电源300为集中式电源，设备网络的网络拓扑结构为总线拓扑结构。

请参考图1-5，该水下动力系统能够应用于上述的水下机器人，也能够应用于无动力水下设备、动力受损或失去动力的水下设备。在传统的技术方案中，无动力水下设备在布放阶段、位置移动阶段必须依赖水下机器人或水面吊装设备，这些外围设备进行布放和移动操作时灵活度不够。而将本实施例的水下动力系统安装到无动力水下设备上，通过水下动力系统驱动无动力水下设备运动，以实现无动力水下设备的布放和移动，提升了布放和移动操作的灵活性。当然，本实施例的水下动力系统也可以应用于动力受损或失去动力的水下设备，通过驱动水下设备运动至打捞或维修位置，从而实现救援目的。

具体的，电源300可以选用动力锂电池、燃料电池或其他合适的电池。在其他实施例中，也可以采用高压气体驱动的喷水装置替换电源300，作为水下动力模组100的动力源。

请参考图6-10，在一种实施例中，水下动力系统还包括操作端，操作端与中央控制器200电连接，操作端具有操控用户界面800。

请参考图2-5，在一种实施例中，水下动力模组100用于围绕待驱动设备400排布，以形成平面动力构型或立体动力构型，平面动力构型包括三角形动力构型和四边形动力构型中的至少一种，立体动力构型包括四面体动力构型。

由于水下动力模组100可以围绕待驱动设备400排布成各种动力构型，使用者可以根据实际的工作需求，选择合适的动力构型，以达到更好的工作效果。

另一方面，本实施例提供一种水下动力模组100。

请参考图11-14，该水下动力模组100包括安装座110、第一推进器120和第二推进器130。

安装座110具有连接侧，连接侧用于与待驱动设备400可拆卸式连接。第一推进器120安装于安装座110，第一推进器120的推进力的方向为第一推进方向。第二推进器130安装于安装座110，第二推进器130的推进力的方向为第二推进方向。第一推进器120和第二推进器130的推进合力用于提供推进平面内任意方向上的推进力，推进平面为包括第一推进方向和第二推进方向的平面。

请参考图2和图11-14，一方面，由于安装座110用于与待驱动设备400可拆卸式连接，使用者可以根据工作需求，选择在待驱动设备400上安装合适数量的水下动力模组100，且将水下动力模组100按照适应于当前工作需求的动力构型安装在待驱动设备400的相应位置，增强了水下动力模组100的适应性。另一方面，由于增加了第一推进器120和第二推进器130，水下动力模组100可以提供推进平面内任意方向上的推进力，进一步增强了水下动力模组100的适应性。

一种实施例中，第一推进器120和第二推进器130包括螺旋桨推进器和无轴泵喷推进器中的至少一种。在其他实施例中，第一推进器120和第二推进器130也可以选用其他合适类型的推进器，只要能达到推进目的即可。

请参考图2和图11-14，具体的，“待驱动设备”可以是无动力水下设备、动力受损或失去动力的水下设备和水下机器人的平台装置等。安装座110与待驱动设备400刚性连接，安装座110可以通过螺栓结构、吸盘结构、捆绑结构、卡箍式紧固结构或夹持式紧固结构等实现与待驱动设备400的可拆卸式连接。在实际应用中，安装座110必须与待驱动设备400的承力部位连接，请参考图2，如承力角点410(吊装点、拖拽点等)、承力边420或承力面430等。

请参考图13和14，一种实施例中，水下动力模组100还包括旋转驱动件150，旋转驱动件150安装于安装座110，第一推进器120与安装座110固定连接，第二推进器130转动设置，第二推进器130的转动轴心线垂直于推进平面，旋转驱动件150用于驱动第二推进器130围绕转动轴心线转动，以改变第二推进方向与第一推进方向间夹角的大小。

使用者可以根据实际工作的需求调整第二推进方向与第一推进方向间夹角的大小，以达到更好的工作效果。例如，在进行水底设备吊装拖拽等大负荷工作时，传统水底机器人携带的多个推进器利用率有限，无法将全部功率集中在工作负荷的方向。而采用本实施例的水下动力模组100，一方面，可以通过调整安装座110的安装位置，使第一推进器120的推进力集中在工作负荷的方向，另一方面，可以通过转动第二推进器130，进一步使第二推进器130的推进力集中在工作负荷的方向，从而大大提升了对推进功率的有效利用率。

请参考图14，在一种实施例中，第二推进器130能够转动的角度为θ，θ的取值范围为0°≤θ＜90°，在其他实施例中，第二推进器130能够转动的角度也可以取其他合适的值。具体的，图14中箭头c所示的方向为第一推进方向，箭头d1所示的方向为第二推进器130转动前的第二推进方向，箭头d2所示的方向为第二推进器130转动后的第二推进方向。

请参考图13和14，在一种实施例中，旋转驱动件150为矢量控制电机，矢量控制电机的输出端与第二推进器130连接。

请参考图11和12，另一种实施例中，安装座110具有与连接侧相对的安装侧，第一推进器120与安装座110的安装侧固定连接，第二推进器130与第一推进器120固定连接。由于第一推进器120和第二推进器130均固定设置，使得水下动力模组100的稳定性更好。具体的，图12中箭头a所示的方向为第一推进方向，箭头b所示的方向为第二推进方向。

请参考图11和12，一种实施例中，第一推进方向与第二推进方向垂直。在其他实施例中，第一推进方向和第二推进方向也可以不垂直，而是根据实际工作需求灵活设置。

请参考图7和11-14，一种实施例中，水下动力模组100还包括惯性传感器，惯性传感器安装于安装座110。通过惯性传感器获取水下动力模组100所在位置的空间姿态，并反馈给中央控制器200，中央控制器200根据惯性传感器获取的数据解算设备整体位姿和运动控制的相关信息。需要说明的是，惯性传感器并不是必需的部件，如果水下动力模组100按照标准动力构型的方式安装，即便省略惯性传感器，也可以使用标准构型的控制方法进行控制，以达到工作目的。

请参考图11-14，一种实施例中，水下动力模组100还包括推进控制器，推进控制器安装于安装座110，推进控制器与第一推进器120和第二推进器130电连接。

请参考图11-14，在一种实施例中，推进控制器和惯性传感器设置集成在感应控制模块140中。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种水下动力模组,其特征在于，包括：

安装座，所述安装座具有连接侧，所述连接侧用于与待驱动设备可拆卸式连接；

第一推进器，所述第一推进器安装于所述安装座，所述第一推进器的推进力的方向为第一推进方向；

以及第二推进器，所述第二推进器安装于所述安装座，所述第二推进器的推进力的方向为第二推进方向；

所述第一推进器和第二推进器的推进合力用于提供推进平面内任意方向上的推进力，所述推进平面为包括第一推进方向和第二推进方向的平面。

2.如权利要求1所述的水下动力模组，其特征在于，还包括旋转驱动件，所述旋转驱动件安装于所述安装座，所述第一推进器与安装座固定连接，所述第二推进器转动设置，所述第二推进器的转动轴心线垂直于所述推进平面，所述旋转驱动件用于驱动所述第二推进器围绕所述转动轴心线转动，以改变所述第二推进方向与第一推进方向间夹角的大小。

3.如权利要求1所述的水下动力模组，其特征在于，所述安装座具有与连接侧相对的安装侧，所述第一推进器与安装座的安装侧固定连接，所述第二推进器与所述第一推进器固定连接。

4.如权利要求1所述的水下动力模组，其特征在于，所述第一推进方向与第二推进方向垂直。

5.如权利要求1-4任一项所述的水下动力模组，其特征在于，还包括惯性传感器，所述惯性传感器安装于所述安装座。

6.如权利要求1-4任一项所述的水下动力模组，其特征在于，还包括推进控制器，所述推进控制器安装于所述安装座，所述推进控制器与第一推进器和第二推进器电连接。

7.如权利要求1-4任一项所述的水下动力模组，其特征在于，所述第一推进器和第二推进器包括螺旋桨推进器和无轴泵喷推进器中的至少一种。

8.一种水下动力系统，其特征在于，包括若干个如权利要求1-7任一项所述的水下动力模组、中央控制器和电源，所述中央控制器与水下动力模组通过通信线路连接，以形成设备网络，所述设备网络的网络拓扑结构包括总线拓扑结构、环形拓扑结构、星型拓扑结构和树形拓扑结构中的至少一种；所述电源包括分布式电源和集中式电源中的至少一种。

9.如权利要求8所述的动力系统，其特征在于，所述水下动力模组用于围绕所述待驱动设备排布，以形成平面动力构型或立体动力构型，所述平面动力构型包括三角形动力构型和四边形动力构型中的至少一种，所述立体动力构型包括四面体动力构型。

10.一种水下机器人，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的水下动力系统、平台装置和工作装置，所述工作装置与所述平台装置连接，所述工作装置用于进行水下工作；所述水下动力模组的安装座与平台装置可拆卸式连接。

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