CN114275106B - 海空水下一体化自供给检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了海上无人系统技术领域一种海空水下一体化自供给检测装置及其检测方法，包括水下机器人主体、无人船主体、无人机主体，无人船主体包括丝杠导轨机构、第二应答器、光学导引阵列，无人机主体包括无人机接收端线圈和导航定位系统，无人机接收端线圈感应无人机无线充电输出端线圈设置，导航定位系统提供路线指引和定位设置；水下机器人主体通过第一应答器与第二应答器通讯而定位至对接保护仓，再通过机器视觉识别摄像机对光学导引阵列的识别而定位至对接保护仓内，水下机器人主体通过机器人输出端线圈与水下机器人接收端线圈进行充电。本发明解决了无人机和水下机器人在海洋作业时续航短通信难的问题，能有效提高探测的范围和工作效率。

Description

海空水下一体化自供给检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及海上无人系统技术领域，具体地，涉及一种海空水下一体化自供给检测装置及其检测方法。

背景技术

自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle)，无人机(UnmannedAerial Vehicle)和无人船(Unmanned Surface Vehicle)作为重要的无人作业工具在军事，商业，科学研究等方面都有了广泛的应用。

AUV和UAV机动性强，隐蔽性好，智能化程度高，但续航，通讯能力不足，仅仅只能完成单一领域的探测任务。USV运载能力好，续航时间长，但仅能完成水域表面的作业，无法满足实际全方位探测的需要。

随着人类开发利用海洋资源区域的不断扩大，对深海远海的探索的不断增多，在执行远海探索任务时，单独的USV、UAV和AUV系统由于技术的制约，很难实现当前完整的海空水下全方位探测的需求。而USV和AUV、UAV的优缺点可以很好的互补，完成任何单一系统都无法完成的任务。

经现有技术检索发现，中国发明专利公告号为CN107941220B，公开了一种基于视觉的无人船海天线检测与导航方法和系统，应用线段检测算法提取图像中的所有线段，建立线段池，然后以海天线的形态特征作为约束条件，过滤掉线段池中的非海天线线段，得到海天线候选线段；随后采用最小二乘法估计最佳海天线结果，得到海天线候选线段的检测结果；最后，基于海天线候选线段的检测结果，在海天线的摄影模型基础上，实现了USV导航参数的解算。该专利技术就存在上述相关问题。

因此，设计一种包含USV、AUV和UAV进行远海作业的海洋无人系统变得迫切而关键。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种海空水下一体化自供给检测装置及其检测方法。

根据本发明提供的一种海空水下一体化自供给检测装置，包括水下机器人主体、无人船主体以及无人机主体，所述无人船主体包括无人机充电回收机构和水下机器人充电回收机构；

所述无人机充电回收机构包括丝杠导轨机构、无人机保护仓、升降机构以及无人机无线充电输出端线圈，所述无人机保护仓通过在所述丝杠导轨机构上滑动而开启闭合设置，所述升降机构设置在所述无人机保护仓内，所述升降机构上设有无人机无线充电输出端线圈，且所述无人机无线充电输出端线圈通过所述升降机构升降设置；

所述水下机器人充电回收机构包括对接保护仓、水下机器人输出端线圈、第二应答器以及光学导引阵列，所述水下机器人输出端线圈，所述第二应答器以及所述光学导引阵列分别设置在所述对接保护仓上；

所述无人机主体包括无人机接收端线圈和导航定位系统，所述无人机接收端线圈感应所述无人机无线充电输出端线圈设置，所述导航定位系统提供路线指引和定位设置；

所述自主式水下机器人包括水下机器人接收端线圈，机器视觉识别摄像机以及第一应答器，所述自主式水下机器人通过所述第一应答器与所述第二应答器通讯而定位至所述对接保护仓，再通过机器视觉识别摄像机对光学导引阵列的识别而定位至对接保护仓内，所述水下机器人主体通过所述机器人输出端线圈与所述水下机器人接收端线圈感应而进行无线充电。

一些实施方式中，所述无人船主体的下端面设有固定框，所述对接保护仓贯穿所述固定框固定设置，所述对接保护仓上设有导向罩，所述导向罩采用圆锥形结构设置，所述导向罩小口径的端面与所述对接保护仓固定设置，所述固定框下端部设有用于夹紧所述水下机器人主体的夹紧机构，所述夹紧机构上端部设置在所述对接保护仓内，所述对接保护仓末端设有缓冲机构；

所述水下机器人主体上设有用于机器视觉定位导航的识别摄像机，所述识别摄像机和所述第一应答器分别设置在所述水下机器人主体的艏部，且所述水下机器人主体的艏部对应所述识别摄像机和所述第一应答器罩设有保护罩；

对接时，所述水下机器人主体设有所述保护罩的一端朝着所述导向罩大口径的一端前进而回收至所述对接保护仓内。

一些实施方式中，所述无人船主体的上端面设有两块矩形电磁铁，所述矩形电磁铁上设有定位标志，所述矩形电磁铁设置在所述无人机保护仓闭合设置时所处位置的中心位置，每块矩形电磁铁分别对应定位标志的两条长边放置；

所述无人机主体还包括用于检测所述定位标志的无人机摄像头，所述无人机主体下方固定设置有金属降落架，所述无人机摄像头和所述导航定位系统分别设置在所述无人机主体与所述金属降落架之间，所述导航定位系统包括北斗导航模块和机器视觉定位系统；

所述无人机主体降落至所述无人船主体时，所述金属降落架对应所述定位标志设置。

一些实施方式中，所述缓冲机构包括挡板、触发板、接近开关、以及若干连接用的弹簧，所述挡板呈圆形，所述挡板的直径小于所述对接保护仓的内径，所述挡板的直径大于所述对接保护仓末端圆形开口直径，所述挡板外侧由呈圆形分布的4个弹簧与所述对接保护仓末端连接，所述挡板与所述触发板由弹簧连接，所述触发板位于所述对接保护仓外侧，所述接近开关安装于所述触发板外侧的防水装置中，所述触发板和所述接近开关的距离小于所述挡板和所述对接保护仓末端之间的距离。

一些实施方式中，所述夹紧机构包括直线电机和V型夹具，所述直线电机通过电机座固定设置在所述固定框下方，所述V型夹具通过所述直线电机驱动而夹紧所述水下机器人主体；

所述固定框内设有接近开关防水仓，所述接近开关设置在所述接近开关防水仓内，所述固定框下方固定设置有防水电子仓，所述对接保护仓上设置有用于检测所述水下机器人主体是否成功进入对接保护仓的防水照明灯和防水摄像头；

所述导向罩大口径的边缘均匀设有用于所述水下机器人主体视觉定位的光学导引阵列。

一些实施方式中，所述升降机构包括第一电机支座、第一连杆和第二连杆，所述第一电机支座固定设置在所述无人机保护仓内，所述第一电机支座上设有伺服电机，所述第一连杆转动设置在所述伺服电机上，所述第一连杆与所述第二连杆转动设置，所述伺服电机下方设有滑块导向槽，所述第二连杆的另一端转动连接设置滑块件，所述滑块件通过所述第一连杆、所述第二连杆的转动而移动设置在所述滑块导向槽内。

一些实施方式中，所述丝杠导轨机构包括第二电机支座、丝杠件、导轨支架以及滑动导轨，所述导轨支架固定设置在所述无人船主体的上端面上，所述滑动导轨设置在所述导轨支架上，所述滑动导轨上滑动设有导轨滑块，所述导轨滑块上固定设置连接板，所述第二电机支座上固定设置丝杠导轨机构电机，所述丝杠导轨机构电机上通过联轴器带动所述丝杠件转动设置，所述丝杠件上设置有第一轴承，所述第一轴承上设置有第一轴盖，所述丝杠件上设有丝杠副连接块，所述丝杠副连接块与所述连接板连接设置，所述丝杠件的另一端部设有第二轴承，所述第二轴承上设置有第二轴盖，所述无人机保护仓设置在所述连接板上。

一些实施方式中，所述无人船主体上设有太阳能发电机构，所述太阳能发电机构包括太阳能电池板、充电控制器、逆变器以及蓄电池，所述太阳能电池板固定安装在所述无人船主体的上端面上，所述充电控制器、所述逆变器以及所述蓄电池分别与所述太阳能电池板连接设置，所述充电控制器、所述逆变器以及所述蓄电池安装在所述无人船主体内部的防水船仓中。

本发明还提供一种海空水下一体化自供给检测装置的检测方法，具体包括以下步骤：

步骤1.所述无人船本体携带所述水下机器人主体和所述无人机主体行驶至目标海域进行检测工作；

步骤2.所述无人船主体释放所述水下机器人主体进行工作，所述无人船主体对完成工作或电量降至警戒线的所述水下机器人主体进行回收；

步骤3.所述无人船主体释放所述无人机主体进行工作，所述无人船主体对完成工作或电量降至警戒线的所述无人机主体进行回收；

步骤4.任务完成，所述无人船主体结束工作。

一些实施方式中，在步骤2中，所述无人船主体释放、回收所述水下机器人主体，具体包括以下步骤：步骤2-1.所述无人船主体松开夹紧所述水下机器人主体的夹紧机构，所述水下机器人主体的舵机进行反转，所述水下机器人向着远离所述无人船主体的对接保护仓的方向进行运动；

步骤2-2.所述水下机器人主体开始四处巡航执行任务，当任务没有完成或所述水下机器人主体的电量未降到警戒线，所述水下机器人主体仍四处巡航执行任务；当任务完成或所述水下机器人主体的电量降到警戒线时，所述水下机器人主体与所述无人船主体通讯开始启动回收程序；

步骤2-3.所述水下机器人开始回收时，所述无人船主体与所述水下机器人主体向着会合点移动，所述无人船主体将当前所处位置姿态等信息传输给所述水下机器人主体；

步骤2-4.当所述水下机器人主体上的第一应答器进入所述无人船主体上第二应答器导引范围时，所述水下机器人主体上浮至对接所需的深度，根据接收到的所述无人船主体的位置姿态信息，所述水下机器人主体调整航行路线，使路线最终对准所述无人船主体下方回收机构的锥形导向罩中线；

步骤2-5.当所述水下机器人主体艏部的识别摄像机检测到锥形导向罩四周的光学导引阵列时进入光学导引范围时，所述水下机器人主体将光学导引作为主导而修正自身位置前进，所述无人船主体下方设置的摄像检测系统判断所述水下机器人主体是否进入回收机构，若未进入，所述水下机器人主体驶离光学导引范围重复步骤2-4；若检测进入，根据所述无人船主体下方的缓冲机构的接近开关判断是否确实进入回收机构，若没有触发，则重复步骤2-4，若接近开关触发，进入下一步骤；

步骤2-6.接近开关触发后，所述水下机器人主体保持向前的推进，所述无人船主体下方的夹紧机构开始作用，夹紧完成后，所述水下机器人主体停止舵机转动，开始对所述水下机器人主体进行无线充电和数据传输；

在步骤3中，所述无人船主体释放、回收所述无人机主体，具体包括以下步骤：步骤3-1.所述无人船主体停在目标海域，所述升降机构带动所述无人机无线充电输出端线圈上升，所述无人机保护仓打开，所述无人机主体启动飞离所述无人船主体，所述无人机保护仓闭合；

步骤3-2.所述无人机主体开始四处飞行执行任务，当任务没有完成或所述水下机器人主体的电量未降到警戒线，所述无人机主体仍保持四处飞行执行任务；待任务完成或电量到警戒线时，所述无人机主体与所述无人船主体通讯启动回收程序；

步骤3-3.所述无人机主体开始回收时，所述无人船主体和所述无人机主体朝着会合点移动，所述无人机保护仓打开，所述无人船主体上端面的矩形电磁铁通电，并将当前所处位置与姿态信息传输给无人机，无人机朝着更新后的无人船位置飞行；

步骤3-4.所述无人机主体的摄像机检测到所述无人船主体上的定位标志，所述无人机主体根据机器视觉定位开始进行降落，所述矩形电磁铁对所述无人机主体下方的金属降落架的进行磁吸；

步骤3-5.所述无人机主体降落到所述无人船主体上后，所述无人机主体旋翼停止转动，所述无人机保护仓闭合，闭合后所述升降机构带动所述无人机无线充电输出端线圈向下移动，使所述无人机无线充电输出端线圈与所述无人机接收端线圈紧密贴合固定住所述无人机主体，所述矩形电磁铁断电，开始对所述无人机主体进行无线充电和数据传输。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过设置无人机主体和水下机器人主体，实现了无人机，水下机器人和无人船在水域，空域和水下的有效互补，弥补了无人船在空域和水下作业的劣势，同时解决了无人机和水下机器人在海洋作业时续航短和通信困难的问题，提高了能探测的范围和系统的工作效率；

2、本发明通过设置无人机无线充电回收机构和水下机器人无线充电回收机构，使得无人机主体和水下机器人主体都能够进行无线充电，解决了传统水下插拔式充电机构结构复杂，对接困难的问题，弥补了无人机和水下机器人续航能力、传输数据能力不足的缺点，大幅的提升了无人机和水下机器人的工作时间和工作能力；

3、本发明通过设置太阳能发电机构，可以一定程度上实现自供给，在外作业时，不需要频繁的返回海岸进行补给，延长作业时间，提升作业效率。

附图说明

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

图1为本发明海空水下一体化自供给检测装置的结构示意图；

图2为本发明无人船主体的俯视示意图；

图3为本发明无人船主体的右视示意图；

图4为本发明水下机器人主体的立体示意图；

图5为本发明无人机主体的结构示意图；

图6为本发明升降机构的结构示意图；

图7为本发明丝杠导轨机构的结构示意图；

图8为本发明海空水下一体化自供给检测装置的流程步骤图；

附图标记：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示为海空水下一体化自供给检测装置的结构示意图，包括水下机器人主体1、无人船主体21以及无人机主体49，无人船主体21包括无人机充电回收机构和水下机器人充电回收机构。无人机充电回收机构包括丝杠导轨机构、无人机保护仓26、升降机构27以及无人机无线充电输出端线圈25，无人机保护仓26通过在丝杠导轨机构上滑动而开启闭合设置，升降机构27设置在无人机保护仓26内，升降机构27上设有无人机无线充电输出端线圈25，且无人机无线充电输出端线圈25通过升降机构27升降设置。水下机器人充电回收机构包括对接保护仓8、水下机器人无线充电输出端线圈19，第二应答器15以及光学导引阵列6，水下机器人输出端线圈19，第二应答器15以及光学导引阵列6分别设置在对接保护仓8上。

无人机主体49包括无人机接收端线圈30和导航定位系统，无人机接收端线圈30感应无人机无线充电输出端线圈25设置，导航定位系统为无人机提供路线指引和定位设置。自主式水下机器人包括水下机器人接收端线圈2，机器视觉识别摄像机4以及第一应答器3，自主式水下机器人通过第一应答器3与第二应答器15通讯而定位至对接保护仓附近，再通过机器视觉识别摄像机对光学导引阵列的识别而定位至对接保护仓内，自主式水下机器人通过水下机器人输出端线圈19与水下机器人接收端线圈2感应而进行无线充电。

如图2所示为无人船主体21的俯视示意图，如图3所示为无人船主体21的右视示意图，无人船主体21的下端面设有固定框，对接保护仓8贯穿固定框固定设置，对接保护仓8上设有导向罩7，导向罩7采用圆锥形结构设置，导向罩7小口径的端面与对接保护仓8固定设置，大口径端面面朝船尾，对接时，水下机器人从大端面进入保护仓，保护仓固定框下端部设有用于夹紧回收后水下机器人主体1的夹紧机构9，夹紧机构9上端部设置在对接保护仓8内，对接保护仓8末端设有缓冲机构18。

如图4所示为水下机器人主体1的立体示意图，水下机器人主体1上设有用于机器视觉定位导航的识别摄像机4，识别摄像机4和第一应答器3分别设置在水下机器人主体1的艏部，且水下机器人主体1的艏部对应识别摄像机4和第一应答器3设有保护罩5，为了不影响识别摄像机4和第一应答器3的性能，保护罩5由光学和声学透明的材料制成。对接时，所述水下机器人主体1设有所述保护罩5的一端朝着所述导向罩7大口径的一端前进而回收至所述对接保护仓内。在本实施例中，水下机器人主体1的外型为鱼雷型。

无人船主体21的上端面设有两块矩形电磁铁23，矩形电磁铁23上设有定位标志22，矩形电磁铁23设置在无人机保护仓26闭合设置时所处位置的中心位置，每块矩形电磁铁分别对应定位标志的两条长边放置。如图5所示为无人机主体49的结构示意图，无人机主体49还包括用于检测定位标志22的无人机摄像头29，无人机主体49下方固定设置有金属降落架28，无人机摄像头29和导航定位系统分别设置在无人机主体49与金属降落架28之间，导航定位系统包括北斗导航模块和机器视觉定位系统。无人机主体49降落至无人船主体21时，金属降落架28对应定位标志22设置。

缓冲机构18包括挡板、触发板、接近开关17、以及若干连接用的弹簧，挡板呈圆形，挡板的直径小于对接保护仓8的内径，挡板的直径大于对接保护仓8末端圆形开口直径，挡板外侧由呈圆形分布的4个弹簧与对接保护仓8末端连接，挡板与触发板由弹簧连接，触发板位于对接保护仓8外侧，接近开关17安装与触发板外侧的防水装置中，触发板和接近开关17的距离小于挡板和对接保护仓8末端之间的距离。

夹紧机构包括直线电机11和V型夹具，直线电机11通过电机座10固定设置在固定框下方，V型夹具通过直线电机11驱动而夹紧水下机器人主体1。固定框内设有接近开关防水仓16，接近开关17设置在接近开关防水仓16内，固定框下方固定设置有防水电子仓12，对接保护仓8上设置有用于检测水下机器人是否成功进入保护仓内的防水照明灯13和防水摄像头14。导向罩7大口径的边缘均匀设有用于水下机器人主体1视觉定位的光学导引阵列6。

如图6所示为曲柄滑块机构的结构示意图，升降机构27包括第一电机支座31、第一连杆33和第二连杆35，第一电机支座31固定设置在无人机保护仓26内，第一电机支座31上设有伺服电机36，第一连杆33转动设置在伺服电机36上，第一连杆33与第二连杆35转动设置，伺服电机36下方设有滑块导向槽32，第二连杆35的另一端转动连接设置滑块件34，滑块件34通过第一连杆33、第二连杆35的转动而移动设置在滑块导向槽32内。

如图7所示为丝杠导轨机构的结构示意图，丝杠导轨机构包括第二电机支座37、丝杠件41、导轨支架42以及滑动导轨43，导轨支架42固定设置在无人船主体21的上端面上，滑动导轨43设置在导轨支架42上，滑动导轨43上滑动设有导轨滑块44，导轨滑块44上固定设置连接板45，第二电机支座37上固定设置丝杠导轨机构电机24，丝杠导轨机构电机24上通过联轴器38带动丝杠件41转动设置，丝杠件41上设置有第一轴承40，第一轴承40上设置有第一轴盖39，丝杠件41上设有丝杠副连接块46，丝杠副连接块46与连接板45连接设置，丝杠件41的另一端部设有第二轴承47，第二轴承47上设置有第二轴盖48。

驱动电机24正向转动时，联轴器38带动丝杠件41转动，丝杠副连接块46带动连接板45和无人机保护仓26沿着滑动导轨43向前移动，完成无人机保护仓26的闭合；驱动电机24反转时，联轴器38带动丝杠件41转动，丝杠副连接块46带动连接板45和无人机保护仓26沿着滑动导轨43向后移动，完成无人机保护仓26的开启。

无人船主体21上设有太阳能发电机构，太阳能发电机构包括太阳能电池板20、充电控制器、逆变器以及蓄电池，太阳能电池板20固定安装在无人船主体21的上端面上，充电控制器、逆变器以及蓄电池分别与太阳能电池板20连接设置，充电控制器、逆变器以及蓄电池安装在无人船主体21内部的防水船仓中。

如图8所示为海空水下一体化自供给检测装置的流程步骤图，海空水下一体化自供给检测装置的检测方法，具体包括以下步骤：

步骤1.无人船本体携带水下机器人主体1和无人机主体49行驶至目标海域进行检测工作；

步骤2.无人船主体21释放水下机器人主体1进行工作，无人船主体21对完成工作或电量降至警戒线的水下机器人主体1进行回收。无人船主体21释放、回收水下机器人主体1具体包括以下步骤：步骤2-1.无人船主体21松开夹紧水下机器人主体1的夹紧机构9，水下机器人主体1的舵机进行反转，水下机器人向着远离无人船主体21的对接保护仓8的方向进行运动；

步骤2-2.水下机器人主体1开始四处巡航执行任务，当任务没有完成或水下机器人主体1的电量未降到警戒线，水下机器人主体1仍四处巡航执行任务；当任务完成或水下机器人主体1的电量降到警戒线时，水下机器人主体1与无人船主体21通讯开始启动回收程序；

步骤2-3.水下机器人开始回收时，无人船主体21与水下机器人主体1向着会合点移动，无人船主体21将当前所处位置姿态等信息传输给水下机器人主体1；

步骤2-4.当水下机器人主体1上的第一应答器3进入无人船主体21上第二应答器15导引范围时，水下机器人主体1上浮至对接所需的深度，根据接收到的无人船主体21的位置姿态信息，水下机器人主体1调整航行路线，使路线最终对准无人船主体21下方回收机构的锥形导向罩7中线；

步骤2-5.当水下机器人主体1艏部的识别摄像机4检测到锥形导向罩7四周的光学导引阵列6时进入光学导引范围时，水下机器人主体1将光学导引作为主导而修正自身位置前进，无人船主体21下方设置的摄像检测系统判断水下机器人主体1是否进入回收机构，若未进入，AUV驶离光学导引范围重复步骤2-4；若检测进入，根据无人船主体21下方的缓冲机构18的接近开关17判断是否确实进入回收机构，若没有触发，则重复步骤2-4，若接近开关17触发，进入下一步骤；

步骤2-6.接近开关17触发后，水下机器人主体1保持向前的推进，无人船主体21下方的夹紧机构9开始作用，夹紧完成后，水下机器人主体1停止舵机转动，开始对水下机器人主体1进行无线充电和数据传输

步骤3.无人船主体21释放无人机主体49进行工作，无人船主体21对完成工作或电量降至警戒线的无人机主体49进行回收。无人船主体21释放、回收无人机主体49具体包括以下步骤：步骤3-1.无人船主体21停在目标海域，升降机构27带动无人机无线充电输出端线圈25上升，无人机保护仓26打开，无人机主体49启动飞离无人船主体21，无人机保护仓26闭合；

步骤3-2.无人机主体49开始四处飞行执行任务，当任务没有完成或水下机器人主体1的电量未降到警戒线，无人机主体49仍保持四处飞行执行任务；待任务完成或电量到警戒线时，无人机主体49与无人船主体21通讯启动回收程序；

步骤3-3.无人机主体49开始回收时，无人船主体21和无人机主体49朝着会合点移动，无人机保护仓26打开，无人船主体21上端面的矩形电磁铁23通电，并将当前所处位置与姿态信息传输给无人机，无人机朝着更新后的无人船位置飞行；

步骤3-4.无人机主体49的摄像机检测到无人船主体21上的定位标志22，无人机主体49根据机器视觉定位开始进行降落，矩形电磁铁23对无人机主体49下方的金属降落架28的进行磁吸；

步骤3-5.无人机主体49降落到无人船主体21上后，无人机主体49旋翼停止转动，无人机保护仓26闭合，闭合后升降机构27带动无人机充电输出端线圈25向下移动，使无人机充电输出端线圈25与无人机接收端线圈30紧密贴合固定住无人机主体49，矩形电磁铁23断电，开始对无人机主体49进行无线充电和数据传输。

步骤4.任务完成，无人船主体21结束工作。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种海空水下一体化自供给检测装置，其特征在于，包括水下机器人主体（1）、无人船主体（21）以及无人机主体（49），所述无人船主体（21）包括无人机充电回收机构和水下机器人充电回收机构；

所述无人机充电回收机构包括丝杠导轨机构、无人机保护仓（26），升降机构（27）以及无人机无线充电输出端线圈（25），所述无人机保护仓（26）通过在所述丝杠导轨机构上滑动而开启闭合设置，所述升降机构（27）设置在所述无人机保护仓（26）内，所述升降机构（27）上设有无人机无线充电输出端线圈（25），且所述无人机无线充电输出端线圈（25）通过所述升降机构（27）升降设置；

所述水下机器人充电回收机构包括对接保护仓（8）、水下机器人输出端线圈（19）、第二应答器（15）以及光学导引阵列（6），所述水下机器人输出端线圈（19），所述第二应答器（15）以及所述光学导引阵列（6）分别设置在所述对接保护仓（8）上；

所述无人机主体（49）包括无人机接收端线圈（30）和导航定位系统，所述无人机接收端线圈（30）感应所述无人机无线充电输出端线圈（25）设置，所述导航定位系统提供路线指引和定位设置；

所述水下机器人主体包括水下机器人接收端线圈（2），机器视觉识别摄像机（4），第一应答器（3），所述水下机器人通过所述第一应答器（3）与所述第二应答器（15）通讯而定位至所述对接保护仓（8），再通过机器视觉识别摄像机（4）对光学导引阵列（6）的识别而定位至对接保护仓（8）内，所述水下机器人主体（1）通过所述水下机器人输出端线圈（19）与所述水下机器人接收端线圈（2）感应而进行无线充电；

所述无人船主体（21）的下端面设有固定框，所述对接保护仓（8）贯穿所述固定框固定设置，所述对接保护仓（8）上设有导向罩（7），所述导向罩（7）采用圆锥形结构设置，所述导向罩（7）小口径的端面与所述对接保护仓（8）固定设置，所述固定框下端部设有用于夹紧所述水下机器人主体（1）的夹紧机构（9），所述夹紧机构（9）上端部设置在所述对接保护仓（8）内，所述对接保护仓（8）末端设有缓冲机构（18）；

所述水下机器人主体（1）上设有用于机器视觉定位导航的识别摄像机（4），所述识别摄像机（4）和所述第一应答器（3）分别设置在所述水下机器人主体（1）的艏部，且所述水下机器人主体（1）的艏部对应所述识别摄像机（4）和所述第一应答器（3）设有保护罩（5）；

对接时，所述水下机器人主体（1）设有所述保护罩（5）的一端朝着所述导向罩（7）大口径的一端前进而回收至所述对接保护仓内；

所述无人船主体（21）的上端面设有两块矩形电磁铁（23），所述矩形电磁铁（23）上设有定位标志（22），所述矩形电磁铁（23）设置在所述无人机保护仓（26）闭合设置时所处位置的中心位置，每块矩形电磁铁（23）分别对应定位标志的两条长边放置；

所述无人机主体（49）还包括用于检测所述定位标志（22）的无人机摄像头（29），所述无人机主体（49）下方固定设置有金属降落架（28），所述无人机摄像头（29）和所述导航定位系统分别设置在所述无人机主体（49）与所述金属降落架（28）之间，所述导航定位系统包括北斗导航模块和机器视觉定位系统；

所述无人机主体（49）降落至所述无人船主体（21）时，所述金属降落架（28）对应所述定位标志（22）设置；

所述无人船主体（21）上设有太阳能发电机构，所述太阳能发电机构包括太阳能电池板（20）、充电控制器、逆变器以及蓄电池，所述太阳能电池板（20）固定安装在所述无人船主体（21）的上端面上，所述充电控制器、所述逆变器以及所述蓄电池分别与所述太阳能电池板（20）连接设置，所述充电控制器、所述逆变器以及所述蓄电池安装在所述无人船主体（21）内部的防水船舱中。

2.根据权利要求1所述的海空水下一体化自供给检测装置，其特征在于，所述缓冲机构（18）包括挡板、触发板、接近开关（17）、以及若干连接用的弹簧，所述挡板呈圆形，所述挡板的直径小于所述对接保护仓（8）的内径，所述挡板的直径大于所述对接保护仓（8）末端圆形开口直径，所述挡板外侧由呈圆形分布的4个弹簧与所述对接保护仓（8）末端连接，所述挡板与所述触发板由弹簧连接，所述触发板位于所述对接保护仓（8）外侧，所述接近开关（17）安装于所述触发板外侧的防水装置中，所述触发板和所述接近开关（17）的距离小于所述挡板和所述对接保护仓（8）末端之间的距离。

3.根据权利要求2所述的海空水下一体化自供给检测装置，其特征在于，所述夹紧机构包括直线电机（11）和V型夹具，所述直线电机（11）通过电机座（10）固定设置在所述固定框下方，所述V型夹具通过所述直线电机（11）驱动而夹紧所述水下机器人主体（1）；

所述固定框内设有接近开关防水仓（16），所述接近开关（17）设置在所述接近开关防水仓（16）内，所述固定框下方固定设置有防水电子仓（12），所述对接保护仓（8）上设置有用于检测所述水下机器人主体（1）是否成功进入对接保护仓的防水照明灯（13）和防水摄像头（14）；

所述导向罩（7）大口径的边缘均匀设有用于所述水下机器人主体（1）视觉定位的光学导引阵列（6）。

4.根据权利要求1所述的海空水下一体化自供给检测装置，其特征在于，所述升降机构（27）包括第一电机支座（31）、第一连杆（33）和第二连杆（35），所述第一电机支座（31）固定设置在所述无人机保护仓（26）内，所述第一电机支座（31）上设有伺服电机（36），所述第一连杆（33）转动设置在所述伺服电机（36）上，所述第一连杆（33）与所述第二连杆（35）转动设置，所述伺服电机（36）下方设有滑块导向槽（32），所述第二连杆（35）的另一端转动连接设置滑块件（34），所述滑块件（34）通过所述第一连杆（33）、所述第二连杆（35）的转动而移动设置在所述滑块导向槽（32）内。

5.根据权利要求1所述的海空水下一体化自供给检测装置，其特征在于，所述丝杠导轨机构包括第二电机支座（37）、丝杠件（41）、导轨支架（42）以及滑动导轨（43），所述导轨支架（42）固定设置在所述无人船主体（21）的上端面上，所述滑动导轨（43）设置在所述导轨支架（42）上，所述滑动导轨（43）上滑动设有导轨滑块（44），所述导轨滑块（44）上固定设置连接板（45），所述第二电机支座（37）上固定设置丝杠导轨机构电机（24），所述丝杠导轨机构电机（24）通过联轴器（38）带动所述丝杠件（41）转动设置，所述丝杠件（41）上设置有第一轴承（40），所述第一轴承（40）上设置有第一轴盖（39），所述丝杠件（41）上设有丝杠副连接块（46），所述丝杠副连接块（46）与所述连接板（45）连接设置，所述丝杠件（41）的另一端部设有第二轴承（47），所述第二轴承（47）上设置有第二轴盖（48），所述无人机保护仓（26）设置在所述连接板（45）上。

6.一种根据权利要求1所述的海空水下一体化自供给检测装置的检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1.所述无人船本体携带所述水下机器人主体（1）和所述无人机主体（49）行驶至目标海域进行检测工作；

步骤2.所述无人船主体（21）释放所述水下机器人主体（1）进行工作，所述无人船主体（21）对完成工作或电量降至警戒线的所述水下机器人主体（1）进行回收；

步骤3.所述无人船主体（21）释放所述无人机主体（49）进行工作，所述无人船主体（21）对完成工作或电量降至警戒线的所述无人机主体（49）进行回收；

步骤4.任务完成，所述无人船主体（21）结束工作。

7.根据权利要求6所述的海空水下一体化自供给检测装置的检测方法，其特征在于，在步骤2中，所述无人船主体（21）释放、回收所述水下机器人主体（1），具体包括以下步骤：步骤2-1.所述无人船主体（21）松开夹紧所述水下机器人主体（1）的夹紧机构（9），所述水下机器人主体（1）的舵机进行反转，所述水下机器人向着远离所述无人船主体（21）的对接保护仓（8）的方向进行运动；

步骤2-2.所述水下机器人主体（1）开始四处巡航执行任务，当任务没有完成或所述水下机器人主体（1）的电量未降到警戒线，所述水下机器人主体（1）仍四处巡航执行任务；当任务完成或所述水下机器人主体（1）的电量降到警戒线时，所述水下机器人主体（1）与所述无人船主体（21）通讯开始启动回收程序；

步骤2-3.所述水下机器人开始回收时，所述无人船主体（21）与所述水下机器人主体（1）向着会合点移动，所述无人船主体（21）将当前所处位置姿态等信息传输给所述水下机器人主体（1）；

步骤2-4.当所述水下机器人主体（1）上的第一应答器（3）进入所述无人船主体（21）上第二应答器（15）导引范围时，所述水下机器人主体（1）上浮至对接所需的深度，根据接收到的所述无人船主体（21）的位置姿态信息，所述水下机器人主体（1）调整航行路线，使路线最终对准所述无人船主体（21）下方回收机构的锥形导向罩（7）中线；

步骤2-5.当所述水下机器人主体（1）艏部的识别摄像机（4）检测到锥形导向罩（7）四周的光学导引阵列（6）时进入光学导引范围时，所述水下机器人主体（1）将光学导引作为主导而修正自身位置前进，所述无人船主体（21）下方设置的摄像检测系统判断所述水下机器人主体（1）是否进入回收机构，若未进入，所述水下机器人主体（1）驶离光学导引范围重复步骤2-4；若检测进入，根据所述无人船主体（21）下方的缓冲机构（18）的接近开关（17）判断是否确实进入回收机构，若没有触发，则重复步骤2-4，若接近开关（17）触发，进入下一步骤；

步骤2-6.接近开关（17）触发后，所述水下机器人主体（1）保持向前的推进，所述无人船主体（21）下方的夹紧机构（9）开始作用，夹紧完成后，所述水下机器人主体（1）停止舵机转动，开始对所述水下机器人主体（1）进行无线充电和数据传输；

在步骤3中，所述无人船主体（21）释放、回收所述无人机主体（49），具体包括以下步骤：步骤3-1.所述无人船主体（21）停在目标海域，所述升降机构（27）带动所述无人机无线充电输出端线圈（25）上升，所述无人机保护仓（26）打开，所述无人机主体（49）启动飞离所述无人船主体（21），所述无人机保护仓（26）闭合；

步骤3-2.所述无人机主体（49）开始四处飞行执行任务，当任务没有完成或所述水下机器人主体（1）的电量未降到警戒线，所述无人机主体（49）仍保持四处飞行执行任务；待任务完成或电量到警戒线时，所述无人机主体（49）与所述无人船主体（21）通讯启动回收程序；

步骤3-3.所述无人机主体（49）开始回收时，所述无人船主体（21）和所述无人机主体（49）朝着会合点移动，所述无人机保护仓（26）打开，所述无人船主体（21）上端面的矩形电磁铁（23）通电，并将当前所处位置与姿态信息传输给无人机，无人机朝着更新后的无人船位置飞行；

步骤3-4.所述无人机主体（49）的摄像机检测到所述无人船主体（21）上的定位标志（22），所述无人机主体（49）根据机器视觉定位开始进行降落，所述矩形电磁铁（23）对所述无人机主体（49）下方的金属降落架（28）的进行磁吸；

步骤3-5.所述无人机主体（49）降落到所述无人船主体（21）上后，所述无人机主体（49）旋翼停止转动，所述无人机保护仓（26）闭合，闭合后所述升降机构（27）带动所述无人机无线充电输出端线圈（25）向下移动，使所述无人机无线充电输出端线圈（25）与所述无人机接收端线圈（30）紧密贴合固定住所述无人机主体（49），所述矩形电磁铁（23）断电，开始对所述无人机主体（49）进行无线充电和数据传输。

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