CN115432147A - 一种深海智能作业设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海智能作业设备，涉及深海作业技术领域，包括：基站、ROV和AUV；所述基站包括储能单元、通信单元、控制单元、传动单元、ROV支架、AUV支架、铠装电缆、无线交互单元、绳索、机械手臂、壳体和中间体。针对深海作业设备下放与回收，以及长期进行深海原位作业过程中面临的技术问题，它充分考虑了深海环境的复杂性，可以分别一次性完成深海海面与海底之间的布放和回收操作，无需频繁的在深海海面与海底之间进行布放和回收；在深海长期原位作业的过程中，该设备故障率低，运转可靠且安全。
Description
技术领域
本发明涉及深海作业技术领域，具体涉及一种深海智能作业设备。
背景技术
地球三分之二的面积均是海洋，其中深海资源丰富多样，但其所处环境条件较为复杂，目前深海资源的勘探和作业包括但不限于以下几种情况：第一种是船舶等航海设备行驶到待监测深海区所在的海域范围，将深海移动抓斗，或者深海移动机器人等负有深海作业任务的水下勘探检测设备下放到海洋中，通过铠装线缆实时回传检测到的水文数据，通过抓斗等取样器对深海的工程地质进行取样。诸如此类的深海环境地质的取样和检测方式，具有实时性高，画面清晰，数据回传快等特点。第二种是载人潜水器和遥控潜水器(ROV，Remotely Operated Vehicle)。第三种是自主水下机器人(AUV，Autonomous UnderwaterVehicle)，与载人潜水器和遥控潜水器(ROV，Remotely Operated Vehicle)相比，AUV具有自主执行使命、作业范围不受缆的约束，功能多样化等优点，现有技术如中国发明专利申请，公开号： CN111377041A；公开日： 2020-07-07；提出了基于海洋环境能源的AUV长期驻留系统。该专利中的水下对接平台，用于当与AUV呈对接状态时，通过近距离无线电通信与AUV进行通信连接，并通过无线充电装置对AUV进行能源补充；当与AUV呈脱离状态时，通过水声通信与AUV进行通信连接；太阳能和波浪能获取装置负责收集海洋环境中的能源并将其转化为可存储的电能。深海环境下，较难以获取到太阳能，且深海海底中的波浪幅度较小，该专利适用于浅海环境下，受限于深海环境的太阳光较少，波浪幅度较小的缘故，该专利的太阳能和波浪能获取装置并不能在深海环境中获取到足够的能量，以维持AUV长期原位作业的正常运转。
此外，为进一步解决水下作业设备的布放与回收问题，中国发明专利，公开号：CN113401322A；公开日：2021-09-17；提出了一种用于模块化水下智能装备平台的多功能收放舱；该多功能收放舱能够辅助模块化水下智能装备平台11实现自主巡航测量和拖渔测量模式的切换：当模块化水下智能装备平台11在远离母船的深海工作时，需要依靠自身搭载的电池在深海测区进行自主巡航测量；当模块化水下智能装备平台11在母船附近的浅海工作时，自主完成与多功能收放舱的对接，母船拖曳对接后的多功能收放舱和模块化水下智能装备平台11的复合体进行拖渔测量作业，由母船对模块化水下智能装备平台11进行全程控制、有线充电、任务规划和健康检测，模块化水下智能装备平台11执行正常的测量功能，同时回传一个工作周期内的测量数据；还能够适度放松光电复合拖缆5，令模块化水下智能装备平台11在光电复合拖缆5允许的活动范围内，在母船周围进行小范围自由作业。完成充电、检测、数据回传后，模块化水下智能装备平台11能够自行脱离母船，进入自主巡航测量模式去执行新的任务。此功能可延长模块化水下智能装备平台11的水下工作时间，减少回收布放频率、提高工作效率、控制运行成本。该专利虽然具备以上诸多优势，但在实际使用过程中仍然需要面对以下技术问题：1）、该专利是适用于浅海环境的，由于深海环境的变化，该专利方案将无法适应，比如深海的海水深度问题，使得其在母船周围进行小范围自由作业这一效果上，比不上浅海环境的便利性，将无法满足深海环境作业的需求，且作业的性价比较低。2）、该专利方案转移至深海环境下进行长期原位作业时，因深海环境幽暗，波浪能量相对较低，而多功能舱体能量储备有限，将会面临模块化水下智能装备平台11的供能问题。3）该方案虽然很好的解决了模块化水下智能装备平台在水下的布放和回收问题，但如何将模块化水下智能装备平台和多功能舱进行布放与回收，以及两者出现故障等异常情况时，如何修复正常，以便继续进行水下作业，该专利中均未提及，也未给出解决方案。
发明内容
、发明要解决的技术问题
针对深海作业设备下放与回收，以及长期进行深海原位作业过程中面临的技术问题，本发明提供了一种深海智能作业设备，它充分考虑了深海环境的复杂性，可以分别一次性完成深海海面与海底之间的布放和回收操作，无需频繁的在深海海面与海底之间进行布放和回收；在深海长期原位作业的过程中，该设备故障率低，运转可靠且安全。
、技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种深海智能作业设备，包括：基站、ROV和AUV；所述基站包括储能单元、通信单元、控制单元、传动单元、ROV支架、AUV支架、铠装电缆、无线交互单元、绳索、机械手臂、壳体和中间体；所述储能单元、通信单元、传动单元、铠装电缆、无线交互单元和机械手臂均与控制单元连接；所述通信单元、传动单元和无线交互单元均与储能单元连接；通信单元和铠装电缆与无线交互单元均连接；所述中间体和壳体连接，中间体位于壳体内部；所述中间体用于承载储能单元、通信单元和控制单元；所述传动单元、ROV支架、AUV支架、铠装电缆、无线交互单元、绳索和机械手臂均位于中间体上；所述ROV支架用于承载ROV，AUV支架用于承载AUV；所述铠装电缆、无线交互单元和绳索均用于ROV与AUV和中间体连接；所述传动单元，用于驱动壳体、中间体、ROV支架、AUV支架和机械手臂的活动；其中ROV、AUV、ROV支架和AUV支架均为一个以上。
可选的，所述传动单元，包括中间体传动单元、支架传动单元、壳体传动单元和机械手臂传动单元，分别对应用于传动壳体、中间体、ROV支架、AUV支架和机械手臂的活动。
可选的，所述中间体上设有与传动单元和控制单元连接的绳索回收单元，用于回收绳索。
可选的，所述的无线交互单元包括无线充电单元和无线数据传输单元。
可选的，所述的储能单元包括锂离子电池和铅蓄电池。
可选的，所述的ROV和AUV均具有传感单元、采样单元和样品存储单元。
可选的，所述中间体上设有滑轨，所述ROV支架、AUV支架和滑轨适配，用以在滑轨上活动。
可选的，所述中间体包括多个中间体结构，分别均布于壳体内，所述中间体结构上设有ROV支架或AUV支架，传动单元、ROV支架、AUV支架、铠装电缆、无线交互单元、绳索和机械手臂；所述中间体结构用于承载储能单元、通信单元和控制单元。
可选的，位于不同中间体结构的多个控制单元之间，以及一个以上的ROV、AUV和多个控制单元及母船之间，构成P2P的网络硬件架构。
可选的，所述通信单元包括无线通信单元和有线通信单元。
、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，包括但不限于如下有益效果：
本发明实施例的技术方案从减少下水频次出发，通过将深海智能作业设备设计为一基站加多个ROV和AUV的方式实现一次布放，完成所有深海设备的下水布放过程，且作业范围广。同样的，因本实施例技术方案中一基站加多个ROV和AUV的方式，可实现回收过程便捷，防止设备丢失，减少设备回收所需耗费的时间、人力等成本。
铠装电缆提供了无线交互单元具备的充电和数据功能的有线实现方式，实现传输的可靠性，而绳索则用以以防万一，ROV、AUV出现故障，或超续航时间和里程时，仍未返回基站的情况下，可通过回收绳索，以回收相应的ROV、AUV。且回收过程，为最大程度释放出浮力，可通过传动设备将壳体打开，通过绳索的连接作用，释放出ROV、AUV，利用海水的浮力作用，上浮至海面。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种实现控制单元的设备结构示意图。
图2为本发明实施例提出的一种深海智能作业设备的简易结构框图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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。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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本发明要求保护的范围内。
如图2，本实施例提出了一种深海智能作业设备，包括：基站、ROV和AUV；所述基站包括储能单元、通信单元、控制单元、传动单元、ROV支架、AUV支架、铠装电缆、无线交互单元、绳索、机械手臂、壳体和中间体，基站位于深海海底，；所述储能单元、通信单元、传动单元、铠装电缆、无线交互单元和机械手臂均与控制单元连接，控制单元控制储能单元的充电和放电状态、进程和方式。控制单元控制通信单元的通信方式，比如有线还是无线，什么情况下进行通信，基站和母船之间的通信与否，通信方式。控制单元控制传动单元工作与否，传动哪些单元。控制单元控制无线交互单元，即控制铠装电缆进行通信，传输数据，以及进行电能传输，向储能单元充电与否。控制单元控制ROV和AUV的数据传输，和储能单元的电能传输。控制单元控制机械手臂的动作；所述通信单元、传动单元和无线交互单元均与储能单元连接，储能单元为它们提供必要的工作用电能，向它们充电。通信单元和铠装电缆与无线交互单元均连接，ROV和AUV，经无线交互单元，通信单元和铠装电缆，向母船传输数据；所述中间体和壳体连接，中间体位于壳体内部；所述中间体用于承载储能单元、通信单元和控制单元；所述传动单元、ROV支架、AUV支架、铠装电缆、无线交互单元、绳索和机械手臂均位于中间体上；所述ROV支架用于承载ROV，AUV支架用于承载AUV；所述铠装电缆、无线交互单元和绳索均用于ROV与AUV和中间体连接。铠装电缆、无线交互单元和绳索可集成为一端口形式，通过机械手臂操作，一次性插拔，即可实现ROV与AUV和中间体连接与否；所述传动单元，用于驱动壳体、中间体、ROV支架、AUV支架和机械手臂的活动；
其中ROV、AUV、ROV支架和AUV支架均为一个以上。
深海智能作业设备下水过程较为耗时费力，目前仍然高度依赖人工的手段，本实施例的技术方案从减少下水频次出发，通过将深海智能作业设备设计为一基站加多个ROV和AUV的方式实现一次布放，完成所有深海设备的下水布放过程，且作业范围广。同样的，因本实施例技术方案中一基站加多个ROV和AUV的方式，可实现回收过程便捷，防止设备丢失，减少设备回收所需耗费的时间、人力等成本。
深海环境的长期原位作业，从布放、水下作业和回收的整个过程，仍然无法摒弃传统的母船加深海设备的模式，有鉴于此，本实施例技术方案中的储能单元的实现方式是多样的，具体为包含有可重复使用，且可实时充电的储能模块，如大型锂离子电池模块，铅蓄电池模块等，除此之外，还包括氢电池等新能源电池模块，从而充分满足深海水下作业时的能量供给需求，位于中间体内的储能单元，一方面为基站内的各项设备供能，另一方面通过铠装线缆和位于深海海面的母船连接，用于充电，满足能量供给；为保证深海海底的能量供给，母船上设有各类发电单元，如风力发电单元，太阳能发电单元等，以充分利用海面的自然能源，实现电能的转化，以及解决母船自身的能量自给自足问题，可实现长期深海原位作业。
控制单元包括大型控制器，数据存储器等模块，如图1所示，从而实现对其他单元的控制与协调，以及数据的存储读写等功能，确保指令传达可靠，数据读取和存储可靠性及安全性。
所述通信单元和母船下放的铠装电缆连接，铠装电缆和无线交互单元均可实现ROV和AUV与控制单元和母船之间的通信，数据传递，电控等功能，必要时，可具有直充功能。
在基站被布放到深海之后，控制单元控制传动单元，打开壳体，按照控制计划或来自母船的实时指示，分别控制ROV支架、AUV支架释放出ROV、AUV，以有序进行深海作业任务。
在ROV、AUV任一电量不足时，则返回基站，到达ROV支架、AUV支架处进行充电和数据存储。
铠装电缆提供了无线交互单元具备的充电和数据功能的有线实现方式，实现传输的可靠性，而绳索则用以以防万一，ROV、AUV出现故障，或超续航时间和里程时，仍未返回基站的情况下，与控制单元通信，可通过控制单元控制回收绳索，以回收相应的ROV、AUV。且回收过程，为最大程度释放出浮力，可通过传动设备将壳体打开，通过绳索的连接作用，释放出ROV、AUV，利用海水的浮力作用，上浮至海面。
所述传动单元，包括中间体传动单元、支架传动单元、壳体传动单元和机械手臂传动单元，分别对应用于传动壳体、中间体、ROV支架、AUV支架和机械手臂的活动。
所述中间体上设有与传动单元和控制单元连接的绳索回收单元，用于回收绳索。
所述的无线交互单元包括无线充电单元和无线数据传输单元，ROV和AUV，经无线数据传输单元，通信单元和铠装电缆，向母船传输数据，经无线充电单元，利用储能单元充电。
所述的储能单元包括锂离子电池和铅蓄电池，均用于为基站中的各电能消耗部分充电。
所述的ROV和AUV均具有传感单元、采样单元和样品存储单元，ROV和AUV除具备常规的功能外，还具有上述功能单元，分别用于传感检测深海环境中的各类数据，采集各类深海资源样品，存储采集到的样品。
所述中间体上设有滑轨，所述ROV支架、AUV支架和滑轨适配，用以在滑轨上活动，以实现ROV和AUV在中间体中的活动，方便对接储能单元和铠装电缆，及时充电，回传数据到母船。
所述中间体包括多个中间体结构，分别均布于壳体内，所述中间体结构上设有ROV支架或AUV支架，传动单元、ROV支架、AUV支架、铠装电缆、无线交互单元、绳索和机械手臂；所述中间体结构用于承载储能单元、通信单元和控制单元。
用以实现各个单元的分布式部署，从而确保各单元之间的互相备份冗余功能，进而确保设备整体具有自我修复功能强，安全可靠性高，故障率低的技术效果。
位于不同中间体结构的多个控制单元之间，以及一个以上的ROV、AUV和多个控制单元及母船之间，构成P2P的网络硬件架构。
从而实现分布式存储，读取，P2P广播式传输模式，形成区块链的网络硬件基础设施，进而便于在软件层面实现区块链的网络架构形态，进而便于确保数据传输，存储的安全性，可靠性，真实性及防篡改等区块链的优势性能。
所述通信单元包括无线通信单元和有线通信单元，从而通过多手段的途径实现数据交互的通信，确保通信的可靠性及稳定性。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种深海智能作业设备，其特征在于，包括：基站、ROV和AUV；
所述基站包括储能单元、通信单元、控制单元、传动单元、ROV支架、AUV支架、铠装电缆、无线交互单元、绳索、机械手臂、壳体和中间体；
所述储能单元、通信单元、传动单元、铠装电缆、无线交互单元和机械手臂均与控制单元连接；
所述通信单元、传动单元和无线交互单元均与储能单元连接；
通信单元和铠装电缆与无线交互单元均连接；
所述中间体和壳体连接，中间体位于壳体内部；
所述中间体用于承载储能单元、通信单元和控制单元；
所述传动单元、ROV支架、AUV支架、铠装电缆、无线交互单元、绳索和机械手臂均位于中间体上；
所述ROV支架用于承载ROV，AUV支架用于承载AUV；
所述铠装电缆、无线交互单元和绳索均用于ROV与AUV和中间体连接；
所述传动单元，用于驱动壳体、中间体、ROV支架、AUV支架和机械手臂的活动；
其中ROV、AUV、ROV支架和AUV支架均为一个以上。
2.根据权利要求1所述的一种深海智能作业设备，其特征在于，所述传动单元，包括中间体传动单元、支架传动单元、壳体传动单元和机械手臂传动单元，分别对应用于传动壳体、中间体、ROV支架、AUV支架和机械手臂的活动。
3.根据权利要求1所述的一种深海智能作业设备，其特征在于，所述中间体上设有与传动单元和控制单元连接的绳索回收单元，用于回收绳索。
4.根据权利要求1所述的一种深海智能作业设备，其特征在于，所述的无线交互单元包括无线充电单元和无线数据传输单元。
5.根据权利要求1所述的一种深海智能作业设备，其特征在于，所述的储能单元包括锂离子电池和铅蓄电池。
6.根据权利要求1所述的一种深海智能作业设备，其特征在于，所述的ROV和AUV均具有传感单元、采样单元和样品存储单元。
7.根据权利要求1所述的一种深海智能作业设备，其特征在于，所述中间体上设有滑轨，所述ROV支架、AUV支架和滑轨适配，用以在滑轨上活动。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种深海智能作业设备，其特征在于，所述中间体包括多个中间体结构，分别均布于壳体内，所述中间体结构上设有ROV支架或AUV支架，传动单元、ROV支架、AUV支架、铠装电缆、无线交互单元、绳索和机械手臂；所述中间体结构用于承载储能单元、通信单元和控制单元。
9.根据权利要求8所述的一种深海智能作业设备，其特征在于，位于不同中间体结构的多个控制单元之间，以及一个以上的ROV、AUV和多个控制单元及母船之间，构成P2P的网络硬件架构。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种深海智能作业设备，其特征在于，所述通信单元包括无线通信单元和有线通信单元。
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2022
- 2022-11-08 CN CN202211390655.5A patent/CN115432147A/zh active Pending
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