CN115441455B - 一种水下机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种水下机器人系统。所述系统包括：岸上供电模块，包括第一电源转换装置和第二电源转换装置，所述第一电源转换装置用于将交流电转换为高压直流电，给水下机器人的动力单元供电，所述第二电源转换装置用于对所述交流电进行变频，采用变频后的交流电给水下机器人的渣浆泵供电；岸上控制模块，用于发送控制指令至所述水下机器人；水密复合缆，用于传送高压直流电和变频后的交流电至所述水下机器人，并输送通讯数据；水下机器人，用于通过所述动力单元进行驱动，并通过所述渣浆泵将清理下来的残渣输送至岸上。本申请提高水下机器人的灵活性。
Description
技术领域
本申请涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种水下机器人系统。
背景技术
传统的水下清理方式须将水排空，然后进行手工清理，或者派潜水员下水作业，然而无论哪种方式都对主供水系统产生极大的麻烦。排空水需要耗费大量时间，手工清洁工作需要大量的人工，派潜水员下水清洁存在安全风险。
随着现代社会和科学技术的高速发展，机器人正被越来越多的应用于各种复杂环境。目前水下清理可以采用水下机器人，然而传统的水下机器人大多采用液压系统驱动，由于液压系统体积大、重量重，造成水下机器人不够灵活。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种水下机器人系统，以解决水下机器人不够灵活的问题。具体技术方案如下：
本申请提供了一种水下机器人系统，所述系统包括：
岸上供电模块，包括第一电源转换装置和第二电源转换装置，所述第一电源转换装置用于将交流电转换为高压直流电，给水下机器人的动力单元供电，所述第二电源转换装置用于对所述交流电进行变频，采用变频后的交流电给水下机器人的渣浆泵供电；
岸上控制模块，用于发送控制指令至所述水下机器人；
水密复合缆，用于传送高压直流电和变频后的交流电至所述水下机器人，并输送通讯数据；
水下机器人，用于通过所述动力单元进行驱动，并通过所述渣浆泵将清理下来的残渣输送至岸上。
可选地，所述岸上供电模块还包括电源分配单元，所述电源分配单元设于发电机和第一电源转换装置、第二电源转换装置之间；
所述电源分配单元用于将所述发电机的电分配成两路电，一路电供第一电源转换装置进行电压转换和电力输送，另一路电供第二电源转换装置在变频后进行电力输送。
可选地，所述第一电源转换装置，用于将380V交流电转换为400V高压直流电，给水下机器人的行走机构、执行机构和推进器供电；
所述第二电源转换装置，用于采用变频后的380V交流电给水下机器人的渣浆泵供电。
可选地，所述水密复合缆包括电源线和同轴缆，所述电源线采用不同的线芯分别传送高压直流电和变频后的交流电，所述同轴缆用于传输通讯数据。
可选地，所述水下机器人包括主控单元，所述主控单元包括主芯片和多个信号采集芯片；
所述信号采集芯片，用于采集水下机器人的功能单元的电流、电压和运行数据，并发送信号至所述主芯片；
主芯片，用于将各功能单元的电流、电压和运行数据发送至岸上控制模块，并将所述岸上控制模块传送的控制指令进行分解，传递至对应的功能单元。
可选地，所述动力单元包括推进器，
所述推进器采用多个高压直流电机，每个高压直流电机的供电端口配有一个上电开关，所述上电开关用于控制对应的高压直流电机的启动和关停。
可选地，岸上控制模块包括控制单元，
所述控制单元，用于在接收到主控单元通过水密复合缆发送过来的电机故障信号时，识别所述电机故障信号携带的电机标识，发送关停指令至发生故障的高压直流电机对应的上电开关。
可选地，岸上控制模块包括显示单元，
所述显示单元，用于针对水下机器人的主控单元反馈的视频、图像和声呐扫描数据，进行显示。
可选地，所述水下机器人还包括第三电源转换装置，用于将高压直流电转换为低压直流电，给水下机器人的照明单元、观察单元、导航单元和主控单元供电。
本申请实施例有益效果：
本申请实施例提供了一种水下机器人系统，在本申请中，该系统将交流电转换为高压直流电给水下机器人的动力单元供电，避免水下机器人的动力单元采用液压驱动，且电源转换装置位于岸上，相对于水下机器人采用液压系统，本申请降低了水下机器人的体积和重量，全电驱在控制方式上也可灵活多变，本申请提高水下机器人的灵活性。本申请未使用液压系统，水下机器人在作业时也不会对水体造成污染。
当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种水下机器人系统示意图；
图2为本申请实施例提供的水密复合缆的截面示意图；
图3为本申请实施例提供的高压直流电机和上电开关的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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的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。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
为了解决背景技术中提及的问题，根据本申请实施例的一方面，提供了一种水下机器人系统的实施例，下面将结合具体实施方式，对本申请实施例提供的一种水下机器人系统的进行详细的说明，如图1所示：
所述系统包括：岸上供电模块、岸上控制模块、水密复合缆和水下机器人。岸上供电模块包括发电机、第一电源转换装置和第二电源转换装置，发电机提供交流电，第一电源转换装置将交流电转换为高压直流电，给水下机器人的动力单元供电，所述第二电源转换装置对所述交流电进行变频，采用变频后的交流电给水下机器人的渣浆泵供电。
岸上控制模块，发送控制指令至所述水下机器人；
水密复合缆，能够传送高压直流电、变频后的交流电和控制指令至所述水下机器人，水密复合缆还可以将水下机器人反馈的运行数据和电机故障信号发送至岸上控制模块。
水下机器人，动力单元基于高压直流电的供电，驱动水下机器人进行运动和清洁，渣浆泵基于变频后的交流电的供电，将清理下来的残渣输送至岸上。水下机器人还根据岸上控制模块的控制指令，进行水下操作。
在本申请中，该系统将交流电转换为高压直流电给水下机器人的动力单元供电，避免水下机器人的动力单元采用液压驱动，且电源转换装置位于岸上，相对于水下机器人采用液压系统，本申请降低了水下机器人的体积和重量，全电驱在控制方式上也可灵活多变，实现更多复杂功能，本申请提高水下机器人的灵活性。本申请未使用液压系统，水下机器人在作业时也不会对水体造成污染；由于采用高压直流供电，线缆直径也可降低，减少成本支出。
此外，本申请考虑到水下机器人的渣浆泵需要进行调速，因此还在岸上供电模块中设置了所述第二电源转换装置，第二电源转换装置能够对交流电进行变频，输出所述变频后的交流电至渣浆泵，保证了渣浆泵的正常供电和工作。
可选地，所述岸上供电模块还包括发电机和电源分配单元，所述电源分配单元设于发电机和第一电源转换装置、第二电源转换装置之间；发电机的电输送至电源分配单元，所述电源分配单元将所述发电机的电分配成两路电，一路电供第一电源转换装置进行电压转换和电力输送，另一路电供第二电源转换装置在变频后进行电力输送。电源分配单元还可将发电机的电分配至其他用电设备，本申请不做详述。
具体的，所述第一电源转换装置将380V交流电转换为400V高压直流电，通过水密复合缆输送给水下机器人，为水下机器人的动力单元（行走机构、执行机构和推进器）供电；所述第二电源转换装置将380V交流电（50HZ）进行变频，成为其他频率（0-50HZ），通过水密复合缆输送变频后的380V交流电给水下机器人，为水下机器人的渣浆泵供电。
图2为水密复合缆的截面示意图，如图2所示，所述水密复合缆从外到内依次包括：外护套、芳纶铠装、内护套、电源线和同轴缆，所述电源线采用不同的线芯分别传送高压直流电和变频后的交流电，所述同轴缆用于传输通讯数据，通讯数据包括控制指令、运行数据和电机故障信号。其中，电源线的截面面积为8*5mm²。
本申请通过水密复合缆，能够同时传送高压直流电和变频后的交流电，这样既满足了水下机器人中动力单元的供电，也满足了水下机器人中渣浆泵的供电。
可选地，所述水下机器人包括：行走机构、执行机构、推进器、渣浆泵、第三电源转换装置、照明单元、观察单元、导航单元和主控单元，行走机构、执行机构和推进器属于动力单元。
行走机构为水下机器人提供动力，使水下机器人可以实现前进、后退、转弯等动作；执行机构可以使水下机器人完成清理任务；推进器垂直安装在水下机器人两侧，为水下机器人提供向上或向下的推力；行走机构、执行机构和推进器的动力来源全部为高压直流电机，其供电直接来源于第一电源转换装置通过水密复合缆传输下来的400V高压直流电。
图3为高压直流电机和上电开关的示意图，可以看出，所述推进器采用多个高压直流电机，每个高压直流电机的供电端口配有一个上电开关，所述上电开关用于控制对应的高压直流电机的启动和关停。图3采用400VDC对高压直流电机1、高压直流电机2……高压直流电机N进行控制。
主控单元检测到电机故障信号时，会通过水密复合缆发送电机故障信号至岸上控制模块的控制单元，控制单元识别所述电机故障信号携带的电机标识，会发送关停指令至发生故障的高压直流电机对应的上电开关，这样只有发生故障的高压直流电机停止工作。如果采用一个高压直流电机，一旦电机发生故障，会造成整个系统瘫痪，本申请提高了系统的稳定性。
渣浆泵将水下机器人清理下来的残渣抽到岸上，其供电直接来源于第二电源转换装置通过水密复合缆传输下来的变频后的380V交流电。
第三电源转换装置设于水下机器人中，用于将400V高压直流电转换成24VDC、5VDC等电源为照明单元、观察单元、导航单元和主控单元提供电能。
导航单元集成陀螺仪、惯导和高精度深度计等各种传感器，将采集到的信息反馈到岸上控制模块，保证水下机器人在水下能够安全航行，并且水下机器人在水下的绝对位置是可知的；照明单元为水下机器人在水中摄像提供光源，在水下机器人各个方向布置多个高亮度的照明灯，使水下机器人可以在水下多个角度实时观察水中情况；观察单元主要由高清摄像机、图像声呐和云台组成，此系统可以实时观察水下不同角度的环境情况，并且可以扫描出作业环境的结构特征，为清理作业提供强有力支撑。
主控单元包括主芯片和多个信号采集芯片，信号采集芯片将水下机器人各功能单元的电压、电流、运行数据等信息采集起来，发送信号给到主控芯片集中处理，主控芯片可选择性的将有用信息反馈给岸上控制模块，同时主控芯片还将岸上传递过来的发送信号进行分解，分别再传递给水下机器人对应的功能单元，使水下机器人具备完成任务的能力。
可选地，岸上控制模块包括控制单元和显示单元，控制单元用来下发水下机器人的控制指令，显示单元用来显示水下机器人上传回来的视频、图像、声呐扫描数据等信息。
本系统中，岸上供电模块通过水密复合缆传递电能，岸上控制模块通过水密复合缆传递信号，以此来控制水下机器人的运动和各功能单元的任务指令，同时监控水下机器人反馈回来的视频、图像、声呐扫描数据等各种传感器数据。水密复合缆相当于路径，连接着岸上供电模块、岸上控制模块和水下机器人。水下机器人是实际作业设备，完成特定的作业任务，并且将检测到的各种水下环境信息通过水密复合缆传递给岸上控制中心。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的单元来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种水下机器人系统，其特征在于，所述系统包括：
岸上供电模块，包括第一电源转换装置和第二电源转换装置，所述第一电源转换装置用于将交流电转换为高压直流电，给水下机器人的动力单元供电，所述第二电源转换装置用于对所述交流电进行变频，采用变频后的交流电给水下机器人的渣浆泵供电，其中，所述动力单元包括行走机构、执行机构和推进器；
岸上控制模块，用于发送控制指令至所述水下机器人；
水密复合缆，用于传送高压直流电和变频后的交流电至所述水下机器人，并输送通讯数据；
水下机器人，用于通过所述动力单元进行驱动，并通过所述渣浆泵将清理下来的残渣输送至岸上；
其中，所述岸上供电模块还包括电源分配单元，所述电源分配单元设于发电机和第一电源转换装置、第二电源转换装置之间；
所述电源分配单元用于将所述发电机的电分配成两路电，一路电供第一电源转换装置进行电压转换和电力输送，另一路电供第二电源转换装置在变频后进行电力输送。
2.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于，
所述第一电源转换装置，用于将380V交流电转换为400V高压直流电，给水下机器人的行走机构、执行机构和推进器供电；
所述第二电源转换装置，用于采用变频后的380V交流电给水下机器人的渣浆泵供电。
3.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于，所述水密复合缆包括电源线和同轴缆，所述电源线采用不同的线芯分别传送高压直流电和变频后的交流电，所述同轴缆用于传输通讯数据。
4.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于，所述水下机器人包括主控单元，所述主控单元包括主芯片和多个信号采集芯片；
所述信号采集芯片，用于采集水下机器人的功能单元的电流、电压和运行数据，并发送信号至所述主芯片；
主芯片，用于将各功能单元的电流、电压和运行数据发送至岸上控制模块，并将所述岸上控制模块传送的控制指令进行分解，传递至对应的功能单元。
5.根据权利要求4所述的水下机器人系统，其特征在于，所述动力单元包括推进器，
所述推进器采用多个高压直流电机，每个高压直流电机的供电端口配有一个上电开关，所述上电开关用于控制对应的高压直流电机的启动和关停。
6.根据权利要求5所述的水下机器人系统，其特征在于，岸上控制模块包括控制单元，
所述控制单元，用于在接收到主控单元通过水密复合缆发送过来的电机故障信号时，识别所述电机故障信号携带的电机标识，发送关停指令至发生故障的高压直流电机对应的上电开关。
7.根据权利要求4所述的水下机器人系统，其特征在于，岸上控制模块包括显示单元，
所述显示单元，用于针对水下机器人的主控单元反馈的视频、图像和声呐扫描数据，进行显示。
8.根据权利要求4所述的水下机器人系统，其特征在于，
所述水下机器人还包括第三电源转换装置，用于将高压直流电转换为低压直流电，给水下机器人的照明单元、观察单元、导航单元和主控单元供电。
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