CN116442810A - 水下无线充电方法、装置、设备、介质及水下机器人 - Google Patents

水下无线充电方法、装置、设备、介质及水下机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水下无线充电方法、装置、设备、介质及水下机器人，所述水下无线充电方法应用于水下机器人，水下机器人上集成有充电发射线圈，所述方法包括：对待充电的水下设备进行位置监测，根据监测结果确定与水下设备之间的相对位置信息，根据相对位置信息对充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制充电发射线圈以调整后的发射参数对水下设备进行无线充电；由于本发明根据对待充电的水下设备的位置监测结果来确定与水下设备之间的相对位置信息，再根据相对位置信息调整发射参数，控制充电发射线圈以调整后的发射参数对水下设备进行无线充电，从而实现了稳定地对待充电的水下设备进行供电，大幅度提升了对水下设备的电能补给效率。

Description

水下无线充电方法、装置、设备、介质及水下机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种水下无线充电方法、装置、设备、介质及水下机器人。
背景技术
随着人类对海洋探索和开发的深入，智能化、远程化及多样化成为水下机器人发展的主要趋势。对于水下机器人，尤其是水下自主航行器来说，由于内部空间和外形的限制，其能源系统的容量和效率有限，从而限制航程、载荷和计算能力，显著影响智能化和远程化应用。目前对水下作业设备进行能源补充时，需要借助特定的方法回收，或在与水下作业设备保持对接的状态下对其进行充电，但是上述两种方式会严重降低水下作业设备的工作效率，而不在对接状态下对水下作业设备充电，会导致充电效率低和充电不稳定的问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种水下无线充电方法、装置、设备、介质及水下机器人，旨在解决现有技术充电影响水下设备的工作效率，而不在对接状态下对水下作业设备充电，会导致充电效率低和充电不稳定的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种水下无线充电方法，所述水下无线充电方法应用于水下机器人，所述水下机器人上集成有充电发射线圈，所述水下无线充电方法包括：
对待充电的水下设备进行位置监测；
根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息；
根据所述相对位置信息对所述充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电。
可选地，所述根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息，包括：
根据监测结果对所述水下设备的运动轨迹进行预测，获得所述水下设备的预测轨迹；
根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态；
在所述相对运动状态满足预设条件时，确定与所述水下设备之间的相对位置信息。
可选地，所述根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态，包括：
根据所述预测轨迹确定目标移动区域，并获取所述目标移动区域的区域位置信息；
根据所述区域位置信息和当前位置信息调整运动状态，并根据调整后的运动状态移动至所述目标移动区域；
在到达所述目标移动区域后，根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态。
可选地，所述在到达所述目标移动区域后，根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态，包括：
在到达所述目标移动区域后，获取所述水下设备的当前运动状态；
根据所述当前运动状态对所述预测轨迹进行校正；
根据校正后的预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态。
可选地，所述发射参数包括发射角度；所述根据所述相对位置信息对所述充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电，包括：
获取所述水下设备的充电接收线圈的线圈位置信息；
根据所述相对位置信息和所述线圈位置信息确定所述充电发射线圈的充电发射方向；
根据所述充电发射方向确定所述充电发射线圈的二自由度调整角度；
根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度对所述水下设备进行无线充电。
可选地，所述发射参数包括发射功率；所述根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度对所述水下设备进行无线充电，包括：
根据所述相对位置信息和所述线圈位置信息确定充电发射线圈的充电发射距离；
根据所述充电发射距离确定损耗功率；
获取所述水下设备的待充电功率；
根据所述损耗功率和所述待充电功率确定所述充电发射线圈的目标功率；
根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整；
根据所述目标功率对所述充电发射线圈的发送功率进行调整；
控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度以及发射功率对所述水下设备进行无线充电。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种水下机器人，所述水下机器人，包括：
机器人本体；
充电组件，所述充电组件包括二自由度机构和充电发射线圈，所述二自由度机构与所述机器人本体刚性连接，所述充电发射线圈与所述二自由度机构旋转连接。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种水下无线充电装置，所述水下无线充电装置包括：
位置监测模块，用于对待充电的水下设备进行位置监测；
信息获取模块，用于根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息；
充电调整模块，用于根据所述相对位置信息对充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种水下无线充电设备，所述水下无线充电设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的水下无线充电程序，所述水下无线充电程序配置为实现如上文所述的水下无线充电方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有水下无线充电程序，所述水下无线充电程序被处理器执行时实现如上文所述的水下无线充电方法的步骤。
本发明通过对待充电的水下设备进行位置监测，根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息，根据所述相对位置信息对所述充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电；由于本发明通过对待充电的水下设备进行位置监测，从而准确地获取了水下设备的实时位置，根据位置监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息，再根据相对位置信息调整发射参数，控制充电发射线圈以调整后的发射参数对水下设备进行无线充电，从而实现了稳定地对待充电的水下设备进行供电，大幅度提升了对水下设备的电能补给效率，实现了自适应调节并保持线圈的对准，可以在不进行对接的情况下实现稳定的能源补充，有效地避免由于跟踪延迟和水流干扰等造成的无线充电线圈失准，显著提升远程无线充电的效率和稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的水下无线充电设备的结构示意图；
图2为本发明水下无线充电方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明水下无线充电方法第二实施例的流程示意图；
图4为本发明水下无线充电方法第三实施例的流程示意图；
图5为本发明水下机器人一实施例的结构示意图；
图6为本发明水下机器人一实施例的充电组件的结构示意图；
图7为本发明水下无线充电装置第一实施例的结构框图。
附图标号说明：
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的水下无线充电设备结构示意图。
如图1所示，该水下无线充电设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器（Central Processing Unit，CPU），通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如无线保真（Wireless-Fidelity，Wi-Fi）接口）。存储器1005可以是高速的随机存取存储器（RandomAccess Memory，RAM），也可以是稳定的非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对水下无线充电设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及水下无线充电程序。
在图1所示的水下无线充电设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明水下无线充电设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在水下无线充电设备中，所述水下无线充电设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的水下无线充电程序，并执行本发明实施例提供的水下无线充电方法。
本发明实施例提供了一种水下无线充电方法，参照图2，图2为本发明一种水下无线充电方法第一实施例的流程示意图。
本实施例中，所述水下无线充电方法应用于水下机器人，所述水下机器人上集成有充电发射线圈，所述水下无线充电方法包括以下步骤：
步骤S10：对待充电的水下设备进行位置监测。
需要说明的是，本实施例应用于水下支援机器人在未与水下设备对接的情况下对水下设备进行充电，从而实现在不进行近距离对接的情况下对水下设备进行无线充电，不影响水下设备的正常作业，不需要设置对接装置。
应当理解的是，本实施例方法的执行主体可以是具有数据处理、网络通信以及程序运行功能的水下无线充电设备，例如水下机器人或水下支援机器人等，或者是其他能够实现相同或相似功能的装置或设备，此处以上述水下支援机器人（以下简称水下机器人）为例进行说明。
需要说明的是，水下设备可以是需要进行能源补充（例如充电）的水下作业设备，例如，水下设备可以是水下固定设备，也可以是水下自主航行器、潜艇、无人船等具备运动能力的设备，本实施例以水下自主航行器为例（下文提到的水下设备也以此为例），本实施例应用于水下设备在水域中巡航时，对水下设备进行能源补充以提高续航能力。上述水下机器人可以是用于向水下设备提供支援和帮助的机器人，例如水下机器人可向水下设备提供能源补充和信息交换等支援功能。
应当理解的是，本实施例水下机器人可确定当前监测水域中需要充电的水下设备，对水下设备进行位置监测，例如水下机器人可通过内部集成或外部安装的导航机构对水下设备的位置进行监测，从而实现对水下设备的位置变化和运动状态进行识别，上述导航机构可以是声学导航机构、视觉导航机构或电磁学导航机构。
在具体实现中，水下机器人确定当前监测水域中需要充电的水下设备，通过视觉导航机构对水下设备进行图像采集，获取水下设备的图像信息，根据图像信息对水下设备的位置进行监测；水下机器人也可以通过声学导航机构对水下设备发射声波探测信号，声波探测信号遇到水下设备后反射回来，根据声波探测信号的反射结构对水下设备的位置进行监测。
步骤S20：根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息。
需要说明的是，相对位置信息可以是水下机器人与水下设备之间的相对位置的相关信息，相关位置可以是三维空间中的相对位置。
应当理解的是，本实施例将位置监测结果输入至预先构建的神经网络模型，获得水下机器人与水下设备之间的相对位置。例如，水下机器人以自身的当前位置作为参考点，以参考点建立三维坐标系，根据监测结果获取水下设备的当前三维坐标，根据上述当前三维坐标获取与所述水下设备之间的相对位置信息。
步骤S30：根据所述相对位置信息对所述充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电。
需要说明的是，充电发射线圈可以是用于向水下设备进行无线充电的无线充电发射线圈。上述发射参数可以是充电发射线圈的发射功率和发射方向等参数。
应当理解的是，由于本实施例应用于在不对接水下设备的情况下对水下设备进行充电，因此，水下机器人根据自身与水下设备的相对位置信息确定充电发射线圈与水下设备的充电接收线圈之间的距离和方向，从而对充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电。
本实施例通过对待充电的水下设备进行位置监测，根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息，根据所述相对位置信息对所述充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电；由于本实施例通过对待充电的水下设备进行位置监测，从而准确地获取了水下设备的实时位置，根据位置监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息，再根据相对位置信息调整发射参数，控制充电发射线圈以调整后的发射参数对水下设备进行无线充电，从而实现了稳定地对待充电的水下设备进行供电，大幅度提升了对水下设备的电能补给效率，实现了自适应调节并保持线圈的对准，可以在不进行对接的情况下实现稳定的能源补充，有效地避免由于跟踪延迟和水流干扰等造成的无线充电线圈失准，显著提升远程无线充电的效率和稳定性。
参考图3，图3为本发明一种水下无线充电方法第二实施例的流程示意图。
基于上述第一实施例，在本实施例中，所述步骤S20，包括：
步骤S21：根据监测结果对所述水下设备的运动轨迹进行预测，获得所述水下设备的预测轨迹。
需要说明的是，预测轨迹可以是根据水下设备的位置监测结果预测到的水下设备在水下的运动轨迹。
应当理解的是，本实施例水下机器人根据监测结果获取水下设备在监测时间段内的位置变化信息，根据位置变化信息通过目标轨迹预测算法和扰动算法对所述水下设备的运动轨迹进行预测，获得所述水下设备的预测轨迹。
步骤S22：根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态。
需要说明的是，相对运动状态可以是水下机器人以水下设备为参照物在跟踪过程中与水下设备之间的相对运动状态，例如相对运动状态可以是相对静止的状态、相对移动的运动状态等。
应当理解的是，为了在非对接状态下实现对水下设备进行充电，本实施例水下机器人根据水下设备的预测轨迹确定水下设备的移动路线和移动速度，根据移动路线和移动速度对水下设备进行跟踪，以接近水下设备，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态，在抵达水下设备的附近位置时，监测与水下设备之间的相对运动状态是否为相对静止状态，若保持住与水下设备之间的相对稳定的状态，则满足对水下设备进行充电的条件。
进一步地，为了准确地对水下设备进行跟踪，上述步骤S22，可包括：
步骤S221：根据所述预测轨迹确定目标移动区域，并获取所述目标移动区域的区域位置信息；
步骤S222：根据所述区域位置信息和当前位置信息调整运动状态，并根据调整后的运动状态移动至所述目标移动区域；
步骤S223：在到达所述目标移动区域后，根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态。
需要说明的是，目标移动区域可以是距离水下设备较近的区域，也可以是水下设备周围的区域，例如，水下机器人根据预测轨迹确定水下设备将在3分钟后到达位置A，水下机器人根据预测轨迹将位置A周围的区域作为目标移动区域。上述区域位置信息可以是目标移动区域的三维坐标信息，水下机器人可以将自身作为参照点，根据参照点建立三维坐标系，根据预测轨迹确定目标移动区域在三维坐标系中的三维坐标，根据三维坐标确定目标移动区域的区域位置信息。上述运动状态可以是水下机器人的当前运动状态，例如调整运动状态可以是调整当前移动速度和当前移动方向等状态。
在具体实现中，水下机器人根据预测轨迹确定与水下设备预计达到的目标位置，根据目标位置确定该位置周围的目标移动区域，将自身作为参照点，根据参照点建立三维坐标系，根据预测轨迹确定目标移动区域在三维坐标系中的区域三维坐标，根据三维坐标确定距离目标移动区域的距离和方向，根据距离和方向，以及水下设备达到上述目标位置的时间来调整运动状态（包括调整移动速度和移动方向），根据调整后的运动状态移动至所述目标移动区域，在到达所述目标移动区域后，根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态。
进一步地，为了保持与水下设备之间相对稳定的运动状态，以满足充电条件，上述步骤S223，可包括：
步骤S2231：在到达所述目标移动区域后，获取所述水下设备的当前运动状态；
步骤S2232：根据所述当前运动状态对所述预测轨迹进行校正；
步骤S2233：根据校正后的预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态。
需要说明的是，当前运动状态可以是水下机器人在抵达水下设备附近的目标移动区域后，水下设备的当前运动速度和当前运动轨迹等运动状态。
应当理解的是，水下机器人在移动至目标移动区域的过程中，水下机器人的移动速度相对较快，在到达目标移动区域后，即到达水下设备附近后，为了保持与水下设备相对稳定的运动状态，水下机器人根据水下设备的当前运动状态对预测轨迹进行校正，从而重新规划移动轨迹，根据校正后的预测轨迹重新调整自身的移动速度和移动路线，以保持与水下设备相对稳定的运动状态，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态，从而实时判断当前的运动状态是否与水下设备之间保持相对稳定，以满足充电条件。
步骤S23：在所述相对运动状态满足预设条件时，确定与所述水下设备之间的相对位置信息。
需要说明的是，预设条件可以是水下机器人在与水下设备之间保持相对稳定的充电状态时，可以对水下设备进行充电的条件，例如上述相对稳定的充电状态可以是水下机器人与水下设备保持相对静止状态，或水下机器人与水下设备之间的移动轨迹和移动速度基本一致的相对状态（此状态下水下机器人与水下设备之间可存在较小的相对速度）；上述预设条件也可以是水下机器人的充电发射线圈与水下设备的充电接收线圈之间的充电距离需不超过一定距离阈值的条件。
应当理解的是，为了实现对水下设备进行稳定地充电，本实施例水下机器人根据水下设备的预测轨迹确定跟踪速度和跟踪路线，根据跟踪速度和跟踪路线对水下设备进行跟踪，并在接近水下设备时监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态，若水下机器人在与水下设备之间保持相对稳定的运动状态，例如相对静止状态，确定与水下设备之间的相对位置信息，根据相对位置信息对水下设备进行充电。
在具体实现中，水下机器人可根据对水下设备的位置监测结果对水下设备的运动轨迹进行预测，从而获得水下设备的预测轨迹，根据预测轨迹确定跟踪路径，以及初始跟踪速度（由于水下机器人的初始位置与水下设备的当前位置存在较远的距离，为了使水下机器人先靠近水下设备，因此初始跟踪速度可以是大于水下设备的当前移动速度，例如水下设备的当前移动速度为5节，则水下机器人的初始跟踪速度可以是7节或8节等），以初始跟踪速度并基于跟踪路径对水下设备进行跟踪，在距离水下设备较近的区域时，放缓速度（即水下机器人在成功靠近水下设备后，将自身速度调整为与水下设备相同或接近的速度，以保持与水下设备之间相对稳定的运动状态），将当前的移动速度降低至与水下设备的当前移动速度一致（例如，水下机器人支援机器在距离水下设备5米的区域内时，放缓速度，若水下设备的当前移动速度为5节，则水下机器人将速度调整至5节，以保持与水下机器人相对静止的运动状态），在水下机器人与水下设备的相对运动状态保持稳定符合预设的可充电条件时，确定与所述水下设备之间的相对位置信息，以根据相对位置信息进行充电。
本实施例通过根据监测结果对所述水下设备的运动轨迹进行预测，获得所述水下设备的预测轨迹，根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态，在所述相对运动状态满足预设条件时，确定与所述水下设备之间的相对位置信息；由于本实施例通过对水下设备的运动轨迹进行预测，根据预测轨迹对水下设备进行跟踪，实现在远程跟踪水下标设备的同时，自适应调节并保持线圈的对准，可以在不进行对接的情况下实现稳定的能源补充，有效地避免由于跟踪延迟和水流干扰等造成的无线充电线圈失准，显著提升远程无线充电的效率和稳定性。
参考图4，图4为本发明一种水下无线充电方法第三实施例的流程示意图。
基于上述第一实施例，在本实施例中，所述步骤S30，包括：
步骤S31：获取所述水下设备的充电接收线圈的线圈位置信息。
需要说明的是，本实施例中发射参数包括发射角度。线圈位置信息可以是水下设备的充电接收线圈在水下设备上的安装位置，也可以是充电接收线圈与充电发射线圈之间的相对位置信息。
应当理解的是，水下机器人通过获取水下设备的设备位置信息，以及水下设备的接收线圈的安装位置信息，根据安装位置信息和设备位置信息对充电接收线圈进行定位，以确定充电发射线圈与充电接收线圈之间的线圈相对位置信息。
步骤S32：根据所述相对位置信息和所述线圈位置信息确定所述充电发射线圈的充电发射方向。
需要说明的是，充电发射方向可以是充电发射线圈将高频电流转换成高频磁场，发射高频磁场的方向。
应当理解的是，水下机器人根据与水下设备之间的相对位置信息，以及水下设备上的充电接收线圈的安装位置信息，根据相对位置信息和安装位置信息确定充电发射线圈与充电接收线圈之间的线圈相对位置信息，根据线圈相对位置信息确定所述充电发射线圈的充电发射方向。
步骤S33：根据所述充电发射方向确定所述充电发射线圈的二自由度调整角度。
需要说明的是，二自由度调整角度可以是充电发射线圈的二自由度机构的旋转角度，水下机器人可通过二自由度机构调整充电发射线圈的发射二自由度。
步骤S34：根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度对所述水下设备进行无线充电。
应当理解的是，本实施例根据充电发射线圈在水下机器人上的安装位置，以及所述水下设备的尺寸和所述充电接收线圈在所述水下设备中的安装位置等信息，结合所述预测轨迹确定发射方向，并根据发射方向确定充电发射线圈的二自由度调整角度，根据二自由度调整角度调整二自由度机构，控制充电发射线圈以调整后的角度对水下设备进行无线充电。
进一步地，为了避免充电功率不足导致充电效率低的问题，上述步骤S34，可包括：
步骤S341：根据所述相对位置信息和所述线圈位置信息确定充电发射线圈的充电发射距离；
步骤S342：根据所述充电发射距离确定损耗功率；
步骤S343：获取所述水下设备的待充电功率；
步骤S344：根据所述损耗功率和所述待充电功率确定所述充电发射线圈的目标功率；
步骤S345：根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整；
步骤S346：根据所述目标功率对所述充电发射线圈的发送功率进行调整；
步骤S347：控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度以及发射功率对所述水下设备进行无线充电。
需要说明的是，充电发射距离可以是充电发射线圈与充电接收线圈之间的距离。上述损耗功率可以是充电发射线圈向充电接收线圈进行无线充电时，中途损耗的电能，例如充电发射线圈向充电接收线圈辐射100%的电能，充电接收线圈仅能接收到的有效电能为80%，即该充电过程中有20%的电能为损耗电能。上述待充电功率为水下设备所需要的充电功率。上述目标功率可以是水下设备所需要的充电功率加上损耗功率，例如水下设备需要100W的充电功率，在充电过程中会损耗20W，为了确保满足水下设备所需的充电功率，充电发射线圈的目标功率为120W。
应当理解的是，由于充电发射线圈在充电过程中会存在功率损耗，因此为了满足水下设备的充电需求，充电发射线圈的目标发射功率为水下设备的充电需求加上功率损耗，即为目标功率根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整，根据所述目标功率对所述充电发射线圈的发送功率进行调整，控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度以及发射功率对所述水下设备进行无线充电。
本实施例通过获取所述水下设备的充电接收线圈的线圈位置信息，根据所述相对位置信息和所述线圈位置信息确定所述充电发射线圈的充电发射方向，根据所述充电发射方向确定所述充电发射线圈的二自由度调整角度，根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度对所述水下设备进行无线充电；由于本实施例根据充电接收线圈的线圈位置信息确定充电发射线圈的二自由度调整角度，根据二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度对所述水下设备进行无线充电，从而实现了准确地对水下设备进行充电，有效地避免了充电方向不准确导致无法有效充电的问题，确保了充电的稳定性。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有水下无线充电程序，所述水下无线充电程序被处理器执行时实现如上文所述的水下无线充电方法的步骤。
由于本存储介质采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
此外，本发明实施例还提出一种水下机器人，所述水下机器人应用于上述水下无线充电方法，参照图5和图6，图5为所述水下机器人的结构示意图，图6为充电组件的结构示意图，所述水下机器人，包括：
机器人本体；
充电组件，所述充电组件包括二自由度机构和充电发射线圈，所述二自由度机构与所述机器人本体刚性连接，所述充电发射线圈与所述二自由度机构旋转连接。
需要说明的是，水下机器人可以是智能水下机器人（AUV，Autonomous UnderwaterVehicles），也可以是其它类型的水下机器人。水下机器人可以包括机器人本体、控制器、驱动机构、导航机构和充电组件，所述导航机构、所述驱动机构和所述充电组件均与所述控制器通信连接，其中：导航机构，用于识别和定位水下设备。推进机构，用于驱动支援机器人移动。充电组件，包括充电发射线圈及二自由度机构，所述充电发射线圈用于向所述水下设备的充电接收线圈供应电能，所述二自由度机构可以带动所述无线充电发射线圈进行二自由度旋转，从而调节发射角度。
应当理解的是，本实施例中上述推进机构可采用六个螺旋桨，其中，前向、侧向和垂向各布置两个螺旋桨，通过螺旋桨的独立或配合可以实现垂荡、横荡、纵荡、纵摇、横摇、艏摇六个自由度的运动。
需要说明的是，充电组件包括二自由度机构和充电发射线圈，参照图6，所述二自由度旋转平台可以由第一舵机、第二舵机、第一旋转支架和第二旋转支架构成，其中，第一舵机与水下机器人本体刚性连接，第一舵机的输出轴与水下机器人本体的艏向平行且与第一旋转支架连接；第二舵机本体与第一旋转支架刚性连接，第二舵机的输出轴与机器人本体的艏向垂直且与第二旋转支架连接；第二旋转支架与充电发射线圈刚性连接。
本实施例通过第一舵机的轴旋转，可以带动第一旋转支架、第二舵机、第二旋转支架和充电发射线圈旋转，方向与水下支援机器人的横摇一致；通过第二舵机的轴旋转，可以带动第二旋转支架和充电发射线圈旋转，方向与水下支援机器人的纵摇一致；通过第一舵机和第二舵机的配合，可以实现充电发射线圈沿横摇和纵摇两个方向旋转，从而实现充电发射线圈二自由度旋转，从而调节发射角度。
参照图7，图7为本发明水下无线充电装置第一实施例的结构框图。
如图7所示，本发明实施例提出的水下无线充电装置包括：
位置监测模块100，用于对待充电的水下设备进行位置监测；
信息获取模块200，用于根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息；
充电调整模块300，用于根据所述相对位置信息对充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电。
进一步地，所述信息获取模块200，还用于根据监测结果对所述水下设备的运动轨迹进行预测，获得所述水下设备的预测轨迹；根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态；在所述相对运动状态满足预设条件时，确定与所述水下设备之间的相对位置信息。
进一步地，所述信息获取模块200，还用于根据所述预测轨迹确定目标移动区域，并获取所述目标移动区域的区域位置信息；根据所述区域位置信息和当前位置信息调整运动状态，并根据调整后的运动状态移动至所述目标移动区域；在到达所述目标移动区域后，根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态。
进一步地，所述信息获取模块200，还用于在到达所述目标移动区域后，获取所述水下设备的当前运动状态；根据所述当前运动状态对所述预测轨迹进行校正；根据校正后的预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态。
进一步地，所述发射参数包括发射角度；所述充电调整模块300，还用于获取所述水下设备的充电接收线圈的线圈位置信息；根据所述相对位置信息和所述线圈位置信息确定所述充电发射线圈的充电发射方向；根据所述充电发射方向确定所述充电发射线圈的二自由度调整角度；根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度对所述水下设备进行无线充电。
进一步地，所述发射参数包括发射功率；所述充电调整模块300，还用于根据所述相对位置信息和所述线圈位置信息确定充电发射线圈的充电发射距离；根据所述充电发射距离确定损耗功率；获取所述水下设备的待充电功率；根据所述损耗功率和所述待充电功率确定所述充电发射线圈的目标功率；根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整；根据所述目标功率对所述充电发射线圈的发送功率进行调整；控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度以及发射功率对所述水下设备进行无线充电。
本实施例通过对待充电的水下设备进行位置监测，根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息，根据所述相对位置信息对所述充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电；由于本实施例通过对待充电的水下设备进行位置监测，从而准确地获取了水下设备的实时位置，根据位置监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息，再根据相对位置信息调整发射参数，控制充电发射线圈以调整后的发射参数对水下设备进行无线充电，从而实现了稳定地对待充电的水下设备进行供电，大幅度提升了对水下设备的电能补给效率，实现了自适应调节并保持线圈的对准，可以在不进行对接的情况下实现稳定的能源补充，有效地避免由于跟踪延迟和水流干扰等造成的无线充电线圈失准，显著提升远程无线充电的效率和稳定性。
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。
需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的水下无线充电方法，此处不再赘述。
此外，需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献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（如只读存储器（Read Only Memory，ROM）/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水下无线充电方法，其特征在于，所述水下无线充电方法应用于水下机器人，所述水下机器人上集成有充电发射线圈，所述水下无线充电方法包括：
对待充电的水下设备进行位置监测；
根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息；
根据所述相对位置信息对所述充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电。
2.如权利要求1所述的水下无线充电方法，其特征在于，所述根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息，包括：
根据监测结果对所述水下设备的运动轨迹进行预测，获得所述水下设备的预测轨迹；
根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态；
在所述相对运动状态满足预设条件时，确定与所述水下设备之间的相对位置信息。
3.如权利要求2所述的水下无线充电方法，其特征在于，所述根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态，包括：
根据所述预测轨迹确定目标移动区域，并获取所述目标移动区域的区域位置信息；
根据所述区域位置信息和当前位置信息调整运动状态，并根据调整后的运动状态移动至所述目标移动区域；
在到达所述目标移动区域后，根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态。
4.如权利要求3所述的水下无线充电方法，其特征在于，所述在到达所述目标移动区域后，根据所述预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态，包括：
在到达所述目标移动区域后，获取所述水下设备的当前运动状态；
根据所述当前运动状态对所述预测轨迹进行校正；
根据校正后的预测轨迹对所述水下设备进行跟踪，并监测跟踪过程中与所述水下设备之间的相对运动状态。
5.如权利要求1所述的水下无线充电方法，其特征在于，所述发射参数包括发射角度；所述根据所述相对位置信息对所述充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电，包括：
获取所述水下设备的充电接收线圈的线圈位置信息；
根据所述相对位置信息和所述线圈位置信息确定所述充电发射线圈的充电发射方向；
根据所述充电发射方向确定所述充电发射线圈的二自由度调整角度；
根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度对所述水下设备进行无线充电。
6.如权利要求5所述的水下无线充电方法，其特征在于，所述发射参数包括发射功率；所述根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度对所述水下设备进行无线充电，包括：
根据所述相对位置信息和所述线圈位置信息确定充电发射线圈的充电发射距离；
根据所述充电发射距离确定损耗功率；
获取所述水下设备的待充电功率；
根据所述损耗功率和所述待充电功率确定所述充电发射线圈的目标功率；
根据所述二自由度调整角度对所述充电发射线圈的发射角度进行调整；
根据所述目标功率对所述充电发射线圈的发送功率进行调整；
控制所述充电发射线圈以调整后的发射角度以及发射功率对所述水下设备进行无线充电。
7.一种水下机器人，其特征在于，所述水下机器人，包括：
机器人本体；
充电组件，所述充电组件包括二自由度机构和充电发射线圈，所述二自由度机构与所述机器人本体刚性连接，所述充电发射线圈与所述二自由度机构旋转连接。
8.一种水下无线充电装置，其特征在于，所述水下无线充电装置包括：
位置监测模块，用于对待充电的水下设备进行位置监测；
信息获取模块，用于根据监测结果确定与所述水下设备之间的相对位置信息；
充电调整模块，用于根据所述相对位置信息对充电发射线圈的发射参数进行调整，并控制所述充电发射线圈以调整后的发射参数对所述水下设备进行无线充电。
9.一种水下无线充电设备，其特征在于，所述水下无线充电设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的水下无线充电程序，所述水下无线充电程序配置为实现如权利要求1至6中任一项所述的水下无线充电方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有水下无线充电程序，所述水下无线充电程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的水下无线充电方法。
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