CN205602078U - 一种海洋剖面监测滑缆水下机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：包括水面支持系统、导向缆和水下机器人，所述导向缆的一端系在水面支持系统上，所述水下机器人连接导向缆的另一端；所述水下机器人包括机器人主体、水平舵和尾鳍及导向缆连接装置，所述水平舵设置于机器人主体的左右两侧，所述尾鳍设置于机器人主体的后端，所述导向缆连接装置设置于机器人主体的前端。本实用新型具有比拖体更优的剖面滑升性能，比无缆潜水器更高的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，属于海洋内波探测技术领域。
背景技术
内波的海上现场观测在海洋科学研究、军事海洋学研究和海洋工程建设等领域具有重要科学意义和工程应用价值。内波一般处于海洋次中尺度，理解该尺度海洋过程的关键需求是同步观测垂直和水平空间的水体参数。为了避免检测时内波水平结构的混叠，剖面斜率必须大于0.2（Ullman，2003），这需要一种新型测量平台，在滑升斜率和水平分辨率上超越传统的拖体、锚系潜标、剖面浮标以及拖曳式CTD（温盐深传感器）。水下滑翔机虽然可长期、大角度剖面运动，但有限的速度，不适合类似内波观测处于小时/天级别时间尺度的海洋调查，无缆的设计也蕴藏了安全性的风险。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，能够套在导向缆上以上下滑动方式实现水平/垂直剖面运动，填补了深海潜水器谱系中空间运动方式的一个空白。同时，该滑缆水下机器人可解决目前海洋内波监测手段缺少中小尺度水平空间结构分辨率以及现场快速部署、动态跟踪能力的瓶颈，为海洋剖面调查其提供技术手段与研究方法。
为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：
一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：包括水面支持系统、导向缆和水下机器人，所述导向缆的一端系在水面支持系统上，所述水下机器人连接导向缆的另一端；所述水下机器人包括机器人主体、水平舵和尾鳍及导向缆连接装置，所述水平舵设置于机器人主体的左右两侧，所述尾鳍设置于机器人主体的后端，所述导向缆连接装置设置于机器人主体的前端。
进一步地，所述水面支持系统为水面无人船、波浪滑翔机、浮标或锚系潜标中的任意一种。
进一步地，所述导向缆连接装置包括连接环和多组并联减震单元，连接环设置于多组并联减震单元的前盖处，多组并联减震单元固定于机器人主体的前端的凹槽内。
再进一步地，所述连接环上设置有锁扣。
进一步地，所述水面支持系统与水下机器人采用无线水声通讯的数据传输。
进一步地，所述水下机器人外壳材料为聚乙烯，所述水下机器人的内部设置有环形框架，所述环形框架的中横剖面线型尺寸与水下机器人外壳线型尺寸相匹配，所述环形框架材料为不锈钢，所述环形框架上下对称设置有与水下机器人外壳线型持尺寸相匹配的不锈钢肋骨支架，所述水下机器人的内部还设置有耐压电子舱、浮力材料、海洋测量仪器和驱动舵机，所述耐压电子舱设置于环形框架的下部，所述浮力材料设置于环形框架的上部，所述海洋测量仪器设置于环形框架的后部，所述驱动舵机设置于环形框架的中部。
再进一步地，所述耐压电子舱垂直安装，所述耐压电子舱包括锂电池组、检测电路、控制板路和驱动模块，耐压电子舱的内部从下到上依次设置有锂电池组、检测电路、控制板路和驱动模块。
进一步地，所述水下机器人的顶部和底部各安装一台多普勒流速剖面仪，所述多普勒流速剖面仪的安装底座与所述环形框架连接。
再进一步地，所述多普勒流速剖面仪的安装底座与所述环形框架通过法兰盘固定连接。
本实用新型所达到的有益效果：
（1）本实用新型的一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，在母船拖曳下，依靠水平舵升力实现剖面滑翔，也可依靠无动力浮力调节升沉运动，单台稳定在水层任意位置，或多台分层联合作业，母船快速部署，节省甲板收放缆操作，具有比拖体更优的剖面滑升性能，比无缆潜水器更高的安全性。
（2）可广泛应用于海洋剖面调查作业，既可通过母船拖曳快速部署到关心海域进行多点分层快速调查，也可固定在某一水层位置进行长期连续的海洋数据收集，测量内容包括海洋各水层的温度、盐度、海流及其它环境参量。
（3）可获得长期的海洋环境时间-空间数据序列，为科研工作者提供连续的高分辨率水平/垂向剖面数据，对于分析该布放区域的海洋环境状况尤其是内波特征的现场信息提取提供了极大的便利。
附图说明
图1是本实用新型中水下机器人的立体图；
图2是本实用新型中水下机器人的三维装配图；
图3是本实用新型中水下机器人的导向缆连接装置零件分解图；
图4是本实用新型中的系统在导向缆上分层作业的示意图。
图中附图标记的含义：
1、水下机器人， 2、导向缆，3、水面支持系统，11、机器人主体，12、水平舵，13、尾鳍，14、导向缆连接装置，141、连接环，142、弹簧，143、多组并联减震单元。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
参见图1至图4，本实用新型的一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：海洋剖面监测滑缆水下机器人系统包括水面支持系统3、导向缆2和水下机器人1，导向缆2的一端系在水面支持系统3上，水下机器人1连接导向缆2的另一端，水下机器人1在水下沿着导向缆2作升降运动；水下机器人1自带电池，采用流线型低阻设计，包括机器人主体11、水平舵12和尾鳍13及导向缆连接装置14，具有零浮力，水平舵12设置于机器人主体11的左右两侧，尾鳍13设置于机器人主体11的后端，导向缆连接装置14设置于机器人主体11的前端，水下机器人1在母船拖曳下，依靠水平舵12升力实现剖面滑翔，也可依靠无动力浮力调节升沉运动，单台水下机器人1稳定在水层任意位置，或多台水下机器人1分层联合作业，既可通过母船拖曳快速部署到关心海域进行多点分层快速调查，也可固定在某一水层位置进行长期连续的海洋数据收集，节省甲板收放导向缆操作，具有比拖体更优的剖面滑升性能，比无缆潜水器更高的安全性。
水面支持系统3位于母船甲板，水下机器人1依靠母船航行时的拖曳速度沿着导向缆2在水平舵12升力作用下，按照编程的轨迹反复升降，控制传感器组在水体中采样并记录数据。
水面支持系统3为水面无人船、波浪滑翔机、浮标或锚系潜标中的任意一种搭载平台，水下机器人11还可安装在水面无人船、波浪滑翔机、浮标或锚系潜标上，依靠自身的无动力调节产生剩余浮力沿导向缆2反复升沉运动。
因导向缆2在迎流条件下类似于圆柱绕流，可能出现尾涡脱落引起振荡，为此，水下机器人1采用了专门的导向缆连接装置14设计，导向缆连接装置14包括连接环141和多组并联减震单元143，连接环141设置于多组并联减震单元143的前盖处，多组并联减震单元143固定于机器人主体11的前端的凹槽内，连接环141用于连接导向缆2，弹簧142与机器人主体11连接，多组并联减震单元143放置于导向缆连接装置14内，通过与机器人主体11的弹簧与多组并联减振单元的连接形式，导向缆连接装置14可有效消除导向缆2的抖振对水下机器人1的影响。
优选地，连接环141上设置有锁扣，锁扣可通过人工打开和关闭，便于脱缆作业。
水面支持系统3与水下机器人1采用无线水声通讯的数据传输。同时，导向缆2作为公共信号缆，通过感应式调制解调器与水面/水下磁环，将所述水下机器人测量的数据与系统状态实时传输到水面支持系统3，实现精确的人工干预和精细的海洋调查作业。
进一步地，水下机器人1采用聚乙烯材料的流线型轻外壳，水下机器人1的内部设置有环形框架，环形框架的中横剖面线型尺寸与水下机器人1外壳线型尺寸相匹配，环形框架材料为不锈钢，环形框架上下对称设置有与水下机器人1外壳线型持尺寸相匹配的不锈钢肋骨支架，水下机器人1的内部还设置有耐压电子舱、浮力材料、海洋测量仪器和驱动舵机，耐压电子舱设置于环形框架的下部，浮力材料设置于环形框架的上部，海洋测量仪器设置于环形框架的后部，驱动舵机设置于环形框架的中部。耐压电子舱垂直安装，耐压电子舱包括锂电池组、检测电路、控制板路和驱动模块，耐压电子舱的内部从下到上依次设置有锂电池组、检测电路、控制板路和驱动模块。水下机器人1的顶部和底部各安装一台多普勒流速剖面仪，测量上下方的三维流速，结合温盐深传感器（CTD），可实现标准的物理海洋参数调查，测量内容包括海洋各水层的温度、盐度、海流及其它环境参量，多普勒流速剖面仪的安装底座与所述环形框架连接，多普勒流速剖面仪的安装底座与环形框架通过法兰盘固定连接。
水下机器人1的最大剖面深度达7000m，在迎流条件下滑升斜率超过0.3，滑降斜率大于1.0，垂向速度大于1.0m/s，为科研工作者提供连续的高分辨率水平/垂向剖面数据。
选加的温盐深传感器（CTD）包括：溶解氧、荧光、浊度等传感器。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：包括水面支持系统、导向缆和水下机器人，所述导向缆的一端系在水面支持系统上，所述水下机器人连接导向缆的另一端；所述水下机器人包括机器人主体、水平舵和尾鳍及导向缆连接装置，所述水平舵设置于机器人主体的左右两侧，所述尾鳍设置于机器人主体的后端，所述导向缆连接装置设置于机器人主体的前端。
2.根据权利要求1所述的一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：所述水面支持系统为水面无人船、波浪滑翔机、浮标或锚系潜标中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：所述导向缆连接装置包括连接环和多组并联减震单元，连接环设置于多组并联减震单元的前盖处，多组并联减震单元固定于机器人主体的前端的凹槽内。
4.根据权利要求3所述的一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：所述连接环上设置有锁扣。
5.根据权利要求1所述的一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：所述水面支持系统与水下机器人采用无线水声通讯的数据传输。
6.根据权利要求1所述的一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：所述水下机器人外壳材料为聚乙烯，所述水下机器人的内部设置有环形框架，所述环形框架的中横剖面线型尺寸与水下机器人外壳线型尺寸相匹配，所述环形框架材料为不锈钢，所述环形框架上下对称设置有与水下机器人外壳线型持尺寸相匹配的不锈钢肋骨支架，所述水下机器人的内部还设置有耐压电子舱、浮力材料、海洋测量仪器和驱动舵机，所述耐压电子舱设置于环形框架的下部，所述浮力材料设置于环形框架的上部，所述海洋测量仪器设置于环形框架的后部，所述驱动舵机设置于环形框架的中部。
7.根据权利要求6所述的一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：所述耐压电子舱垂直安装，所述耐压电子舱包括锂电池组、检测电路、控制板路和驱动模块，耐压电子舱的内部从下到上依次设置有锂电池组、检测电路、控制板路和驱动模块。
8.根据权利要求6所述的一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：所述水下机器人的顶部和底部各安装一台多普勒流速剖面仪，所述多普勒流速剖面仪的安装底座与所述环形框架连接。
9.根据权利要求8所述的一种海洋剖面监测滑缆水下机器人，其特征在于：所述多普勒流速剖面仪的安装底座与所述环形框架通过法兰盘固定连接。
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| CN105752299A (zh) * | 2016-04-20 | 2016-07-13 | 河海大学 | 一种新的海洋剖面监测滑缆水下机器人 |
| CN108609136A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-10-02 | 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） | 一种可应用于复杂海域的连续机动式水文剖面探测采样器 |
| CN111595305A (zh) * | 2020-04-25 | 2020-08-28 | 华北水利水电大学 | 基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置、系统及方法 |
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