CN207045624U - 一种辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水域机器人辅助设备技术领域，具体涉及一种辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置。该浮标装置包括：外壳、控制系统、定位装置、浮力舱、电力检测器、蓄电池、泊停锚、驱动器、电机、防水电缆和浮球，外壳包裹整个浮标装置，定位装置、浮力舱、电力检测器、泊停锚和驱动器与控制系统分别连接；电力检测器、蓄电池、防水电缆和浮球依次连接；驱动器连接电机，电机安装在防水电缆近浮球段。本实用新型所提出的一种辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，可自主进行充电操作，延长浮标使用时间，可以为水域机器人与母船间提供长时间的通信中转服务，省时省力，节约成本，为水域机器人的应用技术发展提供了积极的意义。

Description

一种辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置

【技术领域】

本实用新型涉及水域机器人辅助设备技术领域，具体涉及一种辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置。

【背景技术】

随着现代科学技术的发展，水域机器人在海洋中得到了广泛的应用，同时对水域机器人在航行时所需要达到的各项技术指标也提出了越来越多的技术要求。其中，当水域机器人在水中与母船进行通信时，由于信号传输要经过空气和水两种介质，传输过程耗能高，信号的损失较大，通信的稳定性无法保证，影响通信质量，这一直是困扰设计人员的技术难题。

现有的解决方法中都存在着一定的缺陷，如将水域机器人行驶到离水面较近的位置与母船进行通信，则水域机器人在执行任务时易被敌方发现；如增大水域机器人的信号强度，则需要增加船载设备，增大船载重量，消耗更多能量从而影响了水域机器人在航行中的灵活性。所以，利用辅助设备为水域机器人进行通信中转，成为解决通信不稳定问题的主要发展方向。

浮标作为水域机器人的辅助设备应用非常广泛，但是在现有的浮标设计中，浮标能量储存有限，续航能力较弱，为水域机器人可提供信息中转服务的时间短，需要借助第三方设备或者人工为其不定时补充通信所需能量，来保证浮标的持续工作。这样的方案需要对浮标进行定位，搜寻，充电处理，不仅操作过程复杂，耗费时间和人力，并且由于浮标能量储存有限，当能量耗尽时，无法实现与浮标间的通信，浮标容易丢失，导致辅助通信成本过高。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【实用新型内容】

本实用新型实施例要解决的技术问题是：

作为水域机器人的辅助通信设备，浮标的能量储存有限，续航能力较弱，可提供信息中转的时间短，需要不定时补充通信所需能量，来保证浮标的持续工作。这样不仅操作过程复杂，费时费力，并且能量耗尽时，与浮标的通信中断，浮标容易丢失，导致辅助通信成本过高。

本实用新型实施例是通过如下技术方案达到上述目的的：

一种辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，包括：外壳、控制系统、定位装置、浮力舱、电力检测器、蓄电池、泊停锚、驱动器、电机、防水电缆和浮球。外壳包裹整个浮标装置，为整个浮标装置提供防水保护；所述的定位装置、浮力舱、电力检测器、泊停锚和驱动器与控制系统分别连接，控制系统为整个装置的指挥中枢，控制该浮标装置中各个部分工作；所述的电力检测器、蓄电池、防水电缆和浮球依次连，电力检测器用于检测蓄电池内的电量，控制系统通过收放防水电缆来控制浮球的收放；所述的驱动器连接电机，电机安装在防水电缆近浮球段，为收放防水电缆提供动力。

进一步的，所述的浮力舱包括配重腔和空气腔，空气腔中设置有活塞；配重腔上设置有进水-出水口，进水-出水口处外壳上设置有开关，开关控制进水- 出水口的开启与关闭；所述空气腔和所述配重腔之间隔着所述活塞。

进一步的，所述的浮球包括球壳、配重室、密封盖和防水充电接头；所述的球壳内安装有防水充电接头，防水充电接头通过防水电缆与外壳内的蓄电池连接；对应防水充电接头的球壳上设置有可开合的密封盖，密封盖由在控制系统接收到开启命令后完成电动开启，或在密封盖上设置有机械锁，并通过操作人员完成机械开启。

进一步的，所述的浮球还包括浮力辅助装置，所述的浮力辅助装置包括水囊、水阀、水泵、通气管和通气孔，所述的浮力辅助装置与控制系统连接，水泵与水囊之间安装有水阀，控制系统通过控制水阀与水泵的开关，实现控制水囊内的水量。通气管连接水囊与球壳，球壳外壳上对应通气管设置有通气孔，控制系统通过控制通气孔的开关，实现气囊与外部气体环境的联通。

进一步的，所述的浮球包括球壳、配重室、密封盖和太阳能电池板；所述的球壳内安装有太阳能电池板，太阳能电池板通过防水电缆与外壳内的蓄电池连接，对应太阳能电池板的球壳上设置有可开合的密封盖，密封盖由防水层和透光层组成。球壳内还包括有伸缩杆和配重块，球壳外壳上对应配重块设置有开口，伸缩杆控制配重块的释放与收回。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型提供的一种辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，可以自行检测能量储备的多少，自主进行充电操作，延长浮标使用时间，可以为水域机器人与母船间提供长时间的通信中转服务，省时省力，节约成本，为水域机器人的应用技术发展提供了积极的意义。

上述说明仅仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型实施例的技术手段，并可依照说明书的内容进行具体实施，以下本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后，本实用新型的具体实施方式将由以下实施例及其附图详细给出。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置的结构示意图；

图2为辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置的浮力舱结构示意图；

图3为辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置的储存盒结构示意图；

图4为实施例1中的浮球结构示意图；

图5为实施例1中的浮球内浮力辅助装置结构示意图；

图6为实施例2中的浮球结构示意图；

其中，1、外壳；2、控制系统；3、定位装置；4、浮力舱；5、电力检测器； 6、蓄电池；7、泊停锚；8、驱动器；9、电机；10、防水电缆；11、浮球；12、配重腔；13、空气腔；14、进水-出水口；15、开关；16、活塞；17、电缆储存盒；18、球壳；19、配重室；20、密封盖；21、防水充电接头；22、太阳能电池板；23、浮力辅助装置；24、水囊；25、水阀；26、水泵；27、通气孔；28、通气管；29、伸缩杆；30、配重块。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。

实施例1:

如图1～4所示，本实用新型实施例1提供了一种辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，包括：外壳1、控制系统2、定位装置3、浮力舱4、电力检测器5、蓄电池6、泊停锚7、驱动器8、电机9、防水电缆10和浮球11。外壳1包裹整个浮标装置，为整个浮标装置提供防水保护；所述的定位装置3、浮力舱4、电力检测器5、泊停锚7和驱动器8与控制系统2分别连接，控制系统 2为整个装置的指挥中枢，控制该浮标装置中各个部分工作；所述的浮力舱4包括配重腔12和空气腔13，空气腔13中设置有活塞16；配重腔12上设置有进水-出水口14，进水-出水口14处外壳1上设置有开关15，开关15控制进水- 出水口14的开启与关闭。空气腔13和配重腔12间隔着所述活塞16，配重腔 12可根据目标水域深度、浮标装置体积和浮标装置重量等信息来控制注入的水量和排出的水量，从而调节浮标所受的浮力和重力的合力方向，如需要的合力方向垂直向上则在打开开关15的情况下，通过将空气腔13中的活塞16推向配重腔12，排出配重腔12内的适量水；若需要合力方向垂直向下则在打开开关 15的情况下，通过活塞16牵引回空气腔13，向配重腔12注入水增加浮标装置的整体重量。其中，无论是在完成配重腔12的注水还是配重腔12的排水，都需要关闭开关15，避免在浮标下潜的过程中配重腔内水与海水联通，从而给活塞16产生不必要的压强，给机械带来额外的负担。

所述的电力检测器5、蓄电池6、防水电缆10和浮球11依次连，电力检测器5用于检测蓄电池6内的电量，控制系统2通过收放防水电缆10来控制浮球 11的收放；所述的驱动器8连接电机9，电机9安装在防水电缆10近浮球11 段，为收放防水电缆10提供动力。

所述的浮球11包括球壳18、配重室19、密封盖20和防水充电接头21；所述的球壳18内安装有防水充电接头21，防水充电接头21通过防水电缆10与外壳1内的蓄电池6连接；对应防水充电接头21的球壳18上设置有可开合的密封盖20。

工作时，浮标依附于水域机器人在水中航行，当到达预设的需要由携带的浮标进行水域通讯系统的信息中转的区域时，水域机器人或外部指挥系统向浮标发出位置信息和锚泊指令，浮标内的定位装置3开始监测位置信息，当到达目标位置时，定位装置3向控制系统2发送位置到达信息，浮标装置将泊停锚7 释放，在泊停锚7和浮力舱4的共同作用下，浮标装置在水域中指定位置悬停。

浮标中的控制系统2通过接收外部的指令或自主实时生成指令，向电力检测器5发送检测蓄电池6中电量的指令，电力检测器5将检测结果反馈给控制系统2，如：蓄电池6的电量低于预先设置的报警值，则控制系统2向浮标装置发出充电指令。

接收充电指令，即发送释放浮球11指令，驱动器8驱动电机9工作，电机 9开始释放防水电缆10，随着释放的防水电缆10长度增加，在浮球11内配重室19的配合工作下(例如：排出适当的水，使得浮球11受到的浮力和自身中立的合力向上)上升至漂浮在水面上。其中，配重室19的结构可以参考实施例 1中的浮力舱4所述结构，在此不再赘述。

如图3所示，由于不同的工作水域深度不同，水深大的水域需要的防水电缆10多，可在靠近电机9处设置与电机9同轴的电缆储存盒17，将电缆储存在盒中，避免电缆缠绕影响其他部件工作。

当浮球11漂浮在水面后，工作人员通过定位装置3行驶到所在位置，外部指挥系统向浮标发送开启浮球密封盖20指令，密封盖20在浮标的电信号控制下打开，工作人员通过与浮球11内防水充电接头21对接，将船载电能输入到浮标内的蓄电池6中，充电完成后，外部指挥系统向浮标发送关闭浮球密封盖 20指令，密封盖20在浮标的电信号控制下关闭。结合本发明实施例还提供了另一种机械式的打开密封盖20的方式，具体的：由充电操作人员以手动方式打开预先设置的机械锁，并在充电完成后，由操作人员将机械锁关闭。

外部指挥系统或电力检测装置向控制系统2发送充电完成信息，控制系统2 向浮标发送浮球11收回指令，驱动器8驱动电机9工作，在防水电缆10的作用下，浮球11缓慢靠近浮标装置，直至收回到外壳1内。

由于在收回浮球11的过程中，若浮球11所受自身重力和浮力合力向下越大，则收回浮球11需要消耗电能越小，面对这种情况，可以在浮标装置内设置浮力辅助装置23减少耗能。如图5所示，浮力辅助装置23包括水囊24、水阀 25、水泵26、通气管28和通气孔27，所述的浮力辅助装置23与控制系统2连接，水泵26与水囊24之间安装有水阀25，控制系统2通过控制水阀25与水泵 26的开关，实现控制水囊24内的水量，所述的通气管28连接水囊24与球壳 18，球壳18上对应通气管28设置有通气孔27，控制系统2通过控制通气孔27 的开关，实现气囊与外部气体环境的联通。当浮球11收回时，控制系统2控制水泵26工作，水阀25与通气孔27开启，水泵26将水抽入水囊24中(水囊膨胀，其内部为注入的水)，空气即从通气孔27排出，浮球11重量增加，利于收回；当浮球11释放时，控制系统2控制水泵26工作，水阀25开启，通气孔27 关闭，水囊24中的水排出，减小浮球11的重量，利于浮球11上升(水囊收缩，其中水抽空后便为干瘪状态)；浮球11到达水面后，控制系统2开启通气孔27，关闭水阀25与水泵26，空气进入水囊24，与外部气压平衡后关闭通气孔27，增加了浮球11的浮力，利于浮球11稳定漂浮。

浮球11的释放和收回可以多次进行，即充电操作可以多次进行，从而增加了浮标的使用寿命，为水域机器人的通信中转提供了长时间的保证。

实施例2:

在以上实施例1的基础上，当浮标装置与水域机器人的距离太远，或水域情况复杂时，工作人员无法到达浮标装置的位置对其进行充电，针对上述情况，浮标装置内的浮球11另外设置了一种解决方案。

如图6所示，在实施例1中的结构基础上，所述的浮球11包括球壳18、配重室19、密封盖20和太阳能电池板22；所述的球壳18内安装有太阳能电池板22，太阳能电池板22通过防水电缆10与外壳1内的蓄电池6连接，对应太阳能电池板22的球壳18上设置有可开合的密封盖20，密封盖20由防水层和透光层组成。

当浮球11漂浮在水面后，外部指挥系统向浮标发送开启浮球密封盖20指令，密封盖20上的防水层打开，太阳光通过透光层照射到太阳能电池板22上，电能依次通过太阳能电池板22和防水电缆10，后输入到浮标内的蓄电池6中，充电完成后，外部指挥系统向浮标发送关闭浮球密封盖20指令，密封盖20关闭。

为了保证在有风浪的情况下，为了避免浮球11摇晃，保持浮球11稳定，即密封盖20朝向稳定，保证电能传输效率，如图6所示，可在浮球11中设置伸缩杆29和配重块30，球壳18外壳1上对应配重块30设置有开口，伸缩杆 29控制配重块30的释放与收回。控制系统2向伸缩杆29发送释放指令，在伸缩杆29的推动下，配重块30释放，浮球11的重心点降低，利于保持稳定；充电完成后，控制系统2向伸缩杆29发送收回指令，配重块30在伸缩杆29 的作用下收回。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，包括：外壳(1)、控制系统(2)、定位装置(3)、浮力舱(4)、电力检测器(5)、蓄电池(6)、泊停锚(7)、驱动器(8)、电机(9)、防水电缆(10)和浮球(11)，其特征在于：所述的外壳(1)包裹整个浮标装置，为整个浮标装置提供防水保护；所述泊停锚(7)用于将所述外壳(1)固定在水域中指定位置；所述的定位装置(3)、浮力舱(4)、电力检测器(5)和驱动器(8)与控制系统(2)分别连接；所述的电力检测器(5)还用于连接蓄电池(6)；其中，所述蓄电池(6)、防水电缆(10)和浮球(11)依次连接，所述的驱动器(8)连接电机(9)，电机(9)安装在防水电缆(10)近浮球(11)段，所述电机(9)为收放防水电缆(10)提供动力。

2.根据权利要求1所述的辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，其特征在于：所述的浮力舱(4)包括配重腔(12)和空气腔(13)，所述配重腔(12)上设置有进水-出水口(14)，进水-出水口(14)处外壳(1)上设置有开关(15)，开关(15)控制进水-出水口(14)的开启与关闭；所述空气腔(13)中设置有活塞(16)；所述空气腔(13)和所述配重腔(12)之间隔着所述活塞(16)。

3.根据权利要求1所述的辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，其特征在于：所述的电机(9)与防水电缆(10)之间设置有电缆储存盒(17)，电缆储存盒(17)安装在外壳(1)内，用于储存电缆。

4.根据权利要求1～3任一项所述的辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，其特征在于：所述的浮球(11)包括球壳(18)、配重室(19)、密封盖(20)和防水充电接头(21)；所述的球壳(18)内安装有防水充电接头(21)，防水充电接头(21)通过防水电缆(10)与外壳(1)内的蓄电池(6)连接；对应防水充电接头(21)的球壳(18)上设置有可开合的密封盖(20)。

5.根据权利要求1～3任一项所述的辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，其特征在于：所述的浮球(11)包括球壳(18)、配重室(19)、密封盖(20)和太阳能电池板(22)；所述的球壳(18)内安装有太阳能电池板(22)，太阳能电池板(22)通过防水电缆(10)与外壳(1)内的蓄电池(6)连接，对应太阳能电池板(22)的球壳(18)上设置有可开合的密封盖(20)，密封盖(20)由防水层和透光层组成。

6.根据权利要求4所述的辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，其特征在于：所述的浮球(11)还包括浮力辅助装置(23)，所述的浮力辅助装置(23)包括水囊(24)、水阀(25)、水泵(26)、通气管(28)和通气孔(27)，所述的浮力辅助装置(23)与控制系统(2)连接，水泵(26)与水囊(24)之间安装有水阀(25)，控制系统(2)通过控制水阀(25)与水泵(26)的开关，实现控制水囊(24)内的水量，所述的通气管(28)连接水囊(24)与球壳(18)，球壳(18)上对应通气管(28)设置有通气孔(27)，控制系统(2)通过控制通气孔(27)的开关，实现气囊与外部气体环境的联通。

7.根据权利要求4所述的辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，其特征在于：所述的密封盖(20)在控制系统(2)接收到开启命令后完成电动开启，或在密封盖(20)上设置有机械锁，并通过操作人员完成机械开启。

8.根据权利要求5所述的辅助水域机器人水中通信的可充电浮标装置，其特征在于：所述的球壳(18)内还包括有伸缩杆(29)和配重块(30)，球壳(18)外壳(1)上对应配重块(30)设置有开口，伸缩杆(29)控制配重块(30)的释放与收回。