水下探測打撈機器人及工作方法、控制系統與流程
2023-05-28 06:24:36 1
本發明涉及一種水下探測打撈機器人及工作方法、控制系統。
背景技術：
21世紀，是海洋的世紀，海洋所蘊含的豐富的能量與資源是人類在地上資源枯竭的形勢下賴以生存的重要補給。同時，21世紀也是智能裝備的世紀，智能系統的廣泛應用大大的提高了勞動的效率，成為了國家戰略發展的新高地。於是，將智能裝備應用於海洋是毋庸置疑的發展趨勢。目前，水下智能裝備的主要形式是水下機器人，主要功能有勘探，採集，維修，基建，軍用與搜救等。其中利用水下機器人進行海洋勘探對於人類開發海洋，走向深藍有著重大意義。同時水下機器人的定位能力對於海底取樣，打撈遺失物品挽回損失等方面有著重大意義。
鑑於水下機器人的工作環境以及重點所針對的水下探測打撈的主要功能。首先應該考慮到的是單個水下機器人由於自身條件的限制，無法快速準確地發現海底樣本或需要打撈或者定位的物品。於是，多機器人系統已經成為不二之選。
隨著時代的發展，一種高效率，高智能化，高穩定性的多機器人系統的出現已是勢在必行。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種水下機器人及其工作方法，以實現水下機器人執行水下打撈任務。
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種水下機器人，包括：主體，在該主體的外壁設有動力裝置，且主體的前端設有機械手；一處理器模塊適於通過控制動力裝置以控制水下機器人水下行進，以及還控制機械手實現抓取動作。
進一步，所述主體呈梭形；所述動力裝置包括三個螺旋槳式電機推進器，且呈120°分布於外壁；所述處理器模塊適於控制三個螺旋槳式電機推進器協同工作，以控制水下機器人水下行進。
進一步，繞外壁設有環形導軌，所述螺旋槳式電機推進器的支撐翼根部設有嵌於環形軌道的滑動裝置；所述處理器模塊適於通過滑動裝置帶動螺旋槳式電機推進器沿環形導軌移動，以改變各螺旋槳式電機推進器之間的夾角。
進一步，所述水下機器人還包括：與處理器模塊相連的攝像裝置、通信裝置；所述處理器模塊通過攝像裝置識別目標，以及通過通信裝置構建通訊網絡以實現跟蹤和定位；所述通信裝置包括機械波通訊模塊、聲吶模塊和紅外線模塊；其中機械波通訊模塊適於產生用於遠距離通訊的機械波；聲吶模塊適於產生用於中距離通訊的高頻超聲波；以及紅外線模塊適於產生用於近距離通訊的紅外信號。
進一步，所述水下機器人還包括：由若干鋰電池組串聯構成的電池組，以及用於控制電池組充放電的充放電控制模塊；所述主體的外壁設有光伏電池板，且該光伏電池板的輸出端與充放電控制模塊的供電輸入端相連。
又一方面，本發明還提供了一種所述水下機器人的工作方法。
所述工作方法包括：通過控制動力裝置以控制水下機器人水下行進；以及控制機械手實現抓取動作。
進一步，所述主體呈梭形；所述動力裝置包括三個螺旋槳式電機推進器，且分布於外壁；所述處理器模塊適於控制三個螺旋槳式電機推進器協同工作，以控制水下機器人水下行進；並且繞外壁設有環形導軌，所述螺旋槳式電機推進器的支撐翼根部設有嵌於環形軌道的滑動裝置；所述處理器模塊適於通過滑動裝置帶動螺旋槳式電機推進器沿環形導軌移動，以改變各螺旋槳式電機推進器之間的夾角。
進一步，當水下機器人水下轉彎時，第一螺旋槳式電機推進器作為轉彎支點，第二、第三螺旋槳式電機推進器相向移動，且併攏，即與第一螺旋槳式電機推進器以主體的中心軸對稱設置。
第三方面，本發明還提供了一種水下機器人群協同控制系統，以實現多水下機器人構成水下機器人群協同控制群組，以提高打撈效率。
為了解決上述技術問題，本水下機器人群協同控制系統包括至少兩個水下機器人。
進一步，所述水下機器人還包括：與處理器模塊相連的攝像裝置、通信裝置；所述處理器模塊通過攝像裝置識別目標，以及通過通信裝置構建通訊網絡以實現跟蹤和定位；所述通信裝置包括機械波通訊模塊、聲吶模塊和紅外線模塊；其中機械波通訊模塊適於產生用於遠距離通訊的機械波；聲吶模塊適於產生用於中距離通訊的高頻超聲波；以及紅外線模塊適於產生用於近距離通訊的紅外信號；並且當任一水下機器人找尋到目標後設為主水下機器人，通過通信裝置召集其餘水下機器人匯集至主水下機器人處。
本發明的有益效果是，本發明的水下機器人及其工作方法、控制系統能夠實現水下打撈作業，並且還能有效提高水下機器人的水下行進效率，以及還通過三階段分步靠攏方式，克服了水下情況複雜，範圍寬廣的工作特點，採用三種通信方式滿足了水下機器人在不同間距下完成匯聚。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是本發明的水下機器人立體圖；
圖2是本發明的水下機器人的俯視圖；
圖3是本發明的水下機器人的局部視圖；
圖4是本發明的水下機器人的螺旋槳式電機推進器移動後結構示意圖一；
圖5是本發明的水下機器人的螺旋槳式電機推進器移動後結構示意圖二。
圖中：主體1、螺旋槳式電機推進器2、支撐翼201、環形導軌3、滑動裝置4、從動輪組401、主動輪組402、機械手5。
具體實施方式
現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
實施例1
如圖1至圖5所示，本實施例1提供了一種水下機器人，包括：主體1，在該主體1的外壁設有動力裝置，且主體的前端設有機械手5；一處理器模塊適於通過控制動力裝置以控制水下機器人水下行進，以及還控制機械手5實現抓取動作，以實現水下打撈工作。
所述主體1呈梭形；所述動力裝置包括三個螺旋槳式電機推進器，且呈120°分布於外壁；所述處理器模塊適於控制三個螺旋槳式電機推進器協同工作，以控制水下機器人水下行進。
具體的，所述水下機器人水下行進方式包括但不限於沉浮、轉向、橫移、縱傾，具體行進與各螺旋槳式電機推進器的對應關係如表1所示。
水下機器人行進與各螺旋槳式電機推進器的對應關係表
表1中，第一螺旋槳式電機推進器簡稱為推進器一，以此類推。
優選的，為了進一步提高水下機器人行進效率，例如減小水下機器人行進中的轉彎半徑；繞外壁設有環形導軌3，所述螺旋槳式電機推進器的支撐翼201根部設有嵌於環形軌道的滑動裝置4；所述處理器模塊適於通過滑動裝置4帶動螺旋槳式電機推進器沿環形導軌3移動(如圖3箭頭F1所示)，以改變各螺旋槳式電機推進器之間的夾角。
具體的，所述滑動裝置4包括：位於環形導軌3內的從動輪組401，以及位於主體1內的主動輪組402，以及該主動輪組402由一直流電機帶動轉動，且該直流電機由處理器模塊控制；優選的，所述主動輪組402的行進軌道位於主體1內壁，所述主動輪組402中至少設有一個鎖止齒輪，且行進軌道設有與該鎖止齒輪配合的鎖止齒，當直流電機停轉後，鎖止齒輪與鎖止齒配合，對滑動裝置4、螺旋槳式電機推進器的位置進行鎖定。
例如當水下機器人水下轉彎時，第一螺旋槳式電機推進器作為轉彎支點，第二、第三螺旋槳式電機推進器相向移動，且併攏(如圖4中箭頭F2和箭頭F3所示)，即與第一螺旋槳式電機推進器以主體1的中心軸對稱設置；其中，第一螺旋槳式電機推進器不轉或反轉，其餘兩螺旋槳式電機推進器正轉，進而實現水下機器人小半徑轉彎，降低轉彎半徑，降低能耗。
作為水下轉彎的一種形式，如圖5所示，當水下機器人由垂直姿態調整為水平姿態時(如箭頭F4所示)，第一螺旋槳式電機推進器作為轉彎支點，第二、第三螺旋槳式電機推進器相向移動，且併攏，即與第一螺旋槳式電機推進器以主體1的中心軸對稱設置；其中，第一螺旋槳式電機推進器反轉，其餘兩螺旋槳式電機推進器正轉，進而實現水下機器人快速姿態調整，節約姿態調整時的電量需求。
作為水下機器人一種可選的實施方式，所述水下機器人還包括：與處理器模塊相連的攝像裝置、通信裝置；所述處理器模塊通過攝像裝置識別目標，以及通過通信裝置構建通訊網絡以實現跟蹤和定位；具體的，母船通過接收各水下機器人的通信裝置對相應水下機器人進行定位。
具體的，本水下機器人的通信方式採用三階段分步靠攏方式，即在兩機器人逐漸靠攏的過程中運用三種通信技術，具有高效率，高智能化，高穩定性的特點。具體的，將複雜的靠攏過程根據三種通訊方式劃分為三個不同階段，採用三種相適應的通訊方式可以使多臺水下機器人接近目標並協同進行定位(交替工作，保持一部分對目標進行尾隨並進行不間斷定位，另一部分適時上浮充電)。
因此，作為通信裝置一種可選的實施方式，所述通信裝置包括機械波通訊模塊、聲吶模塊和紅外線模塊；其中機械波通訊模塊適於產生用於遠距離通訊的機械波；聲吶模塊適於產生用於中距離通訊的高頻超聲波；以及紅外線模塊適於產生用於近距離通訊的紅外信號。
在本實施例中，由於水下機器人所處的水下情況複雜，且工作區域範圍寬廣的工作特點，需要進行靠攏的兩水下機器人間的距離往往是或長或短而不是相對固定的，在不同的距離條件下，選擇最適合其相互靠攏直至進入協同配合距離的方式。
具體的，在兩水下機器人相距例如但不限於100m以上時，通過機械波控制兩水下機器人靠攏，在機器人靠攏至50m以下時，通過高頻超聲波確定兩水下機器人的精確方位，再進行進一步靠攏；當兩水下機器人的距離低於50cm時，通過紅外信號進行跟隨對接，以構成水下機器人群協同控制群組。
所述水下機器人還包括：由若干鋰電池組串聯構成的電池組，以及用於控制電池組充放電的充放電控制模塊(例如但不限於採用LT1513)；所述主體1的外壁設有光伏電池板，且該光伏電池板的輸出端與充放電控制模塊的供電輸入端相連。
所述處理器模塊例如但不限於採用ARM9處理器。
實施例2
在實施例1基礎上，本實施例2還提供了一種水下機器人的工作方法。
本工作方法包括：通過控制動力裝置以控制水下機器人水下行進；以及控制機械手實現抓取動作。
其中，關於水下機器人的結構及其工作方式如實施例1所述。
作為水下機器人的一種可選的工作方法。
當水下機器人水下轉彎時，第一螺旋槳式電機推進器作為轉彎支點，第二、第三螺旋槳式電機推進器相向移動，且併攏，即與第一螺旋槳式電機推進器以主體1的中心軸對稱設置。
實施例3
在實施例1基礎上，本實施例3提供了一種水下機器人群協同控制系統，
所述水下機器人群協同控制系統包括至少兩個如實施例1所述的水下機器人。
關於水下機器人群協同控制系統，具體的，當任一水下機器人找尋到目標後設為主水下機器人，通過通信裝置召集其餘水下機器人匯集至主水下機器人處。
以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。