一種水下機器人平臺的製作方法

2023-10-05 15:08:39 3

一種水下機器人平臺的製作方法
【專利摘要】本發明提出了一種水下機器人平臺，包括：至少一個水下機器人、監控終端、浮標通訊系統和水樣採集設備，監控終端用於向每個水下機器人發送運動及任務指令；浮標通訊系統通過CAN線纜與水下機器人連接以通過CAN線纜接收運動及任務指令，並在水下機器人的拖曳下運動，獲取水下機器人的定位信息和通訊信息；水樣採集設備通過標準化接口與水下機器人進行通信，用於採集並記錄水樣信息；水下機器人用於根據接收到的運動及任務指令，完成對應的運動和任務。本發明採用CPG仿生推進和滑翔推進結合的推進方式，利用無線傳感網絡技術對多個水下機器人進行協作控制，具有較高的實時性、移動性和高效性以及長時間的續航能力。
【專利說明】一種水下機器人平臺

【技術領域】
[0001] 本發明涉及機器人控制【技術領域】，特別涉及一種水下機器人平臺。

【背景技術】
[0002] 當前，人類面臨人口膨脹和生存空間、陸地資源枯竭和社會生產增長、生態環境惡 化和人類發展的三大矛盾挑戰，要維持自身的生存、繁衍和發展，就必須充分利用海洋資 源，這是無可迴避的抉擇。對人均資源匱乏的我國來說，海洋開發更具有特殊意義。水下機 器人在海洋環境監測、海洋資源勘察、海洋科學研究中發揮重要作用。
[0003] 水下機器人的應用環境多種多樣，例如水文勘測、水下救援、水下探測、環境檢測、 橋墩大壩檢測、水資源探測、生物考察等民用水下任務，實現水下巡邏、預警、偵查、攻擊等 軍用水下任務。
[0004] 但是現有的機器人存在以下問題，無法高效成功的完成上述任務：
[0005] (1)續航能力差；
[0006] (2)不具備實時的通訊手段、自動化的採樣設備、智能的協作導航算法；
[0007] (3)水下機器人動力系統一般採用螺旋槳作為推進方式，這種推進方式效率不高、 能耗大、續航能力不強、且會產生大量的空泡噪聲，對水環境造成汙染；
[0008] (4)水下機器人都只有水下機器人本體，導致潛入水下後定位困難，水下信息傳輸 難度大。


【發明內容】

[0009] 本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。
[0010] 為此，本發明的目的在於提出一種水下機器人平臺，該平臺採用CPG仿生推進和 滑翔推進結合的推進方式，利用無線傳感網絡技術對多個水下機器人進行協作控制，具有 較高的實時性、移動性和高效性以及長時間的續航能力。
[0011] 為了實現上述目的，本發明的實施例提供一種水下機器人平臺，包括：至少一個水 下機器人、監控終端、浮標通訊系統和水樣採集設備，其中，所述監控終端用於向每個所述 水下機器人發送運動及任務指令，並實時獲取和顯示每個所述水下機器人的運動信息和任 務完成狀態；所述浮標通訊系統浮於水面上，並且與所述監控終端進行通信，用於通過所述 CAN線纜與所述水下機器人連接以通過CAN線纜接收所述運動及任務指令，並在所述水下 機器人的拖曳下運動，獲取所述水下機器人的定位信息和通訊信息；所述水樣採集設備通 過標準化接口與所述水下機器人進行通信，用於採集並記錄水樣信息；所述水下機器人用 於根據接收到的運動及任務指令，完成對應的運動和任務，所述水下機器人包括：機器人本 體、動力控制艙、控制系統、複合推進機構、第一和第二浮力引擎以及掛載點，其中，所述動 力控制艙位於所述機器人本體的內部；所述複合推進機構包括：CPG仿生推進機構和滑翔 翼，所述CPG仿生推進機構位於所述機器人本體的尾部，用於採用中央模式生成器CPG仿生 形式進行正弦擺動推進；所述滑翔翼位於所述機器人本體的左側部和右側部，用於滑翔推 進；所述第一浮力引擎位於所述動力控制艙內的後部，所述第二浮力引擎位於所述動力控 制艙內的前部；所述掛載點位於所述機器人本體的底部，用於掛載所述水樣採集設備，並將 所述水樣採集設備採集的數據融合後發送至所述監控終端；所述控制系統位於所述機器人 本體的內部，用於檢測所述機器人主體的運動傳感數據和信息傳感數據，根據所述運動及 任務指令對所述運動傳感數據和信息傳感數據進行融合，以對所述水下機器人的運動路徑 進行規劃，完成所述運動及任務指令對應的運動和任務。
[0012] 在本發明的一個實施例中，所述動力控制艙、CPG仿生推進機構、滑翔翼、第一和第 二浮力引擎以及掛載點均採用可拆卸模塊化組成。
[0013] 在本發明的又一個實施例中，所述控制系統還用於在根據所述運動傳感數據和信 息傳感數據檢測到緊急狀況時，發出警報信號並自動浮出水面。
[0014] 在本發明的再一個實施例中，所述運動傳感數據為所述水下機器人的航行姿態數 據，包括：三軸加速度、三軸偏轉角、三軸角加速度、三軸磁通量；所述信息傳感數據為所述 水下機器人的環境數據，包括：下潛深度、距離水底深度、GPS信息和前方障礙信息。
[0015] 在本發明的另一個實施例中，所述水下機器人包括第一至第四掛載點，其中，所述 第一和第二掛載點位於所述機器人本體底部的前方，所述第三和第四掛載點位於所述機器 人本體底部的後方。
[0016] 在本發明的一個實施例中，所述浮標通訊系統包括：浮筒；自動收放線纜系統，所 述
[0017] 自動收放線纜系統位於所述浮筒的上方，用於調整所述CAN線纜的長度以控制所 述浮標通訊系統在所述水下機器人的拖曳下運動；通訊定位設備，所述通訊定位設備通過 衛星信號或射頻RF信號與所述監控終端進行通信，用於向所述監控終端發送所述水下機 器人運動的狀態和任務完成狀態，以及接收所述監控終端返回的運動及任務指令，並將所 述運動及任務指令轉發給所述水下機器人。
[0018] 在本發明的一個實施例中，所述監控終端包括具有抗震及防水功能的外殼。
[0019] 在本發明的另一個實施例中，所述水樣採集設備包括：標準通訊接口、採樣瓶和控 制閥門，所述標準通訊接口與所述水下機器人的掛載點相連，用於實現與所述水下機器人 的控制系統進行通信，接收來自所述控制系統的採樣信號；採樣瓶，用於存儲採樣得到的水 樣；控制閥門，所述控制閥門連接至所述採樣瓶，用於在接收到採樣信號後打開，自動進水， 完成後所述控制閥門自動關閉，並向所述標準通訊接口上傳採樣結束信息，由所述標準通 訊接口將所述採樣結束信息發送至所述控制系統。
[0020] 在本發明的一個實施例中，所述掛載點掛載所述水樣採集設備的標準通訊接口為 RS485 接口。
[0021] 在本發明的又一個實施例中，還包括：裝載搬運系統，用於搬運所述水下機器人和 所述浮標通訊系統、存放所述水樣採集設備，以及將所述水下機器人放置於水下。
[0022] 根據本發明實施例的水下機器人平臺，採用CPG仿生推進和滑翔推進結合的推進 方式，利用無線傳感網絡技術對多個水下機器人進行協作控制，使其能夠在海洋、湖泊、河 流中進行長時間、大範圍、自動化、全天候的水下探測、監控和作業，具有較高的實時性、移 動性和高效性以及長時間的續航能力。本發明採用實時的通訊手段、自動化採樣設備和智 能的協作導航算法，利用無線傳感網絡技術，實現多個水下機器人的協作運動。多個水下機 器人之間可進行編隊運動，可大大提高水下搜索、探測等的效率，同時減少單個機器人的成 本和設計難度。
[0023] 本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中 ：
[0025] 圖1為根據本發明一個實施例的水下機器人平臺的結構圖；
[0026] 圖2為根據本發明實施例的水下機器人平臺的示意圖；
[0027] 圖3為根據本發明實施例的水下機器人的示意圖；
[0028] 圖4為根據本發明一個實施例的浮標通訊系統的示意圖；
[0029] 圖5為根據本發明另一個實施例的浮標通訊系統的示意圖；
[0030] 圖6為根據本發明實施例的水樣採集設備的結構圖；
[0031] 圖7為根據本發明另一個實施例的水下機器人平臺的結構圖；
[0032] 圖8為根據本發明實施例的水下機器人平臺的電氣控制分層結構示意圖。

【具體實施方式】
[0033] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0034] 本發明實施例提供的水下機器人平臺，採用CPG仿生推進和滑翔推進結合的推進 方式，利用無線傳感網絡技術對多個水下機器人進行協作控制，使得水下機器人能夠在海 洋、湖泊、河流中進行長時間、大範圍、自動化、全天候的水下探測、監控和作業。
[0035] 如圖1和圖2所示，本發明實施例的水下機器人平臺，包括：至少一個水下機器人 1、監控終端2、浮標通訊系統3和水樣採集設備4。其中，該水下機器人平臺採用外殼靜密 封和動密封設計，設計指標為500m防水。
[0036] 具體地，監控終端2用於向每個水下機器人1 (也可稱為水下航行器）發送運動及 任務指令其中，用戶可以通過監控終端2的鍵盤輸入上述運動及任務指令。監控終端2包 括大功率RF通訊設備，通訊距離可達5km，並且在通訊距離外可以通過3G信號與水下機器 人1進行通訊。需要說明的是，監控終端2通過3G信號與水下機器人1進行通訊是指：監 控終端2將運動及任務指令以3G信號發送給浮標通訊系統3,由浮標通訊系統3進一步通 過CAN線纜轉發給水下機器人1。監控終端2採用衛星通訊時，雖然會有5到15s的延時， 但由於巡航速度較慢且水下機器人1具有自主智能性，所以延時不會對水下機器人動造成 任何的影響。
[0037] 監控終端2還用於實時獲取和顯示每個水下機器人的運動信息和任務完成狀態， 從而實現對每個水下機器人的狀態的實時掌握，進而可以根據水下機器人1的實際狀態及 時調整指令。需要說明的是，監控終端3採用具有抗震及防水功能的外殼，從而可以適用於 野外作業。
[0038] 進一步，監控終端3包括顯示設備，該顯示設備可以為11寸觸控螢幕。監控終端3 的續航能力可以為5個小時。
[0039] 下面參考圖3對水下機器人1的結構和功能進行說明。
[0040] 水下機器人1可以根據接收到的運動及任務指令，完成對應的運動和任務。如圖 3所示，水下機器人1包括：機器人本體11、位於機器人本體11的內部的動力控制艙12、復 合推進機構、第一浮力引擎13、第二浮力引擎14、掛載點和控制系統21。其中，水下機器人 1可以工作於水深4至100米處。水下機器人1的尺寸為1. 2米，直徑22cm，其負載能力為 10公斤。
[0041] 複合推進機構包括CPG仿生推進機構15和滑翔翼16。其中，CPG(Central Pattern Generator,中央模式發生器）仿生推擠機構15位於機器人本體1的尾部，用於米用中央模 式生成器CPG仿生形式進行正弦擺動推進。CPG仿生推進機構15作為水下機器人1的輔助 推進機構為正弦擺動的仿生推進機構，模擬魚類的仿生推進技術原理，主動力採用CPG單 關節擺動推進，實現機器人推進的高效、低噪、靈活等特性，能夠將對水環境的汙染降到最 低。CPG仿生推進機構15在何種頻率及擺幅之下能夠達到最高效率，以及不同頻率、擺幅之 間的平滑切換。CPG仿生推進機構15仿生快速推進續航時間為3至5個小時，推進水平速 度可以達到2m/s。
[0042] 滑翔翼16位於機器人本體1的左側部和右側部，均為水平滑翔翼，用於滑翔推進。 滑翔翼16將滑翔機的原理引入到水下，依靠重力和浮力的差，採用滑翔推進的方式，不需 要額外動力即可實現運動。依據此原理設計能夠在水下環境中進行長時間、大範圍持續監 控和檢測的水下機器人系統。如果結合太陽能技術，本發明更能夠實現對監控、檢測地點進 行持續數月不間斷的監控。
[0043] 本發明採用滑翔推進方式，可以保證垂直運動和水平運動推進能夠達到最優，保 證滑翔推進續航時間為3至7天，巡航推進水平速度可以達到0. 25m/s。
[0044] 水下機器人1採用CPG仿生推進+滑翔推進的複合推進的設計方式，具備長時間 續航能力並適合於複雜水環境，可以兼顧機動性與高續航能力，能夠根據不同的需求在水 下選擇不同的航行方式。本發明充分利用滑翔推進的高續航能力和低噪音，利用仿生推進 的高效率、靈活性特性，使通用水下機器人平臺具備續航能力強、環境汙染少、運動機動性 能好等運動特色。水下機器人1在低速巡航時適用於湖泊、水庫、溼地、泳池等水體中，由於 採用仿生輔助推進，可以適用於低流速的河流中，且採用仿生推進方式對生態環境無汙染。
[0045] 第一浮力引擎13位於動力控制艙12內的後部，第二浮力引擎14位於動力控制艙 12內的前部。其中，第一浮力引擎13和第二浮力引擎14可以採用伸縮氣囊。
[0046] 掛載點位於機器人本體1的底部，用於掛載水樣採集設備4,並將水樣採集設備4 採集的數據融合後發送至監控終端2。其中，水下機器人1可以包括第一至第四掛載點，其 中，第一掛載點17和第二掛載點18位於機器人本體1底部的前方，第三掛載點19和第四 掛載點20位於機器人本體1底部的後方。在本發明的實施例中，掛載點掛載水樣採集設備 4的標準通訊接口為RS485接口，可以裝載多種設備，適用範圍廣。
[0047] 控制系統21位於機器人本體1的內部，用於檢測機器人主體1的運動傳感數據和 信息傳感數據，根據運動及任務指令對上述運動傳感數據和信息傳感數據進行融合，以對 水下機器人1的運動路徑進行規劃，完成運動及任務指令對應的運動和任務。
[0048] 在本發明的示例中，運動傳感數據為水下機器人1的航行姿態數據，包括：三軸加 速度、三軸偏轉角、三軸角加速度、三軸磁通量等。信息傳感數據為水下機器人1的環境數 據，包括：下潛深度、距離水底深度、GPS信息和前方障礙信息等。
[0049] 本發明採用多傳感網絡融合的技術原理，採用了多個水下機器人協作控制算法、 多智能體蟻群算法，使多個水下機器人分工明確，可以同時完成多個任務，實現多個水下機 器人信息共享，從而可以降低單個水下機器人的設計難度、成本和風險降低。並且，對於整 個水下機器人平臺而言整體性能更加突出，魯棒性更強，從而系統能夠更加高效的完成所 設定的任務。
[0050] 由於一般水下機器人完成任務都是單體機器人完成的。但是單體機器人設計復 雜，成本高，並且很多任務無法完成。而本發明採用多傳感器網絡技術實現分布式控制的多 水下機器人的協作，可以對水下機器人個體建立分層任務分配模型，通過群體協作的方式 對目標水域進行大範圍、長時間、自動化的全方位監控。利用無線傳感網絡技術進行多水下 機器人的協作算法研究，本發明可以使用兩臺水下水下機器人之間相互協作，在具有多種 不確定因素的環境下水下機器人之間的協作避碰算法和策略、隊形控制及任務分配，實現 對目標水域進行全方位的監控。
[0051] 本發明可以在上層建立自增強學習模型，水下機器人自動分化為不同類型任務的 專家，實現穩定、靈活的任務分工。在下層基於蟻群算法模型來實現任務分配。通過上層與 下層的配合實現水中機器人的編隊航行、自主避障、協作測量等任務。
[0052] 進一步，水下機器人1具有應急預警措施，控制系統21還用於根據運動傳感數據 和信息傳感數據檢測到緊急狀況時，發出警報信號並自動浮出水面。
[0053] 在本發明的一個實施例中，動力控制艙12、CPG仿生推進機構15、滑翔翼16、第一 浮力引擎13、第二浮力引擎14以及掛載點、動力電池均採用可拆卸模塊化組成。其中，動力 電池和控制系統均安排在導軌上。
[0054] 水下機器人1的機械結構採用模塊化結構，每一部分都可單獨拆卸更換，在物理 上實現模塊化。獨立的承壓電池（動力電池）和數據模塊很容易通過水下機器人頂上的艙 口進行更換。更換電池和數據模塊省去了電池充電和數據下載的時間，使有效檢測時間成 倍增加。其中，水下機器人1的動力電池可以採用鋰電池。
[0055] 此外，由於一般水下機器人採用定製化的設計，專用任務設計專用的水下機器人， 智能完成單一任務，沒有通用性。而本發明的水下機器人採用模塊化的設計方式，傳感器外 掛使用，可根據監測需要進行外掛傳感器更換，提供24V直流電源與標準RS485接口，軟體 具有可擴展性可實現傳感器的統一管理。並且，所涉及的外設接口均滿足GB要求。
[0056] 浮標通訊系統3浮於水面上，並且與監控終端2進行通信，用於通過CAN線纜與水 下機器人1連接以通過CAN線纜接收上述運動及任務指令，並在水下機器人1的拖曳下運 動，獲取水下機器人1的定位信息和通訊信息。
[0057] 如圖4和圖5所示，浮標通訊系統3包括：浮筒31、自動收放線纜系統32和通訊 定位設備33。在本發明的一個實施例中，浮筒31為紡錘形，從而利於減少浮筒31前進的阻 力。
[0058] 自動收放線纜系統32位於浮筒的上方，用於調整CAN線纜的長度以控制浮標通訊 系統3在水下機器人1的拖曳下運動。具體地，自動收放纜系統32能夠根據設定的深度， 自動調整CAN線纜的長短，從而保證水下機器人1的定位精度。在本發明的示例中，CAN線 纜的長度可以為120米，浮標通訊系統3的尺寸為0. 6*0. 8m。
[0059] 在本發明的一個實施例中，水下機器人1上設置有探測障礙物的聲納，可以防止 CAN線纜與水草等障礙物纏繞。水下機器人1可以根據航行的方向、航行深度、線纜長度、浮 標GPS信息等信息來進行精確定位。
[0060] 通訊定位設備33設置於框架上，通過衛星信號或射頻RF信號與監控終端2進行 通信，用於向監控終端2發送水下機器人1運動的狀態和任務完成狀態，以及接收監控終端 2返回的運動及任務指令並轉發給水下機器人1，從而控制水下機器人1執行對應的運動和 任務。
[0061] 由上可知，本發明的水下機器人平臺採用浮標通訊系統和水下機器人相結合的方 式進行水下定位、遙控通訊及視頻通訊。利用GPS定位、下潛深度、纜繩距離、航行方向等信 息進行綜合計算得出水下機器人的精確位置，無需輔助定位設備且定位精確。
[0062] 水樣採集設備4通過標準化接口與水下機器人1進行通信，用於採集並記錄水樣 信息。其中，水樣採集設備4掛載到水下機器人1的掛載點上，設計成杆狀形狀。水樣採集 設備4可以包括多個傳感器採集設備。
[0063] 如圖6所示，水樣採集設備4包括：標準通訊接口 41、採樣瓶42和控制閥門43。 其中，標準通訊接口 41與水下機器人1的掛載點相連，用於實現與水下機器人1的控制系 統進行通信，接收來自控制系統的採樣信號。採樣瓶42可以存儲採樣得到的水樣。其中， 採樣瓶的容量為50ml，採用聚氯乙烯（PVC)製成，具有重量輕、不易碎、純度好的特點。
[0064] 控制閥門43連接至採樣瓶42,用於在接收到採樣信號後打開，自動進水，完成後 控制閥門43自動關閉，並向標準通訊接口 41上傳採樣結束信息，由標準通訊接口 41將採 樣結束信息發送至控制系統。其中，控制閥門43採用一個直流電機控制採樣瓶的閥門。
[0065] 在本發明的一個實施例中，掛載點掛載水樣米集設備4的標準通訊接口為RS485 接口。
[0066] 水樣採集設備4通過標準化接口與水下機器人1進行通訊，能夠通過遙控或自動 完成水樣採集工作，並記錄水樣採集相關信息。本發明通過一次監測能夠對10個取樣點進 行水樣採樣。該水樣採集設備4具備智能算法，能夠根據採樣進程自動進行重心調節，而不 破壞水下機器人整體的重心及運動軌跡。
[0067] 如圖7所示，本發明實施例的水下機器人平臺還包括：裝載搬運系統5,可以方便 的搬運水下機器人1和浮標通訊系統3,並且具有存放水下取樣設備和多參數水質檢測儀 等傳感器的空間，可以存放上述設備。此外，水樣採集設備4還可以方便的將水下機器人1 放置於水下。
[0068] 此外，本發明還包括有車載設備和系統平臺，其中，車載設備包括3塊中控顯示 屏，其續航能力可以達到48小時，具有RF無線電臺、衛星通訊和3G通訊三種通訊方式。系 統平臺可以同時監控5臺通用水下機器人平臺的位置信息，並隨時更改運動目標，並且能 夠同步存儲通用水下機器人平臺傳輸數據，並通過網絡進行查看。
[0069] 圖8為根據本發明實施例的水下機器人平臺的電氣控制分層結構示意圖。
[0070] 如圖8所示，本發明的水下機器人平臺電氣控制分層結構如下：運動層、傳感層、 控制層、通訊層和監控層。
[0071] ⑴運動層
[0072] 運動層的執行主體主要包括水下機器人1。運動層是底層運動控制單元，可以將抽 象的運動指令分解成電機、引擎之間的運動關係，並通過驅動器驅動電機執行。其中運動控 制卡採用進口 PMAC多軸運動控制器，電機採用ΜΑΧ0Ν電機，以保證運動的精確性和穩定性。 [0073] (2)傳感層
[0074] 傳感層的執行主體主要包括水下機器人1和掛載其上的水樣採集設備4。傳感層 包括：運動傳感與信息傳感。其中，運動傳感主要測量水下機器人的航行姿態，包括三軸加 速度、三軸偏轉角、三軸角加速度、三軸磁通量等。信息傳感主要感知機器人周圍環境，包括 下潛深度、距離水底深度、GPS信息、前方障礙等。
[0075] ⑶控制層
[0076] 控制層的執行主體主要包括水下機器人1、監控終端2和浮標通訊系統3。控制層 採用ARM Cortex-AS處理器的工業級嵌入式主板，採用WinCE嵌入式作業系統。主要根據 接收到的指令和任務，對傳感信息進行融合，進行路徑規劃並建立運動模型，分解為運動層 所能夠接受的任務，並對運動層進行控制。浮標通訊系統和水下機器人分別有一個控制模 塊，相互之間通過工業CAN總線線纜進行通訊。
[0077] (4)通訊層
[0078] 通訊層的執行主體主要包括監控終端2和浮標通訊系統3。通訊層主要完成浮標 通訊系統3與監控終端2的數據通訊，可根據實際環境進行通訊方式的選擇。其中，通訊層 具有RF通訊和3G通訊兩種通訊模式可供選擇，並且還可根據實際需要進行通訊模式的擴 展，不限於上述兩種通訊方式。
[0079] (5)監控層
[0080] 監控層的執行主體主要包括監控終端2。監控層接收通訊層的數據信息，通過圖形 化的方式顯示到顯示屏上。並能夠通過鍵盤對水下機器人進行直接的遙控和指令控制。監 控層可以設定相關區域，對水下機器人進行隨點隨行的設定。例如，用戶可以通過滑鼠點擊 和深度輸入直接設定水下機器人航行路徑。監控層具備擴展功能，能夠同時對多達8個水 下機器人進行獨立的航點設定，並實時顯示水下機器人的位置。
[0081] 根據本發明實施例的水下機器人平臺，採用CPG仿生推進和滑翔推進結合的推進 方式，利用無線傳感網絡技術對多個水下機器人進行協作控制，使其能夠在海洋、湖泊、河 流中進行長時間、大範圍、自動化、全天候的水下探測、監控和作業，具有較高的實時性、移 動性和高效性以及長時間的續航能力。本發明採用實時的通訊手段、自動化採樣設備和智 能的協作導航算法，利用無線傳感網絡技術，實現多個水下機器人的協作運動。多個水下機 器人之間可進行編隊運動，可大大提高水下搜索、探測等的效率，同時減少單個機器人的成 本和設計難度。
[0082] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特 點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不 一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何 的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0083] 儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例 性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨 的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。本發明的範圍 由所附權利要求極其等同限定。
【權利要求】
1. 一種水下機器人平臺，其特徵在於，包括：至少一個水下機器人、監控終端、浮標通 訊系統和水樣採集設備，其中， 所述監控終端用於向每個所述水下機器人發送運動及任務指令，並實時獲取和顯示每 個所述水下機器人的運動信息和任務完成狀態； 所述浮標通訊系統浮於水面上，並且與所述監控終端進行通信，用於通過所述CAN線 纜與所述水下機器人連接以通過CAN線纜接收所述運動及任務指令，並在所述水下機器人 的拖曳下運動，獲取所述水下機器人的定位信息和通訊信息； 所述水樣採集設備通過標準化接口與所述水下機器人進行通信，用於採集並記錄水樣 信息； 所述水下機器人用於根據接收到的運動及任務指令，完成對應的運動和任務，所述水 下機器人包括：機器人本體、動力控制艙、控制系統、複合推進機構、第一和第二浮力引擎以 及掛載點，其中， 所述動力控制艙位於所述機器人本體的內部； 所述複合推進機構包括：CPG仿生推進機構和滑翔翼，所述CPG仿生推進機構位於所述 機器人本體的尾部，用於採用中央模式生成器CPG仿生形式進行正弦擺動推進；所述滑翔 翼位於所述機器人本體的左側部和右側部，用於滑翔推進； 所述第一浮力引擎位於所述動力控制艙內的後部，所述第二浮力引擎位於所述動力控 制艙內的前部； 所述掛載點位於所述機器人本體的底部，用於掛載所述水樣採集設備，並將所述水樣 採集設備採集的數據融合後發送至所述監控終端； 所述控制系統位於所述機器人本體的內部，用於檢測所述機器人主體的運動傳感數 據和信息傳感數據，根據所述運動及任務指令對所述運動傳感數據和信息傳感數據進行融 合，以對所述水下機器人的運動路徑進行規劃，完成所述運動及任務指令對應的運動和任 務。
2. 如權利要求1所述的水下機器人平臺，其特徵在於，所述動力控制艙、CPG仿生推進 機構、滑翔翼、第一和第二浮力引擎以及掛載點均採用可拆卸模塊化組成。
3. 如權利要求1所述的水下機器人平臺，其特徵在於，所述控制系統還用於在根據所 述運動傳感數據和信息傳感數據檢測到緊急狀況時，發出警報信號並自動浮出水面。
4. 如權利要求1所述的水下機器人平臺，其特徵在於，所述運動傳感數據為所述水下 機器人的航行姿態數據，包括：三軸加速度、三軸偏轉角、三軸角加速度、三軸磁通量； 所述信息傳感數據為所述水下機器人的環境數據，包括：下潛深度、距離水底深度、GPS 信息和前方障礙信息。
5. 如權利要求1所述的水下機器人平臺，其特徵在於，所述水下機器人包括第一至第 四掛載點，其中，所述第一和第二掛載點位於所述機器人本體底部的前方，所述第三和第四 掛載點位於所述機器人本體底部的後方。
6. 如權利要求1所述的水下機器人平臺，其特徵在於，所述浮標通訊系統包括： 浮筒； 自動收放線纜系統，所述自動收放線纜系統位於所述浮筒的上方，用於調整所述CAN 線纜的長度以控制所述浮標通訊系統在所述水下機器人的拖曳下運動； 通訊定位設備，所述通訊定位設備通過衛星信號或射頻RF信號與所述監控終端進行 通信，用於向所述監控終端發送所述水下機器人運動的狀態和任務完成狀態，以及接收所 述監控終端返回的運動及任務指令，並將所述運動及任務指令轉發給所述水下機器人。
7. 如權利要求1所述的水下機器人平臺，其特徵在於，所述監控終端包括具有抗震及 防水功能的外殼。
8. 如權利要求1所述的水下機器人平臺，其特徵在於，所述水樣採集設備包括：標準通 訊接口、採樣瓶和控制閥門， 所述標準通訊接口與所述水下機器人的掛載點相連，用於實現與所述水下機器人的控 制系統進行通信，接收來自所述控制系統的採樣信號； 採樣瓶，用於存儲採樣得到的水樣； 控制閥門，所述控制閥門連接至所述採樣瓶，用於在接收到採樣信號後打開，自動進 水，完成後所述控制閥門自動關閉，並向所述標準通訊接口上傳採樣結束信息，由所述標準 通訊接口將所述採樣結束信息發送至所述控制系統。
9. 如權利要求1或8所述的水下機器人平臺，其特徵在於，所述掛載點掛載所述水樣採 集設備的標準通訊接口為RS485接口。
10. 如權利要求1所述的水下機器人平臺，其特徵在於，還包括： 裝載搬運系統，用於搬運所述水下機器人和所述浮標通訊系統、存放所述水樣採集設 備，以及將所述水下機器人放置於水下。
【文檔編號】G05D1/10GK104142688SQ201410382799
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】範瑞峰 申請人:深圳樂智機器人有限公司