本發(fā)明屬于水下機(jī)器人，具體涉及一種模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在近岸水域(江河湖海)使用水下機(jī)器人下水作業(yè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)面臨近岸水深過(guò)淺不滿足作業(yè)條件的問(wèn)題，如何將機(jī)器人運(yùn)送至深水區(qū)布放成為外場(chǎng)作業(yè)的一個(gè)技術(shù)痛點(diǎn)。

2、傳統(tǒng)方法通常依賴工作人員下水將水下機(jī)器人抬動(dòng)至深水區(qū)再進(jìn)行布放，但這種布放方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且對(duì)設(shè)備和操作人員具有安全隱患，且僅限于小型設(shè)備。

3、在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況，可考慮調(diào)配吊車、船舶等輔助載體，將水下機(jī)器人直接吊放至深水區(qū)，但這需要作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有開(kāi)闊無(wú)障礙的作業(yè)環(huán)境和配套設(shè)施(如碼頭、航道、硬化平臺(tái)等)，同時(shí)也會(huì)大量增加作業(yè)時(shí)間和成本。

4、為了解決水下機(jī)器人布放的問(wèn)題，目前已有一些水下機(jī)器人自動(dòng)化下水裝置被提出，例如各種形式的吊機(jī)、滑軌、絞索、機(jī)械臂，帶推進(jìn)器的運(yùn)輸筏，履帶式水底運(yùn)輸車等等。然而，現(xiàn)有的自動(dòng)化布放裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、制作成本高昂，且需要有足夠的作業(yè)條件才能安裝使用，此外這些自動(dòng)化布放裝置多為針對(duì)某款設(shè)備專門定制的技術(shù)方案和型號(hào)，面對(duì)構(gòu)型多種多樣的水下機(jī)器人適應(yīng)性不足，難以在實(shí)際應(yīng)用中廣泛推廣。因此亟需提出一種能夠根據(jù)水下機(jī)器人的特性進(jìn)行調(diào)整改裝的小體積的布放輔助系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，并提供一種模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)及方法。

2、本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)，用于安裝設(shè)有電子艙的機(jī)器人，包括信息采集模塊、控制模塊和執(zhí)行模塊；

4、所述信息采集模塊包括深度計(jì)、測(cè)深儀和姿態(tài)傳感器，深度計(jì)固定安裝于機(jī)器人的下半部分或氣囊的底部，用于獲取機(jī)器人的入水深度；測(cè)深儀固定安裝于機(jī)器人的底板下方或氣囊的底部，用于獲取機(jī)器人對(duì)水底的高度；姿態(tài)傳感器設(shè)于電子艙的內(nèi)部，用于獲取機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信息；

5、所述控制模塊包括下位機(jī)、通訊模塊和中心控制系統(tǒng)，下位機(jī)用于實(shí)時(shí)匯集信息采集模塊所獲取的傳感器信息；通訊模塊固定安裝于機(jī)器人上，用于建立下位機(jī)和中心控制系統(tǒng)之間的通信連接，將下位機(jī)上匯集的傳感器信息傳輸至中心控制系統(tǒng)，并接受中心控制系統(tǒng)下發(fā)的控制指令并傳輸給下位機(jī)用于控制執(zhí)行模塊；

6、所述執(zhí)行模塊包括氣囊、充氣裝置和電磁鎖；所述氣囊有多個(gè)，且每個(gè)氣囊均帶有充氣裝置和電磁鎖，所述充氣裝置用于在下位機(jī)控制下對(duì)氣囊進(jìn)行充氣和放氣，所述電磁鎖用于與機(jī)器人上的鎖定機(jī)構(gòu)連接；所有氣囊能夠構(gòu)成一個(gè)承載待布放機(jī)器人的平臺(tái)，所述機(jī)器人通過(guò)四周的鎖定機(jī)構(gòu)以可控鎖定的方式承載于所有氣囊上；每個(gè)氣囊上的充氣裝置和電磁鎖由所述下位機(jī)根據(jù)中心控制系統(tǒng)下發(fā)的控制指令獨(dú)立控制，從而調(diào)整所述機(jī)器人下沉過(guò)程中的姿態(tài)以及與氣囊之間的連接鎖定狀態(tài)。

7、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述充氣裝置包括繼電器、氣泵和充氣管；所述氣泵的供電電路由所述繼電器控制通斷，所述繼電器與所述下位機(jī)電連接，所述氣泵的出口通過(guò)充氣管連接所述氣囊上的接口。

8、進(jìn)一步的，單個(gè)所述充氣裝置同時(shí)連接多個(gè)氣囊，充氣裝置上設(shè)置有電動(dòng)閥門，通過(guò)氣泵與電動(dòng)閥門配合控制每個(gè)氣囊的充氣和放氣。

9、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述電磁鎖下方設(shè)有用于配合電磁鎖固定安裝的電磁鎖卡座，所述電磁鎖卡座固定安裝于氣囊上。

10、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述通訊模塊包括通訊纜和無(wú)線通訊裝置。

11、進(jìn)一步的，所述無(wú)線通訊裝置采用wifi或無(wú)線電或激光或水聲的通訊方式傳輸信息。

12、進(jìn)一步的，所述通訊纜采用光纖或電纜或光電復(fù)合纜。

13、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述中心控制系統(tǒng)是基于岸基的控制中心。

14、第二方面，本發(fā)明提供一種使用上述第一方面任一所述的模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)的機(jī)器人輔助布放方法，包括如下步驟：

15、s1、對(duì)多個(gè)帶有充氣裝置和電磁鎖的所述氣囊進(jìn)行充氣，組合擺放充氣后的多個(gè)氣囊構(gòu)成一個(gè)能夠平衡且穩(wěn)定承載待布放機(jī)器人的平臺(tái)；

16、s2、將所述電磁鎖與機(jī)器人上的鎖定機(jī)構(gòu)連接，使機(jī)器人以可控鎖定的方式承載于所有氣囊上；

17、s3、所述機(jī)器人布放下水后，通過(guò)信息采集模塊的深度計(jì)采集機(jī)器人入水深度，測(cè)深儀獲取機(jī)器人底部對(duì)水底高度，姿態(tài)傳感器獲取機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信息；通過(guò)控制模塊的下位機(jī)實(shí)時(shí)匯集信息采集模塊所獲取的傳感器信息；

18、s4、通過(guò)所述通訊模塊將下位機(jī)上匯集的傳感器信息傳輸至中心控制系統(tǒng)，并接收中心控制系統(tǒng)下發(fā)的控制指令并傳輸給下位機(jī)；

19、s5、所述下位機(jī)根據(jù)中心控制系統(tǒng)下發(fā)的控制指令通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獨(dú)立控制每個(gè)氣囊上的充氣裝置和電磁鎖，通過(guò)對(duì)指定的氣囊進(jìn)行充氣和放氣，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)使機(jī)器人保持穩(wěn)定，具體調(diào)節(jié)方法為：通過(guò)信息采集模塊不斷采集機(jī)器人的入水深度、底部對(duì)水底高度和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信息，通過(guò)控制模塊的下位機(jī)實(shí)時(shí)匯集信息采集模塊所獲取的傳感器信息并傳輸至中心控制系統(tǒng)后，下位機(jī)接受中心控制系統(tǒng)下發(fā)的控制指令并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在將機(jī)器人運(yùn)往作業(yè)區(qū)域的過(guò)程，當(dāng)機(jī)器人在水平方向上失衡時(shí)，通過(guò)下位機(jī)控制充氣裝置對(duì)指定的氣囊進(jìn)行充氣和放氣，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)器人的姿態(tài)，使機(jī)器人在水平方向上保持平衡以及保持安全的對(duì)底高度；

20、s6、當(dāng)所述機(jī)器人依據(jù)自身重力下潛至一定深度但尚未到達(dá)作業(yè)要求的區(qū)域時(shí)，開(kāi)啟機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)繼續(xù)向作業(yè)區(qū)域航行，期間不斷重復(fù)步驟s5，根據(jù)所述深度計(jì)采集的機(jī)器人入水深度以及測(cè)深儀獲取機(jī)器人底部對(duì)水底高度的數(shù)據(jù)變化，控制機(jī)器人的入水深度，根據(jù)所述姿態(tài)傳感器獲取機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信息，通過(guò)控制氣囊的充氣和放氣保持機(jī)器人在水平方向上的姿態(tài)穩(wěn)定，直至機(jī)器人抵達(dá)水深滿足作業(yè)要求的區(qū)域；

21、s7、當(dāng)所述機(jī)器人抵達(dá)作業(yè)要求的區(qū)域后，通過(guò)所述下位機(jī)控制充氣裝置，使所有的氣囊同時(shí)勻速放氣，使機(jī)器人能夠穩(wěn)定下潛；達(dá)到指定潛深后，所述電磁鎖解除鎖定，使機(jī)器人從氣囊上脫離，釋放機(jī)器人開(kāi)展作業(yè)。

22、作為上述第二方面的優(yōu)選，所述充氣裝置的氣泵始終位于水面上，由于氣囊通過(guò)充氣管與氣泵連接，當(dāng)機(jī)器人從氣囊上脫離后，通過(guò)拖動(dòng)氣泵，使充氣管帶動(dòng)提升氣囊，使氣囊浮回水面，實(shí)現(xiàn)氣囊的回收。

23、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，具有以下有益效果：

24、本發(fā)明可通過(guò)調(diào)整氣囊浮力來(lái)保障機(jī)器人在布放過(guò)程中保持穩(wěn)定的姿態(tài)，并在到達(dá)目標(biāo)區(qū)域后利用電磁鎖釋放機(jī)器人，旨在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在近岸淺水區(qū)的自動(dòng)下水布放。與現(xiàn)有技術(shù)手段相比，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的裝置體積小、便于攜帶、使用便捷、成本較低，能夠有效降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)得益于其模塊化設(shè)計(jì)思路，其主要部件可分為多個(gè)模塊獨(dú)立生產(chǎn)，在實(shí)際的工程實(shí)踐中，能夠迅速根據(jù)機(jī)器人的特性進(jìn)行調(diào)整改裝，有效提升水下機(jī)器人在近岸淺水區(qū)的布放效率和適應(yīng)性，節(jié)省時(shí)間、經(jīng)濟(jì)、人力成本，提升作業(yè)安全性。

技術(shù)特征：

1.一種模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)，用于安裝設(shè)有電子艙(2)的機(jī)器人(1)，其特征在于，包括信息采集模塊、控制模塊和執(zhí)行模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)，其特征在于，所述充氣裝置包括繼電器、氣泵(9)和充氣管(8)；所述氣泵(9)的供電電路由所述繼電器控制通斷，所述繼電器與所述下位機(jī)電連接，所述氣泵(9)的出口通過(guò)充氣管(8)連接所述氣囊(6)上的接口。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)，其特征在于，單個(gè)所述氣泵(9)通過(guò)多根充氣管(8)同時(shí)連接多個(gè)氣囊(6)，氣泵(9)上設(shè)置有電動(dòng)閥門，通過(guò)所述氣泵(9)與電動(dòng)閥門配合控制每個(gè)氣囊(6)的充氣和放氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁鎖(7)下方設(shè)有用于配合電磁鎖(7)固定安裝的電磁鎖卡座(5)，所述電磁鎖卡座(5)固定安裝于氣囊(6)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊模塊(10)包括通訊纜和無(wú)線通訊裝置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)線通訊裝置采用wifi或無(wú)線電或激光或水聲的通訊方式傳輸信息。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊纜采用光纖或電纜或光電復(fù)合纜。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)，其特征在于，所述中心控制系統(tǒng)是基于岸基的控制中心。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1～8任一所述的模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)的機(jī)器人輔助布放方法，其特征在于，包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)的機(jī)器人輔助布放方法，其特征在于，所述充氣裝置的氣泵(9)始終位于水面上，由于氣囊(6)通過(guò)充氣管(8)與氣泵(9)連接，當(dāng)機(jī)器人(1)從氣囊(6)上脫離后，通過(guò)拖動(dòng)氣泵(9)，使充氣管(8)帶動(dòng)提升氣囊(6)，使氣囊(6)浮回水面，實(shí)現(xiàn)氣囊(6)的回收。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)及方法，屬于水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供一種模塊化水下機(jī)器人布放輔助系統(tǒng)，用于安裝設(shè)有電子艙的機(jī)器人，包括信息采集模塊、控制模塊和執(zhí)行模塊，信息采集模塊用于獲取機(jī)器人的入水深度、對(duì)水底的高度和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信息，所獲取的信息傳輸至控制模塊并通過(guò)控制模塊下發(fā)的控制指令控制執(zhí)行模塊，執(zhí)行模塊通過(guò)調(diào)整氣囊浮力來(lái)保障機(jī)器人在布放過(guò)程中保持安全的入水深度和穩(wěn)定的姿態(tài)，并在到達(dá)目標(biāo)區(qū)域后利用電磁鎖釋放機(jī)器人，旨在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在近岸淺水區(qū)的自動(dòng)下水布放。

技術(shù)研發(fā)人員：劉森,龐碩,周耀鑒,朱陳一菲,白繼嵩,吳桐樹(shù),常斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東海實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15