CN109515649A - 一种适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，包括无线通信浮标，无线通信浮标通过脐带缆的连接随着水下机器人移动而前行，水下机器人将其所检测到的数据通过脐带缆传输到无线通信浮标，通信浮标通过无线传输将该数据信息传输到非动力定位母船；在需要对水下机器人进行操作时，非动力定位母船上的水下机器人操作人员发布指令，并经无线传输发送到无线通信浮标，无线通信浮标将该相关指令通过脐带缆传递至水下机器人。通过采用本系统的方式，不仅避免非动力定位母船位置不稳定，波动性较大对水下机器人正常作业及安全带来问题，解决了水下机器人基于非动力定位母船进行海底作业的最大障碍。

Description

一种适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统

技术领域

本发明涉及水下机器人控制系统，具体涉及一种适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统。

背景技术

现阶段，大型水下机器人在进行海底作业过程中，均是搭载在动力定位母船上，动力定位母船利用自身的推进装置使船泊保持位置的稳定预定的运动轨迹运动，以便配合水下机器人在海底进行作业。但是动力定位船只造价高昂，租用及动遣费用高，且只掌握在部分大型单位手中，船期紧张。

非动力定位母船使用较为广泛，造价相对较低、租用费用低，市场上可供选择船型及数量也较多，使用灵活，但是若搭载水下机器人使用，由于其多通过锚泊方式保持位置，受风、浪、涌、流等环境因素较大，位置变化较大，现阶段尚不能为水下机器人提供较为可靠的工作平台，水下机器人作业过程中需要母船与和水下机器人保持高度协调配合，这对船长和水下机器人操作人员的要求相当高，而这也往往很难实现，一旦受外界环境影响，两者配合出现些许不一致，水下机器人与非动力定位母船之间脐带缆所受拉力将骤然加剧，严重影响水下机器人海底作业的效果，甚至造成脐带缆断裂，直接导致水下机器人丢失，造成较大紧急损失。

对于小型水下机器人，通常只适用于平静水域，仅携带摄像头进行光学检查，对船只无任何要求，但是该种小型水下机器人无法在海底进行作业，不属于本发明涉及的范畴。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，以解决水下机器人与非动力定位母船的配合，使非动力定位母船受环境风、浪、涌、流等影响产生的位置漂移或波动造成对水下机器人的拖拽。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，包括无线通信浮标，所述无线通信浮标通过脐带缆的连接随着水下机器人移动而前行，水下机器人将其所检测到的数据通过脐带缆传输到无线通信浮标，通信浮标通过无线传输将该数据信息传输到非动力定位母船；在需要对水下机器人进行操作时，非动力定位母船上的水下机器人操作人员发布指令，并经无线传输发送到无线通信浮标，无线通信浮标将该相关指令通过脐带缆传递至水下机器人。

所述水下机器人采用电池供电。

在所述水下机器人的底部装有的压载铁块，遇到水下机器人故障无法排水上浮时，利用声学遥控释放器遥控抛弃压载铁块，使机器人质量减轻，获得正浮力后自动上浮。

在所述水下机器人中还配置有应急浮标，在无法抛弃压载铁块时，通过声学遥控释放该应急浮标，应急浮标携带尼龙绳浮上水面，用于海面寻找并回收水下机器人。

所述脐带缆的内部为光纤。

所述的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统还包括安装在非动力定位母船上的水上部分，所述水上部分包括作业指挥单元、水下机器人操作与控制单元以及水下机器人布放与回收单元；所述作业指挥单元用于对非动力定位母船进行作业指挥；所述水下机器人操作与控制单元用于对水下机器人进行操作与控制；所述水下机器人布放与回收单元用于对水上机器任进行布放与回收。

所述的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统还包括安装在水下机器人中的水下部分；所述水下部分包括搭载设备及传感器、电子仓、底盘与框架、水下供电单元组成；水下供电单元将电源传输到电子舱，通过电子舱的分配、整流逆变，以为水下机器人的推进器、传感器以及搭载设备提供电源；电子舱通讯总线则与在水下机器人中的通讯元器件进行通信，并将信号通过脐带缆中的光纤传输到无线通信浮标，由无线通信浮标以无线通信方式向外发送，非动力定位母船的无线接收器接受到具体的信号。

所述无线通信浮标为轻质浮标。

所述搭载设备及传感器包括高清摄像机、云台、LED照明灯、姿态/罗经传感器、深度/高度传感器、避障声呐、超短基线USBL、海底作业工具。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

在海底作业过程中，本系统通过无线通信浮标作为过渡，水下机器人与无线通信浮标之间通过脐带缆内部光纤进行通信，水下机器人前行是只需拖曳轻质浮标即可，通信浮标与非动力定位母船之间通过无线传输实现通信，从而实现非动力定位母船与水下机器人之间的数据交换及操作指令发布。海底电缆检测过程中，航标跟随水下机器人移动，非动力定位工作母船只需与通信浮标保持一定的通信范围，无线两者高难度的配合操作；同时水下机器人与工作母船之间无直接物理连接，工作母船位置波动不会对水下机器人的检测作业及安全造成影响，实现了水下机器人搭载非动力定位工作母船实现海底作业。因此本系统具有如下的技术优势：

(1)水下机器人可以基于非动力定位母船进行海底电缆检测作业，常规船只即可满足要求，无需支付高额的动力定位船只租赁费及动遣费等。

(2)在船只配备方面，考虑到水下机器人的需要，若建造自有的海底电缆检测船只，非动力定位船只建造费用大大低于动力定位船只的费用，费用相差达千万级甚至亿级。

(3)相对于动力定位船只，非动力定位工作船使用更为广泛，在海底电缆检测过程中无需担心调度安排的停电时间与船期相冲突，可以随时寻找普通船只开展工作，大大提高了工作效率，无需考虑额外备用的停电时间，能够尽快回复用户供电。

(4)动力定位船只均为较大型船只，调用不方便，不适合水深较浅的海域作业，以海南联网系统海底电缆检测为例，动力定位船只基本无法进入KP5以内的浅海区域进行检测作业，而采用较小船型的非动力定位船只，调用则更为灵活，能够实现大部分浅海区段海底电缆的检测，无需再次调用其他船只，额外产生其他船只的动遣费，同时也提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统的工作原图图；

图2为水上部分和水下部分的组成框图；

图中：1、无线通信浮标；2、脐带缆；100、水下机器人；200、非动力定位母船。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

参阅图1所述，本实施例所提供的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统主要包括无线通信浮标1，该无线通信浮标1通过内置有光纤的脐带缆2的连接随着水下机器人100移动而前行，水下机器人100将其所检测到的数据通过脐带缆2传输到无线通信浮标1，无线通信浮标1通过无线传输将该数据信息传输到非动力定位母船200。另外，在需要对水下机器人100进行操作时，非动力定位母船200上的水下机器人操作人员发布指令，并经无线传输发送到无线通信浮标1，无线通信浮标1将相关指令通过脐带缆2传递至水下机器人100。如此，非动力定位母船200上的操作人员只需保持与无线通信浮标1的距离在正常通信范围内，无需紧密配合通信浮标及水下机器人，大大降低了操作难度。也就是说，在水下机器人100海底作业整个过程中，水下机器人100与非动力定位母船200无任何直接物理连接，两者之间通过无线通信浮标1保持实现通信，则作业过程中虽然非动力定位母船200无法保持位置，随风浪移动等都不会对水下机器人100拖拽，不会对水下机器人100工作产生任何影响。

由此可知，通过采用本系统的方式，不仅避免非动力定位母船200位置不稳定，波动性较大对水下机器人100正常作业及安全带来问题，而且也避免了母船操作人员与水下机器人100高难度协调配合操作的问题，解决了水下机器人100基于非动力定位母船进行海底作业的最大障碍。

具体地，如图2所述，上述的系统还包括安装在水上部分和水下部分。其中，水上部分主要安装在非动力定位母船200上面，包括水下机器人布放与回收单元、水下机器人操作与控制单元、作业指挥单元以及加班供电单元；该作业指挥单元用于对非动力定位母船进行作业指挥；该水下机器人操作与控制单元用于对水下机器人进行操作与控制；该水下机器人布放与回收单元用于对水上机器任进行布放与回收；加班供电单元则为其他各个单元供电。

而该水下部分安装在水下机器人本体中，包含搭载设备及传感器、电子仓、底盘与框架、水下供电单元组成；水下供电单元将电源传输到电子舱，通过电子舱的分配、整流逆变等为水下机器人的推进器、各传感器、搭载设备等提供电源。电子舱通讯总线则与各通讯元器件、模块进行通信，并将信号通过脐带缆中光纤传输到无线通信浮标，由无线通信浮标以无线通信方式向外发送，工作母船无线接收器接受到具体的信号。具体地，所搭载的设备及传感器主要包括高清摄像机、云台、LED照明灯、姿态/罗经传感器、深度/高度传感器、避障声呐、超短基线USBL、海底作业工具，以实现对海底电缆全方位准确检测；底盘与框架则具体包括主体框架和用于调节水下机器人浮力的浮力调节系统。

由于水下机器人脐带缆未能直接与工作母船相连，无法由工作母船提供动力及通信电源，故水下机器人采用电池供电，水下机器人水下供电单元主要包含电池组及电源管理系统两部分。

同时，由于本系统中工作母船(即非动力定位母船)与水下机器人无直接物理连接，在出现故障时需考虑如何应急回收，故在水下机器人中单独配置了应急回收系统，具体地，在水下机器人的底部装有一定重量的压载铁块，遇到水下机器人故障无法排水上浮时，可利用声学遥控释放器(独立电源供电)遥控抛弃压载铁块，使机器人质量减轻，获得正浮力后自动上浮。另外，水下机器人还可配置应急浮标，在无法抛弃压载铁块时通过声学遥控释放，此浮标携带尼龙绳浮上水面，用于海面寻找并回收水下机器人。

水下机器人其他部分如姿态及罗经传感器、深度及高度传感器、避障声呐、超短基线USBL、浮力调节系统、主题框架，以及工作母船上的布放与回收系统、操作与控制系统、作业指挥系统则与常规水下机器人配置无异。

应用此系统进行海底电缆检测时，非动力定位母船选择无特殊要求，只需甲板面积、承载满足要求的常规船只即可，寻找及租用非常方便，无需担心船期与调度安排的停电之间相冲突。

具体地，上述的无线通信浮标为轻质浮标，以具有良好的漂浮效果。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，其特征在于，包括无线通信浮标，所述无线通信浮标通过脐带缆的连接随着水下机器人移动而前行，水下机器人将其所检测到的数据通过脐带缆传输到无线通信浮标，通信浮标通过无线传输将该数据信息传输到非动力定位母船；在需要对水下机器人进行操作时，非动力定位母船上的水下机器人操作人员发布指令，并经无线传输发送到无线通信浮标，无线通信浮标将该相关指令通过脐带缆传递至水下机器人。

2.如权利要求1所述的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，其特征在于，所述水下机器人采用电池供电。

3.如权利要求1或2所述的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，其特征在于，在所述水下机器人的底部装有的压载铁块，遇到水下机器人故障无法排水上浮时，利用声学遥控释放器遥控抛弃压载铁块，使机器人质量减轻，获得正浮力后自动上浮。

4.如权利要求3所述的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，其特征在于，在所述水下机器人中还配置有应急浮标，在无法抛弃压载铁块时，通过声学遥控释放该应急浮标，应急浮标携带尼龙绳浮上水面，用于海面寻找并回收水下机器人。

5.如权利要求1所述的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，其特征在于，所述脐带缆的内部为光纤。

6.如权利要求1所述的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，其特征在于，还包括安装在非动力定位母船上的水上部分，所述水上部分包括作业指挥单元、水下机器人操作与控制单元以及水下机器人布放与回收单元；所述作业指挥单元用于对非动力定位母船进行作业指挥；所述水下机器人操作与控制单元用于对水下机器人进行操作与控制；所述水下机器人布放与回收单元用于对水上机器任进行布放与回收。

7.如权利要求1或6所述的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，其特征在于，还包括安装在水下机器人中的水下部分；所述水下部分包括搭载设备及传感器、电子仓、底盘与框架、水下供电单元组成；水下供电单元将电源传输到电子舱，通过电子舱的分配、整流逆变，以为水下机器人的推进器、传感器以及搭载设备提供电源；电子舱通讯总线则与在水下机器人中的通讯元器件进行通信，并将信号通过脐带缆中的光纤传输到无线通信浮标，由无线通信浮标以无线通信方式向外发送，非动力定位母船的无线接收器接受到具体的信号。

8.如权利要求1所述的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，其特征在于，所述无线通信浮标为轻质浮标。

9.如权利要求7所述的适用于非动力定位母船的浮标拖曳式水下机器人系统，其特征在于，所述搭载设备及传感器包括高清摄像机、云台、LED照明灯、姿态/罗经传感器、深度/高度传感器、避障声呐、超短基线USBL、海底作业工具。