一種半潛溢油檢測水下自治機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種半潛溢油檢測水下自治機器人，其技術(shù)方案是：它包括脈沖氙燈(1)、側(cè)掃聲吶(2)、前端浮體(3)、垂直推進器(4)、控制系統(tǒng)(5)、北斗模塊(6)、自鎖舵機(7)、后端浮體(8)、壓力傳感器(9)、電池(10)、超聲傳感器(11)、光電倍增管(12)、透光板(13)、后推進器(14)、導流罩(15)。本實用新型外形采用流線水滴型設(shè)計，側(cè)掃聲吶置于機器人身體外部、尾部采用可進行360°旋轉(zhuǎn)的雙推進器、底部采用多個超聲傳感器，具有水阻力小、續(xù)航時間長、掃描圖像清晰、可快速探尋障礙物、靈活性強、推進力大、控制方便、功耗小、造價低、隱蔽性好、安全性高等特點。
【專利說明】
一種半潛溢油檢測水下自治機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于海洋環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溢油檢測機器人?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]水下自治機器人(AUV)是一種理想的測量儀器平臺，由于噪聲輻射小，可以貼近要觀測的對象，因而可以獲取采用常規(guī)手段不能獲取的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。加之造價低、隱蔽性好、 安全性高，使水下自治機器人正逐步成為海洋觀測和探測的重要手段。現(xiàn)有水下機器人還存在:一是聲吶大都隱藏在機器人身體內(nèi)，對聲吶掃描信號會產(chǎn)生遮擋，掃描圖像干擾物多的問題；二是外形設(shè)計阻力大；三是現(xiàn)有水下機器人大都采用尾部單推進器推進，推進力小，航行速度慢，姿態(tài)控制困難;四是現(xiàn)有機器人防托底措施采用底掃雷達，功耗大，圖像處理困難?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是:提供一種半潛溢油檢測水下自治機器人，可實現(xiàn)對海洋溢油污染區(qū)域水下污染狀態(tài)的跟蹤監(jiān)測，且造價低、靈活性強、隱蔽性好、安全性高。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案是:一種半潛溢油檢測水下自治機器人，它包括脈沖氙燈 (1)、側(cè)掃聲吶(2)、前端浮體(3)、垂直推進器(4)、控制系統(tǒng)(5)、北斗模塊(6)、自鎖舵機(7)、后端浮體(8)、壓力傳感器(9)、電池(10)、超聲傳感器(11)、光電倍增管(12)、透光板 (13)、后推進器(14)、導流罩(15);
[0005]所述脈沖氙燈(1)用于向待檢測的水域發(fā)送脈沖波，脈沖波遇到半潛溢油后反射回來，所述光電倍增管(12)接收半潛溢油反射回來的脈沖波，并將接收到的脈沖波轉(zhuǎn)換成電信號，發(fā)送給所述控制系統(tǒng)(5);
[0006]所述側(cè)掃聲吶(2)位于機器人前部上方，用于對周圍環(huán)境進行探測，并將探測到的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制系統(tǒng)(5)，為水下自治機器人回避障礙、規(guī)劃路徑提供海域信息；
[0007]所述前端浮體(3)位于機器人前部，與所述后端浮體(8)配合，在所述控制系統(tǒng)(5) 的控制下，完成機器人水下浮力平衡調(diào)節(jié)；
[0008]所述垂直推進器(4)與兩個所述后推進器(14)在所述自鎖舵機(7)的動力驅(qū)動下， 在所述控制系統(tǒng)(5)的控制下，使機器人快速完成前進后退、下潛上浮、俯仰、艏搖、橫滾自由度動作；
[0009]所述控制系統(tǒng)(5)用于控制所述脈沖氙燈(1)發(fā)送脈沖波，接收所述光電倍增管 (12)發(fā)送的電信號;接收所述側(cè)掃聲吶(2)傳送的環(huán)境數(shù)據(jù);控制所述前端浮體(3)和后端浮體(8)配合完成水下浮力調(diào)節(jié);控制所述自鎖舵機(7)的動力輸出；控制所述垂直推進器 (4)與兩個所述后推進器(14)按照預(yù)定的行進路線和姿態(tài)進行動作，接收所述壓力傳感器(9)傳送的水壓信號;接收所述超聲傳感器(11)傳送的與水底距離信號，達到預(yù)定與水底距離后，停止機器人下沉；
[0010]所述北斗模塊(6)用于確定機器人的地理位置，并將位置信息適時發(fā)送所述控制系統(tǒng)(5)，以及發(fā)送給遠端指揮操控人員；[〇〇11]所述壓力傳感器(9)用于采集機器人承受的水壓，并將采集的水壓信號發(fā)送給所述控制系統(tǒng)；
[0012]所述電池(10)用于機器人供電，安置在機器人下半部，降低機器人重心；
[0013]所述超聲傳感器(11)安裝于機器人前端底部，用于實時檢測機器人與水底的距離，并將監(jiān)測到的與水底距離信號發(fā)送給所述控制模塊(5)，防止機器人觸底；
[0014]所述透光板(13)用于保護所述脈沖氙燈(1)、所述光電倍增管(12)，所述脈沖氙燈 (1)的脈沖波可穿透所述透光板(13)，經(jīng)半潛溢油反射回來的脈沖波可穿透所述透光板 (13)至所述光電倍增管(12);
[0015]所述導流罩(15)采用半球形，并與機器人外殼呈流線水滴形，減少水阻力。
[0016]更進一步地，所述后推進器(14)可以繞所述自鎖舵機(7)的動力輸出軸進行360° 旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相應(yīng)360°的推進力，完成矢量推進功能。
[0017]更進一步地，所述北斗模塊(6)可通過北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)短消息信道，遠距離傳輸機器人地理位置信息和運行狀態(tài)信息，指揮操控人員可通過北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)短消息信道和所述北斗模塊(6)實現(xiàn)遠距離對機器人的跟蹤控制。
[0018]更進一步地，所述控制系統(tǒng)(5)用于機器人運行狀態(tài)自動監(jiān)測，在運行路線偏差過大、遇到強水流、發(fā)生碰撞、預(yù)定時間內(nèi)接收不到指揮操控人員的指令情況下，引導機器人在所述北斗模塊(6)的指引下應(yīng)急自動返航到預(yù)定地點。
[0019]更進一步地，所述超聲傳感器(11)為多個，分布在機器人正前方、底面的前部和后部，用于精準檢測機器人與水底的距離，檢測機器人正前方的山石障礙。
[0020]本實用新型的水下自治機器人器整體外形采用流線水滴型設(shè)計，水阻力小，有利于續(xù)航時間長;將前置側(cè)掃聲吶置于機器人身體外部，減少機器人本身對聲吶掃描信號的遮擋，掃描圖像清晰，處理方便，可快速探尋航行器水中環(huán)境及障礙物，進行路徑規(guī)劃以及蔽障;尾部采用可進行360°旋轉(zhuǎn)的雙推進器，機動靈活，可實現(xiàn)快速下潛和上浮，推進力大， 控制方便;底部采用兩個超聲傳感器，功耗小，圖像處理方面，反應(yīng)迅速，可快速探測機器人與水底的距離，防止航行器托底;尾部采用壓力傳感器探測實時位置的壓力信號，可計算出當前下潛深度，具有造價低、靈活性強、隱蔽性好、安全性高的特點。【附圖說明】[0021 ]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)組成示意圖；
[0022]圖2為本實用新型后推進器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]1 -脈沖氙燈、2-側(cè)掃聲吶、3-前端浮體、4-垂直推進器、5-控制系統(tǒng)、6-北斗模塊、 7_自鎖舵機、8-后端浮體、9-壓力傳感器、10電池、11 -超聲傳感器、12-光電倍增管、13-透光板、14-后推進器、15-導流罩【具體實施方式】[〇〇24]實施例1:參見圖1、圖2,一種半潛溢油檢測水下自治機器人，重70KG，長180cm，續(xù)航時間100小時，最大航速4節(jié)/秒現(xiàn)。它包括:脈沖氙燈(1 )、側(cè)掃聲吶(2)、前端浮體(3 )、垂直推進器(4)、控制系統(tǒng)(5)、北斗模塊(6)、自鎖舵機(7)、后端浮體(8)、壓力傳感器(9)、電池(10)、超聲傳感器(11)、光電倍增管(12)、透光板(13)、后推進器(14)、導流罩(15)。
[0025]所述脈沖氙燈(1)用于向待檢測的水域發(fā)送脈沖波，脈沖波遇到半潛溢油后反射回來，所述光電倍增管(12)接收半潛溢油反射回來的脈沖波，并將接收到的脈沖波轉(zhuǎn)換成電信號，發(fā)送給所述控制系統(tǒng)(5)。
[0026]所述側(cè)掃聲吶(2)位于機器人前部上方，用于對周圍環(huán)境進行探測，并將探測到的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制系統(tǒng)(5)，為水下自治機器人回避障礙、規(guī)劃路徑提供海域信息；
[0027]所述前端浮體(3)位于機器人前部，與所述后端浮體(8)配合，在所述控制系統(tǒng)(5) 的控制下，完成機器人水下浮力平衡調(diào)節(jié)。
[0028]所述垂直推進器(4)與兩個所述后推進器(14)在所述自鎖舵機(7)的動力驅(qū)動下， 在所述控制系統(tǒng)(5)的控制下，使機器人快速完成前進后退、下潛上浮、俯仰、艏搖、橫滾自由度動作;所述后推進器(14)可以繞所述自鎖舵機(7)的動力輸出軸進行360°旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相應(yīng)360°的推進力，完成矢量推進功能。
[0029]所述控制系統(tǒng)(5)用于控制所述脈沖氙燈(1)發(fā)送脈沖波，接收所述光電倍增管(12)發(fā)送的電信號;接收所述側(cè)掃聲吶(2)傳送的環(huán)境數(shù)據(jù);控制所述前端浮體(3)和后端浮體(8)配合完成水下浮力調(diào)節(jié);控制所述自鎖舵機(7)的動力輸出；控制所述垂直推進器 (4)與兩個所述后推進器(14)按照預(yù)定的行進路線和姿態(tài)進行動作，接收所述壓力傳感器 (9)傳送的水壓信號，分析得到機器人入水深度;接收所述超聲傳感器(11)傳送的與水底距離信號，達到預(yù)定與水底距離后，停止機器人下沉;所述控制系統(tǒng)(5)用于機器人運行狀態(tài)自動監(jiān)測，在運行路線偏差過大、遇到強水流、發(fā)生碰撞、預(yù)定時間內(nèi)接收不到指揮操控人員的指令情況下，引導機器人在所述北斗模塊(6)的指引下應(yīng)急自動返航到預(yù)定地點。
[0030]所述北斗模塊(6)用于確定機器人的地理位置，并將位置信息適時發(fā)送所述控制系統(tǒng)(5)，以及發(fā)送給遠端指揮操控人員；所述北斗模塊(6)可通過北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)短消息信道，遠距離傳輸機器人地理位置信息和運行狀態(tài)信息，指揮操控人員可通過北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)短消息信道和所述北斗模塊(6)實現(xiàn)遠距離對機器人的跟蹤控制。
[0031]所述壓力傳感器(9)用于采集機器人承受的水壓，并將采集的水壓信號發(fā)送給所述控制系統(tǒng)。
[0032]所述電池(10)用于機器人供電，安置在機器人下半部，降低機器人重心。
[0033]所述超聲傳感器(11)所述超聲傳感器(11)為多個，分布在機器人正前方、底面的前部和后部，用于精準檢測機器人與水底的距離，檢測機器人正前方的山石障礙。
[0034]所述透光板(13)用于保護所述脈沖氙燈(1)、所述光電倍增管(12)，所述脈沖氙燈 (1)的脈沖波可穿透所述透光板(13)，經(jīng)半潛溢油反射回來的脈沖波可穿透所述透光板(13)至所述光電倍增管(12)。
[0035]所述導流罩(15)采用半球形，并與機器人外殼呈流線水滴形，減少水阻力。
【主權(quán)項】
1.一種半潛溢油檢測水下自治機器人，其特征在于:它包括脈沖氙燈(1)、側(cè)掃聲吶 (2)、前端浮體(3)、垂直推進器(4)、控制系統(tǒng)(5)、北斗模塊(6)、自鎖舵機(7)、后端浮體 (8)、壓力傳感器(9)、電池(10)、超聲傳感器(11)、光電倍增管(12)、透光板(13)、后推進器 (14)、導流罩(15);所述脈沖氙燈(1)用于向待檢測的水域發(fā)送脈沖波，脈沖波遇到半潛溢油后反射回來， 所述光電倍增管(12)接收半潛溢油反射回來的脈沖波，并將接收到的脈沖波轉(zhuǎn)換成電信 號，發(fā)送給所述控制系統(tǒng)(5);所述側(cè)掃聲吶(2)位于機器人前部上方，用于對周圍環(huán)境進行探測，并將探測到的環(huán)境 數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制系統(tǒng)(5)，為水下自治機器人回避障礙、規(guī)劃路徑提供海域信息；所述前端浮體(3)位于機器人前部，與所述后端浮體(8)配合，在所述控制系統(tǒng)(5)的控 制下，完成機器人水下浮力平衡調(diào)節(jié)；所述垂直推進器(4)與兩個所述后推進器(14)在所述自鎖舵機(7)的動力驅(qū)動下，在所 述控制系統(tǒng)(5)的控制下，使機器人快速完成前進后退、下潛上浮、俯仰、艏搖、橫滾自由度 動作；所述控制系統(tǒng)(5)用于控制所述脈沖氙燈(1)發(fā)送脈沖波，接收所述光電倍增管(12)發(fā) 送的電信號;接收所述側(cè)掃聲吶(2)傳送的環(huán)境數(shù)據(jù);控制所述前端浮體(3)和后端浮體(8) 配合完成水下浮力調(diào)節(jié);控制所述自鎖舵機(7)的動力輸出；控制所述垂直推進器(4)與兩 個所述后推進器(14)按照預(yù)定的行進路線和姿態(tài)進行動作，接收所述壓力傳感器(9)傳送 的水壓信號;接收所述超聲傳感器(11)傳送的與水底距離信號，達到預(yù)定與水底距離后，停 止機器人下沉；所述北斗模塊(6)用于確定機器人的地理位置，并將位置信息適時發(fā)送所述控制系統(tǒng)(5)，以及發(fā)送給遠端指揮操控人員；所述壓力傳感器(9)用于采集機器人承受的水壓，并將采集的水壓信號發(fā)送給所述控 制系統(tǒng)；所述電池(10)用于機器人供電，安置在機器人下半部，降低機器人重心；所述超聲傳感器(11)安裝于機器人前端底部，用于實時檢測機器人與水底的距離，并 將監(jiān)測到的與水底距離信號發(fā)送給所述控制模塊(5)，防止機器人觸底；所述透光板(13)用于保護所述脈沖氙燈(1)、所述光電倍增管(12)，所述脈沖氙燈(1) 的脈沖波可穿透所述透光板(13)，經(jīng)半潛溢油反射回來的脈沖波可穿透所述透光板(13)至 所述光電倍增管(12);所述導流罩(15)采用半球形，并與機器人外殼呈流線水滴形，減少水阻力。2.如權(quán)利要求1所述一種半潛溢油檢測水下自治機器人，其特征在于:所述后推進器 (14)可以繞所述自鎖舵機(7)的動力輸出軸進行360°旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相應(yīng)360°的推進力，完成矢 量推進功能。3.如權(quán)利要求1所述一種半潛溢油檢測水下自治機器人，其特征在于:所述北斗模塊(6)可通過北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)短消息信道，遠距離傳輸機器人地理位置信息和運行狀態(tài)信 息，指揮操控人員可通過北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)短消息信道和所述北斗模塊(6)實現(xiàn)遠距離對 機器人的跟蹤控制。4.如權(quán)利要求1所述一種半潛溢油檢測水下自治機器人，其特征在于:所述控制系統(tǒng)(5)用于機器人運行狀態(tài)自動監(jiān)測，在運行路線偏差過大、遇到強水流、發(fā)生碰撞、預(yù)定時間 內(nèi)接收不到指揮操控人員的指令情況下，引導機器人在所述北斗模塊(6)的指引下應(yīng)急自 動返航到預(yù)定地點。5.如權(quán)利要求1所述一種半潛溢油檢測水下自治機器人，其特征在于:所述超聲傳感器 (11)為多個，分布在機器人正前方、底面的前部和后部，用于精準檢測機器人與水底的距 離，檢測機器人正前方的山石障礙。
【文檔編號】B63G8/00GK205574245SQ201620241291
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】劉貴杰, 劉鵬, 王安憶, 穆為磊, 王新寶
【申請人】中國海洋大學