[发明专利]便携式水下机器人

说明书

技术领域

本发明涉及便携式水下机器人。

背景技术

水下无人机(Unmanned Underwater Vehicle：UUV)是通过远程遥控或自备程序操纵的不载人潜水器。主要功能是水下观测和水下作业，主要用于水下科考、水下防卫、水下施工、水下救援等领域。根据是否需要脐带缆可分为两类：一类，基于有线遥控的称为遥控潜水器(Remotely Operated Vehicle：ROV)。优点在于供电充足可连续作业、实时通讯易于操作；缺点在于受脐带缆限制运动范围小，操作不便。另一类，基于无线通讯或自带程序操控的称为自治潜水器(Autonomous Underwater Vehicle：AUV)。优点在于无脐带缆限制运动灵活。缺点在于电池供电，工作时间受限制，且无法搭载大功率设备；水下无线通讯成本高、设备复杂。

美国JW fishers公司生产的sealion ROV，本体尺寸长58cm、宽40cm、高30cm，空气中质量20kg，可由1-2个人简单地布防、回收，是一款便携式、低成本水下无人机。然而，这款产品不支持无缆模式，作业范围受限制，最大支持300m半径活动范围。

美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution：WHOI)的水下无人机，是一种用于深海科学考察的水下无人机。它的本体与母船之间采取光纤连接，相互通讯，并通过自身搭载的电池为自己供电.ROV/AUV模式可切换。ROV模式下操作人员遥控它广泛搜寻，直到找到目标；再切换到AUV模式下按既定程序，从各个角度观察目标或采集样本，直到任务结束，恢复到ROV模式，回收。他的缺点在于水下ROV/AUV模式反复切换需要非常复杂的机构和昂贵的成本。不适合工程或商业上广泛使用。

随着人类海洋开发深入，海上活动激增，我们需要一种便携式的、易操作的、低成本的水下无人机。

发明内容

本发明的目的：旨在提供一种生产及使用成本较低的便携式水下机器人。

本系统由水下无人机本体、脐带缆(或光纤或无缆)和水面操控台三部分构成。其中水下无人机本体采取一体化设计，重量、体积限制在1个人可以搬运的范围内。水面操控台包含控制单元和供配电单元，集成在一个航空箱内，方便搬运、方便操作。

本系统支持三种作业模式：一、脐带缆模式。即水下机器人本体与水面操控台之间采取脐带缆链接。脐带缆提供水下供电通道和水面-水下通讯通道。这种模式与传统ROV相似，优点在于供电充足可连续作业、实时通讯易于操作；缺点在于受脐带缆限制运动范围在数百米范围内，且操作不便。二、光纤模式。即水下机器人本体与水面操控台之间采取光纤链接。光纤提供水面-水下通讯通道，而水下机器人依靠自载的电源单元供电。这种模式的优点在实时通讯易于操作，光纤缆比脐带缆轻、细很多，水下无人机作业范围可扩大到缺点在于受脐带缆限制运动范围小，操作几乎不受影响且作业范围可达十公里以上。缺点在于，受电池容量限制，可连续工作时间短。三、无缆模式。即水下机器人与水面操控台之间无缆连接。水下机器人依靠自载电池供电，操作人员雨水下机器人之间通过无线通讯或水下机器人在预备程序下自主航行。它的优点在于水下机器人作业完全不受缆线限制，缺点在于水下无线通讯或水下机器人自主航行程序编写技术难度大，需要专业人员完成，适合于科考或军事等高端行业。

现有技术中ROV采取附图1(a)所示供电方式，水面电源通过脐带电缆给ROV用电设备供电；AUV采取附图1(b)所示供电方式，水面AUV自载电池为自身用电设备供电。本发明供电系统如附图1(c)所示，通过可拆卸电池组为UUV用电设备供电，当有缆模式时，使用水面电源供电；光线模式或无缆模式时，使用可拆卸电池组供电。

本发明中水下无人机的控制系统是由水面和水下两个嵌入式系统构成，取代传统技术中的水面、水下计算机，大幅缩小了体积、重量、功耗，降低了成本。系统构成如图2所示，水面控制单元以水面CPU为核心，控制操纵手柄、控制面板(包括按钮和电位器等)、图像子系统(包括DVR、字符叠加器等)和用户扩展接口。水下无人机以水下CPU为核心，控制水下灯、推进器、云台舵机、传感器和扩展接口(包括机械手、作业工具、传感器等)。水面-水下之间采取脐带缆或光纤或无线通讯。