CN113968328B

CN113968328B - 一种水下机器人用压坠装置

Info

Publication number: CN113968328B
Application number: CN202111344831.7A
Authority: CN
Inventors: 陈汐; 王健; 于得勇; 陆洋; 陈聪; 闫兴亚; 王福利; 唐元贵
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2021-11-15
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2041-11-15
Also published as: CN113968328A

Abstract

本发明属于水下机器人技术领域，特别涉及一种水下机器人用压坠装置。包括承载框架及设置于承载框架上的供电系统、释放器、控制舱、光纤管理系统、水面通讯系统及光学探测系统；释放器设置于承载框架的底部，用于与水下机器人连接；光纤管理系统用于光纤的管理和切断；水面通讯系统用于与水下机器人及水面母船进行通讯；光学探测系统用于水下光纤进行实时监测；控制舱用于控制释放器和光纤管理系统；供电系统用于为设置于承载框架上的设备进行供电。本发明可深入水下3000米级，以减少水面及浅水层的洋流对光纤的影响，避免光纤微缆受到过大的拉力而被拉断，进而起到保护光纤的目的。

Description

一种水下机器人用压坠装置

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，特别涉及一种水下机器人用压坠装置。

背景技术

ARV是一种新型水下机器人，它集遥控水下机器人(ROV)和自治水下机器人(AUV)的技术特点于一体。面向ARV探测与作业的遥控及半自主操作模式，需要超长距离光纤微缆实现水面显控与水下机器人端的可靠通信，这是现阶段实现实时探测与作业的重要技术手段。ARV通过光纤与母船相连，可实时反馈机器人数据并且对机器人进行操控。相比于传统ROV的脐带缆，光纤具有轻质、纤细的特点。与此同时，由于材料的原因，光纤的的弯曲半径较小且十分脆弱，光纤缠绕在光线团中，拉出的光纤具有一定的螺旋力。在水面上易受到风吹等因素干扰，在水下环境较为复杂，某些深度洋流较强，光纤易受到洋流等干扰产生弯折与缠绕，此时光纤极易发生折断，进而导致数据传输中断，无法实时监控机器人。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种水下机器人用压坠装置，该装置可以实现对光纤的监控与保护，并且搭载其它科研设备，可以实现相关科考目的。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水下机器人用压坠装置，包括承载框架及设置于所述承载框架上的供电系统、释放器、控制舱、光纤管理系统、水面通讯系统及光学探测系统；

所述释放器设置于承载框架的底部，用于与水下机器人连接；

所述光纤管理系统用于光纤的存储及切断；

所述水面通讯系统用于与水下机器人及水面母船进行通讯；

所述光学探测系统用于对水下光纤状态进行实时监控；

所述控制舱用于控制释放器和光纤管理系统；

所述供电系统用于为设置于所述承载框架上的设备进行供电。

所述承载框架的外侧设有防护网，底部设有马鞍架，所述马鞍架用于与水下机器人定位连接；

所述承载框架的舯部留有接口，用于与母船的光电复合铠缆连接。

所述马鞍架包括分别设置于所述承载框架底板四角的四根支撑杆，各所述支撑杆可伸缩。

各所述支撑杆的下端均设有橡胶垫。

所述光纤管理系统包括光纤团和光纤剪切装置，其中光纤团通过光纤团支架固定在所述支撑框架的艉部，光纤剪切装置设置于所述支撑框架上且位于所述光纤团的下方；在水下机器人回收阶段，光纤剪切装置可切断光纤。

所述光学探测系统包括设置于所述承载框架的底部的图像采集系统Ⅰ和图像采集系统Ⅱ，其中图像采集系统Ⅰ设置于所述光纤剪切装置的下方，用于监控光纤是否被切断；所述图像采集系统Ⅱ用于监控水下光纤的状态。

所述图像采集系统Ⅰ和所述图像采集系统Ⅱ结构相同，均包括标清相机和照明灯。

所述水面通讯系统包括声通讯机及与所述声通讯机连接的换能器，其中声通讯机设置于所述承载框架的中部，用于与水下机器人及水面母船进行数据传输；

所述换能器设置于所述承载框架的底部，且开口冲下。

所述供电系统包括相互连接的变压器和电池，其中电池设置于所述承载框架的前端底部，变压器设置于所述承载框架的左侧。

本发明的优点及有益效果为：

1、本发明提高了光纤的安全性与对光纤的监测管理。本发明可深入水下3000米级，以减少水面及浅水层的洋流对光纤的影响，避免光纤微缆受到过大的拉力而被拉断，进而起到保护光纤的目的。同时有光学探测系统对水下光纤状态进行实时监控，便于人工了解光纤状态，确保光纤微缆在各种工况下可靠稳定的工作。通过提高光纤的安全性以及对光纤的监控，可以减少水下机器人因光纤问题而产生的布放与回收次数，进而提高水下机器人工作效率。

2、本发明节约作业成本。因配有光纤剪切装置，在水下机器人回收阶段可以切断光纤，阻止光纤继续释放，从而达到节约光纤的目的。

3、本发明精简甲板作业人员。无需人员实时对水面光纤进行观测维护。

4、本发明可提高声通讯机精确度。声通讯机换能器固定在支撑框架底层，提高了指向性，同时换能器穿越了温变层，可以提高声通讯机的精确度。

5、本发明具有良好的兼容性。该装置采用模块化设计，控制系统留有接口，框架也留有安装位置，可以根据任务搭载其它科研设备。

6、本发明便于维护。防护网易于拆卸，方便对装置进行维护。

7、本发明通用性强。仅需要根据水下机器人形状替换马鞍架即可适配新水下机器人。

附图说明

图1为本发明一种水下机器人用压坠装置的外部结构示意图；

图2为本发明一种水下机器人用压坠装置的内部左视图；

图3为本发明一种水下机器人用压坠装置的内部右视图。

其中：1为承载框架，2为防护网，3为变压器，4为声通讯机，5为光纤团，6为光纤剪切装置，7为图像采集系统Ⅰ，8为换能器，9为释放器，10为电池，11为图像采集系统Ⅱ，12为油补偿器，13为控制舱，14为马鞍架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-3所示，本发明提供的一种水下机器人用压坠装置，包括承载框架1及设置于承载框架1上的供电系统、释放器9、控制舱13、光纤管理系统、水面通讯系统及光学探测系统；释放器9设置于承载框架1的底部中心位置，用于与水下机器人连接；光纤管理系统用于光纤的存储和切断；水面通讯系统用于与水下机器人及水面母船进行通讯；光学探测系统用于对水下光纤状态进行实时监控；控制舱13用于控制释放器9和光纤管理系统；供电系统用于为设置于承载框架1上的设备进行供电。

如图1所示，本发明的实施例中，承载框架1的外侧设有防护网2，底部设有马鞍架14，马鞍架14用于与水下机器人定位连接；承载框架1的舯部留有接口，用于与母船的光电复合铠缆连接。

具体地，防护网2由四个扇形网及四个矩形网组合而成，防护网2成菱形镂空，通过螺栓固定在承载框架1上。防护网2易于拆卸，方便对装置进行维护。

具体地，马鞍架14包括分别设置于承载框架1底板四角的四根支撑杆，各支撑杆可伸缩，可进行上下调节。

进一步地，各支撑杆的下端均设有橡胶垫，通过橡胶垫与水下机器人接触。可根据水下机器人形状替换马鞍架14，即可适配新型水下机器人，通用性强。

如图2所示，本发明的实施例中，光纤管理系统包括光纤团5和光纤剪切装置6，其中光纤团5通过光纤团支架固定在支撑框架1的艉部，光纤剪切装置6设置于支撑框架1上且位于光纤团5的下方，在水下机器人回收阶段，光纤剪切装置6可切断光纤。

进一步地，光纤团5的外壳端盖采用透明材料，半径方向上标有刻度,因配有光纤剪切装置6，在水下机器人回收阶段，可以切断光纤，阻止光纤继续释放，从而达到节约光纤的目的。

如图2所示，本发明的实施例中，光学探测系统包括设置于承载框架1的底部两侧的图像采集系统Ⅰ7和图像采集系统Ⅱ11，其中图像采集系统Ⅰ7设置于光纤剪切装置6的下方，用于监控光纤是否被光纤剪切装置6切断；图像采集系统Ⅱ11用于监控水下光纤的状态。

具体地，图像采集系统Ⅰ7和图像采集系统Ⅱ11结构相同，均包括标清相机和照明灯。

本实施例中，通过光学探测系统对水下光纤状态进行实时监控，便于人工了解光纤状态，确保光纤微缆在各种工况下可靠稳定的工作。通过提高光纤的安全性以及对光纤的监控，可以减少水下机器人因光纤问题而产生的布放与回收次数，进而提高水下机器人工作效率。

如图2所示，本发明的实施例中，水面通讯系统包括声通讯机4及与声通讯机4连接的换能器8，其中声通讯机4设置于承载框架1的中部，用于与水下机器人及水面母船进行数据传输。换能器8设置于承载框架1的底部右侧，且开口冲下，提高了指向性。同时换能器8穿越了温变层，可以提高声通讯机4的精确度。

如图2所示，本发明的实施例中，供电系统包括相互连接的变压器3和电池10，其中电池10设置于承载框架1的前端底部，变压器3设置于承载框架1的左侧。

本发明的实施例中，水下机器人用压坠装置的外形尺寸为1200x1050x1020,整体空气中的重量约为0.5t。本实施例中，释放器9和光纤剪切装置6均为成熟技术，在此不再赘述。

本发明提供的一种水下机器人用压坠装置的工作原理为：

承载框架1与母船的光电复合铠缆通过铰接结构连接。在准备阶段，将压坠装置起吊后置于水下机器人顶部，通过吊环连接释放器9与水下机器人，调整马鞍架14的高度，使压坠装置与水下机器人之间保证相对固定。此时，压坠装置端光纤与水下机器人端光纤熔接。

利用光电复合铠缆对压坠装置和水下机器人一同吊起，向外摆至近水面后，继续释放光电复合铠缆，压坠装置和水下机器人一同入水。入水后继续释放光电复合铠缆，直至压坠装置及水下机器人下降到指定深度。到达指定深度后，释放器9脱钩，水下机器人和压坠装置依靠重力分离，压坠装置悬停于分离位置。此时压坠装置依靠光电复合铠缆供电，电池为应急电源。光学探测系统对光纤及水下机器人分离状况进行实时监控。

水下机器人作业阶段，声通讯机4与水下机器人进行数据传输。

当水下机器人完成作业准备回收时，光纤剪切装置6切断光纤，压坠装置独立回收。

本发明可深入水下3000米级，以减少水面及浅水层的洋流对光纤的影响，避免光纤微缆受到过大的拉力而被拉断，进而起到保护光纤的目的。同时有光学探测系统对水下光纤状态进行实时监控，便于人工了解光纤状态，确保光纤微缆在各种工况下可靠稳定的工作。通过提高光纤的安全性以及对光纤的监控，可以减少水下机器人因光纤问题而产生的布放与回收次数，进而提高水下机器人工作效率。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种水下机器人用压坠装置，其特征在于，包括承载框架（1）及设置于所述承载框架（1）上的供电系统、释放器（9）、控制舱（13）、光纤管理系统、水面通讯系统及光学探测系统；

所述释放器（9）设置于承载框架（1）的底部，用于与水下机器人连接；

所述光纤管理系统用于光纤的存储及切断；

所述水面通讯系统用于与水下机器人及水面母船进行通讯；

所述光学探测系统用于对水下光纤状态进行实时监控；

所述控制舱（13）用于控制释放器（9）和光纤管理系统；

所述供电系统用于为设置于所述承载框架（1）上的设备进行供电；

所述光纤管理系统包括光纤团（5）和光纤剪切装置（6），其中光纤团（5）通过光纤团支架固定在所述承载框架（1）的艉部，光纤剪切装置（6）设置于所述承载框架（1）上且位于所述光纤团（5）的下方；在水下机器人回收阶段，光纤剪切装置（6）可切断光纤；

所述水面通讯系统包括声通讯机（4）及与所述声通讯机（4）连接的换能器（8），其中声通讯机（4）设置于所述承载框架（1）的中部，用于与水下机器人及水面母船进行数据传输；所述换能器（8）设置于所述承载框架（1）的底部，且开口冲下；

所述供电系统包括相互连接的变压器（3）和电池（10），其中电池（10）设置于所述承载框架（1）的前端底部，变压器（3）设置于所述承载框架（1）的左侧。

2.根据权利要求1所述的水下机器人用压坠装置，其特征在于，所述承载框架（1）的外侧设有防护网（2），底部设有马鞍架（14），所述马鞍架（14）用于与水下机器人定位连接；

所述承载框架（1）的舯部留有接口，用于与母船的光电复合铠缆连接。

3.根据权利要求2所述的水下机器人用压坠装置，其特征在于，所述马鞍架（14）包括分别设置于所述承载框架（1）底板四角的四根支撑杆，各所述支撑杆可伸缩。

4.根据权利要求3所述的水下机器人用压坠装置，其特征在于，各所述支撑杆的下端均设有橡胶垫。

5.根据权利要求1所述的水下机器人用压坠装置，其特征在于，所述光学探测系统包括设置于所述承载框架（1）的底部的图像采集系统Ⅰ（7）和图像采集系统Ⅱ（11），其中图像采集系统Ⅰ（7）设置于所述光纤剪切装置（6）的下方，用于监控光纤是否被切断；所述图像采集系统Ⅱ（11）用于监控水下光纤的状态。

6.根据权利要求5所述的水下机器人用压坠装置，其特征在于，所述图像采集系统Ⅰ（7）和所述图像采集系统Ⅱ（11）结构相同，均包括标清相机和照明灯。