本發(fā)明涉及一種水下機(jī)器人技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種多用途水下機(jī)器人，主要適用于水下探測、觀察以及學(xué)校教學(xué)、演示及研究等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水下無人機(jī)器人(UUV)根據(jù)與岸基控制系統(tǒng)之間連接方式的不同可以分為無纜水下機(jī)器人(AUV)和有纜水下機(jī)器人(ROV)。

無纜水下機(jī)器人具有活動(dòng)范圍廣、無需支持母船跟隨等優(yōu)點(diǎn)，但由于其與主控端之間缺少通信線纜連接，與主控端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸主要通過無線數(shù)傳設(shè)備、水聲通信設(shè)備或打撈回收后下載讀取的方式實(shí)現(xiàn)，存在不能實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸且數(shù)據(jù)傳輸量受到嚴(yán)格限制等弊端。

有纜水下機(jī)器人(ROV)通過臍帶纜與主控端相連，通過臍帶纜向水下機(jī)器人供電，并實(shí)現(xiàn)信息通信，有效克服了無纜水下機(jī)器人不能實(shí)時(shí)與主控端通信的弊端，但由于受到臍帶纜的限制，有纜水下機(jī)器人存在活動(dòng)范圍有限、需要支持母船跟隨等缺點(diǎn)，尤其在執(zhí)行某些特殊任務(wù)支持母船難以跟隨時(shí)，極大地限制了有纜機(jī)器人的使用范圍。

無纜機(jī)器人和有纜機(jī)器人在實(shí)際使用過程中都存在各自的優(yōu)勢，同時(shí)也受到某些不利因素的限制，使其使用范圍受到了不同程度的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多用途水下機(jī)器人，針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，設(shè)計(jì)具備自主控制作業(yè)模式、光纖遙控作業(yè)模式、中繼遙控作業(yè)模式的多用途水下航行體，多種作業(yè)模式可以實(shí)現(xiàn)不同的功能需求，拓展了水下機(jī)器人的使用范圍；水下自主控制作業(yè)模式，可以充當(dāng)無纜水下機(jī)器人使用，具有無纜水下機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)；光纖遙控作業(yè)模式，可以充當(dāng)有纜水下機(jī)器人使用，具有有纜水下機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)；中繼浮標(biāo)遙控作業(yè)模式，同時(shí)兼具有纜水下機(jī)器人和無纜水下機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種多用途水下機(jī)器人，包括水下航行體、艏段、艏部推進(jìn)段、電子艙段、尾部推進(jìn)段、主推進(jìn)段、艙殼體、姿態(tài)傳感器、電池包、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光端機(jī)、無線數(shù)傳天線、光纖插座、自動(dòng)駕駛儀、導(dǎo)流罩、密封罩、調(diào)試光纖、水密光纖、承載光纖、光滑環(huán)、光纖絞車、通信中繼浮標(biāo)、浮標(biāo)殼體、浮標(biāo)電池包、中繼交換機(jī)、中繼電子模塊、中繼光端機(jī)、浮標(biāo)天線、主控端、主控?cái)?shù)傳設(shè)備，其特征在于：

所述水下航行體通過光纖、無線數(shù)傳天線與主控端的控制單元通過主控?cái)?shù)傳設(shè)備相互配合協(xié)調(diào)，可實(shí)現(xiàn)三種作業(yè)模式，三種所述作業(yè)模式分別為自主控制作業(yè)模式、光纖遙控作業(yè)模式和中繼遙控作業(yè)模式；所述水下航行體依次相互插接、螺釘固定、密封設(shè)置有艏段、艏部推進(jìn)段、電子艙段、尾部推進(jìn)段和主推進(jìn)段；所述電子艙段外部的艙殼體頂部設(shè)置有導(dǎo)流罩，所述導(dǎo)流罩內(nèi)設(shè)置有密封罩和光纖插座，所述密封罩內(nèi)裝配有無線數(shù)傳天線；所述光纖插座與光纖密封固定配接，所述光纖為調(diào)試光纖、水密光纖、承載光纖中的任何一種；所述艙殼體內(nèi)部固定裝配有圓弧形底面的電池包，所述艙殼體前部固定設(shè)置有姿態(tài)傳感器，所述艙殼體內(nèi)部通過儀器艙骨架組裝、通過導(dǎo)軌裝配固定設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光端機(jī)和自動(dòng)駕駛儀，并根據(jù)需要搭載有多種傳感器；所述中繼遙控作業(yè)模式由水下航行體通過承載光纖與通信中繼浮標(biāo)拖曳，并與主控端的控制單元實(shí)時(shí)通信控制和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)中繼遙控作業(yè)。

所述多用途水下機(jī)器人的自主控制作業(yè)模式中，所述水下航行體上的光纖插座內(nèi)裝配有調(diào)試光纖，所述主控端的控制單元通過調(diào)試光纖或主控?cái)?shù)傳設(shè)備向水下航行體下載作業(yè)計(jì)劃，進(jìn)一步的，卸除水下航行體與主控端連接的調(diào)試光纖，所述水下航行體根據(jù)主控端下載的作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行作業(yè)；作業(yè)完成后，所述水下航行體浮出水面通過無線數(shù)傳天線將作業(yè)數(shù)據(jù)回傳給主控端，也可將水下航行體打撈回收后，連接調(diào)試光纖，通過調(diào)試光纖將數(shù)據(jù)回傳給主控端。

所述多用途水下機(jī)器人的光纖遙控作業(yè)模式中，所述水下航行體上的光纖插座內(nèi)裝配有水密光纖，所述水密光纖纏繞在光纜絞車上，所述光滑環(huán)安裝在光纜絞車的旋轉(zhuǎn)軸端部，所述水密光纖的另一端與主控端的控制單元通信連接；所述主控端與水下航行體通過水密光纖連接，由主控端實(shí)時(shí)向水下航行體發(fā)送操作指令，所述水下航行體也實(shí)時(shí)向主控端發(fā)送反饋信息；所述水下航行體通過電子艙段底部自帶的電池包提供所需電力。

所述多用途水下機(jī)器人的中繼遙控作業(yè)模式中，所述水下航行體上的光纖插座內(nèi)裝配有承載光纖，所述承載光纖與通信中繼浮標(biāo)相互連接，所述通信中繼浮標(biāo)為中空的流線外型浮標(biāo)殼體設(shè)計(jì)，所述通信中繼浮標(biāo)包括浮標(biāo)殼體、浮標(biāo)電池包、中繼交換機(jī)、中繼電子模塊、中繼光端機(jī)、浮標(biāo)天線；所述浮標(biāo)殼體底部固定設(shè)置有浮標(biāo)電池包，所述浮標(biāo)電池包上方固定裝配有中繼交換機(jī)、中繼電子模塊和中繼光端機(jī)；所述浮標(biāo)殼體頂部固定設(shè)置有浮標(biāo)天線；所述水下航行體通過承載光纖拖帶通信中繼浮標(biāo)作業(yè)，所述水下航行體與主控端以通信中繼浮標(biāo)為中繼站，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；所述中繼遙控作業(yè)模式下的多用途水下航行體，既具有無纜水下機(jī)器人無需支持母船跟隨的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有有纜水下機(jī)器人可與主控端實(shí)時(shí)通信的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的工作原理為：設(shè)計(jì)具備自主控制作業(yè)模式、光纖遙控作業(yè)模式、中繼遙控作業(yè)模式的多用途水下航行體，通過光纖插座內(nèi)更換調(diào)試光纖、水密光纖、承載光纖，由主控端通過不同的光纖或者通信中繼浮標(biāo)相互交換信息數(shù)據(jù)，并通過水下航行體內(nèi)的姿態(tài)傳感器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光端機(jī)、無線數(shù)傳天線、自動(dòng)駕駛儀完成水下作業(yè)；所述電池包制作成圓弧形底面，與艙殼體內(nèi)圓緊密貼合良好，以便能安裝在電子艙段的殼體底部，降低水下航行體的重心；所述姿態(tài)傳感器、自動(dòng)駕駛儀、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及光端機(jī)、各種傳感器等電子器件先通過儀器艙骨架組裝成整體，然后通過導(dǎo)軌整體推入艙殼體內(nèi)并通過端部的螺釘進(jìn)行固定；所述無線數(shù)傳的電子模塊安裝在艙殼體內(nèi)的儀器艙上，并與與儀器艙整體裝入艙殼體的密封腔體內(nèi)，所述無線數(shù)傳天線安裝在艙殼體外圍，并采用天線密封罩進(jìn)行密封，光纖插座安裝在艙殼體外圍，所述光纖插座與天線密封罩外圍安裝有導(dǎo)流罩，對其進(jìn)行保護(hù)；所述通信中繼浮標(biāo)主要由浮標(biāo)殼體、浮標(biāo)電池包、中繼交換機(jī)、中繼電子模塊、光端機(jī)和浮標(biāo)天線組成；所述浮標(biāo)電池包通過螺釘安裝在密封的浮標(biāo)殼體的底部，以降低通信中繼浮標(biāo)的重心；所述中繼交換機(jī)、中繼光端機(jī)、中繼電子模塊安裝固定在浮標(biāo)殼體內(nèi)的浮標(biāo)電池包上方；無線數(shù)傳的浮標(biāo)天線安裝在浮標(biāo)殼體上方。

通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：設(shè)計(jì)具備自主控制作業(yè)模式、光纖遙控作業(yè)模式、中繼遙控作業(yè)模式的多用途水下航行體，通過調(diào)試光纖、水密光纖、承載光纖，通過使用主控端與通信中繼浮標(biāo)或者光纖絞車配合，作業(yè)模式可以實(shí)現(xiàn)不同的功能需求，拓展了水下機(jī)器人的使用范圍；水下自主控制作業(yè)模式，可以充當(dāng)無纜水下機(jī)器人使用，具有無纜水下機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)；光纖遙控作業(yè)模式，可以充當(dāng)有纜水下機(jī)器人使用，具有有纜水下機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)；中繼浮標(biāo)遙控作業(yè)模式，同時(shí)兼具有纜水下機(jī)器人和無纜水下機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種多用途水下機(jī)器人水下航行體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種多用途水下機(jī)器人自主作業(yè)模式示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種多用途水下機(jī)器人光纖遙控作業(yè)模式示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種多用途水下機(jī)器人中繼遙控作業(yè)模式示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種多用途水下機(jī)器人中繼通信浮標(biāo)剖視圖示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種多用途水下機(jī)器人中繼通信浮標(biāo)俯視圖示意圖。

圖中數(shù)字和字母所表示的相應(yīng)部件名稱：

1.水下航行體 2.艏段 3.艏部推進(jìn)段 4.電子艙段

5.尾部推進(jìn)段 6.主推進(jìn)段 7.艙殼體 8.姿態(tài)傳感器

9.電池包 10.網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) 11.光端機(jī) 12.無線數(shù)傳天線

13.光纖插座 14.自動(dòng)駕駛儀 15.導(dǎo)流罩 16.密封罩

17.調(diào)試光纖 18.水密光纖 19.承載光纖 20.光滑環(huán)

21.光纖絞車 22.通信中繼浮標(biāo) 23.浮標(biāo)殼體 24.浮標(biāo)電池包

25.中繼交換機(jī) 26.中繼電子模塊 27.中繼光端機(jī) 28.浮標(biāo)天線

29.主控端 30.主控?cái)?shù)傳設(shè)備

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

根據(jù)圖1至圖6，本發(fā)明提供了一種多用途水下機(jī)器人，包括水下航行體1、艏段2、艏部推進(jìn)段3、電子艙段4、尾部推進(jìn)段5、主推進(jìn)段6、艙殼體7、姿態(tài)傳感器8、電池包9、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)10、光端機(jī)11、無線數(shù)傳天線12、光纖插座13、自動(dòng)駕駛儀14、導(dǎo)流罩15、密封罩16、調(diào)試光纖17、水密光纖18、承載光纖19、光滑環(huán)20、光纖絞車21、通信中繼浮標(biāo)22、浮標(biāo)殼體23、浮標(biāo)電池包24、中繼交換機(jī)25、中繼電子模塊26、中繼光端機(jī)27、浮標(biāo)天線28、主控端29、主控?cái)?shù)傳設(shè)備30。

所述水下航行體1通過光纖、無線數(shù)傳天線12與主控端29的控制單元通過主控?cái)?shù)傳設(shè)備30相互配合協(xié)調(diào)，可實(shí)現(xiàn)三種作業(yè)模式，三種所述作業(yè)模式分別為自主控制作業(yè)模式、光纖遙控作業(yè)模式和中繼遙控作業(yè)模式；所述水下航行體1依次相互插接、螺釘固定、密封設(shè)置有艏段2、艏部推進(jìn)段3、電子艙段4、尾部推進(jìn)段5和主推進(jìn)段6；所述電子艙段4外部的艙殼體7頂部設(shè)置有導(dǎo)流罩15，所述導(dǎo)流罩15內(nèi)設(shè)置有密封罩16和光纖插座13，所述密封罩16內(nèi)裝配有無線數(shù)傳天線12；所述光纖插座13與光纖密封固定配接，所述光纖為調(diào)試光纖17、水密光纖18、承載光纖19中的任何一種；所述艙殼體7內(nèi)部固定裝配有圓弧形底面的電池包9，所述艙殼體7前部固定設(shè)置有姿態(tài)傳感器8，所述艙殼體7內(nèi)部通過儀器艙骨架組裝、通過導(dǎo)軌裝配固定設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)10、光端機(jī)11和自動(dòng)駕駛儀14，并根據(jù)需要搭載有多種傳感器；所述中繼遙控作業(yè)模式由水下航行體1通過承載光纖19與通信中繼浮標(biāo)22拖曳，并與主控端29的控制單元實(shí)時(shí)通信控制和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)中繼遙控作業(yè)。

所述多用途水下機(jī)器人的自主控制作業(yè)模式中，所述水下航行體1上的光纖插座13內(nèi)裝配有調(diào)試光纖17，所述主控端29的控制單元通過調(diào)試光纖17或主控?cái)?shù)傳設(shè)備30向水下航行體1下載作業(yè)計(jì)劃，進(jìn)一步的，卸除水下航行體1與主控端29連接的調(diào)試光纖17，所述水下航行體1根據(jù)主控端29下載的作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行作業(yè)；作業(yè)完成后，所述水下航行體1浮出水面通過無線數(shù)傳天線12將作業(yè)數(shù)據(jù)回傳給主控端29，也可將水下航行體1打撈回收后，連接調(diào)試光纖17，通過調(diào)試光纖17將數(shù)據(jù)回傳給主控端29。

所述多用途水下機(jī)器人的光纖遙控作業(yè)模式中，所述水下航行體1上的光纖插座13內(nèi)裝配有水密光纖18，所述水密光纖18纏繞在光纜絞車21上，所述光滑環(huán)20安裝在光纜絞車21的旋轉(zhuǎn)軸端部，所述水密光纖18的另一端與主控端29的控制單元通信連接；所述主控端29與水下航行體1通過水密光纖18連接，由主控端29實(shí)時(shí)向水下航行體1發(fā)送操作指令，所述水下航行體1也實(shí)時(shí)向主控端29發(fā)送反饋信息；所述水下航行體1通過電子艙段4底部自帶的電池包9提供所需電力。

所述多用途水下機(jī)器人的中繼遙控作業(yè)模式中，所述水下航行體1上的光纖插座13內(nèi)裝配有承載光纖19，所述承載光纖19與通信中繼浮標(biāo)22相互連接，所述通信中繼浮標(biāo)22為中空的流線外型浮標(biāo)殼體23設(shè)計(jì)，所述通信中繼浮標(biāo)22包括浮標(biāo)殼體23、浮標(biāo)電池包24、中繼交換機(jī)25、中繼電子模塊26、中繼光端機(jī)27、浮標(biāo)天線28；所述浮標(biāo)殼體23底部固定設(shè)置有浮標(biāo)電池包24，所述浮標(biāo)電池包24上方固定裝配有中繼交換機(jī)25、中繼電子模塊26和中繼光端機(jī)27；所述浮標(biāo)殼體23頂部固定設(shè)置有浮標(biāo)天線28；所述水下航行體1通過承載光纖19拖帶通信中繼浮標(biāo)22作業(yè)，所述水下航行體1與主控端29以通信中繼浮標(biāo)22為中繼站，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；所述中繼遙控作業(yè)模式下的多用途水下航行體，既具有無纜水下機(jī)器人無需支持母船跟隨的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有有纜水下機(jī)器人可與主控端29實(shí)時(shí)通信的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的具體實(shí)施操作步驟是：設(shè)計(jì)具備自主控制作業(yè)模式、光纖遙控作業(yè)模式、中繼遙控作業(yè)模式的多用途水下航行體，通過光纖插座13內(nèi)更換調(diào)試光纖17、水密光纖18、承載光纖19，由主控端29通過不同的光纖或者通信中繼浮標(biāo)22相互交換信息數(shù)據(jù)，并通過水下航行體1內(nèi)的姿態(tài)傳感器8、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)10、光端機(jī)11、無線數(shù)傳天線12、自動(dòng)駕駛儀14完成水下作業(yè)；所述電池包9制作成圓弧形底面，與艙殼體7內(nèi)圓緊密貼合良好，以便能安裝在電子艙段4的殼體底部，降低水下航行體1的重心；所述姿態(tài)傳感器8、自動(dòng)駕駛儀14、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)10及光端機(jī)11、各種傳感器等電子器件先通過儀器艙骨架組裝成整體，然后通過導(dǎo)軌整體推入艙殼體7內(nèi)并通過端部的螺釘進(jìn)行固定；所述無線數(shù)傳的電子模塊安裝在艙殼體7內(nèi)的儀器艙上，并與與儀器艙整體裝入艙殼體7的密封腔體內(nèi)，所述無線數(shù)傳天線12安裝在艙殼體7外圍，并采用天線密封罩16進(jìn)行密封，光纖插座13安裝在艙殼體7外圍，所述光纖插座13與天線密封罩16外圍安裝有導(dǎo)流罩15，對其進(jìn)行保護(hù)；所述通信中繼浮標(biāo)22主要由浮標(biāo)殼體23、浮標(biāo)電池包24、中繼交換機(jī)25、中繼電子模塊26、光端機(jī)27和浮標(biāo)天線28組成；所述浮標(biāo)電池包24通過螺釘安裝在密封的浮標(biāo)殼體23的底部，以降低通信中繼浮標(biāo)22的重心；所述中繼交換機(jī)25、中繼光端機(jī)27、中繼電子模塊26安裝固定在浮標(biāo)殼體23內(nèi)的浮標(biāo)電池包24上方；無線數(shù)傳的浮標(biāo)天線28安裝在浮標(biāo)殼體23上方。

通過上述具體實(shí)施例，本發(fā)明的有益效果是：設(shè)計(jì)具備自主控制作業(yè)模式、光纖遙控作業(yè)模式、中繼遙控作業(yè)模式的多用途水下航行體，通過調(diào)試光纖、水密光纖、承載光纖，通過使用主控端與通信中繼浮標(biāo)或者光纖絞車配合，作業(yè)模式可以實(shí)現(xiàn)不同的功能需求，拓展了水下機(jī)器人的使用范圍；水下自主控制作業(yè)模式，可以充當(dāng)無纜水下機(jī)器人使用，具有無纜水下機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)；光纖遙控作業(yè)模式，可以充當(dāng)有纜水下機(jī)器人使用，具有有纜水下機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)；中繼浮標(biāo)遙控作業(yè)模式，同時(shí)兼具有纜水下機(jī)器人和無纜水下機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。