本發(fā)明涉及一種水下聯(lián)合搜救機(jī)器人、搜救系統(tǒng)及其工作方法。

背景技術(shù)：

21世紀(jì)，是海洋的世紀(jì)，海洋所蘊(yùn)含的豐富的能量與資源是人類在地上資源枯竭的形勢(shì)下賴以生存的重要補(bǔ)給。同時(shí)，21世紀(jì)也是智能裝備的世紀(jì)，智能系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用大大的提高了勞動(dòng)的效率，成為了國家戰(zhàn)略發(fā)展的新高地。于是，將智能裝備應(yīng)用于海洋是毋庸置疑的發(fā)展趨勢(shì)。目前，水下智能裝備的主要形式是水下機(jī)器人，主要功能有勘探，采集，維修，基建，軍用與搜救等。其中利用水下機(jī)器人進(jìn)行海洋勘探對(duì)于人類開發(fā)海洋，走向深藍(lán)有著重大意義。同時(shí)水下機(jī)器人的定位能力對(duì)于海底取樣，打撈遺失物品挽回?fù)p失等方面有著重大意義。

鑒于水下機(jī)器人的工作環(huán)境以及重點(diǎn)所針對(duì)的水下聯(lián)合搜救的主要功能。首先應(yīng)該考慮到的是單個(gè)水下機(jī)器人由于自身?xiàng)l件的限制，無法快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)海底樣本或需要打撈或者定位的物品。于是，多機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)成為不二之選。

隨著時(shí)代的發(fā)展，一種高效率，高智能化，高穩(wěn)定性的多機(jī)器人系統(tǒng)的出現(xiàn)已是勢(shì)在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種水下聯(lián)合搜救機(jī)器人、搜救系統(tǒng)及其工作方法，以實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人執(zhí)行水下搜救任務(wù)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種水下機(jī)器人，包括：主體，在 該主體的外壁設(shè)有動(dòng)力裝置，且主體首端設(shè)有機(jī)械手；一處理器模塊適于通過控制動(dòng)力裝置以控制水下機(jī)器人水下行進(jìn)，以及還控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)抓取動(dòng)作；所述主體的末端設(shè)有夾持端。

進(jìn)一步，所述主體呈梭形；所述動(dòng)力裝置包括三個(gè)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器，且呈120°分布于外壁；所述處理器模塊適于控制三個(gè)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器協(xié)同工作，以控制水下機(jī)器人水下行進(jìn)。

進(jìn)一步，繞外壁設(shè)有環(huán)形導(dǎo)軌，所述螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器的支撐翼根部設(shè)有嵌于環(huán)形軌道的滑動(dòng)裝置；所述處理器模塊適于通過滑動(dòng)裝置帶動(dòng)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器沿環(huán)形導(dǎo)軌移動(dòng)，以改變各螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器之間的夾角。

進(jìn)一步，所述水下機(jī)器人還包括：與處理器模塊相連的攝像裝置、通信裝置；所述處理器模塊通過攝像裝置識(shí)別目標(biāo)，以及通過通信裝置構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)跟蹤和定位；所述通信裝置包括機(jī)械波通訊模塊、聲吶模塊和紅外線模塊；其中機(jī)械波通訊模塊適于產(chǎn)生用于遠(yuǎn)距離通訊的機(jī)械波；聲吶模塊適于產(chǎn)生用于中距離通訊的高頻超聲波；以及紅外線模塊適于產(chǎn)生用于近距離通訊的紅外信號(hào)。

進(jìn)一步，所述水下機(jī)器人還包括：由若干鋰電池組串聯(lián)構(gòu)成的電池組，以及用于控制電池組充放電的充放電控制模塊；所述主體的外壁設(shè)有光伏電池板，且該光伏電池板的輸出端與充放電控制模塊的供電輸入端相連。

又一方面，本發(fā)明還提供了一種水下機(jī)器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)。

所述水下機(jī)器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)包括至少兩個(gè)所述水下機(jī)器人，以及用于協(xié)調(diào)各機(jī)器人工作的服務(wù)器。

進(jìn)一步，各水下機(jī)器人適于在各自的活動(dòng)區(qū)域進(jìn)行搜索活動(dòng)，當(dāng)其中一水下機(jī)器人發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，將目標(biāo)位置發(fā)送至服務(wù)器，且由服務(wù)器通知各水下機(jī)器 人；以及所述服務(wù)器適于根據(jù)各水下機(jī)器人當(dāng)前的位置與目標(biāo)位置確定一匯集點(diǎn)，即服務(wù)器通知各水下機(jī)器人行進(jìn)至該匯聚點(diǎn)進(jìn)行匯合，并隊(duì)列前往目標(biāo)地點(diǎn)。

進(jìn)一步，所述水下機(jī)器人隊(duì)列，即各水下機(jī)器人首尾相連，后一水下機(jī)器人通過機(jī)械手夾持前一水下機(jī)器人的夾持端。

進(jìn)一步，所述主體呈梭形；所述動(dòng)力裝置包括三個(gè)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器；所述處理器模塊適于控制三個(gè)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器協(xié)同工作，以控制水下機(jī)器人水下行進(jìn)；以及繞外壁設(shè)有環(huán)形導(dǎo)軌，所述螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器的支撐翼根部設(shè)有嵌于環(huán)形軌道的滑動(dòng)裝置；所述處理器模塊適于通過滑動(dòng)裝置帶動(dòng)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器沿環(huán)形導(dǎo)軌移動(dòng)，以改變各螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器之間的夾角；當(dāng)各水下機(jī)器人組成隊(duì)列后，各水下機(jī)器人的螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器均呈120°分布，且適于交錯(cuò)設(shè)置。

第三方面，本發(fā)明還提供了一種水下機(jī)器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)的工作方法，包括：所述水下機(jī)器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的水下機(jī)器人、搜救系統(tǒng)及其工作方法能夠使多水下機(jī)器人通過首尾相連構(gòu)成隊(duì)列的方式在水下行進(jìn)，降低行進(jìn)過程中的水阻，并且還降低行進(jìn)過程中的電能消耗，提高水下機(jī)器人水下作業(yè)周期；以及還通過三階段分步靠攏方式，克服了水下情況復(fù)雜，范圍寬廣的工作特點(diǎn)，采用三種通信方式滿足了水下機(jī)器人在不同間距下完成匯聚。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的水下機(jī)器人立體圖；

圖2是本發(fā)明的水下機(jī)器人的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的水下機(jī)器人的局部視圖；

圖4是本發(fā)明的水下機(jī)器人的螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器移動(dòng)后結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖5是本發(fā)明的水下機(jī)器人的螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器移動(dòng)后結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖6是水下機(jī)器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)的搜索區(qū)域示意圖；

圖7是水下機(jī)器人隊(duì)列示意圖；

圖8是水下機(jī)器人隊(duì)列后的螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器呈交錯(cuò)設(shè)置的示意圖。

圖中：主體1、螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器2、支撐翼201、環(huán)形導(dǎo)軌3、滑動(dòng)裝置4、從動(dòng)輪組401、主動(dòng)輪組402、機(jī)械手5、夾持端6。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

實(shí)施例1

如圖1至圖5所示，本實(shí)施例1提供了一種水下機(jī)器人，包括：主體1，在該主體1的外壁設(shè)有動(dòng)力裝置，且主體首端設(shè)有機(jī)械手5；一處理器模塊適于通過控制動(dòng)力裝置以控制水下機(jī)器人水下行進(jìn)，以及還控制機(jī)械手5實(shí)現(xiàn)抓取動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)水下打撈工作；所述主體的末端設(shè)有夾持端。

所述主體1呈梭形；所述動(dòng)力裝置包括三個(gè)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器，且呈120°分布于外壁；所述處理器模塊適于控制三個(gè)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器協(xié)同工作，以控制水下機(jī)器人水下行進(jìn)。

具體的，所述水下機(jī)器人水下行進(jìn)方式包括但不限于沉浮、轉(zhuǎn)向、橫移、縱傾，具體行進(jìn)與各螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 水下機(jī)器人行進(jìn)與各螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系表

表1中，第一螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器簡(jiǎn)稱為推進(jìn)器一，以此類推。

優(yōu)選的，為了進(jìn)一步提高水下機(jī)器人行進(jìn)效率，例如減小水下機(jī)器人行進(jìn)中的轉(zhuǎn)彎半徑；繞外壁設(shè)有環(huán)形導(dǎo)軌3，所述螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器的支撐翼201根部設(shè)有嵌于環(huán)形軌道的滑動(dòng)裝置4；所述處理器模塊適于通過滑動(dòng)裝置4帶動(dòng)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器沿環(huán)形導(dǎo)軌3移動(dòng)(如圖3箭頭F1所示)，以改變各螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器之間的夾角。

具體的，所述滑動(dòng)裝置4包括：位于環(huán)形導(dǎo)軌3內(nèi)的從動(dòng)輪組401，以及位于主體1內(nèi)的主動(dòng)輪組402，以及該主動(dòng)輪組402由一直流電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，且該直流電機(jī)由處理器模塊控制；優(yōu)選的，所述主動(dòng)輪組402的行進(jìn)軌道位于主體1內(nèi)壁，所述主動(dòng)輪組402中至少設(shè)有一個(gè)鎖止齒輪，且行進(jìn)軌道設(shè)有與該鎖止齒輪配合的鎖止齒，當(dāng)直流電機(jī)停轉(zhuǎn)后，鎖止齒輪與鎖止齒配合，對(duì)滑動(dòng)裝置4、螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器的位置進(jìn)行鎖定。

例如當(dāng)水下機(jī)器人水下轉(zhuǎn)彎時(shí)，第一螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器作為轉(zhuǎn)彎支點(diǎn)，第二、第三螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器相向移動(dòng)，且并攏(如圖4中箭頭F2和箭頭F3所示)，即與第一螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器以主體1的中心軸對(duì)稱設(shè)置；其中，第一螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器不轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，其余兩螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器正轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人小半徑轉(zhuǎn)彎，降低轉(zhuǎn)彎半徑，降低能耗。

作為水下轉(zhuǎn)彎的一種形式，如圖5所示，當(dāng)水下機(jī)器人由垂直姿態(tài)調(diào)整為水平姿態(tài)時(shí)(如箭頭F4所示)，第一螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器作為轉(zhuǎn)彎支點(diǎn)，第二、第三螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器相向移動(dòng)，且并攏，即與第一螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器以主體1的中心軸對(duì)稱設(shè)置；其中，第一螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器反轉(zhuǎn)，其余兩螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器正轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人快速姿態(tài)調(diào)整，節(jié)約姿態(tài)調(diào)整時(shí)的電量需求。

所述水下機(jī)器人還包括：與處理器模塊相連的攝像裝置、通信裝置；所述處理器模塊通過攝像裝置識(shí)別目標(biāo)，以及通過通信裝置構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)跟蹤和定位；具體的，母船通過接收各水下機(jī)器人的通信裝置對(duì)相應(yīng)水下機(jī)器人進(jìn)行定位。

進(jìn)一步，本水下機(jī)器人的通信方式例如但不限于采用三階段分步靠攏方式，即在兩機(jī)器人逐漸靠攏的過程中運(yùn)用三種通信技術(shù)，具有高效率，高智能化，高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。具體的，將復(fù)雜的靠攏過程根據(jù)三種通訊方式劃分為三個(gè)不同階段，采用三種相適應(yīng)的通訊方式可以使多臺(tái)水下機(jī)器人接近目標(biāo)并協(xié)同進(jìn)行定位(交替工作，保持一部分對(duì)目標(biāo)進(jìn)行尾隨并進(jìn)行不間斷定位，另一部分適時(shí)上浮充電)。

因此，作為通信裝置一種可選的實(shí)施方式，所述通信裝置包括機(jī)械波通訊模塊、聲吶模塊和紅外線模塊；其中機(jī)械波通訊模塊適于產(chǎn)生用于遠(yuǎn)距離通訊的機(jī)械波；聲吶模塊適于產(chǎn)生用于中距離通訊的高頻超聲波；以及紅外線模塊適于產(chǎn)生用于近距離通訊的紅外信號(hào)。

在本實(shí)施例中，由于水下機(jī)器人所處的水下情況復(fù)雜，且工作區(qū)域范圍寬廣的工作特點(diǎn)，需要進(jìn)行靠攏的兩水下機(jī)器人間的距離往往是或長(zhǎng)或短而不是相對(duì)固定的，在不同的距離條件下，選擇最適合其相互靠攏直至進(jìn)入?yún)f(xié)同配合 距離的方式。

具體的，在兩水下機(jī)器人相距例如但不限于100m以上時(shí)，通過機(jī)械波控制兩水下機(jī)器人靠攏，在機(jī)器人靠攏至50m以下時(shí)，通過高頻超聲波確定兩水下機(jī)器人的精確方位，再進(jìn)行進(jìn)一步靠攏；當(dāng)兩水下機(jī)器人的距離低于50cm時(shí)，通過紅外信號(hào)進(jìn)行跟隨對(duì)接，以構(gòu)成水下機(jī)器人群協(xié)同控制群組。

所述水下機(jī)器人還包括：由若干鋰電池組串聯(lián)構(gòu)成的電池組，以及用于控制電池組充放電的充放電控制模塊(例如但不限于采用LT1513)；所述主體1的外壁設(shè)有光伏電池板，且該光伏電池板的輸出端與充放電控制模塊的供電輸入端相連。

所述處理器模塊例如但不限于采用ARM9處理器。

實(shí)施例2

如圖6至圖8所示，本實(shí)施例2還提供了一種水下機(jī)器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)如實(shí)施例1所述的水下機(jī)器人，以及用于協(xié)調(diào)各機(jī)器人工作的服務(wù)器。

各水下機(jī)器人適于在各自的活動(dòng)區(qū)域進(jìn)行搜索活動(dòng)，當(dāng)其中一水下機(jī)器人發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，將目標(biāo)位置發(fā)送至服務(wù)器，且由服務(wù)器通知各水下機(jī)器人；以及所述服務(wù)器適于根據(jù)各水下機(jī)器人當(dāng)前的位置(例如圖6中A和B)與目標(biāo)位置確定一匯集點(diǎn)(如圖6中y)，即服務(wù)器通知各水下機(jī)器人行進(jìn)至該匯聚點(diǎn)進(jìn)行匯合，并隊(duì)列前往目標(biāo)地點(diǎn)(如圖6中x所示)。其中匯合路徑如圖6中虛線所示，匯集點(diǎn)y移動(dòng)至目標(biāo)地點(diǎn)x的路徑由各水下機(jī)器人列隊(duì)后同時(shí)進(jìn)行，如圖6中實(shí)線所示。

所述匯集點(diǎn)具體為各水下機(jī)器人匯聚后到達(dá)目的地能量消耗最少的地點(diǎn)。

所述水下機(jī)器人隊(duì)列，即各水下機(jī)器人首尾相連，后一水下機(jī)器人通過機(jī) 械手夾持前一水下機(jī)器人的夾持端。

所述主體呈梭形；所述動(dòng)力裝置包括三個(gè)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器；所述處理器模塊適于控制三個(gè)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器協(xié)同工作，以控制水下機(jī)器人水下行進(jìn)；以及繞外壁設(shè)有環(huán)形導(dǎo)軌，所述螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器的支撐翼根部設(shè)有嵌于環(huán)形軌道的滑動(dòng)裝置；所述處理器模塊適于通過滑動(dòng)裝置帶動(dòng)螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器沿環(huán)形導(dǎo)軌移動(dòng)，以改變各螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器之間的夾角；當(dāng)各水下機(jī)器人組成隊(duì)列后，各水下機(jī)器人的螺旋槳式電機(jī)推進(jìn)器均呈120°分布，且適于交錯(cuò)設(shè)置，以使水下機(jī)器人列隊(duì)在行進(jìn)過程中降低能耗，延長(zhǎng)水下機(jī)器人的水下作業(yè)時(shí)間。

實(shí)施例3

在實(shí)施例1和2基礎(chǔ)上，本實(shí)施例3提供了一種水下機(jī)器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)的工作方法。

其中所述水下機(jī)器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)如實(shí)施例2所述，關(guān)于水下機(jī)器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)的工作過程在實(shí)施例2中已論述，這里不再贅述。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。