一种无人船载水下机器人混合系统技术方案

本发明专利技术提供了一种无人船载水下机器人混合系统，包括无人船、水下机器人及连接系统，无人船主要包括船体及设置于船体上的船载控制系统、船载动力设备和船载应用设备；水下机器人包括水下机器人本体和水下应用设备，水下机器人本体配置水下控制设备、水下动力设备和操作设备；连接系统包括连接线缆和通讯系统，连接线缆由通讯线缆、充电线缆、拖缆捆绑在一起组成，无人船和水下机器人之间由连接线缆连接，并由通讯系统交换数据。本发明专利技术混合通讯系统以船载控制系统为核心，采用内部总线和通讯板卡统一控制无人船及水下机器人协同工作；以无人船作为水域运载平台和通讯中继平台，响应水下机器人运载、返航、停放、通讯和供电等需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人机器人自动控制领域，具体涉及一种无人船载水下机器人混合系统。
技术介绍
无人船作为一种高性价比的智能自动化产品，在水域军事巡逻、辅助作战、海域测绘、海底石油管道巡检等方面有很好应用，但其单独作业时，难以深入水下实地作业；而水下机器人以其独特性能可用于水下执行不同的任务，被广泛应用于军事、海事、海洋石油、海上救助、管线探测和海洋科学研究等各个领域，但当其单独应用于大型海域时，需要由工作人员驾驶母船运行到作业区域，然后驱动水下机器人作业，返航时也需要人为参与。具体体现在以下方面:1.现有无人船只能在水域表面作业，无法满足水下实地复杂的作业需求；2.现有水下机器人出海和返航需要搭载母船，难以远距离水平移动和自主返航；3.现有水下机器人在深水区域作业时，难以有效处理大量数据远距离实时传输。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有无人船及水下机器人存在的上述不足，提供一种无人船载水下机器人混合系统，以无人船作为水域运载平台和通讯中继平台，响应水下机器人运载、返航、停放、通讯和供电等需求。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:一种无人船载水下机器人混合系统，包括无人船、水下机器人及连接系统，所述无人船主要包括船体及设置于船体上的船载控制系统、船载动力设备和船载应用设备；所述水下机器人包括水下机器人本体和水下应用设备，水下机器人本体配置水下控制设备、水下动力设备和操作设备；所述连接系统包括连接线缆和通讯系统，所述连接线缆由通讯线缆、充电线缆、拖缆捆绑在一起组成，无人船和水下机器人之间由连接线缆连接，并由通讯系统交换数据。按上述方案，所述船体设置有船载挂舱和应用设备舱，船载应用设备安装在应用设备舱，在船舷及各船舱边沿敷设缓冲胶垫，所述船载挂舱主要设有停放平台、卷扬筒、升降电机，升降电机与卷扬筒配合连接，水下机器人上的连接线缆卷在卷扬筒上，升降电机用于通过卷扬筒将水下机器人吊起，并使水下机器人在运载途中停靠到停放平台上。按上述方案，所述船载控制系统包括船载可编程控制器、船载导航设备；所述船载导航设备包括GNSS导航系统、IMU惯性测量单元；GNSS导航系统用于实现无人船定位和自主导航，MU惯性测量单元用于实现无人船定姿。按上述方案，所述船载应用设备设有气象监测设备、视频设备、语音系统和告警设备。按上述方案，所述船载动力设备包括船载电源、船载电机和船载螺旋桨，所述船载电源包括电池组和燃料箱，其中燃料箱设置传感器实时上传燃料状况；所述船载电机包括无刷直流电机和柴油发动机，所述船载螺旋桨包括尾部螺旋桨、尾部舵机和侧翼螺旋桨，其中柴油发动机内置发电机给电池组供电并驱动尾部螺旋桨，作业过程中电池组驱动无刷直流电机和尾部舵机，无刷直流电机驱动侧翼螺旋桨工作，侧翼螺旋桨用于保证无人船相对水域固定。按上述方案，所述船体上还设有全方位避障设备，包括数字雷达、激光雷达和前视声纳，全方位避障设备用于多重扫描保障无人船全方位安全避障。按上述方案，所述通讯系统包括船载通讯设备和水下通讯设备，所述船载通讯设备包括北斗、LTE、船载数传电台和船载图传电台；所述水下通讯设备包括有线通讯板卡，所述船载通讯设备包括北斗、LTE和船载数传电台和船载图传电台，其中北斗的北斗天线、船载数传电台的电台天线及船载图传电台的视频天线都安装在无人船顶部，北斗、LTE和船载数传电台互备通讯，船载图传电台实时传送视频和图像数据；船载可编程控制器通过北斗、LTE和船载数传电台与测控中心形成联动，实现数据存储、录波回放功能；所述水下通讯设备包括有线通讯板卡，通讯板卡经通讯线缆接入船载控制系统中。按上述方案，所述水下控制设备包括水下控制器、水下导航设备，水下导航设备用于保证水下机器人精确定位并自主导航。按上述方案，所述水下动力设备包括主推电机及螺旋桨、重推电机及螺旋桨、侧推电机及螺旋桨、水下电池组，水下电池组经由充电线缆与船载电池组相连。按上述方案，所述水下应用设备包括ADCP测流仪、深度计、前视摄像头和下视摄像头。本专利技术的有益效果是:1、本混合系统将控制无人船与水下机器人协同作业，形成水面上下立体化操作系统，集成了无人船和水下机器人两者优势，充分发挥无人船负载、运输和通讯能力，同时充分发挥水下机器人深水作业的优势，保证水下机器人的工作效率和执勤频率，拓展了机器人的应用领域；2、无人船能搭载水下机器人快速自动导航到指定水域，并通过数字雷达、激光雷达和前视声纳完成全方位自动避障；水下机器人能充分发挥其水下实地作业的优势，完成水下相关操作任务，把各项数据实时传送给无人船，由无人船整合后通过船载通讯设备统一发送到测控中心；水下机器人通过通讯线缆与无人船通讯互动，在接受无人船的控制指令后完成操作任务，同时返回水下机器人状态和监测数据；水下机器人能在暂停作业时自动挂靠到无人船上，由无人船快速运载到下一个作业区域或返航；3、混合系统中船载挂舱为水下机器人提供停靠平台，采用连接线缆引导水下机器人升降和停靠；通过柴油发动机内置发电机给船载电池组供电，并通过充电线缆给水下机器人长时间供电；4、船载可编程控制器具备数据存储、录波回放功能，能记录系统作业过程各项数据，通过船载通讯设备与测控中心形成联动；5、通过船载图传电台完成系统实地作业的大数据远距离传输；6、混合系统可以监视整个系统燃料状况，并分析使用趋势，判断燃料不足或整个任务完成后，无人船携带水下机器人自动返航；7、本混合系统可以拓展到一艘无人船对应多个水下机器人。【附图说明】图1是本专利技术无人船载水下机器人混合系统的结构示意图；图2是本专利技术中水下机器人示意图；图中:1.无人船，2.缓冲胶垫，3.水下机器人，4.船载机舱，5.应用舱，6.停放平台，7.卷扬筒，8.升降电机，9.船载可编程控制器，10.船载导航设备，11.船载通讯设备，12.气象监测设备，13.视频设备，14.语音设备，15.告警设备，16.船载电池组，17.燃料箱，18.柴油发动机，19.尾部螺旋桨，20.尾部舵机，21.无刷直流电机，22.侧翼螺旋桨，23.北斗天线，24.电台天线，25.视频天线，26.数字雷达，27.激光雷达，28.前视声纳，31.水下机器人本体，32.水下控制器，33.重推电机及螺旋桨，34.连接线缆，35.水下导航设备，36.水下通讯设备，37.水下电池组，38.主推电机及螺旋桨，39.水深仪，40.ADCP测流仪，41.水下机器人引脚，42.侧推电机及螺旋桨，43.下视摄像头，44.操作设备，45.前视摄像头。【具体实施方式】为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本专利技术的【具体实施方式】。参照图1?图2所示，本专利技术所述的无人船载水下机器人混合系统，包括无人船1、水下机器人3及连接系统，无人船I主要包括船体及设置于船体上的船载控制系统、船载动力设备和船载应用设备；水下机器人3包括水下机器人本体31和水下应用设备，水下机器人本体31配置水下控制设备、水下动力设备和操作设备44 ;连接系统包括连接线缆34和通讯系统，连接线缆34由通讯线缆、充电线缆、拖缆捆绑在一起组成，无人船I和水下机器人3之间由连接线缆34连接，并由通讯系统交换数据。船体设置有船载挂舱4和应用设备舱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人船载水下机器人混合系统，其特征在于：包括无人船、水下机器人及连接系统，所述无人船主要包括船体及设置于船体上的船载控制系统、船载动力设备和船载应用设备；所述水下机器人包括水下机器人本体和水下应用设备，水下机器人本体配置水下控制设备、水下动力设备和操作设备；所述连接系统包括连接线缆和通讯系统，所述连接线缆由通讯线缆、充电线缆、拖缆捆绑在一起组成，无人船和水下机器人之间由连接线缆连接，并由通讯系统交换数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，李刚，池晓阳，王松林，张保平，
申请(专利权)人：四方继保武汉软件有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42