水下无线充电机器人、水下无线充电方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了水下无线充电机器人、水下无线充电方法及系统，水下无线充电机器人包括机器人本体，机器人本体上设置有：发射模块；推进模块，用于驱使机器人本体在水下移动；定位模块，定位模块包括第一定位单元，用于确定机器人本体和接收端之间的相对位置，定位模块还包括第二定位单元，用于进一步确定发射模块的发射线圈和接收端的接收线圈之间的相对位置；控制模块，用于分别根据第一定位单元和第二定位单元反馈的位置信号控制推进模块的运行状态，以调整机器人本体的位置。解决了为水下不便移动的设施充电的问题，定位精度高，提高了充电速度和能源利用率，定位系统的结构更为简化，成本更低，利于大规模运用。

Underwater wireless charging robot, underwater wireless charging method and system

The invention provides an underwater wireless charging robot, an underwater wireless charging method and a system. The underwater wireless charging robot comprises a robot body, and the robot body is provided with: a launching module; a propulsion module for driving the robot body to move underwater; and a positioning module, which comprises a first positioning unit, and a positioning module for driving the robot body to move underwater. To determine the relative position between the robot body and the receiving end, the positioning module also includes a second positioning unit for further determining the relative position between the transmitting coil of the transmitting module and the receiving coil of the receiving end, and a control module for controlling the position signal feedback according to the first positioning unit and the second positioning unit respectively. The operation state of the module is promoted to adjust the position of the robot body. It solves the problem of charging the facilities which are inconvenient to move underwater. The positioning accuracy is high, the charging speed and energy utilization are improved, the structure of the positioning system is simpler, the cost is lower, and it is favorable for large-scale application.

【技术实现步骤摘要】
水下无线充电机器人、水下无线充电方法及系统
本专利技术涉及水下充电
，具体而言，涉及水下无线充电机器人、水下无线充电方法及系统。
技术介绍
海洋工程在海洋科学探索、深海资源开发和国土安全等方面具有十分重要的作用，因此对其工程中所依赖的水下传感器网络的研究意义重大。水下传感器网络具有观察和预测海洋的能力。装有水下传感器的无人或自主水下机器人(AUV)可以在勘探自然水下资源和搜集科学数据的联合监控任务中得到应用，当水下装置间可以相互通信时，这些潜在的应用将成为可能。在海洋资源开发和科研活动中，通常需要水下机器人以及水下传感器等机电设备的支持，而能量是限制这些设备使用时间以及活动范围的重要因素。无线传感器网络一般由数量庞大的传感器节点组成，并散布于一定区域内，通常采用电池提供能量。但是，由于受到节点体积设计的限制，所配置的电池能够提供的能量是非常有限的。同时由于传感器节点经常部署于人员不能到达的环境中，加上所涉及的范围很大，因此无法为每一个节点换上新电池。传统上对自治水下机器人(AUV)以及传感器电池进行充电的方法，通常需要湿插拔输电接口连接水下装置与电源来进行充电。湿插拔接口技术虽然相对成熟，但同时也存在着诸多弊端，不仅对接机制比较复杂、存在安全隐患、维护困难、寿命短，而且比较昂贵。无线能量传输(WPT)是能量由电源馈向非电气直接接触用电设备的技术。无线能量传输技术的出现，为上述有线充电存在的问题找到了有效的解决方案，得到了越来越多研究者的重视。但现阶段的水下无线充电技术主要用于给能够自主移动的水下机器人充电，目前还缺乏给固定在水下的设施无线充电的充电产品，例如水下传感器网络无线充电。而且，现有技术中，以磁耦合谐振无线能量传输技术为例，发射线圈和接收线圈之间的距离和方位会影响充电速度和能源利用率，但由于水下定位难度较高，现有的水下无线充电设备要么由于发射端和接收端之间未达到精确的匹配状态而充电速度慢、能源利用率低，要么结构极其复杂、成本高、难以大规模运用。且现有充电系统的充电结构、移动结构等直接设计在现有的AUV上安装，并未充分考虑水体阻力、水体流动性、水下衰减等因素，导致存在充电效率低、耗能较高、水下位置稳定存在困难等问题，未充分适应水下需要。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了水下无线充电机器人、水下无线充电方法及系统。具体地，其技术方案如下：一种水下无线充电机器人，包括机器人本体，所述机器人本体上设置有：发射模块；推进模块，用于驱使所述机器人本体在水下移动；定位模块，所述定位模块包括第一定位单元，用于确定所述机器人本体和接收端之间的相对位置，所述定位模块还包括第二定位单元，用于进一步确定所述发射模块的发射线圈和所述接收端的接收线圈之间的相对位置；控制模块，用于分别根据所述第一定位单元和所述第二定位单元反馈的位置信号控制所述推进模块的运行状态，以调整所述机器人本体的位置。在一些优选的实施方式中，所述第一定位单元包括声学定位结构。在一些优选的实施方式中，所述第二定位单元包括多个发射等压定位信号的定位线圈，所述定位线圈能够发射位置测试信号，所述控制模块被配置为根据各所述定位线圈的功率确定所述发射线圈和所述接收端的接收线圈之间的相对位置；或者，所述第二定位单元包括声学定位结构或视觉定位结构。在一些优选的实施方式中，所述机器人本体具有贯穿其上下两端面的水流通道，所述推进模块包括设置在所述水流通道内的主推进单元。在一些优选的实施方式中，所述推进模块包括设置在所述机器人本体外侧的多个副推进单元。在一些优选的实施方式中，所述机器人本体内具有浮力舱；和/或，所述机器人本体内具有动力电池舱或者用于安装其它设备的舱体。在一些优选的实施方式中，所述机器人本体呈筒状结构，所述发射线圈埋设在所述机器人本体下端面内侧。一种水下无线充电方法，使用前述任一技术方案所述的水下无线充电机器人，进行以下操作：根据所述第一定位单元反馈的所述机器人本体和所述接收端之间的相对位置，控制所述推进模块的运行状态，使所述机器人本体靠近所述接收端；根据所述第二定位单元反馈的所述发射线圈和所述接收线圈之间的相对位置，进一步移动所述机器人本体，使所述发射线圈和所述接收线圈之间满足预设的对位条件；启动所述发射模块，利用所述发射线圈和所述接收线圈之间的无线能量传输向所述接收端无线充电。一种水下无线充电系统，包括：前述任一技术方案所述的水下无线充电机器人；接收端，所述接收端具有所述接收线圈。在一些优选的实施方式中，还包括用于给所述水下无线充电机器人无线充电的对接站，所述第一定位单元还用于确定所述机器人本体和对接站之间的相对位置；优选地，所述接收端与水下传感器网络电性连接，用于给所述水下传感器网络供电；优选地，还包括水面供电端或者岸基供电端，所述水面供电端和所述岸基供电端分别与所述对接站之间由缆线电性连接；优选地，所述接收端还包括阻抗匹配模块、高频整流模块和供电单元。本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术提供了一种水下无线充电机器人，该水下无线充电机器人能够在水下充当移动电源使用，可自主移动到水下传感器网络等待充电结构的附近对这些设施进行无线充电，解决了为水下不便移动的设施充电的问题，而且水下无线充电机器人具有两级定位单元，第一定位单元先确定机器人本体和接收端之间的相对位置，便于控制推进模块的运行状态，使机器人本体靠近接收端，当机器人本体靠近接收端后，可利用第二定位单元确定发射线圈和接收线圈之间的相对位置，进一步移动机器人本体，使发射线圈和接收线圈之间满足预设的对位条件，以达到精确定位发射线圈和接收线圈的目的，由此，提高了水下发射线圈和接收线圈之间的定位精度，利于提高水下无线充电机器人对水下待充电结构的充电速度和能源利用率，而且与单级水下定位单元相比，在同样的定位精度下，定位系统的结构更为简化，成本更低，利于大规模运用。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术实施例中水下无线充电机器人的实体结构图；图2是本专利技术实施例中控制模块与其它模块的控制关系示意图；图3是本专利技术实施例中控制模块内各单元的交互示意图；图4是本专利技术实施例中发射线圈的示意图；图5是本专利技术实施例中接收线圈的示意图；图6是本专利技术实施例中水下无线充电系统的示意图。主要元件符号说明：10-水下无线充电机器人；101-机器人本体；102-发射线圈；103-定位线圈；104-水流通道；105-浮力舱；106-设备舱；107-推进模块；1071-主推进单元；1072-副推进单元；108-控制模块；109-第一定位单元；110-第二定位单元；111-发射模块；112-接收线圈；20-水面供电端；30-对接站；40-接收端；50-水声通道。具体实施方式在下文中，将更全面地描述本专利技术的各种实施例。本专利技术可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下无线充电机器人，其特征在于，包括机器人本体，所述机器人本体上设置有：发射模块；推进模块，用于驱使所述机器人本体在水下移动；定位模块，所述定位模块包括第一定位单元，用于确定所述机器人本体和接收端之间的相对位置，所述定位模块还包括第二定位单元，用于进一步确定所述发射模块的发射线圈和所述接收端的接收线圈之间的相对位置；控制模块，用于分别根据所述第一定位单元和所述第二定位单元反馈的位置信号控制所述推进模块的运行状态，以调整所述机器人本体的位置。

【技术特征摘要】
2018.03.09 CN 20181019488471.一种水下无线充电机器人，其特征在于，包括机器人本体，所述机器人本体上设置有：发射模块；推进模块，用于驱使所述机器人本体在水下移动；定位模块，所述定位模块包括第一定位单元，用于确定所述机器人本体和接收端之间的相对位置，所述定位模块还包括第二定位单元，用于进一步确定所述发射模块的发射线圈和所述接收端的接收线圈之间的相对位置；控制模块，用于分别根据所述第一定位单元和所述第二定位单元反馈的位置信号控制所述推进模块的运行状态，以调整所述机器人本体的位置。2.根据权利要求1所述的水下无线充电机器人，其特征在于，所述第一定位单元包括声学定位结构。3.根据权利要求1所述的水下无线充电机器人，其特征在于，所述第二定位单元包括多个发射等压定位信号的定位线圈，所述定位线圈能够发射位置测试信号，所述控制模块被配置为根据各所述定位线圈的功率确定所述发射线圈和所述接收端的接收线圈之间的相对位置；或者，所述第二定位单元包括声学定位结构或视觉定位结构。4.根据权利要求1所述的水下无线充电机器人，其特征在于，所述机器人本体具有贯穿其上下两端面的水流通道，所述推进模块包括设置在所述水流通道内的主推进单元。5.根据权利要求4所述的水下无线充电机器人，其特征在于，所述推进模块包括设置在所述机器人本体外侧的多个副推进单元。6.根据权利要求1所述的水下无线充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，徐欣，刘浩洋，刘露平，丁丽琴，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44