本發(fā)明涉及一種水下聯(lián)合搜救機器人、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)，海洋所蘊含的豐富的能量與資源是人類在地上資源枯竭的形勢下賴以生存的重要補給。同時，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。目前，水下智能裝備的主要形式是水下機器人，主要功能有勘探，采集，維修，基建，軍用與搜救等。其中利用水下機器人進(jìn)行海洋勘探對于人類開發(fā)海洋，走向深藍(lán)有著重大意義。同時水下機器人的定位能力對于海底取樣，打撈遺失物品挽回?fù)p失等方面有著重大意義。

鑒于水下機器人的工作環(huán)境以及重點所針對的水下聯(lián)合搜救的主要功能。首先應(yīng)該考慮到的是單個水下機器人由于自身條件的限制，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，多機器人系統(tǒng)已經(jīng)成為不二之選。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種水下聯(lián)合搜救機器人、搜救系統(tǒng)及其工作方法，以實現(xiàn)水下機器人執(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器人，包括：主體，在 該主體的外壁設(shè)有動力裝置，且主體首端設(shè)有機械手；一處理器模塊適于通過控制動力裝置以控制水下機器人水下行進(jìn)，以及還控制機械手實現(xiàn)抓取動作；所述主體的末端設(shè)有夾持端。

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

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

進(jìn)一步，所述水下機器人還包括：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別目標(biāo)，以及通過通信裝置構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)跟蹤和定位；所述通信裝置包括機械波通訊模塊、聲吶模塊和紅外線模塊；其中機械波通訊模塊適于產(chǎn)生用于遠(yuǎn)距離通訊的機械波；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。

進(jìn)一步，所述水下機器人還包括：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器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)。

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

進(jìn)一步，各水下機器人適于在各自的活動區(qū)域進(jìn)行搜索活動，當(dāng)其中一水下機器人發(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)器通知各水下機器 人；以及所述服務(wù)器適于根據(jù)各水下機器人當(dāng)前的位置與目標(biāo)位置確定一匯集點，即服務(wù)器通知各水下機器人行進(jìn)至該匯聚點進(jìn)行匯合，并隊列前往目標(biāo)地點。

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

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

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

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的水下機器人、搜救系統(tǒng)及其工作方法能夠使多水下機器人通過首尾相連構(gòu)成隊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，采用三種通信方式滿足了水下機器人在不同間距下完成匯聚。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的水下機器人立體圖；

圖2是本發(fā)明的水下機器人的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的水下機器人的局部視圖；

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

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

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

圖7是水下機器人隊列示意圖；

圖8是水下機器人隊列后的螺旋槳式電機推進(jìn)器呈交錯設(shè)置的示意圖。

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

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，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。

實施例1

如圖1至圖5所示，本實施例1提供了一種水下機器人，包括：主體1，在該主體1的外壁設(shè)有動力裝置，且主體首端設(shè)有機械手5；一處理器模塊適于通過控制動力裝置以控制水下機器人水下行進(jìn)，以及還控制機械手5實現(xiàn)抓取動作，以實現(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；所述動力裝置包括三個螺旋槳式電機推進(jìn)器，且呈120°分布于外壁；所述處理器模塊適于控制三個螺旋槳式電機推進(jìn)器協(xié)同工作，以控制水下機器人水下行進(jìn)。

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

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

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

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

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

例如當(dāng)水下機器人水下轉(zhuǎn)彎時，第一螺旋槳式電機推進(jìn)器作為轉(zhuǎn)彎支點，第二、第三螺旋槳式電機推進(jìn)器相向移動，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推進(jìn)器以主體1的中心軸對稱設(shè)置；其中，第一螺旋槳式電機推進(jìn)器不轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，其余兩螺旋槳式電機推進(jìn)器正轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)水下機器人小半徑轉(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)水下機器人由垂直姿態(tài)調(diào)整為水平姿態(tài)時(如箭頭F4所示)，第一螺旋槳式電機推進(jìn)器作為轉(zhuǎn)彎支點，第二、第三螺旋槳式電機推進(jìn)器相向移動，且并攏，即與第一螺旋槳式電機推進(jìn)器以主體1的中心軸對稱設(shè)置；其中，第一螺旋槳式電機推進(jìn)器反轉(zhuǎn)，其余兩螺旋槳式電機推進(jìn)器正轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)水下機器人快速姿態(tài)調(diào)整，節(jié)約姿態(tài)調(diào)整時的電量需求。

所述水下機器人還包括：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別目標(biāo)，以及通過通信裝置構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)跟蹤和定位；具體的，母船通過接收各水下機器人的通信裝置對相應(yīng)水下機器人進(jìn)行定位。

進(jìn)一步，本水下機器人的通信方式例如但不限于采用三階段分步靠攏方式，即在兩機器人逐漸靠攏的過程中運用三種通信技術(shù)，具有高效率，高智能化，高穩(wěn)定性的特點。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不同階段，采用三種相適應(yīng)的通訊方式可以使多臺水下機器人接近目標(biāo)并協(xié)同進(jìn)行定位(交替工作，保持一部分對目標(biāo)進(jìn)行尾隨并進(jìn)行不間斷定位，另一部分適時上浮充電)。

因此，作為通信裝置一種可選的實施方式，所述通信裝置包括機械波通訊模塊、聲吶模塊和紅外線模塊；其中機械波通訊模塊適于產(chǎn)生用于遠(yuǎn)距離通訊的機械波；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。

在本實施例中，由于水下機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，需要進(jìn)行靠攏的兩水下機器人間的距離往往是或長或短而不是相對固定的，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，在兩水下機器人相距例如但不限于100m以上時，通過機械波控制兩水下機器人靠攏，在機器人靠攏至50m以下時，通過高頻超聲波確定兩水下機器人的精確方位，再進(jìn)行進(jìn)一步靠攏；當(dāng)兩水下機器人的距離低于50cm時，通過紅外信號進(jìn)行跟隨對接，以構(gòu)成水下機器人群協(xié)同控制群組。

所述水下機器人還包括：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。

實施例2

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

各水下機器人適于在各自的活動區(qū)域進(jìn)行搜索活動，當(dāng)其中一水下機器人發(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)器通知各水下機器人；以及所述服務(wù)器適于根據(jù)各水下機器人當(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(如圖6中y)，即服務(wù)器通知各水下機器人行進(jìn)至該匯聚點進(jìn)行匯合，并隊列前往目標(biāo)地點(如圖6中x所示)。其中匯合路徑如圖6中虛線所示，匯集點y移動至目標(biāo)地點x的路徑由各水下機器人列隊后同時進(jìn)行，如圖6中實線所示。

所述匯集點具體為各水下機器人匯聚后到達(dá)目的地能量消耗最少的地點。

所述水下機器人隊列，即各水下機器人首尾相連，后一水下機器人通過機 械手夾持前一水下機器人的夾持端。

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

實施例3

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

其中所述水下機器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)如實施例2所述，關(guān)于水下機器人群協(xié)同搜救系統(tǒng)的工作過程在實施例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。