水下自主吸附機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水下自主吸附機(jī)器人，包括帶有吸盤的吸附裝置、將吸附裝置發(fā)射至水中哺乳動(dòng)物表皮的電磁發(fā)射裝置；還包括將主控制器、電磁發(fā)射裝置、通信裝置拖曳至吸附裝置附件的拖曳裝置；還包括北斗通信裝置；還包括與所述的吸附裝置、電磁發(fā)射裝置、拖曳裝置、北斗通信裝置相連的主控制器，主控制器與遙控器通訊。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，工作性能好。
【專利說明】
水下自主吸附機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種水下自主吸附機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋探測(cè)領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，水下機(jī)器人引起了越來越多的關(guān)注。水下機(jī)器人不僅可以代替人類完成許多危險(xiǎn)的工作，而且可以促進(jìn)海洋資源的開發(fā)。現(xiàn)有的水下機(jī)器人，移動(dòng)方式多為自主移動(dòng)，存在水下能源供給不足、續(xù)航能力差、機(jī)器人活動(dòng)范圍受限等問題。
[0003]傳統(tǒng)的導(dǎo)航儀器在生產(chǎn)工藝上有了很大提高，在信息處理算法上也改進(jìn)了很多，但是仍然存在誤差。在使用時(shí)為了保證精度，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。這不僅加重了工作任務(wù)，而且依舊不能保證定位信息的準(zhǔn)確。另外，無線電波在水下的傳播會(huì)迅速衰減，使得GPS也無法發(fā)揮效用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，工作性能好的水下自主吸附機(jī)器人。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種水下自主吸附機(jī)器人，其特征是:包括帶有吸盤的吸附裝置，使機(jī)器人吸附于水中哺乳動(dòng)物的表皮;還包括將吸附裝置發(fā)射至水中哺乳動(dòng)物表皮的電磁發(fā)射裝置;還包括將主控制器、電磁發(fā)射裝置、通信裝置拖曳至吸附裝置附件的拖曳裝置;還包括北斗通信裝置;還包括與所述的吸附裝置、電磁發(fā)射裝置、拖曳裝置、北斗通信裝置相連的主控制器，主控制器與遙控器通訊；當(dāng)水中哺乳動(dòng)物出現(xiàn)時(shí)，所述的遙控器發(fā)射信號(hào)至主控制器，主控制器控制電磁發(fā)射裝置將吸附裝置加速并發(fā)射出去；所述的拖曳裝置將所述的電磁發(fā)射裝置、北斗通訊裝置等拖至吸附裝置附近;當(dāng)水中哺乳動(dòng)物浮出水面換氣時(shí)，北斗通信裝置將機(jī)器人所在位置及北斗通信裝置上各探測(cè)傳感器得到的信息實(shí)時(shí)傳至陸上基站。
[0006]所述吸附裝置包括設(shè)有內(nèi)腔的殼體，殼體前端設(shè)置吸盤，殼體中設(shè)有水栗，水栗的前端設(shè)有伸入吸盤中的水管；當(dāng)吸附裝置至哺乳動(dòng)物表皮時(shí)，水栗將吸盤內(nèi)的水抽至腔體，增強(qiáng)吸力。
[0007]所述電磁發(fā)射裝置包括與升壓模塊連接的電容組，電容組與多級(jí)電磁加速線圈組連接，多級(jí)電磁加速線圈組設(shè)有多級(jí)加速位置傳感器。
[0008]所述吸附裝置上連接有繩索；所述拖曳裝置包括滾輪，滾輪中上裝由主控制器控制工作的彈簧發(fā)條機(jī)構(gòu)，所述繩索纏繞在滾輪上，電磁發(fā)射裝置、北斗通信裝置、主控制器由滾輪拖動(dòng)；主控制器控制使?jié)L輪發(fā)條機(jī)構(gòu)中的彈簧發(fā)條機(jī)構(gòu)做功，然后利用其儲(chǔ)備的勢(shì)能驅(qū)動(dòng)滾輪，使?jié)L輪沿繩索滾動(dòng)至吸附裝置附近，同時(shí)拖動(dòng)電磁發(fā)射裝置、北斗通信裝置、主控制器至吸附裝置附近。
[0009]所述北斗通信裝置包括接有接收天線的信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊與主控制器連接;有與外接天線連接的通信模塊，通信模塊接有S頂卡，通信模塊與主控制器連接;所述探測(cè)傳感器包括水壓傳感器和用于檢測(cè)海洋中的污染物或者礦物質(zhì)的物質(zhì)傳感器。
[0010]吸盤上貼有三件壓力傳感器，在檢測(cè)到吸盤與哺乳動(dòng)物的表皮均勻接觸后，水栗動(dòng)作，閥門在抽水結(jié)束后關(guān)閉，封住水栗口，從而獲得更大的吸力。
[0011 ]本發(fā)明的水下自主吸附機(jī)器人通過電磁加速將其吸附裝置發(fā)射至哺乳動(dòng)物表皮，拖曳裝置利用發(fā)條實(shí)現(xiàn)，通過基于北斗的定位及報(bào)文傳輸系統(tǒng)，借助哺乳動(dòng)物定時(shí)上浮的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外界的信息交互。電磁發(fā)射與其他發(fā)射方式相比，運(yùn)行過程中只使用電能，所以基本沒有噪音，也沒有產(chǎn)生有害物質(zhì)，不會(huì)造成水體污染，也不會(huì)對(duì)海洋生物造成傷害。拖曳模塊使用發(fā)條機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)滾輪將水下機(jī)器人主體拖至目標(biāo)物，避免了在水下使用電能，優(yōu)化了機(jī)器人的重量與體積。本發(fā)明不僅節(jié)省了機(jī)器人在水下運(yùn)動(dòng)所需要的能量，大大提升了它的續(xù)航力，而且擴(kuò)大了探測(cè)范圍，提高了安全性能，豐富了水下機(jī)器人的替代領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0013]圖1是水下自主吸附機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2是吸附裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖3是電磁發(fā)射裝置基本結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖4是吸附裝置在電磁發(fā)射裝置中加速過程圖。
[0017]圖5是拖曳裝置基本結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖6是北斗通信裝置基本結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參照?qǐng)D1，一種水下自主吸附機(jī)器人，包括帶有吸盤、腔體和水栗的吸附裝置4，使機(jī)器人吸附于鯨魚、海豚等哺乳動(dòng)物表皮;還包括通過加速線圈將所述的吸附裝置4發(fā)射至哺乳動(dòng)物表皮的電磁發(fā)射裝置3，所述的電磁發(fā)射裝置3由遙控器2控制;還包括滾輪、發(fā)條組成的拖曳裝置5;還包括北斗通信裝置6;還包括與所述的吸附裝置4、電磁發(fā)射裝置3、拖曳裝置5、通信裝置6相連的主控制器I。
[0020]當(dāng)哺乳動(dòng)物出現(xiàn)時(shí)，所述的遙控器2發(fā)射信號(hào)至主控制器1，主控制器I控制電磁發(fā)射裝置3將吸附裝置4加速并發(fā)射出去，至哺乳動(dòng)物表皮時(shí)，所述吸附裝置4的水栗將吸盤內(nèi)的水抽至腔體，增強(qiáng)吸力。所述的拖曳裝置5利用發(fā)條機(jī)構(gòu)將所述的電磁發(fā)射裝置3、通訊裝置6等拖至吸附裝置4處。當(dāng)哺乳動(dòng)物浮出水面換氣時(shí)，通信裝置6將機(jī)器人所在位置及各探測(cè)傳感器信息等實(shí)時(shí)傳至陸上基站。所述的主控制器I選用型號(hào)可以是STM32F103RBT6的STM32系列單片機(jī)或者其他類型的控制器。所述的遙控器2型號(hào)為PT2272-M4無線收發(fā)模塊。[0021 ] 參照?qǐng)D2，圖1所述的吸附裝置4主要由電池20、腔體21、水栗22、閥門23、水管24、吸盤25、壓力傳感器26、水栗固定卡盤27組成。所述的電池20用于給水栗22供電，卡盤27用于固定水栗22，在制作時(shí)與腔體21粘連或焊接相連，吸盤25由硅膠類物質(zhì)制成。吸盤25上貼有三件壓力傳感器26，在檢測(cè)到吸盤25與目標(biāo)物均勻接觸后，空腔21內(nèi)的水栗22動(dòng)作，由下方抽水口通過與之相連的水管24將吸盤25內(nèi)的水通過右邊排水口送至空腔21，閥門23在抽水結(jié)束后關(guān)閉，封住水栗口，從而獲得更大的吸力。
[0022]參照?qǐng)D3，所述的電磁發(fā)射裝置3的電磁驅(qū)動(dòng)部分由升壓模塊31、電容組32、電磁線圈33及晶閘管開關(guān)IGBT 34組成。電磁發(fā)射裝置采用高壓電容組32對(duì)電磁線圈33放電，工作電源電壓經(jīng)升壓模塊31升壓后方可對(duì)電容組32進(jìn)行充電。驅(qū)動(dòng)電路利用晶閘管開關(guān)IGBT34對(duì)電磁線圈33進(jìn)行通斷電控制，其中所述的IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷由UC3843控制實(shí)現(xiàn)。
[0023]參照?qǐng)D4，圖4所述的吸附裝置4與圖1所述的吸附裝置4以及圖2所述吸附裝置為同一裝置。電容充電結(jié)束后，圖1所述的遙控器2發(fā)出發(fā)射吸附裝置4的命令，所述的主控制器接通一級(jí)電磁加速線圈42，當(dāng)一級(jí)加速位置傳感器45檢測(cè)到吸附裝置中點(diǎn)已至電磁線圈中點(diǎn)輸出高電平時(shí)，關(guān)閉一級(jí)加速線圈42，并接通二級(jí)電磁加速線圈43，當(dāng)二級(jí)加速位置傳感器46檢測(cè)到吸附裝置中點(diǎn)已至電磁線圈中點(diǎn)輸出高電平時(shí)，主控制器關(guān)閉二級(jí)加速線圈43，接通三級(jí)電磁加速線圈44，當(dāng)三級(jí)加速位置傳感器47檢測(cè)到吸附裝置中點(diǎn)已至電磁線圈中點(diǎn)輸出高電平時(shí)，關(guān)閉三級(jí)加速線圈44。本發(fā)明所述的加速位置傳感器可以選擇ST118型光電傳感器或者其他可以實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)功能的傳感器。
[0024]參照?qǐng)D5，所述的水下自主吸附機(jī)器人主控制器、電磁發(fā)射裝置、通信裝置等51與滾輪53相連，所述的吸附模塊4與繩索54相連，并且繩索54纏繞于滾輪53上。圖1所述的吸附裝置4與圖5所述的吸附裝置4是同一裝置。圖1所述的主控制器I先對(duì)圖5所述的滾輪53發(fā)條機(jī)構(gòu)中的發(fā)條彈簧做功(圖中未示出)，然后利用其儲(chǔ)備的勢(shì)能驅(qū)動(dòng)固定在機(jī)器人上的滾輪53，使其沿繩索54滾動(dòng)至吸附裝置4附近，從而使得水下自主吸附機(jī)器人其余部分與吸附裝置4貼合。為了防止?jié)L輪53在運(yùn)動(dòng)的過程中打滑，需要將滾輪53與繩索54接觸的凹槽表面做成粗糙曲面。拖曳所采用的繩索必須具有密度小，韌性強(qiáng)，耐腐蝕，摩擦系數(shù)大等特點(diǎn)。可選用目前海洋作業(yè)常用的超高分子量聚乙烯纜索。
[0025]參照?qǐng)D6，所述的北斗通信裝置主要由北斗接收天線61、北斗信號(hào)處理模塊62、傳感器模塊63、外接天線64、北斗通信模塊65和S頂卡66組成。選用的北斗信號(hào)處理模塊62型號(hào)為TM8620。無源天線型號(hào)為TA-Ol 1&GPS。信號(hào)處理模塊根據(jù)北斗相關(guān)協(xié)議接收來自北斗衛(wèi)星的報(bào)文信息，然后利用相關(guān)公式計(jì)算出水下自主吸附機(jī)器人的位置信息，通過標(biāo)準(zhǔn)串口傳輸給主控制器，接收天線則是用來輔助接收北斗衛(wèi)星的信號(hào)。傳感器模塊包括水壓傳感器和各類物質(zhì)傳感器，其中水壓傳感器可選用MPXV7002DP壓力傳感器模塊，利用該模塊可以檢測(cè)到哺乳動(dòng)物上浮至海面時(shí)，可以指導(dǎo)各模塊動(dòng)作進(jìn)行信息傳輸。各類物質(zhì)傳感器則用于檢測(cè)海洋中的污染物或者礦物質(zhì)，若有新情況，則通過北斗短報(bào)文模塊向基站進(jìn)行報(bào)備。北斗通信模塊主要是利用衛(wèi)星通訊SM卡以北斗系統(tǒng)特有的短信方式將機(jī)器人所獲取的當(dāng)前位置信息及傳感器信息發(fā)送到基站，供其分析海洋情況。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水下自主吸附機(jī)器人，其特征是:包括帶有吸盤的吸附裝置，使機(jī)器人吸附于水中哺乳動(dòng)物的表皮;還包括將吸附裝置發(fā)射至水中哺乳動(dòng)物表皮的電磁發(fā)射裝置;還包括將主控制器、電磁發(fā)射裝置、通信裝置拖曳至吸附裝置附件的拖曳裝置;還包括北斗通信裝置;還包括與所述的吸附裝置、電磁發(fā)射裝置、拖曳裝置、北斗通信裝置相連的主控制器，主控制器與遙控器通訊；當(dāng)水中哺乳動(dòng)物出現(xiàn)時(shí)，所述的遙控器發(fā)射信號(hào)至主控制器，主控制器控制電磁發(fā)射裝置將吸附裝置加速并發(fā)射出去；所述的拖曳裝置將所述的電磁發(fā)射裝置、北斗通訊裝置等拖至吸附裝置附近;當(dāng)水中哺乳動(dòng)物浮出水面換氣時(shí)，北斗通信裝置將機(jī)器人所在位置及北斗通信裝置上各探測(cè)傳感器得到的信息實(shí)時(shí)傳至陸上基站。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下自主吸附機(jī)器人，其特征是:所述吸附裝置包括設(shè)有內(nèi)腔的殼體，殼體前端設(shè)置吸盤，殼體中設(shè)有水栗，水栗的前端設(shè)有伸入吸盤中的水管；當(dāng)吸附裝置至哺乳動(dòng)物表皮時(shí)，水栗將吸盤內(nèi)的水抽至腔體，增強(qiáng)吸力。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下自主吸附機(jī)器人，其特征是:所述電磁發(fā)射裝置包括與升壓模塊連接的電容組，電容組與多級(jí)電磁加速線圈組連接，多級(jí)電磁加速線圈組設(shè)有多級(jí)加速位置傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的水下自主吸附機(jī)器人，其特征是:所述吸附裝置上連接有繩索;所述拖曳裝置包括滾輪，滾輪中上裝由主控制器控制工作的彈簧發(fā)條機(jī)構(gòu)，所述繩索纏繞在滾輪上，電磁發(fā)射裝置、北斗通信裝置、主控制器由滾輪拖動(dòng);主控制器控制使?jié)L輪發(fā)條機(jī)構(gòu)中的彈簧發(fā)條機(jī)構(gòu)做功，然后利用其儲(chǔ)備的勢(shì)能驅(qū)動(dòng)滾輪，使?jié)L輪沿繩索滾動(dòng)至吸附裝置附近，同時(shí)拖動(dòng)電磁發(fā)射裝置、北斗通信裝置、主控制器至吸附裝置附近。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的水下自主吸附機(jī)器人，其特征是:所述北斗通信裝置包括接有接收天線的信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊與主控制器連接;有與外接天線連接的通信模塊，通信模塊接有SIM卡，通信模塊與主控制器連接;所述探測(cè)傳感器包括水壓傳感器和用于檢測(cè)海洋中的污染物或者礦物質(zhì)的物質(zhì)傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的水下自主吸附機(jī)器人，其特征是:吸盤上貼有三件壓力傳感器，在檢測(cè)到吸盤與哺乳動(dòng)物的表皮均勻接觸后，水栗動(dòng)作，閥門在抽水結(jié)束后關(guān)閉，封住水栗口，從而獲得更大的吸力。
【文檔編號(hào)】B63C11/52GK106005319SQ201610512392
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】華亮, 劉雨晴, 顧菊平, 趙鳳申, 張新松, 李俊紅, 徐鳴, 徐一鳴, 朱靈娥, 樊娜, 陸敏蛟, 謝珊, 王阿慶, 王婷婷
【申請(qǐng)人】南通大學(xué)