CN110510084A - 一种全海深复合型探测车及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及全海深探测装备技术领域，具体地说是一种全海深复合型探测车及其使用方法，包括探测车车体和伴游机器人，伴游机器人与探测车车体之间设有机械限位组件和电磁限位组件，机械限位组件包括脱落定位销、设于伴游机器人上的连接块和设于探测车车体上的连接座，脱落定位销包括定位卡扣和套装有弹簧的定位主轴，连接块和连接座通过定位主轴相连，定位主轴通过定位卡扣限位并压缩所述弹簧，定位卡扣通过拉绳拉动，电磁限位组件包括抛载压载铁、设于探测车车体上的限位电磁铁和设于伴游机器人上的抛载电磁铁，限位电磁铁和抛载电磁铁吸附于抛载压载铁两侧。本发明既降低成本提高效率，“一潜多能”的新型全海深探测模式也实现了真正意义上的集群化科考作业。

Description

一种全海深复合型探测车及其使用方法

技术领域

本发明涉及全海深探测装备技术领域，具体地说是一种全海深复合型探测车及其使用方法。

背景技术

随着科技的不断进步，科技研发投入成本也越来越高，许多科研领域在进行研发时的一个很重要的目标便是如何既能降低成本，又能提高效率，比如在火箭领域，“一箭多星”的新型发射方式逐渐取代了传统的“一箭一星”模式，这种方式充分利用了火箭运载能力，降低了卫星发射的成本，并实现了太空集群化协同作业的目标，提高了太空的开发利用效率。

对于全海深探测装备技术领域来说，各国科研人员不断地研制出新的全海深探测装备，比如载人潜水器、无人潜水器、深海着陆器等，由于这些装备正常工作时必须要克服全海深压力和全海深通信等难题，这也导致这些全海深探测装备研发过程投入巨大，但目前国内外各种全海深探测装备基本为单体式投放作业考察方式，缺乏集群式协同科考方面的研究，使得目前全海深的科考装备研发成本较高、工作效率较低且科考内容不够***。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全海深复合型探测车及其使用方法，将探测车车体与伴游机器人相结合，有效降低探测成本，并且伴游机器人脱离探测车车体并在探测车车体周边一定范围内进行集群探测和协同作业，不仅提高探测效率，而且实现了真正意义上的集群化科考作业。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种全海深复合型探测车，包括探测车车体和伴游机器人，探测车车体上设有伴游机器人，且伴游机器人与探测车车体之间设有机械限位组件和电磁限位组件，所述机械限位组件包括连接块、连接座和脱落定位销，连接块固设于伴游机器人上，连接座固设于探测车车体上，所述脱落定位销包括与拉绳相连的定位卡扣和套装有弹簧的定位主轴，所述连接块和连接座通过所述定位主轴相连，且所述定位主轴通过所述定位卡扣限位并压缩所述弹簧，所述定位卡扣通过所述拉绳拉动，所述电磁限位组件包括限位电磁铁、抛载压载铁和抛载电磁铁，限位电磁铁固装于探测车车体上，抛载电磁铁固装于伴游机器人上，且限位电磁铁和抛载电磁铁吸附于抛载压载铁两侧；所述探测车车体上设有定位信标，所述伴游机器人上设有水声定位装置；所述伴游机器人设有水平推进器和垂直推进器。

所述脱落定位销设有定位销壳体，定位主轴插装于所述定位销壳体上，且所述定位主轴前端的定位轴端伸出至定位销壳体外并穿过对应连接座后***至对应连接块中，在所述定位销壳体内的定位轴端上套设有弹簧，在所述定位销壳体远离所述定位轴端一端设有定位卡扣。

所述伴游机器人包括航行载体、水平推进器和垂直推进器，所述航行载体前端设有前端罩，所述前端罩内设有照明灯和摄像头，所述航行载体中部重心位置设有垂直推进器，所述航行载体后部内设有电池，所述航行载体后端设有尾翼，且所述尾翼两侧设有水平推进器，所述尾翼的末端设有CTD传感器，所述航行载体内设有控制模块。

所述航行载体外侧设有支撑架，所述支撑架包括航行载体两端的支撑环和两个支撑环之间的多个支撑杆，所述航行载体的框架外部和空隙处充满浮力材。

所述前端罩为真空玻璃球体，所述航行载体后部内设有容置电池的电池舱，且所述电池舱设有可启闭的电池舱盖板。

所述探测车车体包括车体框架、车体浮力材和行走履带，其中车体框架两侧均设有行走履带，车体框架上侧设有车体浮力材，在所述车体浮力材上侧设有伴游机器人。

所述车体框架内设有行走驱动装置，且所述行走驱动装置的输出轴分别通过联轴器与对应侧的行走履带的驱动轮固连。

所述伴游机器人和探测车车体上均设有水面定位回收组件，所述水面定位回收组件包括铱星信标、旗标和频闪灯。

所述探测车车体设有车体框架，且所述车体框架内设有一级压载组件和二级压载组件，所述一级压载组件设置于车体框架前部，所述二级压载组件设置于车体框架后端，所述一级压载组件包括一级电磁铁和一级压载铁，所述二级压载组件包括二级电磁铁和二级压载铁。

一种根据所述全海深复合型探测车的使用方法，包括：

一、探测车车体与伴游机器人布放在海面上，拉动拉绳拽动脱落定位销上的定位卡扣，使脱落定位销上的定位主轴脱离所述连接块和连接座，机械限位组件解除限位；

二、伴游机器人随探测车车体在重力作用下无动力下潜；

三、海底着陆时，探测车车体内的一级电磁铁动作抛弃一级压载铁；

四、海底着陆后，电磁限位组件中的限位电磁铁动作解除电磁限位，并且伴游机器人上的垂直推进器和水平推进器启动，使伴游机器人脱离探测车车体；

五、海底探测时，探测车车体上的定位信标发射水声信号至伴游机器人的水声定位装置上，使伴游机器人通过接收来自定位信标的声学信号判断自身相对于探测车车体的位置，并通过水平推进器和垂直推进器调整控制自身的工作范围，实现集群探测和协同作业；

六、探测完成后，伴游机器人上的抛载电磁铁动作抛弃抛载压载铁，伴游机器人尾部翘起并无动力上浮至水面，同时探测车车体后端的二级电磁铁动作抛弃二级压载铁，探测车车体尾部翘起无动力上浮至水面；

七、探测车车体和伴游机器人露出水面之后，科考母船靠近并回收探测车车体和伴游机器人。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明将探测车车体与伴游机器人相结合，伴游机器人跟随探测车车体进行无动力下潜，节省自身下潜过程中的配载，着陆后伴游机器人脱离探测车车体并在探测车车体周边一定范围内进行集群探测和协同作业，不仅大大提高探测效率，而且“一潜多能”的新型全海深探测模式实现了真正意义上的集群化科考作业。

2、本发明在探测车车体与伴游机器人之间设有机械限位组件和电磁限位组件，其中以脱落定位销为主要核心部件的机械限位方式实现伴游机器人的硬限位作用，能够克服水面布放过程中的剧烈摆动，且无需潜水员进行下水脱销操作，以抛载电磁铁、抛载压载铁和限位电磁铁为核心部件的电磁限位方式，实现伴游机器人的软限位作用，保证定位稳固同时也方便解除限位，为本发明实现“一潜多能”的下潜方式提供可靠保障。

3、本发明的探测车车体内设有一级电磁铁和二级电磁铁，并且在不同阶段解除对应压载铁吸附，以完成车体安全着陆和上浮，另外伴游机器人通过限位电磁铁和抛载电磁铁在不同阶段解除对抛载压载铁的吸附，以完成其自身脱离探测车车体动作和抛载上浮的动作，开创了一种具有“复合-脱离-上浮”模式的新型全海深探测装备。

4、本发明的探测车车体具有一个稳定的履带式移动底盘，对海底复杂环境具有较强的适应性和作业能力，并为伴游机器人提供一个稳定可靠的载体。

5、本发明的伴游机器人设有垂直推进器和水平推进器，其中垂直推进器安装在伴游机器人重心位置，完成伴游机器人的上浮、下潜运动，水平推进器布置在伴游机器人尾部两侧，完成伴游机器人的水平运动，且能够实现前进、后退和转向等动作，其多自由度运动的特点为伴游机器人实现集群化协同科考提供有力的保障。

6、本发明能够完成集群探测和协同作业的功能，其中通过伴游机器人自身携带的摄像头、照明灯和CTD传感器结合自身灵活转向的特点，既能够对着陆车周边环境进行探测考察，也可以对探测车车体工作状态进行观察和监控，伴游机器人所拍摄的视频信息可以作为科考人员更***的科研资料，同时操作人员可通过微细光纤对探测车上的视频信息进行监控，并且也能对探测车进行一系列控制操作，能够实现对某一区域全面***地探测考察取样。

7、本发明的探测车车体和伴游机器人采用铱星信标、旗标和频闪灯作为水面搜寻定位***，通过铱星信标发送位置信息确定探测车车体和伴游机器人浮出水面的位置，并结合旗标、频闪灯在白天和黑夜的位置提示作用，保证探测车车体和伴游机器人搜寻和顺利回收，减少科研过程中的经费损失。

8、本发明的伴游机器人通过接收来自探测车车体的水声信号获取自身相对于探测车车体的坐标位置，并控制自身在一定范围内完成全海深复合型探测车集群探测和协同作业的任务，其水声定位技术克服了传统线缆的缠绕问题，同时也在一定程度上增加了集群科考的作业范围，是一种创新性的海底集群作业方式。

附图说明

图1为本发明的外观示意图，

图2为图1中的伴游机器人示意图，

图3为图2中的伴游机器人内部结构示意图，

图4为图1中的脱落定位销结构示意图，

图5为图1中的车体框架内部结构示意图，

图6为本发明的工作流程示意图。

其中，1为行走履带，2为车体浮力材，201为定位信标，3为伴游机器人，301为前端罩，302为支撑环，303为支撑杆，304为浮力材，305为垂直推进器，3051为垂直推进器支架，306为水平推进器，3061为水平推进器支架，307为安装支架，308为铱星信标，309为旗标，310为频闪灯，311为尾翼，312为电池，3121为电池舱盖板，313为照明灯，314为摄像头，315为CTD传感器，316为水声定位装置，317为安装座，4为机械限位组件，401为定位卡扣，402为定位销壳体，403为定位主轴，4031为定位轴端，404为弹簧，405为连接块，406为连接座，5为车体框架，501为一级电磁铁，502为一级压载铁，503为一级电磁铁支架，504为行走驱动装置，505为二级压载铁，506为二级电磁铁支架。507为二级电磁铁，508为联轴器，6为电磁限位组件，601为限位电磁铁，602为抛载压载铁，603为抛载电磁铁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～6所示，本发明包括探测车车体和伴游机器人3，如图1所示，所述探测车车体包括车体框架5、车体浮力材2和行走履带1，其中车体框架5两侧设有行走履带1，车体框架5上侧设有车体浮力材2，在所述车体浮力材2上侧设有伴游机器人3，且所述伴游机器人3与车体浮力材2之间设有机械限位组件4和电磁限位组件6，如图2和图4所示，所述机械限位组件4包括连接块405、连接座406和带拉绳的脱落定位销，连接块405固设于伴游机器人3上，连接座406固设于车体浮力材2上，所述连接块405和连接座406通过所述脱落定位销相连，且所述脱落定位销通过拉动拉绳解除限位，如图3所示，所述电磁限位组件6包括限位电磁铁601、抛载压载铁602和抛载电磁铁603，限位电磁铁601固装于所述车体浮力材2上，抛载电磁铁603固装于伴游机器人3上，且限位电磁铁601和抛载电磁铁603吸附于抛载压载铁602两侧，从而实现伴游机器人3与车体浮力材2连接，当限位电磁铁601断电时即解除限位，不再吸附所述抛载压载铁602，伴游机器人3与探测车车体分离，当抛载电磁铁603断电时即抛弃所述抛载压载铁602使伴游机器人3上浮。所述车体浮力材2、限位电磁铁601和抛载电磁铁603均为本领域公知技术。

如图4所示，所述脱落定位销包括定位主轴403、定位卡扣401和定位销壳体402，定位主轴403插装于定位销壳体402上，且定位主轴403前端的定位轴端4031伸出至定位销壳体402外，并穿过对应连接座406后***至对应连接块405中实现限位，在所述定位销壳体402内的定位轴端4031上套设有弹簧404，在所述定位销壳体402远离所述定位轴端4031一端设有定位卡扣401，且所述定位主轴403的主体通过所述定位卡扣401卡住限位并压缩所述弹簧404，本实施例中，所述定位卡扣401与所述定位销壳体402铰接且铰轴上设有扭簧保证定位卡扣401压住所述定位主轴403，所述定位卡扣401与一根拉绳相连，解除限位时通过拉动所述拉绳使定位卡扣401转动不再限制定位主轴403，所述定位主轴403在所述弹簧404作用下移动并使前端的定位轴端4031退出所述连接块405和连接座406，从而解除限位。

如图2～3所示，所述伴游机器人3包括航行载体、水平推进器306和垂直推进器305，所述航行载体前端设有真空玻璃球体构成的前端罩301，所述前端罩301内设有安装座317，在所述安装座317端部设有照明灯313和摄像头314，所述航行载体中部重心位置设有垂直推进器305和垂直推进器支架3051，且垂直推进器305安装于所述垂直推进器支架3051上，所述航行载体后部内设有容置电池312的电池舱，且所述电池舱设有可启闭的电池舱盖板3121，所述航行载体后端设有尾翼311，在所述尾翼311两侧设有水平推进器支架3061，在每个水平推进器支架3061上均设有水平推进器306，在所述尾翼311的末端设有CTD传感器，所述航行载体与尾翼311的连接处设有安装支架307，所述安装支架307上设有水面定位回收组件，本实施例中，所述水面定位回收组件包括铱星信标308、旗标309和频闪灯310，当伴游机器人3浮出至水面后，科研人员结合铱星信标308发出的信息和旗标309及频闪灯310醒目的位置信息提示快速搜寻回收设备。所述水平推进器306、垂直推进器305、照明灯313、摄像头314、CTD传感器、铱星信标308、旗标309、频闪灯310均为本领域公知技术。

在所述航行载体外侧设有支撑架，所述支撑架包括航行载体两端的支撑环302和两个支撑环302之间的多个支撑杆303，所述水平推进器支架3061安装于尾部的支撑环302上，所述航行载体内设有控制模块用于控制上述各个推进器和各个电子元器件，且所述航行载体的框架外部和空隙处充满浮力材304保证浮力。所述航行载体内的控制模块和浮力材304均为本领域公知技术。

如图1和图3所示，所述车体浮力材2上侧设有定位信标201，所述伴游机器人3前部下侧设有水声定位装置316，伴游机器人3和探测车车体分离后，探测车车体在科考作业和位点转移过程中，将通过定位信标201发射水声信号到伴游机器人3的水声定位装置316上，伴游机器人3通过高速水声信号判断自身相对于探测车车体的位置，保证多个伴游机器人3可在一定范围内完成全海深集群探测和协同作业的任务。所述水声定位装置316和定位信标201为本领域公知技术且为市购产品。

如图5所示，在所述车体框架5内设有一级压载组件和二级压载组件，所述一级压载组件设置于车体框架5前部，所述二级压载组件设置于车体框架5后端，所述一级压载组件包括一级电磁铁501和一级压载铁502，且车体海底着陆时一级电磁铁501抛弃一级压载铁502，所述二级压载组件包括二级电磁铁507和二级压载铁505，且车体上浮时二级电磁铁507抛弃二级压载铁505，所述车体框架5前部设有一级电磁铁支架503，一级电磁铁501安装于所述一级电磁铁支架503上，所述车体框架5后端设有二级电磁铁支架506，二级电磁铁507安装于所述二级电磁铁支架506上。另外在所述车体框架5内设有多个探测用电子元器件，在所述车体框架5前端设有采样篮和采样用的机械手，所述探测用电子元器件、采用篮和机械手均为本领域公知技术。

如图5所示，所述车体框架5内设有两个行走驱动装置504，且所述两个行走驱动装置504的输出轴分别通过联轴器508与对应侧的行走履带1的驱动轮固连，从而实现驱动探测车车体行走。

如图1所示，所述探测车车体的车体浮力材2后端也设有水面定位回收组件，所述水面定位回收组件包括铱星信标308、旗标309和频闪灯310。

如图1所示，本实施例在车体浮力材2上设有两个伴游机器人3。

本发明的工作原理为：

如图6所示，在本发明工作时，首先操作人员通过母船上的布放***，将本发明布放在海面上，科研人员通过拉绳拽动定位卡扣401，解除探测车车体与伴游机器人3之间的机械限位且回收脱落定位销，伴游机器人3将随从探测车车体在重力作用下无动力下潜。

当本发明接近海底地面一定高度时，控制单元发送信号控制车体框架5内的一级电磁铁501动作抛弃一级压载铁502，探测车车体自身的负浮力减少，缓慢完成着陆。

当本发明着陆并开始工作时，电磁限位组件6中的限位电磁铁601动作解除电磁限位，伴游机器人3内的控制模块发送控制信号协调垂直推进器305和水平推进器306工作，使各伴游机器人3和探测车车体的脱离。

在伴游机器人3脱离探测车车体之后，探测车车体在自身科考作业和位点转移过程中将通过定位信标201发射水声信号到伴游机器人3的水声定位装置316上，伴游机器人3通过水声信号判断自身相对于探测车车体的坐标位置，并通过水平推进器306和垂直推进器305调整控制自身在一定范围内进行集群探测和协同作业，同时可以对探测车车体工作现场进行视频画面监控，并将视频信息及时存储。

当完成所有工作任务后，伴游机器人3上的抛载电磁铁603动作抛弃抛载压载铁602以增大自身正浮力，此时伴游机器人3尾部翘起并无动力上浮至水面，同时探测车车体后端二级电磁铁507动作抛弃二级压载铁505，以增大车体自身正浮力。

当探测车车体和伴游机器人3露出水面之后，科考母船上的操作人员通过搜寻各个装置上的铱星信标308发送的地理位置信息，确定各装置浮出水面的位置，并结合装置自身的旗标309和频闪灯310的醒目的位置提示功能，快速靠近并回收探测车车体和伴游机器人3。

Claims (10)

1.一种全海深复合型探测车，其特征在于：包括探测车车体和伴游机器人(3)，探测车车体上设有伴游机器人(3)，且伴游机器人(3)与探测车车体之间设有机械限位组件(4)和电磁限位组件(6)，所述机械限位组件(4)包括连接块(405)、连接座(406)和脱落定位销，连接块(405)固设于伴游机器人(3)上，连接座(406)固设于探测车车体上，所述脱落定位销包括与拉绳相连的定位卡扣(401)和套装有弹簧(404)的定位主轴(403)，所述连接块(405)和连接座(406)通过所述定位主轴(403)相连，且所述定位主轴(403)通过所述定位卡扣(401)限位并压缩所述弹簧(404)，所述定位卡扣(401)通过所述拉绳拉动，所述电磁限位组件(6)包括限位电磁铁(601)、抛载压载铁(602)和抛载电磁铁(603)，限位电磁铁(601)固装于探测车车体上，抛载电磁铁(603)固装于伴游机器人(3)上，且限位电磁铁(601)和抛载电磁铁(603)吸附于抛载压载铁(602)两侧；所述探测车车体上设有定位信标(201)，所述伴游机器人(3)上设有水声定位装置(316)；所述伴游机器人(3)设有水平推进器(306)和垂直推进器(305)。

2.根据权利要求1所述的全海深复合型探测车，其特征在于：所述脱落定位销设有定位销壳体(402)，定位主轴(403)插装于所述定位销壳体(402)上，且所述定位主轴(403)前端的定位轴端(4031)伸出至定位销壳体(402)外并穿过对应连接座(406)后***至对应连接块(405)中，在所述定位销壳体(402)内的定位轴端(4031)上套设有弹簧(404)，在所述定位销壳体(402)远离所述定位轴端(4031)一端设有定位卡扣(401)。

3.根据权利要求1所述的全海深复合型探测车，其特征在于：所述伴游机器人(3)包括航行载体、水平推进器(306)和垂直推进器(305)，所述航行载体前端设有前端罩(301)，所述前端罩(301)内设有照明灯(313)和摄像头(314)，所述航行载体中部重心位置设有垂直推进器(305)，所述航行载体后部内设有电池(312)，所述航行载体后端设有尾翼(311)，且所述尾翼(311)两侧设有水平推进器(306)，所述尾翼(311)的末端设有CTD传感器(315)，所述航行载体内设有控制模块。

4.根据权利要求3所述的全海深复合型探测车，其特征在于：所述航行载体外侧设有支撑架，所述支撑架包括航行载体两端的支撑环(302)和两个支撑环(302)之间的多个支撑杆(303)，所述航行载体的框架外部和空隙处充满浮力材(304)。

5.根据权利要求3所述的全海深复合型探测车，其特征在于：所述前端罩(301)为真空玻璃球体，所述航行载体后部内设有容置电池(312)的电池舱，且所述电池舱设有可启闭的电池舱盖板(3121)。

6.根据权利要求1所述的全海深复合型探测车，其特征在于：所述探测车车体包括车体框架(5)、车体浮力材(2)和行走履带(1)，其中车体框架(5)两侧均设有行走履带(1)，车体框架(5)上侧设有车体浮力材(2)，在所述车体浮力材(2)上侧设有伴游机器人(3)。

7.根据权利要求6所述的全海深复合型探测车，其特征在于：所述车体框架(5)内设有行走驱动装置(504)，且所述行走驱动装置(504)的输出轴分别通过联轴器(508)与对应侧的行走履带(1)的驱动轮固连。

8.根据权利要求1所述的全海深复合型探测车，其特征在于：所述伴游机器人(3)和探测车车体上均设有水面定位回收组件，所述水面定位回收组件包括铱星信标(308)、旗标(309)和频闪灯(310)。

9.根据权利要求1所述的全海深复合型探测车，其特征在于：所述探测车车体设有车体框架(5)，且所述车体框架(5)内设有一级压载组件和二级压载组件，所述一级压载组件设置于车体框架(5)前部，所述二级压载组件设置于车体框架(5)后端，所述一级压载组件包括一级电磁铁(501)和一级压载铁(502)，所述二级压载组件包括二级电磁铁(507)和二级压载铁(505)。

10.一种根据权利要求9所述的全海深复合型探测车的使用方法，其特征在于：

一、探测车车体与伴游机器人(3)布放在海面上，拉动拉绳拽动脱落定位销上的定位卡扣(401)，使脱落定位销上的定位主轴(403)脱离所述连接块(405)和连接座(406)，机械限位组件(4)解除限位；

二、伴游机器人(3)随探测车车体在重力作用下无动力下潜；

三、海底着陆时，探测车车体内的一级电磁铁(501)动作抛弃一级压载铁(502)；

四、海底着陆后，电磁限位组件(6)中的限位电磁铁(601)动作解除电磁限位，并且伴游机器人(3)上的垂直推进器(305)和水平推进器(306)启动，使伴游机器人(3)脱离探测车车体；

五、海底探测时，探测车车体上的定位信标(201)发射水声信号至伴游机器人(3)的水声定位装置(316)上，使伴游机器人(3)通过接收来自定位信标(201)的声学信号判断自身相对于探测车车体的位置，并通过水平推进器(306)和垂直推进器(305)调整控制自身的工作范围，实现集群探测和协同作业；

六、探测完成后，伴游机器人(3)上的抛载电磁铁(603)动作抛弃抛载压载铁(602)，伴游机器人(3)尾部翘起并无动力上浮至水面，同时探测车车体后端的二级电磁铁(507)动作抛弃二级压载铁(505)，探测车车体尾部翘起无动力上浮至水面；

七、探测车车体和伴游机器人(3)露出水面之后，科考母船靠近并回收探测车车体和伴游机器人(3)。