CN112489876B - 一种用于水下机器人的防咬脐带电缆及其控制*** - Google Patents

Abstract

本发明属于脐带电缆技术领域，具体公开了一种用于水下机器人的防咬脐带电缆及其控制***，该方案包括电缆主体和设于电缆主体内的高压水传输通道、第二电力芯线及光纤，且第二电力芯线外设有绝缘保护套，光纤外设有光纤护套；电缆主体内填充有高分子发泡填充材料；电缆主体外圈设有可拆卸的防咬套，防咬套包括设于电缆主体外圈的防水套、设于防水套外圈的外层护套及设于防水套内的多个驱鲨剂填充腔，防水套上设有LED防水灯带，且外层护套上设有透光孔；电缆主体内设有第一电力芯线，控制***控制电脑、报警器及牵引机；该方案能防止鲨鱼撕咬，不会对鲨鱼造成伤害，在回收水下机器人后，可根据被撕咬的地方更换对应的防咬套即可重新投入使用。

Description

一种用于水下机器人的防咬脐带电缆及其控制***

技术领域

本发明属于脐带电缆技术领域，具体涉及一种用于水下机器人的防咬脐带电缆及其控制***。

背景技术

脐带电缆是连接水下航行器的关键组部件，为航行器提供能源并实现航行器与水面设备的实时通讯，其包含供电电缆和通讯光纤，尤其是用于水下机器人的脐带电缆，还会包含有高压水传输通道，在水下机器人工作时，其需要保持零重力漂浮状态。

目前，现有的水下脐带电缆通常是采用物理方式在电缆外圈设置尖刺等防止鲨鱼来撕咬，又或者是直接采用金属材料铠装来防止被鲨鱼咬坏，前者对于鲨鱼的伤害较大，且尖刺等势必造成电缆质量较重，无法保证其能够零重力漂浮在水中，而后者的效果有限，遇到鲨鱼的多次撕咬还是会损坏，很容易造成水下机器人无法正常回收或者正常运行，因此有必要设计一种不伤害鲨鱼，且有效保护电缆不被鲨鱼撕咬损坏的脐带电缆。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种用于水下机器人的防咬脐带电缆及其控制***。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种用于水下机器人的防咬脐带电缆包括电缆主体和设于电缆主体内的高压水传输通道、第二电力芯线及光纤，所述高压水传输通道位于电缆主体中心处，且所述高压水传输通道通过水管耐压外壁和设于水管耐压外壁外的加强钢丝护套组成；所述第二电力芯线和光纤以高压水传输通道为圆心圆周阵列设置，且所述第二电力芯线外设有绝缘保护套，所述光纤外设有光纤护套；所述电缆主体内填充有包裹高压水传输通道、第二电力芯线及光纤的高分子发泡填充材料；所述电缆主体外圈设有可拆卸的防咬套，所述防咬套包括设于电缆主体外圈的防水套、设于防水套外圈的外层护套及设于防水套内的多个驱鲨剂填充腔，所述防水套上设有LED防水灯带，且所述外层护套上设有供LED防水灯带灯光穿过的透光孔；所述电缆主体内设有用于对LED防水灯带供电的第一电力芯线。

工作原理及有益效果：通过LED灯带来发出令鲨鱼不喜的橙红色灯光或者红光，可以是不断地闪烁或者持续常亮，使得鲨鱼看到电缆不会产生兴趣，可起到有效防止鲨鱼的撕咬的作用，相当于第一道防线。

当鲨鱼仍然撕咬的时候，防咬套作为第二道防线。

外层护套被咬破，造成防水套内部驱鲨剂填充腔内的驱鲨剂泄露，由于鲨鱼对气味极为敏感，因此驱鲨剂可使得鲨鱼马上失去撕咬电缆的兴趣，从而保护了电缆被继续咬坏，此时驱鲨剂就是第三道防线，也不会对鲨鱼造成伤害，在回收水下机器人后，可根据被撕咬的地方更换对应的防咬套即可重新投入使用。

由于高压水传输通道位于电缆主体的最中心处，且电缆主体内均包裹了高分子发泡材料，高分子发泡材料不仅能够保证电缆保持零重力状态，相当于第四道防线，还能够起到保护电缆主体内部各线缆的作用，因此就算鲨鱼咬破了防咬套并导致电缆主体破损，也能够尽可能地保证高压水传输通道和电力芯线以及光纤能够不会轻易损坏，从而保证了水下机器人能够正常运行并进行回收。

作为第五道防线，无论是高压水传输通道、第二电力芯线及光纤外均设有保护套，其中电力芯线外设有绝缘保护套，可以很好地屏蔽电场，也可以大大减少鲨鱼的兴趣，因为鲨鱼撕咬电缆只是认为其产生的电场和猎物类似；由于第一电力芯线是为LED防水灯带提供电力，并不是重要的电力线，因此就算被鲨鱼要坏，也不会影响水下机器人的正常运行，而且其提供的电流大小有限，并不会对鲨鱼造成致命的伤害。

进一步的，所述LED防水灯带上设有多个透明球形保护壳，每个透明球形保护壳与LED灯珠一一对应。此设置，在LED防水灯的每个LED灯珠外均安装透明保护壳，可有效地保护LED防水灯，使其不会被海水腐蚀或被砂石击打损坏。

进一步的，所述高压水传输通道分别与第二电力芯线和光纤之间设有弹性复位件，且高分子发泡填充材料围成供弹性复位件安装的通道。此设置，通过高分子发泡填充材料围成弹性复位件伸缩的通道，而高分子发泡填充材料本身也是具有一定的弹性的，配合弹性复位件可更好地保持高压水传输通道与第二电力芯线和光纤之间的距离，相比直接采用硬支撑的方式，这种方式不仅可变形还能复位，而且抗压能力更好，在鲨鱼撕咬的时候可有效地吸收压力，从而更好地保证中心位置的高压水传输通道，而且由于第二电力芯线和光纤的线径要明显小于高压水传输通道，也明显小于整个电缆主体，因此鲨鱼撕咬的时候，配合可变形的高分子发泡填充材料以及弹性复位件，使得鲨鱼牙齿无法直接咬破第二电力芯线和光纤，除非鲨鱼上下两排牙齿直接穿破电缆主体并针对第二电力芯线或光纤进行撕咬，不然是无法将第二电力芯线或光纤直接咬断的。

进一步的，所述加强钢丝护套外设有多个支撑柱，支撑柱上至少安装了两个压力传感器和一个水浸传感器，压力传感器和水浸传感器均位于电缆主体外圈边缘。通过压力传感器来实现对异常压力的检测，此处的压力传感器将信号发送给船上的控制端，通过控制端可马上对船员进行预警，提示可能受到鲨鱼撕咬，通过水浸传感器来检测是否漏水，当鲨鱼撕咬造成电缆损伤的时候，水浸传感器就能够识别到漏水，此时配合压力传感器就能够确认电缆受到损伤，需要及时回收水下机器人，可保证水下机器人的安全。

进一步的，所述电缆主体外至少设有一层通过凯夫拉绳编织而成的外保护套，所述外保护套与电缆主体之间还设有阻水层。作为新增加的保护措施，可在防咬套内再增加一层措施，其厚度可以不是很厚，根据实际需求而定，从而提高防鲨鱼撕咬的效果。

进一步的，所述防咬套为模块式结构，通过沿电缆主体长度方向依次拼接组成完成的防咬套，且相邻两个防咬套之间均通过防水胶剂固定。此设置，相比较完整的结构，此方式不仅是更加容易生产和装配，也更加方便维护，可通过后期拆解掉损坏的防咬套更换上新的防咬套即可使得原先的脐带电缆可继续使用，大大降低了维护成本，而且其防咬效果相比完整的结构并不会相差多少，采用此模块化的结构可更方便地对驱鲨剂进行重新填充，同时也可以拆掉脐带电缆上没有必要设置防咬套的部位，比如靠近船上或者靠近水下机器人的位置，这两个位置均可人为驱赶鲨鱼或者通过水下机器人来驱赶鲨鱼，从而减少成本。

进一步的，每个防咬套的防水套上均设有供LED防水灯带安装的条形槽，LED防水灯带与条形槽内壁之间通过防水胶剂或螺丝固定，且每个防咬套的外层护套均通过绕圈包裹的方式包裹在防水套外，并通过防水胶剂固定或铆接固定。此设置，通过将一小段LED防水灯安装在条形槽内，然后通过防水胶剂或螺丝将LED防水灯和防水套固定住，在安装时可通过接线的方式和相邻的两段LED防水灯通电连接，当然还可以是触点通电的方式，最后通过将外层护套包裹在防水套外，并使得外层护套上的透光孔能够使得LED防水灯的灯光能够露出，最后通过铆钉或者胶水来固定外层护套，其结构简单，操作方便，拆装维护方便。

进一步的，所述第一电力芯线上设有多个触点，每个触点对应与一段LED防水灯带。此设置，在新换上的防咬套安装上的时候，只需要将LED防水灯带与相邻两段防咬套上的LED防水灯带对其呈一条直线，即可方便地将LED防水灯带与此处的触点接触通电，从而保证LED防水灯带能够正常的通电，无需接线或者对插，操作方便，当然还可以是在触点上设置磁吸的结构，更加方便防咬套的安装，每段LED防水灯带优选采用并联的方式，这样其中一个损坏就不会造成其他的无法使用。

进一步的，第一电力芯线和第二电力芯线外还均包裹了电磁屏蔽层。此设置，进一步增强了电缆主体的电磁屏蔽效果，使得被鲨鱼误认为是猎物的几率更小，也就能够防止鲨鱼的撕咬。

本发明进一步保护一种防咬脐带电缆的控制***，运用上述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，还包括控制电脑、与控制电脑通信连接的报警器及用于对电缆进行牵引提升的牵引机，所述牵引机和脐带电缆均与控制电脑通信连接。通过控制电脑来实时监控脐带电缆和水下机器人的运行状况，当脐带电缆上第一电力芯线短路或断路的时候，通过控制电脑可直接控制报警器对船员进行预警，提示可能存在的异常情况，可通过牵引机对水下机器人进行回收或者派潜水员去观察，LED防水灯带没亮的地方就表示此处存在异常。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明电缆主体的结构示意图；

图2是本发明防咬套的结构示意图；

图3是图2中A的放大图；

图4是本发明防咬套的模块化示意图；

图5是本发明控制***的示意图。

图中，A1、电缆主体；A2、防咬套；1、高压水传输通道；2、第一电力芯线；3、LED防水灯带；4、透明球形保护壳；5、压力传感器；6、第二电力芯线；7、光纤；8、支撑柱；9、弹簧；10、高分子发泡填充材料；11、水管耐压外壁；12、加强钢丝护套；13、绝缘保护套；14、防水套；15、外层护套；16、水浸传感器；17、驱鲨剂填充腔；18、光纤护套；19、触点；20、条形槽；21、控制电脑；22、报警器；23、牵引机；24、水下机器人。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

如图1-4所示，本发明用于水下机器人的防咬脐带电缆包括电缆主体A1和设于电缆主体A1内的高压水传输通道1、第二电力芯线6及光纤7，所述高压水传输通道1位于电缆主体A1中心处，且所述高压水传输通道1通过水管耐压外壁11和加强钢丝护套12，其中水管耐压外壁11和加强钢丝护套12均为现有技术中常用的材料，可对高压水传输通道1提供良好的保护环境，运用到本方案中，是作为最后一道防线。

具体的，所述第二电力芯线6和光纤7以高压水传输通道1为圆心圆周阵列设置，且所述第二电力芯线6外设有绝缘保护套13，所述光纤7外设有光纤护套18，其中绝缘保护套13和光纤护套18的材料也均为现有技术，主要是为了保护第二电力芯线6和光纤7不受损坏。

具体的，所述电缆主体A1内填充有包裹高压水传输通道1、第二电力芯线6及光纤7的高分子发泡填充材料10，其中高分子发泡填充材料10作为主要的填充材料，使得脐带电缆的整体比重可接近水的比重0.98-1.0，电缆置于水中时，处于悬浮状态，大大减小脐带电缆在水中被拖拽时受到水的阻力，也能够有效地保护电缆内部的芯线不会被鲨鱼咬坏。

具体的，所述电缆主体A1外圈设有可拆卸的防咬套A2，所述防咬套A2包括设于电缆主体A1外圈的防水套14、设于防水套14外圈的外层护套15及设于防水套14内的多个驱鲨剂填充腔17，所述防水套14上设有LED防水灯带3，且所述外层护套15上设有供LED防水灯带3灯光穿过的透光孔，具体的，所述防咬套A2为模块式结构，通过沿电缆主体A1长度方向依次拼接组成完成的防咬套A2，且相邻两个防咬套A2之间均通过防水胶剂固定。此设置，相比较完整的结构，此方式不仅是更加容易生产和装配，也更加方便维护，可通过后期拆解掉损坏的防咬套A2更换上新的防咬套A2即可使得原先的脐带电缆可继续使用，大大降低了维护成本，而且其防咬效果相比完整的结构并不会相差多少，采用此模块化的结构可更方便地对驱鲨剂进行重新填充，同时也可以拆掉脐带电缆上没有必要设置防咬套A2的部位，比如靠近船上或者靠近水下机器人的位置，这两个位置均可人为驱赶鲨鱼或者通过水下机器人来驱赶鲨鱼，从而减少成本。

具体的，每个防咬套A2的防水套14上均设有供LED防水灯带3安装的条形槽20，LED防水灯带3与条形槽20内壁之间通过防水胶剂或螺丝固定，且每个防咬套A2的外层护套15均通过绕圈包裹的方式包裹在防水套14外，并通过防水胶剂固定或铆接固定。此设置，通过将一小段LED防水灯安装在条形槽内，然后通过防水胶剂或螺丝将LED防水灯和防水套14固定住，在安装时可通过接线的方式和相邻的两段LED防水灯通电连接，当然还可以是触点通电的方式，最后通过将外层护套15包裹在防水套14外，并使得外层护套15上的透光孔能够使得LED防水灯的灯光能够露出，最后通过铆钉或者胶水来固定外层护套15，其结构简单，操作方便，拆装维护方便。

优选的，这里的外层护套15为常见的聚氨酯材料制成，拥有较好的机械强度和氧化稳定性，较高的柔曲性和回弹性以及优良的耐油性、耐溶剂性、耐水性和耐火性，有效保护本脐带电缆的线材，保障水下信号传输及反馈信号的稳定性及准确性。

具体的，所述第一电力芯线2上设有多个触点19，每个触点19对应与一段LED防水灯带3。此设置，在新换上的防咬套A2安装上的时候，只需要将LED防水灯带3与相邻两段防咬套A2上的LED防水灯带3对其呈一条直线，即可方便地将LED防水灯带3与此处的触点19接触通电，从而保证LED防水灯带3能够正常的通电，无需接线或者对插，操作方便，当然还可以是在触点19上设置磁吸的结构，更加方便防咬套A2的安装，每段LED防水灯带3优选采用并联的方式，这样其中一个损坏就不会造成其他的无法使用。

优选的，每段LED防水灯带3均采用RGB灯带，可根据不同状况来显示不同的颜色，方便驱赶鲨鱼，或者提示工人人员进行操作，也更加方便夜间操作。

具体的，所述电缆主体A1内设有用于对LED防水灯带3供电的第一电力芯线2。

具体的，所述LED防水灯带3上设有多个透明球形保护壳4，每个透明球形保护壳4与LED灯珠一一对应。此设置，在LED防水灯的每个LED灯珠外均安装透明球形保护壳4，可有效地保护LED防水灯，使其不会被海水腐蚀或被砂石击打损坏。

由于脐带电缆主要用于在较浅的海水中，因此使用常见的PVC等材料来制造透明球形保护壳4也是可以的，不会因为水压过大导致损坏。

具体的，所述高压水传输通道分别与第二电力芯线6和光纤7之间设有弹性复位件，且高分子发泡填充材料10围成供弹性复位件安装的通道。此设置，通过高分子发泡填充材料10围成弹性复位件伸缩的通道，而高分子发泡填充材料10本身也是具有一定的弹性的，配合弹性复位件可更好地保持高压水传输通道与第二电力芯线6和光纤7之间的距离，相比直接采用硬支撑的方式，这种方式不仅可变形还能复位，而且抗压能力更好，在鲨鱼撕咬的时候可有效地吸收压力，从而更好地保证中心位置的高压水传输通道1，而且由于第二电力芯线6和光纤7的线径要明显小于高压水传输通道1，也明显小于整个电缆主体A1，因此鲨鱼撕咬的时候，配合可变形的高分子发泡填充材料10以及弹性复位件，使得鲨鱼牙齿无法直接咬破第二电力芯线6和光纤7，除非鲨鱼上下两排牙齿直接穿破电缆主体A1并针对第二电力芯线6或光纤7进行撕咬，不然是无法将第二电力芯线6或光纤7直接咬断的。

其中弹性复位件为市面上可购买到的非金属弹簧9，优选采用密度小于海水的材料，比如塑料弹簧9，因为电缆主体A1长度很长，因此里面的弹簧9数量会非常多，因此这种结构可一定程度上保证了电缆能够在海水中处于悬浮状态，如果采用碳素钢弹簧9势必会造成电缆无法保持悬浮状态，需要更多的高分子发泡填充材料10，那就会大大的增加电缆主体A1的体积，得不偿失。

具体的，所述加强钢丝护套12外设有多个支撑柱8，支撑柱8上至少安装了两个压力传感器5和一个水浸传感器16，压力传感器5和水浸传感器16均位于电缆主体A1外圈边缘。通过压力传感器5来实现对异常压力的检测，此处的压力传感器5将信号发送给船上的控制端，通过控制端可马上对船员进行预警，提示可能受到鲨鱼撕咬，通过水浸传感器16来检测是否漏水，当鲨鱼撕咬造成电缆损伤的时候，水浸传感器16就能够识别到漏水，此时配合压力传感器5就能够确认电缆受到损伤，需要及时回收水下机器人，可保证水下机器人的安全。

具体的，所述电缆主体A1外至少设有一层通过凯夫拉绳编织而成的外保护套，所述外保护套与电缆主体A1之间还设有阻水层。作为新增加的保护措施，可在防咬套A2内再增加一层措施，其厚度可以不是很厚，根据实际需求而定，从而提高防鲨鱼撕咬的效果，其中防水层为现有技术，其材料不再进行赘述。

具体的，第一电力芯线2和第二电力芯线6外还均包裹了电磁屏蔽层。此设置，进一步增强了电缆主体A1的电磁屏蔽效果，使得被鲨鱼误认为是猎物的几率更小，也就能够防止鲨鱼的撕咬，其中电磁屏蔽层采用铜带激光焊接成管状，这里不再对其结构和材料进行赘述。

如图5所示，一种防咬脐带电缆的控制***，运用上述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，还包括控制电脑21、与控制电脑21通信连接的报警器22及用于对电缆进行牵引提升的牵引机23，所述牵引机23和脐带电缆均与控制电脑21通信连接。通过控制电脑21来实时监控脐带电缆和水下机器人24的运行状况，当脐带电缆上第一电力芯线2短路或断路的时候，通过控制电脑21可直接控制报警器22对船员进行预警，提示可能存在的异常情况，可通过牵引机23对水下机器人24进行回收或者派潜水员去观察，LED防水灯带3没亮的地方就表示此处存在异常，运用上述***可有效防止鲨鱼对脐带电缆的撕咬，或者有效保护水下机器人的正常运行。

本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

尽管本文较多地使用了术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，包括电缆主体和设于电缆主体内的高压水传输通道、第二电力芯线及光纤，其特征在于，所述高压水传输通道位于电缆主体中心处；所述第二电力芯线和光纤以高压水传输通道为圆心圆周阵列设置，且所述第二电力芯线外设有绝缘保护套，所述光纤外设有光纤护套；所述电缆主体内填充有包裹高压水传输通道、第二电力芯线及光纤的高分子发泡填充材料；所述电缆主体外圈设有可拆卸的防咬套，所述防咬套包括设于电缆主体外圈的防水套、设于防水套外圈的外层护套及设于防水套内的多个驱鲨剂填充腔，所述防水套上设有LED防水灯带，且所述外层护套上设有供LED防水灯带灯光穿过的透光孔；所述电缆主体内设有用于对LED防水灯带供电的第一电力芯线。

2.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，其特征在于，所述LED防水灯带上设有多个透明球形保护壳，每个透明球形保护壳与LED灯珠一一对应。

3.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，其特征在于，所述高压水传输通道分别与第二电力芯线和光纤之间设有弹性复位件，且高分子发泡填充材料围成供弹性复位件安装的通道。

4.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，其特征在于，所述加强钢丝护套外设有多个支撑柱，支撑柱上至少安装了两个压力传感器和一个水浸传感器，压力传感器和水浸传感器均位于电缆主体外圈边缘。

5.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，其特征在于，所述电缆主体外至少设有一层通过凯夫拉绳编织而成的外保护套，所述外保护套与电缆主体之间还设有阻水层。

6.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，其特征在于，所述防咬套为模块式结构，通过沿电缆主体长度方向依次拼接组成完成的防咬套，且相邻两个防咬套之间均通过防水胶剂固定。

7.根据权利要求6所述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，其特征在于，每个防咬套的防水套上均设有供LED防水灯带安装的条形槽，LED防水灯带与条形槽内壁之间通过防水胶剂或螺丝固定，且每个防咬套的外层护套均通过绕圈包裹的方式包裹在防水套外，并通过防水胶剂固定或铆接固定。

8.根据权利要求7所述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，其特征在于，所述第一电力芯线上设有多个触点，每个触点对应与一段LED防水灯带。

9.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，其特征在于，第一电力芯线和第二电力芯线外还均包裹了电磁屏蔽层。

10.一种防咬脐带电缆的控制***，其特征在于，运用权利要求1-9任意一项所述的一种用于水下机器人的防咬脐带电缆，还包括控制电脑、与控制电脑通信连接的报警器及用于对电缆进行牵引提升的牵引机，所述牵引机和脐带电缆均与控制电脑通信连接。

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