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玻璃球耐压容器及深海探测用多关节海底机器人系统

摘要

本发明涉及包括钛环的玻璃球耐压容器及利用该容器的深海探测用多关节海底机器人系统,所述海底机器人系统包括:多关节海底机器人,其具有多个基于耐深海水压和防水处理的第一和第二耐压容器以防止海水侵入内置装置,可获取海洋研究数据,可近似精密地探测海底地形并传送水中状态数据,且具有便于水中活动的流体力学的流线型躯干;母船,其通过接收所述海洋研究数据和所述水中状态数据并保存而且监控所述海底机器人的移动方向;以及抗压器,其具有第三耐压容器,且通过第一电缆与所述母船连接,通过第二电缆与所述海底机器人连接,从而防止所述第一电缆的水中抵抗力传递到所述海底机器人;其特征在于,所述多个第一耐压容器为球形并安装在机器人躯干框架上,所述多个第二耐压容器为圆筒形并分别在机器人多个腿之间左右安装,所述第三耐压容器为圆筒形并安装在抗压器平台内。

著录项

  • 公开/公告号CN107487427A

    专利类型发明专利

  • 公开/公告日2017-12-19

    原文格式PDF

  • 申请/专利权人 韩国海洋科学技术院;

    申请/专利号CN201611081503.1

  • 申请日2016-11-30

  • 分类号B63C11/52(20060101);B63G8/14(20060101);G01V9/00(20060101);

  • 代理机构11240 北京康信知识产权代理有限责任公司;

  • 代理人陈鹏;李静

  • 地址 韩国京畿道

  • 入库时间 2023-06-19 04:02:29

法律信息

  • 法律状态公告日

    法律状态信息

    法律状态

  • 2019-06-04

    授权

    授权

  • 2018-01-12

    实质审查的生效 IPC(主分类):B63C11/52 申请日:20161130

    实质审查的生效

  • 2017-12-19

    公开

    公开

说明书

技术领域

本发明涉及利用耐压容器和海底机器人的海底探测系统,特别涉及一种利用深海用多关节海底机器人的海底探测系统,其包括具有钛环的玻璃球耐压容器和抗压器系统,玻璃球耐压容器可承受深海的水压且保护内置装置免受海水的侵入,可传送海洋研究数据及水中状态数据;抗压器系统在占有最少面积的同时连续地对海底地面进行探测,利用深海用腿固定躯干且调整姿态,可进行步行及游泳,可抵消与母船连接的第一水中电缆的重量。通过第二水中电缆,深海用多关节海底机器人可再次与抗压器连接。

背景技术

地球上生命可生存的空间的99%是海洋,其中85%是深海,目前人类对海洋探索还不到1%。目前具有可探测至6000米的科学探测用无人潜水艇的国家只局限在美国、法国、韩国、日本、德国等部分国家中,截止目前为止,开放运营中的深海用无人潜水艇全部都是螺旋桨型潜水艇。

通常海底机器人依据功能主要可分为广域探测的自律型无人潜水艇和相对窄域内进行精密作业的远端无人潜水艇(ROV),大部分的海底机器人利用螺旋桨作为推动装置。

长期以来,螺旋桨作为水中推动器而使用,其推动机制的原理十分明确,特定领域中其效率十分明显。

然而,对形成堆积土壤的深海进行精密勘察时,由于螺旋桨的流动可引起扰乱海底的问题,为了精密勘察,安装在海底面上时,由于螺旋桨流动引起的污泥再次沉积需要一定时间,因此给探测移动到生命体或者紧急观察工作带来困难。

作为不同于螺旋桨形态的海底机器人,包括利用无限轨道的方法和利用多个腿的方法的机器人。作为仿生研究的一环,曾经开发了龙虾机器人[Joseph,A.(2004).“Under water walking”,Arthropod Structure&Development Vol33,pp347-360.]。由此,分析龙虾的机构性结构和步伐,并构建了人工肌肉驱动器和基于命令神经元的中央控制器。

对于所述机器人,更加侧重于仿生识别及步行研究,而非实际应用。海底机器人(under water robot)又称为无人潜水艇(UUV;unmanned under water vehicle),大体分为自律无人潜水艇(AUV)和远端无人潜水艇(ROV)。

自律无人潜水艇主要用于数百米至数百千米区域的科学调查和探测。目前为止,开发的大部分AUV主要应用于科学调查或者军事目的。

远端无人潜水艇以数十厘米以下位置的精密度应用于海底调查或者精密作业。远端无人潜水艇应用于包括海底电缆填埋在内的海底管道、海底结构物的维护等各种作业。

远端无人潜水艇的应用领域主要如下。

第一,沉船探测与打捞作业及沉船引起的泄油的救助作业;第二,海洋科学调查和海洋资源探测及开发;第三,安装海底结构物,调查支援及维护;第四,水雷探测,水雷排除等军事目的应用。

海底作业用远端无人潜水艇主要通过两种形态进行移动。

第一,螺旋桨方式在如同AUV的巡航型中十分有效,但是在需要精密作业的远端无人潜水艇中很难进行稳定的控制。这是由于水中作用于远端无人潜水艇的液压为非线型,显现推力及失控区、响应延迟、饱和等的很强的非线型性。

第二,无限轨道形态的推进方式不易在不规则的海底地形或者障碍物地区运行,而且基于运行方式的特点,具有扰乱海底的缺点。

一直以来,海底存在海底地形性制约条件例如沉船、渔场、绳索、弃网等各种障碍物和暗礁、脆弱地盘等,因此不易于无限轨道方式的运行。

此外,海底调查时,很多情况下需要在无扰乱的环境中以最小化扰乱的方式进行现场勘察(in-situ survey),但是存在不易于在这种用途中使用的问题。

现有的海底作业的技术上的局限性或者问题,归纳如下。潜水员直接参与作业时,存在基于包括氧气瓶的诸多危险要素引起的安全问题。潜水员作业时,在没有减压的情况下可进行作业的时间在21米水深中局限为30分钟,在40米的水深中局限为5分钟。

一直以来,由于海底存在沉船、渔场、绳索、弃网等各种障碍物和暗礁等不规则的海底地形,因此妨碍潜水员的作业甚至危害潜水员的生命。

螺旋桨或者履带方式的海底机器人必然会扰乱海底地面。海底调查时,很多情况下需要在无扰乱的环境中进行调查。当使用螺旋桨方式的海底作业用无人潜水艇进行海底作业时,由于很难维持精密的位置等问题,存在不易在倾斜地、崎岖地带(Rugged terrain)等的海底进行精密探测的局限性。

现有的远端无人潜水艇只有在倾斜面稳定地驻留的情况下,才有利于精密探测及样品采集等,因此在倾斜面上探测时需要附加条件,为了持续的海底地面调查,现有的远端无人潜水艇需要维持一定的高度。

另外,通常的压力容器被设计和制造为遵守特定规格(例如,KSB6750)以在耐压及外压条件下可避免基于变形和反应力引起的结构型破坏,规定特定的厚度、长度、内部容器及外部容器的半径、焊接条件、成型条件等以承受特定的压力,从而确保任何条件下的结构性安全。如上所述,压力容器视结构的安全性为最优先考虑的条件,因此,有必要制成一个连续的个体(即,一体化结构)。

由此,本发明人研发了仅为机器人躯干框架配备连接部以固定腿及圆筒形耐压容器,而为了压力容器的结构性安全,无需其它用途的连接部并制成一体的机器人躯干,同时多关节海底机器人和抗压器通过耐深海水压和防水处理,可防止内置装置遭受海水侵入,而且研发了能够将海洋研究数据和水中状态数据传送给母船的多个耐压容器。

此外,研发了在倾斜地、崎岖地带(Rugged terrain)等脆弱海底地形上进行探测时,或者在维持精密位置并进行持续的海底地面调查时,无需维持一定的高度且可自由游泳,同时仅为机器人躯干框架配备连接部以固定腿及圆筒形耐压容器,为了压力容器的结构性安全无需其它用途的连接部而一体成型的机器人躯干。

【现有技术文献】

【非专利文献】

(非专利文献1)Tanaka,T.,Sakai,H.,Akizono,J.(2004)。“Design concept of a prototype amphibious walking robot for automated shore line survey work”,Oceans'04MTS/IEEETechno-Ocean'04,pp834-839。

【专利文献】

(专利文献1)JP1996-334593A

(专利文献2)JP4820804B2

发明内容

本发明的目的在于,为了完善现有的螺旋桨方式或者无限轨道方式的缺点,提供了一种深海探测用多关节海底机器人系统,其能够在占用最少面积的同时进行海底地面探测,利用深海用腿固定躯干并能够调整姿态,通过步行及游泳的移动方法可在倾斜地、崎岖地形上也能稳定地超近距离地对海底地面进行持续地探测。

此外,本发明还提供一种深海探测用多关节海底机器人系统,其多关节海底机器人和抗压器具有所定的耐压容器,从而可承受水深在6000米以下的深海的水压,通过防水处理可防止内置装置遭受海水侵入,可将海洋研究数据和水中状态数据向控制海底机器人的移动方向的母船传送。

此外,本发明提供一种包括钛环的玻璃球耐压容器,在深海探测用多关节海底机器人系统内通过使用轻便耐压的玻璃半球,从而能够使作为水中运行的探测装备的多关节海底机器人和抗压器承受深海的水压,通过防水处理可防止内置装置遭受海水侵入而且避免水压危害并得到保护,可将海洋研究数据和水中状态数据向母船传送。

为了实现所述目的,本发明的深海探测用多关节海底机器人系统包括:多关节海底机器人,其具有多个基于耐深海水压和防水处理的第一和第二耐压容器以防止海水侵入内置装置,可获取海洋研究数据,可近似精密地探测海底地形并传送水中状态数据,且具有便于水中活动的流体力学的流线型躯干;母船,其通过接收所述海洋研究数据和所述水中状态数据并保存而且监控所述海底机器人的移动方向;以及抗压器,其具有所述第三耐压容器,且通过第一电缆与所述母船连接,通过第二电缆与所述海底机器人连接,从而防止所述第一电缆的水中抵抗力传递到所述海底机器人;其特征在于,所述多个第一耐压容器为球形并安装在机器人躯干框架上,所述多个第二耐压容器为圆筒形并分别在机器人多个腿之间左右安装,所述第三耐压容器为圆筒形并安装在抗压器平台内。

为了实现所述目的,本发明提供一种包括钛环的玻璃球耐压容器,其应用于包括多关节海底机器人、抗压器及母船的海底探测系统中,其包括:多个第一和第二耐压容器,其使所述多关节海底机器人能够耐深海水压,能够防止内置设备遭受海水的侵入;以及第三耐压容器,其使所述抗压器能够耐深海水压且防止内置设备遭遇海水侵入;耐压球,应用于安装在所述海底机器人上的电池上且在一对半球形玻璃球之间具有以一定高度形成的环;所述多个第一耐压容器为球形并安装在机器人躯干框架上,所述多个第二耐压容器为圆筒形并分别在机器人多个腿之间左右安装,所述第三耐压容器为圆筒形并安装在抗压器平台内。

根据本发明,在占有最少面积的同时连续地对海底地面进行精密探测,可最小化对海底地面的沉积物的扰乱,利用深海用腿固定躯干并可调整姿态,可稳定地进深海水中作业。

此外,在倾斜地面、崎岖地形上,也可以稳定地精密地进行作业,通过步行在海底地面上移动,从而可连续地进行超近距离海底地面探测,通过有线无线混合的通信方式,可长期进行观测和调查。

此外,耐压容器为球形设计,可使浮力材料的使用最小化,连接左右两个腿的设计,可简化布线且提高维护,而且可对耐压容器的结构安全性及缩短制造所需时间做出贡献。

此外,通过各种密封环可确保水密性,通过水中连接器的直连方式可使空间最小化,可缩小第二电缆的直径及弯曲半径,可确保内部的对称性。

附图说明

图1是本发明涉及的深海探测用多关节海底机器人系统的概略示意图。

图2是图1所示的海底探测系统内组装有多关节海底机器人的躯干及腿的外部照片。

图3a和图3b分别是图2所示的多关节海底机器人的躯干框架的上部透视图及下部透视图。

图4是图2所示的多关节海底机器人100组装有圆筒形耐压容器130及腿的外部照片。

图5是图2所示的多关节海底机器人100的躯干框架110、圆筒形耐压容器130及腿的连接结构的透视图。

图6是图2所示的多关节海底机器人100的深海用充油式腿及机器人臂兼腿的透视图。

图7是图2所示的多关节海底机器人100的浮力调节装置的透视图。

图8是图5所示的躯干框架、球形耐压容器及腿的连接结构上安装的躯干框架及球形耐压容器的透视图。

图9a和图9b是图5所示的躯干框架、球形耐压容器及腿的连接结构上安装的球形耐压容器的分解透视图。

图10a和图10b分别是图示图9a和图9b所示的耐压容器内部装备的固定方式的分解透视图及固定后状态的内部透视图。

图11是图4所示的多关节海底机器人的圆筒形耐压容器的内部透视图。

图12是图1所示的海底探测系统内安装在抗压器上的圆筒形耐压容器的内部透视图。

图13至图15是图1所示的海底探测系统内耐压水密性连接盒(Junction Box)。

图16是图1所示的海底探测系统内分配电源的组成要素的框架图。

图17a和图17b分别是图1所示的海底探测系统内安装在机器人主机上的电池的正视图及透视图。

图18是图1所示的海底探测系统内抗压器平台的透视图。

图19是说明本发明涉及的深海探测用多关节海底机器人系统的远端操作的结构图。

具体实施方式

本发明的优点和特征及实现其所需要的方法通过参照附图和后续的对实施例的详细说明可得以了解。但是,本发明不限于以下记载的实施例,可通过各种变形得以实施,本实施例只是为了使本发明的说明更加清楚,为了使本发明所属技术领域的具有通常技术知识的技术人员能够更加清楚地了解发明的范畴而提供的,本发明基于权利要求的范畴而确定。说明书通篇中,相同的附图标记指示相同的组成要素。

以下参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

图1是本发明涉及的深海探测用多关节海底机器人系统的概略示意图,包括多关节海底机器人100、抗压器200及母船300。

参照图1,本发明一实施例涉及的通过复合移动可探测至6000米的深海用海底探测系统图示了在海底6000米处进行游泳及步行的状态。

抗压器(depressor)200通过第一电缆220与母船300连接,多关节海底机器人100通过第二电缆240与抗压器200连接,并承受第一电缆220的水中重量及张力,并通过缓解母船300的垂直运动带来的影响,从而保障海底机器人的移动性。

此外,为了深海用多关节海底机器人100的入水及捞起,可将海底机器人固定,应用时通过照相机可进行与海底机器人间的相互观察,并可安装在6000米的水深中进行位置跟踪的装置。

抗压器200和多关节海底机器人100与母船300通过有线通信和无线通信混合的通信方式进行操作。

即,母船300与抗压器200间通过第一电缆220连接,抗压器200与海底机器人之间通过第二电缆240进行连接,从而通过有线方式进行操作,或者母船300与抗压器200之间通过第一电缆220进行连接,抗压器200与海底机器人之间不使用有线电缆而是使用无线通信,从而可通过无线方式进行操作。

利用所述可复合移动的6000米探测用多关节海底机器人100的海底探测系统虽然是基于没有潮汐的理想的环境而研发,但是为了最小化捆绳的重量对机器人影像导入抗压器200的概念进行操作。

通过如上述方式连接且包括多关节海底机器人100、抗压器200及母船300的海底探测系统,可构建用于观测海底地形的系统,通过控制多关节海底机器人100,可获取海底地形的数据。

深海用多关节海底机器人100可最小化对深海的堆积层的扰乱,能够防止机器人的脚陷入海底土壤,且具有浮力调节功能以进行游泳。

所述海底探测系统可进行如以下的两种任务。

深海海洋科学调查

在由堆积土壤形成的脆弱地盘的深海海底环境中在最小化海底扰乱的前提下获取海洋物理、化学、生物、地质等研究中所需的科学调查数据。

在6000米的海底中,采集用于科学调查所需的生物、土壤、海水等的样品。

长期精密海底调查

近似精密地探测海底热液矿床等不规则的海底地形。无线自由操控模式无需抗压器200可单独操作,能够最小化能量消耗,可对指定的地区进行长期观测。

本发明通过不同于现有的螺旋桨方式的潜水艇的、新概念的海底机器人,克服现有技术问题,概念说明如下。

关于安全性,在潜水员直接作业危险的环境中可利用海底机器人100替代潜水员。关于操作时间,通过利用海底机器人100,可克服潜水员的潜水时间极限。

通过在海底机器人100与母船300之间配置抗压器200可减少施加在电缆上的潮汐力对海底机器人100的影响。

关于障碍物与不规则海底地形,为了避免自身被障碍物围困使用多足,在海底落足并能维持静态稳定,在不规则的海底地形中也能利用多关节腿以保持所需的躯干姿势的形式进行步行移动。

关于对环境的干涉,为了最小化对海底的扰乱,以海底步行的方法进行移动及作业。

新的技术方案提供了一种新概念的海底机器人,该海底机器人100不同于现有的以螺旋桨的方式获得推力的海底机器人,其使用多个以关节组成的腿接近海底地面通过步行和游泳进行移动。

该海底机器人100的概念如同螃蟹(Crab)和龙虾(Lobster)在海底地面上移动作业的形态,故机器人起名为'CrabsterCR6000'。

图2是图1所示的海底探测系统内组装有多关节海底机器人100的躯干及腿的外部照片。

图3a和图3b分别是图2所示的多关节海底机器人100的躯干框架110的上部透视图及下部透视图。

图4是图2所示的多关节海底机器人100组装有圆筒形耐压容器130及腿的外部照片。

图5是图2所示的多关节海底机器人100的躯干框架110、圆筒形耐压容器130及腿的连接结构的透视图。

图6是图2所示的多关节海底机器人100的深海用充油式腿及机器人臂兼腿的透视图,包括第一至第四关节101~104、液压补偿橡胶垫105、膜106及抓爪107。

图7是图2所示的多关节海底机器人100的浮力调节装置的透视图。

参照图1至图7,以下对本发明涉及的海底探测系统内多关节海底机器人的结构及功能进行详细说明。

本发明的深海用多关节海底机器人100可通过6足进行步行及游泳,并安装有用于精密探测的扫描声纳及高分辨率光学照相机,并搭载可在大约6000米深的水中进行位置跟踪的装置。

如图6所示,为了承受深海6000米水深处约为600帕的压力,具有液压补偿橡胶垫105及膜106结构,具有可防水且包括空气溢流阀、减压阀结构的深海用充油式腿。

此外,具有深海用机器人臂兼充油式腿,其具有与深海用充油式腿相同的结构且安装有抓爪107,因此水中作业时可变形为机器人臂。

另外,如图7所示,本发明的深海用多关节海底机器人100的海底机器人的下端安装有用于调节水中海底机器人的浮力调节电磁方式的浮力调节装置,并搭载有用于无线操作的电池。

机器人躯干框架110

首先,机器人躯干框架110为了减少海底机器人100的负荷及确保高钢性,安装采用碳复合材料,并且为了搭载球形第一耐压容器120安装固定框架。

此外,除去为了固定腿及圆筒形第二耐压容器130而需要具有连接部,为了节省制造所需时间及提高强度,需要制造成无需用于其它用途的连接部的一体形成。

此外,为了提高框架的强度,将碳素纤维沿着纹路方向旋转蒸镀,对连接部位及反应力集中部位增加一定的厚度。

腿及机器人臂

本发明的腿及机器人臂为了在6000米耐压水密使用充油式关节链接的设计,为了耐腐蚀性及加工性,气孔部周围使用铝合金。

腿关节结构以4自由度进行操作,机器人臂仅通过使用在腿端部利用线型驱动器活动的抓爪,从而简化系统。

安装注油用的通气孔及压力补偿用的油膜、膜及减压阀,并具有内部布线用的电缆通路。

为了轻量化使用无框架架马达以及为了去除反冲使用谐波驱动减速器,并采用马达-减速器直连结构。

水密方式是在腿内部填充绝缘油,在连接部使用密封环的结构,旋转部位是双重密封环结构,为了耐腐蚀性粘贴镁材料的牺牲阳极。

躯干和腿的连接部

本发明的躯干及腿连接部是在机器人躯干框架110上可安装耐压容器接合体的法兰的结构,即由腿底部-耐压容器法兰-机器人躯干框架法兰连接的结构。

机器人躯干框架110和圆筒形第二耐压容器130具有可同时支撑腿的结构,连接方式是在沿着机器人躯干框架法兰圆形布置的小环上利用螺栓进行连接的方式。

躯干和腿外部具有考虑了框架保护、减少流体阻力、改善结构性强度的形状,为了减少流体阻力采用流线型设计,采用了玻璃钢化纤维(FRP)材料。

图8是图5所示的躯干框架110、球形耐压容器120及腿的连接结构上安装的躯干框架110及球形耐压容器120的透视图。

图9a和图9b是图5所示的躯干框架110、球形耐压容器120及腿的连接结构上安装的球形耐压容器120的分解透视图。

图10a和图10b分别是图示图9a和图9b所示的耐压容器120的内部装备的固定方式的分解透视图及固定后状态的内部透视图。

本发明的海底6000米级的球形第一耐压容器120分别内置有HD照相机和马达/连接盒,照明装置等的各种电机/电子配件及电池。

具有设计为球形且为了重量最小化的一对商用耐压玻璃半球。

本发明的球形第一耐压容器120具有多个用于安装水中连接器的连接圆筒,用于防止耐压玻璃半球破损的组装部,用于安装耐压容器内部装备的夹具固定部。

搭载照相机用的耐压容器的玻璃半球被抛光处理以确保透光性及防止失真。此外,本发明的球形第一耐压容器120是可承受深海6000米水深处600帕的压力,可防水,可利用玻璃球使重量变轻且基于内部空间产生较大的浮力的耐压容器,其具有多边形形状的钛环,该钛环用于安装水中连接器,该水中连接器用于向内置的电机电子装置供应电源,且用于提供装备间的通信。此时,钛环外部的多边形表面基于需求可进行扩展,且可在多边形表面上安装水中连接器。

图11是图4所示的多关节海底机器人100的圆筒形第二耐压容器130的内部透视图。

本发明的多关节海底机器人100的圆筒形第二耐压容器130设计为在马达驱动器固定夹具上搭载用于驱动深海用充油式腿及机器人臂的马达驱动器,且连接左右两个腿,从而能够简化布线且改善维护。

腿和耐压容器连接部为了将腿和耐压容器固定在机器人躯干框架110上,使用钛质材料的法兰,为了使空间最小化,腿底部和耐压容器的连接采用水中连接器直连方式。

图12是图1所示的海底探测系统内安装在抗压器200上第三圆筒形耐压容器230的内部透视图。安装在本发明的抗压器200的圆筒形第三耐压容器230是用于搭载抗压器200的电机/电子接口,优选使用钛质材料,可利用ABS工具及商用解析工具进行设计。

在圆筒盖的法兰部分和圆筒内壁的接触面插入密封环以保障水密性,第三耐压容器230和圆筒盖的连接部利用V-环进行一体连接,圆筒盖上安装有多个水中连接器。

图13至图15是图1所示的海底探测系统内耐压水密连接盒(JunctionBox),包括机器人主机连接盒、抗压器连接盒及变压器盒。

机器人主机连接盒

如图13所示,机器人主机连接盒分配与抗压器200连接的第二电缆240的电源线、光缆及互联网线。

为了耐压水密和制造、分解及组装性,设计为充油式的立方体,为了确认油量状态及布线连接,开放面采用透明钢化塑料。连接方式是在沿着机器人躯干框架的法兰成圆形布置的小环中通过螺栓进行连接,内部安装有第一漏水感应器。

抗压器连接盒

如图14所示,抗压器连接盒分配第一电缆220-抗压器200-第二电缆240之间的电源及通信。

充油式的设计结构是可平衡内外部的压力的结构,引入的第一电缆220中将电源和光通信分离,将高压电源与变压器连接,光通信分配到第三耐压容器。

内部安装有整流器以将再次接收的高压电源转换为直流电源,并安装有第二漏水感应器。

变压器盒

如图15所示,变压器盒安装并保护变压器,该变压器将向第一电缆220传送的交流高压电转换为交流低电压。

其具有立方体的形状,前面通过铝材料制造,内部安装有第三漏水感应器。

图16是图1所示的海底探测系统内分配电源的组成要素的框架图。

图17a和图17b分别是图1所示的海底探测系统内安装在机器人主机上的电池的正视图及透视图。

图18是图1所示的海底探测系统内抗压器平台的透视图。

如图16所示,连接母船300与抗压器200的第一电缆220和连接抗压器200与机器人主机的第二电缆240包括电源和光通信功能,第二电缆240中还包括互联网通信电缆。

在此,第二电缆240为了缩小直径通过使用多个低容量电缆构建高容量电缆,通过在中央布置光纤,可减少弯曲半径。

通过分散布置以太网线可确保内部的对称性,为了保护电缆的需要可增加内部包层。为了增加强度采用凯夫拉尔(Kevlar)结构,为了增加浮力,外层可用浮力材料代替。

考虑到电缆的电压下降和机器人的稳定操作,母船300侧采用可在考察船(Research Vessel)上经常使用的440VAC和60Hz的三相电源的升压器以传送高压三相交流电。

升压电源通过第一电缆220向抗压器200传送,抗压器200对其进行减压和整流。整流的DC电压进行适当的DC/DC转换,并转换为各个装备所需的电压,并通过第二电缆240向机器人主机传送,并向安装的各种装置提供。

机器人主机的电源供应及分配

电池的设计和布置应该是内置于机器人主机内部,并接收抗压器连接盒内整流器转换的直流电源,使充电机器人主机以自律模式操作。

即,设计为可在探测模式下运行8小时以上,输出电压为直流电压。为了安全,可增加用于监视温度、电压、漏水功能的电池管理系统(batterymanagement system,BMS),电池可采用锂电池。

通过第一电缆220送电时应考虑到电缆自身引起的电压下降并进行设计。DC/DC转换器为小型,高容量,低热耗的转换器,同时应用于机器人主机和抗压器200上,通过第二电缆240适当地向机器人主机的各个装备供应。

抗压器200的电源分配及通信

为了转换通过第一电缆220传送的电源,需要设计变压器,为了交流-直流的整流,需要利用三相桥式整流器。

另外,海底机器人100、抗压器200及母船200内远端控制室内部的通信基本上基于以太网(Ethernet)进行,光通信转换装置基于光通信-以太网转换,进行设计。

为了利用浅海用多关节海底机器人100的远端控制室,可引入如光转换器的现有光通信转换装置。

设计可包括利用线型驱动器及链接系统的机器人主机固定部、第一和第二电缆终端连接部、耐压容器、连接盒、变压器盒、USBL、云台(Pantilt)、高度计、压载配重固定部。为了耐腐蚀性,框架采用铝合金,为了防止海水腐蚀,可粘贴牺牲阳极,可安装机器人主机固定装置和压载配重(Ballasting weight)。

图19是说明本发明涉及的深海探测用多关节海底机器人系统的远端操作的结构图,包括多关节海底机器人100、抗压器200及母船300。

本发明涉及的深海探测用多关节海底机器人系统可跟踪多关节海底机器人100和抗压器200的位置,可远端监控通过安装的照相机和感应器装备获取的信息,并可远端控制海底机器人的操作。

为此,母船300装载有用于远端控制多关节海底机器人100的步行及游泳的运算法则,并安装有可跟踪多关节海底机器人100和抗压器200的位置的程序。

此外,还安装有监控装置,其可实时地监控光学照相机和扫描声纳的图像及安装在多关节海底机器人100和抗压器200上的各种感应器的信息。

如上所述,本发明的包括钛环的玻璃球耐压容器及利用其的深海探测用多关节海底机器人系统在占有最少面积的同时探测海底地面,利用深海用腿固定躯干并可调整姿态,也可在倾斜地面、崎岖地形上连续稳定地进行超近距离的海底地面探测。

此外,多关节海底机器人及抗压器具有所定的耐压容器可承受深海的水压,通过防水处理可防止内置装置遭遇海水侵入,并向控制海底机器人的移动方向的母船传送海洋研究数据及水中状态数据。

由此,在占有最少面积的同时探测海底地面从而能够最小化地扰乱深海地面的沉积物,利用深海用腿可固定躯干并转换姿势,从而可进行精密的深海水中作业。

此外,在倾斜地面、崎岖地形上也可以稳定地精密地进行作业,通过步行在海底地面上移动,从而可连续地进行超近距离海底地面探测。

此外,耐压容器为球形设计可节约浮力材料的使用,连接左右两个腿的设计可简化布线且提高维护,而且可获得耐压容器的结构安全性和缩短制造所需时间。

此外,通过各种密封环可确保水密性,通过水中连接器的直连方式可使空间最小化,可缩小第二电缆的直径及弯曲半径,可确保内部的对称性。

以上虽然通过例举部分实施例对本发明的优选实施例进行了说明,但是上述说明仅仅是举例,不能以任何形式用于限制本发明,本发明所属的技术领域中具有一般常识的技术人员十分清楚基于上述说明对本发明可进行各种变形、修改或者替换后进行实施,或者可进行等同于本发明的实施。

【附图标记说明】

100:多关节海底机器人110:机器人躯干框架

120:第一耐压容器130:第二耐压容器

200:抗压器220:第一电缆

230:第三耐压容器240:第二电缆

300:母船

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