一种多元海底特性探测AUV和水下充电基站系统的制作方法

一种多元海底特性探测auv和水下充电基站系统
技术领域
1.本实用新型属于水下机器人领域，特别是涉及一种多元海底特性探测auv和水下充电基站系统。


背景技术：

2.传统无人自主水下航行器通常被称为auv，它主要用于执行诸如海底地形扫描、海洋环境检测等常规任务，但目前探测声纳主要以单波束测深声纳为主，单波束测深声纳只能测得当前位置深度，无法探测前方水下地形信息，探测的原理较为单一，没有融合声、光多种方式进行探测，且传统的传感器布置形式容易导致声学探测设备易受噪声源干扰以及声学通信设备与探测设备互相干扰的问题出现；
3.auv的动力电源在自身内，在电源被耗尽的情况下需上浮进行回收充电，在回收上浮进行充电的情况下，将回导致探测中断，其续航及探测范围都会受到其动力电源的限制，而在水下充电如何进行充电装置与auv的对接也是一个重要的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种多元海底特性探测auv和水下充电基站系统,以解决传统auv探测方式单一无法探测水下地形信息以及探测范围受限以及如何实现auv的续航充电对接问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种多元海底特性探测auv和水下充电基站系统，包括auv水下潜器和水下充电基站；所述auv水下潜器包括壳体、多波束探测声纳、光视觉摄像头、单波束测深声纳、主控制器、充电次级线圈、电池组、地貌侧扫声纳、gps接收塔和水声接收换能器，所述多波束探测声纳、光视觉摄像头和单波束测深声纳均设置在壳体的前段，所述主控制器设置在壳体内，所述充电次级线圈设置在壳体内部中段位置，所述电池组与充电次级线圈电性连接，所述地貌侧扫声纳设置在壳体中段外壁下部，所述gps接收塔和水声接收换能器均设置在壳体后段，所述多波束探测声纳、光视觉摄像头、单波束测深声纳、主控制器、电池组、地貌侧扫声纳、gps接收塔和水声接收换能器均与电池组电性连接，所述多波束探测声纳、光视觉摄像头、单波束测深声纳、电池组、地貌侧扫声纳、gps接收塔和水声接收换能器均与主控制器电性连接；所述水下充电基站包括无线充电组件、通信定位组件和基站固定组件，所述无线充电组件和通信定位组件均与基站固定组件相连，所述无线充电组件与通信定位组件电性连接，所述通信定位组件响应光视觉摄像头和水声接收换能器的信号，所述基站固定组件对壳体支撑时，所述无线充电组件中的充电次级线圈与放电初级线圈感应。
6.更进一步的，所述基站固定组件包括磁吸附固定桩、配重块和海底基站钢架，沿着所述海底基站钢架的长度方向布置多个磁吸附固定桩，所述配重块设置在海底基站钢架的中部。
7.更进一步的，所述通信定位组件包括海底基站光视觉摄像头和声学定位通信装
置，所述海底基站光视觉摄像头和声学定位通信装置均设置在海底基站钢架上。
8.更进一步的，所述无线充电组件还包括充电桩和海底电缆，所述充电桩与海底电缆电性连接，所述海底基站光视觉摄像头和声学定位通信装置均与海底电缆电性连接，所述充电桩与放电初级线圈电性连接。
9.更进一步的，所述壳体包括尾推进器、十字尾舵、垂向推进器、前舱、中舱、后舱、空浮力舱和磁吸附对接孔，所述空浮力舱设有两个，所述前舱与中舱通过一个空浮力舱相连，所述中舱与后舱通过另一个空浮力舱相连，在每个空浮力舱上设置一个垂向推进器，所述后舱远离中舱一侧依次设置十字尾舵和尾推进器，所述尾推进器和垂向推进器均与电池组电性连接，所述前舱和后舱下部均设置与磁吸附固定桩一一对应的磁吸附对接孔。
10.更进一步的，每个所述空浮力舱上设置与垂向推进器位置相对应的垂推涵道。
11.更进一步的，所述中舱上部中间位置设置起吊钩。
12.更进一步的，所述前舱、中舱和后舱内壁均设置固定骨架。
13.更进一步的，所述电池组为锂离子电池组。
14.更进一步的，所述多波束探测声纳、光视觉摄像头和单波束测深声纳均分为干端和湿端，全部所述干端均设置在壳体内，全部所述湿端均设置在壳体外。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
16.1、通过波束测深声纳、多波束测深声纳和地貌侧扫声纳能够对水下地貌信息进行采集，且声学通信设备与探测设备相互远离能够避免彼此影响；
17.2、通过通信定位组件与光视觉摄像头和水声接收换能器进行配合能够实现auv水下潜器与基站固定组件的精准对位，且对位过程中通过磁吸附固定桩与磁吸附对接孔的配合，能够进一步提高对接的准确率和对接后的稳定性；
18.3、能够在水下对auv水下潜器进行充电，提高auv水下潜器的续航里程，提高地形地貌信息的收集效率。
附图说明
19.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
20.图1为本实用新型所述的auv水下潜器的立体结构示意图；
21.图2为本实用新型所述的auv水下潜器的正视结构示意图；
22.图3为本实用新型所述的auv水下潜器的俯视结构示意图；
23.图4为本实用新型所述的auv水下潜器的仰视结构示意图；
24.图5为本实用新型所述的auv水下潜器的正视剖面结构示意图；
25.图6为本实用新型所述的auv水下潜器的立体剖面结构示意图；
26.图7为本实用新型所述的水下充电基站的立体结构示意图；
27.图8为本实用新型所述的水下充电基站的正视结构示意图；
28.图9为本实用新型所述的水下充电基站的俯视结构示意图；
29.图10为本实用新型所述的auv水下潜器与水下充电基站对接的立体结构示意图；
30.图11为本实用新型所述的auv水下潜器与水下充电基站对接的正视结构示意图；
31.图12为本实用新型所述的auv水下潜器与水下充电基站对接的侧视结构示意图；
32.图13为本实用新型所述的auv水下潜器与水下充电基站的光通信对接示意图；
33.图14为本实用新型所述的auv水下潜器的探测工作示意图；
34.图15为本实用新型所述的auv水下潜器的通信示意图；
35.图16为本实用新型所述的auv水下潜器与水下充电基站的充电原理示意图。
36.壳体1；尾推进器2；十字尾舵3；垂向推进器4；多波束探测声纳5；光视觉摄像头6；单波束测深声纳7；主控制器8；充电次级线圈9；电池组10；地貌侧扫声纳11；gps接收塔12；水声接收换能器13；固定骨架14；前舱15；中舱16；后舱17；前舱固定座18；后舱固定座19；空浮力舱20；磁吸附对接孔21；起吊钩22；螺丝孔23；海底基站光视觉摄像头24；声学定位通信装置25；磁吸附固定桩26；充电桩27；配重块28；放电初级线圈29；海底电缆30；海底基站钢架31；光信号32；卫星33；母船34；auv定位信号35；中继定位信号36；绘制信号37；回传信号38。
具体实施方式
37.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
38.参见附图说明本实施方式，一种多元海底特性探测auv和水下充电基站系统，包括auv水下潜器和水下充电基站；所述auv水下潜器包括壳体1、多波束探测声纳5、光视觉摄像头6、单波束测深声纳7、主控制器8、充电次级线圈9、电池组10、地貌侧扫声纳11、gps接收塔12和水声接收换能器13，所述多波束探测声纳5、光视觉摄像头6和单波束测深声纳7均设置在壳体1的前段，所述主控制器8设置在壳体1内，所述充电次级线圈9设置在壳体1内部中段位置，所述电池组10与充电次级线圈9电性连接，所述地貌侧扫声纳11设置在壳体1中段外壁下部，所述gps接收塔12和水声接收换能器13均设置在壳体1后段，所述多波束探测声纳5、光视觉摄像头6、单波束测深声纳7、主控制器8、电池组10、地貌侧扫声纳11、gps接收塔12和水声接收换能器13均与电池组10电性连接，所述多波束探测声纳5、光视觉摄像头6、单波束测深声纳7、电池组10、地貌侧扫声纳11、gps接收塔12和水声接收换能器13均与主控制器8电性连接；所述水下充电基站包括无线充电组件、通信定位组件和基站固定组件，所述无线充电组件和通信定位组件均与基站固定组件相连，所述无线充电组件与通信定位组件电性连接，所述通信定位组件响应光视觉摄像头6和水声接收换能器13的信号，所述基站固定组件对壳体1支撑时，所述无线充电组件中的充电次级线圈9与放电初级线圈29感应。
39.在本实施例中，充电次级线圈9与放电初级线圈29均为中空的圆弧状，线圈的材质为铁氧体。
40.在本实施例中，所述基站固定组件包括磁吸附固定桩26、配重块28和海底基站钢架31，沿着所述海底基站钢架31的长度方向布置多个磁吸附固定桩26，所述配重块28设置在海底基站钢架31的中部，用于提高海底基站钢架31的稳定性。
41.在本实施例中，所述通信定位组件包括海底基站光视觉摄像头24和声学定位通信装置25，所述海底基站光视觉摄像头24和声学定位通信装置25均设置在海底基站钢架31
上。
42.在本实施例中，所述无线充电组件还包括充电桩27和海底电缆30，所述充电桩27与海底电缆30电性连接，所述海底基站光视觉摄像头24和声学定位通信装置25均与海底电缆30电性连接，所述充电桩27与放电初级线圈29电性连接。
43.在本实施例中，所述壳体1包括尾推进器2、十字尾舵3、垂向推进器4、前舱15、中舱16、后舱17、空浮力舱20和磁吸附对接孔21，所述空浮力舱20设有两个，所述前舱15与中舱16通过一个空浮力舱20相连，所述中舱16与后舱17通过另一个空浮力舱20相连，在每个空浮力舱20上设置一个垂向推进器4，所述后舱17远离中舱16一侧依次设置十字尾舵3和尾推进器2，所述尾推进器2和垂向推进器4均与电池组10电性连接，所述前舱15和后舱17下部均设置与磁吸附固定桩26一一对应的磁吸附对接孔21。
44.在本实施例中，在尾推进器2桨叶外围有导管涵道，应用康达效应可提升推进效率。
45.在本实施例中，每个所述空浮力舱20上设置与垂向推进器4位置相对应的垂推涵道，垂向推进器4采用垂向串列的两个对转桨，可降低震动噪声。
46.在本实施例中，auv内的探测设备如多波束探测声纳5、光视觉摄像头6、单波束探测声纳7都布置在前舱15内，地貌侧扫声纳11布置在中舱16，通信设备如水声接收换能器13、gps接受塔12布置在后舱17内，声学探测设备远离尾推进器2噪声源以降低自噪声，声学通信设备与探测设备远离，以降低彼此干扰。
47.在本实施例中，所述电池组10为锂离子电池组，锂离子电池组分为高压380v供电以及低压24v供电两组，高压380v供电供给尾推进器2和垂向推进器4进行使用，低压24v供电供给多波束探测声纳5、光视觉摄像头6、单波束测深声纳7、主控制器8、地貌侧扫声纳11、gps接收塔12和水声接收换能器13进行使用。
48.在本实施例中，所述中舱16上部中间位置设置起吊钩22，便于对auv水下潜器进行起吊。
49.在本实施例中，所述前舱15、中舱16和后舱17内壁均设置固定骨架14，前舱15与中舱16中对应位置的骨架14通过连接梁相连，中舱16和后舱17中对应位置的骨架14通过连接梁相连，提升整体的稳定性，且前舱15、中舱16、后舱17和空浮力舱20在相应的连接位置均设置有螺丝孔23，便于进行对位连接，骨架14采用5系铝合金制成，形成高可靠性。
50.在本实施例中，所述多波束探测声纳5、光视觉摄像头6和单波束测深声纳7均分为干端和湿端，全部所述干端均设置在壳体1内，全部所述湿端均设置在壳体1外与海水接触，多波束探测声纳5、光视觉摄像头6和单波束测深声纳7的干端通过相应位置前舱固定座18连接在前舱15内，所述gps接收塔12通过后舱固定座19连接在后舱17内。
51.在本实施例中，gps接收塔12为北斗-gps接收塔。
52.使用时，auv水下潜器应用搭载的单波束测深声纳7、多波束测深声纳5和地貌侧扫声纳11自主探测海底地形地貌信息后传递给主控制器8，当auv水下潜器浮出水面后，通过主控制器8控制北斗-gps发射塔发射定位信号35给卫星33，卫星33收到auv水下潜器定位信号35后发送中继定位信号36至母船34，auv水下潜器完成定位后将地形地貌信息通过发送绘制信号37传给母船34，母船34上绘制海底地形地貌信息图；当阶段性工作结束后，母船34发送回传信号38至auv水下潜器水声接收换能器13，auv收到回传信号38的下一阶段指令后
可继续探测或进行水下无线充电；
53.需要进行充电时，需要将auv水下潜器和水下充电基站进行对接，对接按着距离分为两个阶段，在第一阶段，使用声学方法接近海底充电基站，在达到一定距离范围内后，第二阶段开始，auv水下潜器过利用声学信号和光信号更精确地估计其位置，直到最终到达海底充电基站的确切对接点，具体为通过光视觉摄像头6的光信号与海底基站光视觉摄像头24进行响应，通过水声接收换能器13的声信号与声学定位通信装置25进行响应，从而不断使auv水下潜器与水下充电基站进行靠近和定位；定位完毕后通过磁吸附固定桩26与磁吸附对接孔21进行吸附固定，从而将auv水下潜器与海底充电基站之间固定牢固，磁力吸附的过程，能够进一步提高对位的准确性；
54.无线充电过程是通过线圈磁耦合谐振将电能以无线方式传输；无线传充电器分为海底基站发射端和auv接收端两部分；高压直流的海底电缆30将一部分电流直接供给给采用高压电的海底基站光视觉摄像头24和声学定位通信装置25，一部分通过充电桩27中的逆变器供给给充电桩27中的补偿器，随后由补偿器供给给放电初级线圈29，经环形铁氧体线圈磁耦合谐振后，在auv水下潜器上的次级充电线圈9上产生感应电流，产生的感应电流通过补偿器、整流器、dc稳压器后供给给电池组10。
55.上述叙述中用到的传感器、控制器以及可能用到的控制程序均为现有技术，此处不做赘述。
56.以上公开的本实用新型实施例只是用于帮助阐述本实用新型。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。