[发明专利]用于水下载具的浮力控制的可重复使用浮力模块

说明书

一种水环境机器人系统(10)和方法具有能够选择性地改变的浮力配置。所述系统包括水下机器人载具(110)和浮力模块(116)，所述浮力模块被配置成选择性地与所述水下机器人载具以浮力方式接合以及以浮力方式脱离接合。拴系件(118)连接到所述浮力模块，并且电机(120)可操作地连接到所述拴系件并且被配置来使所述拴系件和所述浮力模块伸展和回缩。所述拴系件能够伸展和回缩以使所述浮力模块伸展和回缩。根据所述系统的布置，使所述浮力模块伸展和回缩能够使所述浮力模块与所述水下机器人载具以浮力方式接合或以浮力方式脱离接合。通过使所述浮力模块接合和脱离接合，能够选择性地改变所述水下机器人的所述浮力。

技术领域

一种用于执行水下任务的系统、方法和装置，所述系统包括水下机器人和一个或多个可重复使用浮力模块。

背景技术

水下载具的移动性受各种因素的制约。载具的密度和重力在水下移动性中起着重要作用。水下载具必须具有用于抵抗其重力和/或浮力影响的装置，以便平稳地游动通过水柱并有效地执行任务。具有中性浮力状态的水下载具是游动和输送通过水柱的最佳条件。在诸如水下结构的肉眼检查或水下目标的视频拍摄的一些应用中，需要具有中性浮力的自由游动。在另一方面，需要具有负浮力状态的水下机器人用于在海床上爬行或锚固。诸如污垢清洗、机械臂操纵和维护的一些应用需要水下载具在地下河床(subsurface floor)上是稳定且沉重的，以克服操作的反作用(即，相等且相反的反作用力)。

浮力控制的概念最早是在潜水艇的基础上演变发展而来的。潜水艇通常通过使用泵和气瓶(即，以液压方式)改变其在水下的体积来改变其内部浮力。然而，液压浮力控制系统通常体积庞大、复杂且需要对大型、深水下载具进行优化。

因此，存在对水下载具提供一种控制浮力的装置的需要，所述装置具有易于制造、操作和维护、成本有效且紧凑的系统，所述系统可应用于特定的应用和条件。通过利用水面浮力极限和海床重力极限，可根据本文所公开的本发明来实现离散浮力控制。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种水环境机器人系统，其包括水下机器人载具，其中所述水下机器人载具是所述水环境机器人系统的至少一个载具。浮力模块被配置成选择性地与所述水下机器人载具以浮力方式接合以及以浮力方式脱离接合。拴系件连接到所述浮力模块。电机可操作地连接到所述拴系件并且被配置来使所述拴系件和所述浮力模块伸展和回缩。在第一状况下，所述拴系件和所述浮力模块处于回缩位置，并且所述水下机器人载具具有第一浮力。在第二状况下，所述拴系件和所述浮力模块处于伸展位置，并且所述水下机器人载具具有第二浮力。在所述第一状况下，所述浮力模块处于与所述水下机器人以浮力方式接合或以浮力方式脱离接合的状态中的一者，而在所述第二状况下，所述浮力模块处于与所述水下机器人以浮力方式接合或以浮力方式脱离接合的状态中的另一者。

根据另一方面，所述浮力模块具有正浮力，并且在所述第一状况下，所述浮力模块处于所述回缩位置并且与所述水下机器人以浮力方式接合，从而使得所述水下机器人的所述第一浮力高于所述第二状况下的所述第二浮力，在所述第二状况下，所述浮力模块处于所述伸展位置并且与所述水下机器人以浮力方式脱离接合。

根据再一方面，所述浮力模块具有负浮力，并且在所述第一状况下，所述浮力模块处于所述回缩位置并且与所述水下机器人以浮力方式脱离接合，从而使得所述水下机器人的所述第一浮力高于所述第二状况下的所述第二浮力，在所述第二状况下，所述浮力模块处于所述伸展位置并且与所述水下机器人以浮力方式接合。

根据另一个方面，所述浮力模块具有中性浮力，并且在所述第一状况下，所述浮力模块处于所述回缩位置并且与所述水下机器人以浮力方式接合，从而使得所述水下机器人的所述第一浮力与所述第二状况下的所述第二浮力相等，在所述第二状况下，所述浮力模块处于所述伸展位置并且与所述水下机器人以浮力方式脱离接合。

根据可组合在根据前述方面中的一个或多个构造的实施方案中的又一方面，所述浮力模块并入在水面船中。