[发明专利]一种无缆自主水下机器人通信定位装置及方法

权利要求书

1.一种无缆自主水下机器人通信定位装置，其特征在于，包括：水上浮筏、通信线缆和连接基座；

水上浮筏设有水上转角测量支架、线缆收放机构和定位模块，通信线缆为零浮力线缆，且通信线缆的第一端穿过水上转角测量支架后与线缆收放机构连接；水上转角测量支架上装有倾角传感器，实时测量通信线缆在水中的倾角和方位角；

连接基座与水下机器人连接，连接基座设有水下转角测量支架和线缆夹紧机构，通信线缆的第二端穿过水下转角测量支架后利用线缆夹紧机构夹紧并与水下机器人的通信接口连接，且通信线缆的第二端为浮体材料；水下转角测量支架上装有倾角传感器，实时测量通信线缆在水中的倾角和方位角。

2.如权利要求1所述的无缆自主水下机器人通信定位装置，其特征在于，水上浮筏的外壳体为浮体材料；

或者，

水上浮筏的顶部设有发烟器，发烟器能够发出带彩色的烟雾；

或者，

水上转角测量支架上设有倾角传感器，被配置为实时测量通信线缆在水中的倾角和方位角；

或者，

线缆收放机构为用于收放和拉紧通信线缆的线缆卷扬机；

或者，

水上浮筏还设有卫星通信模块；

或者，

水上浮筏的尾部可拆卸的设有尾部模块，尾部模块为无动力尾部模块或带动力尾部模块，无动力尾部模块装有舵机、方向舵和减摇鳍，带动力尾部模块装有舵机、方向舵、减摇鳍、推进电机、螺旋桨和电池组。

3.如权利要求1所述的无缆自主水下机器人通信定位装置，其特征在于，水上浮筏的电气控制模块包括控制电路板、无线收发机和电池，控制电路板上设有六轴运动传感器，被配置为实时测量水上浮筏的实时航行角度和运动姿态。

4.如权利要求3所述的无缆自主水下机器人通信定位装置，其特征在于，水上浮筏的顶部设有通信天线，与电气控制模块的无线收发机连接，且与水面母船或岸边的远程控制平台的无线收发机连接。

5.如权利要求1所述的无缆自主水下机器人通信定位装置，其特征在于，线缆夹紧机构包括固定卡扣，固定卡扣通过电磁线圈控制，电磁线圈掉电时，卡扣由弹簧推出，卡住通信线缆，电磁线圈上电后将卡扣结构拉出，通信线缆脱出。

6.一种无缆自主水下机器人通信定位方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的定位装置，包括以下步骤：

水下机器人潜入水下后，线缆收放机构依据水下机器人的航行深度和与水体的相对流速释放合适长度的通信线缆；

通过定位模块得到水上浮筏的实时位置，通过水上浮筏的电气控制模块的六轴运动传感器得到水上浮筏的实时位姿，通过线缆收放机构得到通信线缆的伸出长度；

根据水上转角测量支架的倾角传感器测得的通信线缆在水面的倾角和方位角、水下转角测量支架的倾角传感器测得的通信线缆在水中的倾角和方位角、水下机器人自身导航系统测得的航行深度和水流相对速度，得到水上浮筏到水下机器人的直线距离及夹角，以水上浮筏的GPS位置为原点，得到水下机器人在水下的实时位置。

7.如权利要求6所述的无缆自主水下机器人通信定位方法，其特征在于，通过通信线缆进行水下机器人操控信号和海底管线探测数据的实时双向传输；

水下机器人的航行数据及探测设备采集的海底管线探测数据传至水上浮筏，并通过水上浮筏通信天线的无线通信设备或卫星模块向远处的水面母船或岸基控制台传输，同时接收水面母船或岸基控制台的操控信号；

水面母船或岸基控制台根据探测设备的探测数据和图像实时更改水下机器人的航行轨迹和航行任务。

8.如权利要求6所述的无缆自主水下机器人通信定位方法，其特征在于，当通信线缆与水下障碍物发生缠绕时，通过无线通信远程遥控连接基座的线缆夹紧机构打开固定卡扣，松开通信线缆水下固定端，使通信线缆从水下机器人的通信端口脱出，使水下机器人摆脱通信线缆约束进入自主规划航行状态。