[發明專利]一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人系統及方法

在審

• 申請號: 202110075775.5
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112758286A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 劉躍進;宋建軍
• 申請（專利權）人: 威泊（上海）新能源科技股份有限公司;蓓偉機器人科技（上海）有限公司
• 主分類號: B63C11/34
• 分類號: B63C11/34;B63C11/48;B63C11/52;B60L53/12
• 代理公司: 上海領洋專利代理事務所(普通合伙) 31292
• 代理人: 俞晨波

1.一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人系統，其特征在于：包括：地面設備(1)，所述地面設備(1)安裝在水面邊緣處且在水下安裝有母基站(3)，所述地面設備(1)和母基站(3)之間設置纜線(2)且母基站(3)通過纜線(2)與母基站(3)之間電性連接，所述母基站(3)的內部設置有無線充電發射端(4)且側面設置有水聲通訊設備基陣(5)，所述水下設置若干組機器人機器人終端(7)且機器人終端(7)的內設置水聲通訊收發器(6)和無線充電接收端(8)。

2.根據權利要求1所述的一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人系統，其特征在于：所述無線充電發射端(4)與無線充電接收端(8)之間相互匹配。

3.根據權利要求1所述的一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人系統，其特征在于：所述地面設備(1)與母基站(3)之間進行能量、信息交互，所述母基站(3)與機器人終端(7)和水聲通訊設備基陣(5)之間進行能量、信息交互。

4.根據權利要求1所述的一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人系統，其特征在于：所述水聲通訊設備基陣(5)與機器人終端(7)之間進行信息交互，若干組所述機器人終端(7)之間協同作業。

5.根據權利要求1所述的一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人系統，其特征在于：所述機器人終端(7)內部設置鋰電池且鋰電池通過無線充電接收端(8)與母基站(3)內部設置的無線充電發射端(4)之間相連接。

6.根據權利要求1所述的一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人系統，其特征在于：所述地面設備(1)與母基站(3)之間通過纜線(2)通訊，所述母基站(3)與水聲通訊設備基陣(5)之間通過纜線(2)通訊。

7.根據權利要求1所述的一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人系統，其特征在于：所述母基站(3)和機器人終端(7)之間通過無線通訊，所述水聲通訊設備基陣(5)與機器人終端(7)之間通過水聲通訊。

8.根據權利要求1所述的一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人系統，其特征在于：所述母基站(3)和地面設備(1)的內部均可設置智能導航模塊和人工智能模塊，所述機器人終端(7)內部設置深水探測模塊。

9.根據權利要求8所述的一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人系統，其特征在于：所述母基站(3)通過人工智能模塊對水下進行區域劃分，且每個劃分區域內至少有一個機器人終端(7)。

10.根據權利要求1所述的一種集群作業的無線充電水下常駐智能機器人的應用方法，其特征在于：所述智能機器人應用方法步驟如下：

步驟1：總體設計：采用集群設計的方法，提供一個母基站及多個機器人終端。母基站通過光纜及電纜與地面部分進行連接，基站與終端之間使用無線方式進行信息與能量的交互，終端間可以進行信息交互。機器人終端攜帶微型計算機和多種傳感器，收集到信息后可以進行處理，結合來自外部的指令信息進行決策、處理信息、進行信息存儲。用于對母基站進行控制的微型計算機可以視情況而定布置在水下或水上，均可實現相應功能；

步驟2：供能方式：機器人終端本身配備高能量密度的鋰電池，利用電池直接給動力部分及其他部分進行供能，為整個機器人終端的運作提供能量。母基站通過電纜與地面設備進行連接，通過電纜將能量傳送到水下，維持母基站本身的運作。機器人終端電池電量不足時，在控制系統的指揮下通過靠近母基站進行無線充電。母基站上配備無線充電裝置的發射端，機器人攜帶無線充電裝置的接收端，運動控制系統操控機器人到達指定位置，發射端感應到后進行無線充電，能量補充完成后機器人終端離開，駛向目標區域繼續作業。正常情況下，多個機器人終端共用一套無線充電發射裝置，協同規劃作業任務，實現母基站設備的最大化利用；

步驟3：通訊方法：由于水下環境電磁波長距離傳輸容易衰減的原因，造成了水下機器人與母基站之間的通訊、水下與水上的通訊都存在很多困難。基于母基站及機器人終端的集群設計為地面設備與水下的通訊提供了便利條件，降低了信息傳輸的難度。本設計通過使用纜線傳輸信息的方式實現地面設備與母基站之間的高速通訊，相互間完成信息傳輸。機器人終端在正常作業的情況下，遠離母基站，通過水聲通訊方式與地面設備實現實時、小容量的信息交互，接收來自水上的特殊指令，使得自身的運行情況受到地面設備的監督。通過水聲通訊系統，同樣可以實現機器人終端間的信息交互，必要時終端間進行信息傳輸，實現交互。當機器人終端進入母基站后，可以利用無線傳輸方式實現大容量信息傳輸，母基站通過光纜將大容量的信息傳輸到地面設備。多個機器人終端共用一套無線傳輸設備，協同規劃，最大程度發揮通訊設施的作用，降低水下運作的成本；

步驟4：協同作業：在實現有效供能和通訊的基礎上，該機器人基于人工智能、智能導航定位、深水探測等技術，實現了高度自主的運行和高效集群協同作業，極大的提高了作業能力和效率。控制系統將根據需求對作業區域及任務進行劃分，機器人終端根據指令到達規定區域進行自主作業。智能導航定位系統提供實時的導航和定位，通訊系統實時的將各終端的情況進行回傳，控制系統向各終端發出指令指導、協同終端進行探測和作業。深水探測技術、人工智能技術的應用可以提高終端本身的智能化程度，減少控制系統干預和協同的，使得集群作業的方式更加高效。