脐带缆收放系统及水下机器人系统

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体涉及一种脐带缆收放系统及水下机器人系统。

背景技术

随着对海洋领域的不断探索，水下机器人ROV作为一种用于测绘科学技术领域的海洋仪器，是开展深海探测研究的先进工具，水下机器人作业时需要应用到脐带缆，满足通讯及电信号控制的作用。

水下机器人目前主要的工作方式为使用者在陆地上操控水下机器人在水下进行相关的工作，但由于缆长的限制，这种方式在某些场景下无法完成用户的使用任务，如潜水员需要在几公里的潜水路径上进行搜寻，首先自行寻找到目标，然后操作水下机器人进入到人员危险区域或人员无法进入的区域进行探查。这种使用场景下，必须要求水下机器人系统能够随身携带，在水下进行遥控而不是陆地上，而潜水员在使用水下机器人时，脐带缆能够非常便利的收放和储纳管理是困难问题，如果无法操作管理好缆线甚至会出现缠绕潜水员自身身，造成人身风险。

例如，在部分使用环境下，需要人员在水下对水下机器人进行操控时，与水下机器人连接的脐带缆需要由潜水员徒手管理，这种直接将脐带缆缠绕到手臂等部位的收纳方式对于操作者来说既麻烦又危险。

因此，需要一种简单且高效的设备用于控制水下机器人脐带缆的收放。

发明内容

本申请旨在提供用于水下使用环境中，操作者使用脐带缆收放系统，能够方便快捷的在水下对水下机器人脐带缆进行收放操控。

根据本申请的一方面，提供一种脐带缆收放系统，包括壳体；脐带缆收放机构，设置于所述壳体内，用于执行收缆和放缆的动作；控制手柄，设置于所述壳体外部，用于控制脐带缆收放机构的收缆、放缆操作；电气控制模块，设置于所述壳体内部，用于脐带缆收放机构的电信号控制；信号传输模块，用于进行所述控制手柄与所述电气控制模块的通讯。

根据一些实施例，所述脐带缆收放机构包括脐带缆放缆机构，包括脐带缆放缆机构，包括放缆电机和脐带缆挤出装置，所述放缆电机驱动脐带缆挤出装置进行放缆操作；脐带缆收缆机构，包括收缆电机和纳缆机构，所述收缆电机驱动所述纳缆机构，带动脐带缆绕纳缆机构完成收纳。根据一些实施例，所述脐带缆收放机构还包括排缆机构，在收缆和放缆时，所述纳缆机构带动所述排缆机构进行往复运动。

根据一些实施例，所述电气控制模块包括电池组件，用于所述脐带缆收放系统能源供应，中控组件，用于所述脐带缆收放系统电机的驱动控制。

根据一些实施例，所述脐带缆收放系统还包括滑轮，设置于脐带缆放缆机构和脐带缆收缆机构之间；拉力传感器，设置于所述滑轮，拉力传感器用于测量缆上的拉力值，所述电气控制模块获取所述拉力传感器的拉力信号，从而在所述拉力值超过设定拉力值时，控制所述放缆电机执行放缆动作。

根据一些实施例，所述脐带缆收放机构还包括手柄安装固定接口，用于控制手柄与所述壳体之间的结构连接或分离。

根据一些实施例，所述脐带缆收放机构还包括显示模块，所述显示模块设置于所述壳体外部，用于显示脐带缆收放系统的状态信息，交互模块用于所述脐带缆收放系统的开关机及参数设置。

根据一些实施例，所述信号传输模块包括无线数据传输和/或有线数据传输。

根据一些实施例，所述放缆电机和所述脐带缆挤出装置、所述收缆电机和所述纳缆机构以及所述收缆电机和所述排缆机构的传动方式包括齿轮传动、皮带传动以及联轴节传动中的至少一种。

根据一些实施例，所述脐带缆收放系统外部信号传输模块采用全密封结构，确保在水下工作保持密闭状态。

根据本申请的另一方面，提供一种水下机器人系统，包括：水下机器人；前述任一项所述的脐带缆收放系统，用于在水下对连接至所述水下机器人的脐带缆进行收放操控。

根据本申请实施例，在水下操控水下机器人时，操作者通过脐带缆收放系统对水下机器人的脐带缆进行电动收缆、放缆控制，可便捷地在水下进行脐带缆的管理和收放。该脐带缆收放系统采用紧凑式设计，方便随身携带，且相较于人工手动收放缆，使用过程更加安全快捷。

根据本申请实施例，通过在水下使用脐带缆收放系统，可以实现和水下机器人的显控终端进行通讯，方便地对水下机器人脐带缆进行智能放缆、收缆及排缆工作。

根据一些实施例，通过放缆电机和脐带缆挤出装置，防止纳缆机构空转而造成缆线错乱，通过自动排缆机构的设计，可将缆线在纳缆机构上均匀排布整齐。

根据一些实施例，利用拉力传感器，在执行智能放缆模式时，脐带缆收放系统可以实时测量水下机器人脐带缆上的拖拽力，当拖拽力超过预设值时，脐带缆放缆机构自动放缆以适应水下机器人的放缆需要。

根据一些实施例，控制手柄与壳体的连接采用快拆结构，可实现快速安装和分离。

根据一些实施例，脐带缆收放系统采用主控全封闭式防水设计，搭配有无线通讯功能，可以在超过100米的水下环境使用。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出根据示例实施例的脐带缆收放系统及水下机器人的结构框图。

图2示出根据示例实施例的脐带缆收放机构的组成框图。

图3示出根据示例实施例电气控制模块和信号传输模块的组成框图。

图4A示出根据示例实施例的脐带缆收放系统的整体结构示意图。

图4B示出根据示例实施例的脐带缆收放系统的内部结构示意图。

图5A示出根据示例实施例的脐带缆放缆机构的结构示意图。

图5B示出根据示例实施例的脐带缆收缆机构的结构示意图。

图5C示出根据示例实施例的脐带缆收放缆机构的结构示意图。

图6示出根据示例实施例的脐带缆收放系统的示意图。

图7示出根据示例实施例脐带缆收放系统放缆时工作模式的示意图。

图8示出根据示例实施例脐带缆收放系统收缆时工作模式的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，并且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准，并提供有相应的操作入口，供用户选择授权或者拒绝。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

在水下作业中，水下机器人起着至关重要的作用。针对水下机器人的作业环境，探索一种简单且高效的装置系统用于脐带缆的收缆、放缆，方便水下使用者操作，可大大提高工作效率。

为此，本申请提出一种脐带缆收放系统，用于在水下使用水下机器人时操控脐带缆的收放。根据示例实施例，在水下使用时，操作者通过脐带缆收放系统控制脐带缆收放机构的放缆电机和收缆电机动作，完成对脐带缆的收缆、放缆操作，还可以设置使用模式。

在描述本申请实施例之前，对本申请实施例涉及到的一些术语或概念进行解释说明。

ROV：水下机器人、无人遥控潜水器、遥控潜水器、遥控水下机器人。

脐带缆：电缆、光缆、液压或化学药剂管，为水下生产系统提供电力和/或电信号传输。

下面结合附图对本申请的示例实施例进行说明。

图1示出根据示例实施例的用于水下机器人的脐带缆收放系统及水下机器人的结构框图。

参见图1，脐带缆收放系统包括壳体101，脐带缆收放机构201、电气控制模块301和信号传输模块401，壳体101外接有交互模块103、显示模块105、手柄安装固定接口106和控制手柄107，脐带缆收放系统与水下机器人ROV通过脐带缆109相连。

根据示例实施例，所述手柄安装固定接口106设置于壳体外部，用于控制手柄107与所述壳体101之间的结构连接或分离，实现控制手柄107与脐带缆收放系统的一体化控制或远程控制。根据一些实施例，手柄安装固定接口106为快拆结构。所述控制手柄107具有与手柄安装固定接口106适配的结构，从而可通过手柄安装固定接口106设置于所述壳体101外部，用于控制脐带缆收放机构的收缆、放缆操作。

交互模块103用于脐带缆收放系统的开关机及参数设置，所述交互模块包含有多个控制按钮，控制按钮可以进行控制脐带缆收放系统的开关机和收缆、放缆动作的操作。

所述脐带缆收放机构201用于执行收缆和放缆的动作。

显示模块105用于显示微型电动脐带缆收放系统的状态信息，如电池电量，收放缆状态，收放缆速度，缆线放出长度，放缆拉力等。

所述电气控制模块301用于脐带缆收放机构的电信号控制，所述信号传输模块401可设置于所述壳体内部和/或外部，用于控制手柄107与电气控制模块301进行通讯。根据一些实施例，电气控制模块301和信号传输模块401采用全密封结构，确保在水下工作保持密闭状态。

根据本申请实施例，通过脐带缆收放系统对水下机器人ROV进行脐带缆的收放缆控制，通过遥控手柄107或交互模块103可实现一键操控水下机器人的脐带缆收缆或放缆，方便快捷的进行脐带缆的储纳、排布和布放管理。

图2示出根据示例实施例脐带缆收放系统的脐带缆收放机构组成框图。

根据示例实施例，脐带缆收放机构201包括脐带缆放缆机构203、脐带缆收缆机构205和排缆机构207。

参见图2，所述脐带缆放缆机构203，包括放缆电机2031和脐带缆挤出装置2032，所述放缆电机2031驱动脐带缆挤出装置2032进行放缆操作，当需要放缆时，放缆电机2031通过齿轮传动驱动脐带缆挤出装置2032运动，脐带缆挤出装置2032实现自动放缆功能的操作。

所述脐带缆收缆机构205，包括收缆电机2051和纳缆机构2052，所述收缆电机2051驱动纳缆机构2052用于脐带缆的收纳，当需要收缆时，收缆电机2051带动纳缆机构2052转动，所述收缆电机2051通过皮带传动机构带动排缆机构207，所述排缆机构207用于在收缆和放缆时水平方向往复运动，从而实现脐带缆在纳缆机构上的均匀排布收纳。

根据一些实施例，所述放缆电机2031和脐带缆挤出装置2032、所述收缆电机2051和纳缆机构2052以及所述收缆电机2051和排缆机构207的传动方式包括齿轮传动、皮带传动或联轴节传动。

图3示出根据示例实施例脐带缆收放系统的电气控制模块和信号传输模块组成框图。

根据示例实施例，所述电气控制模块301包括拉力传感器3011、电池组件3013和中控组件3015。

所述拉力传感器3011，用于测量缆上的拉力值，所述中控组件3015获取所述拉力传感器3011的拉力信号，从而在所述拉力值超过脐带缆收放系统的设定拉力值时，控制所述放缆电机2031执行放缆动作。

所述电池组件3013，用于脐带缆收放系统能源供应，所述中控组件3015，用于脐带缆收放系统放缆电机2031和收缆电机2051的驱动控制。

根据示例实施例，所述信号传输模块401包括信号收放模块4011，所述信号收放模块4011可为无线数据传输或有线数据传输。若信号收放模块4011为无线数据传输，则无线收发模块不限于蓝牙通讯，也可以使用wifi、zigbee等通讯方式；若信号收放模块4011为有线数据传输，则脐带缆收放系统通过脐带缆直接与遥控手柄107进行连接，所述情况下的遥控手柄与脐带缆连接处进行密封防水处理，确保电气结构整体的密封。下面的实施例以蓝牙无线收发模块为例进行说明。

图4A示出根据示例实施例的用于水下机器人的脐带缆收放系统的整体结构示意图。

图4B示出根据示例实施例的用于水下机器人的脐带缆收放系统的内部结构示意图。

参见图4A，脐带缆收放系统包括壳体101，壳体101外接有交互模块103、显示模块105、控制手柄107，脐带缆收放系统与水下机器人通过脐带缆109相连。

根据示例实施例，壳体101内部结构参见图4B，电气控制模块301和信号传输模块401设置于壳体101内的配电箱中。配电箱采用全封闭式防水设计，可以在超过100米的水下环境使用。脐带缆放缆机构203位于壳体上部、脐带缆收缆机构205位于壳体101下部，脐带缆109依次经过所述脐带缆放缆机构203、滑轮3010、排缆机构207达到脐带缆收缆机构205。如图所示，所述排缆机构207通过皮带传动方式与收缆电机相连。

所述脐带缆收放系统外部密封结构件均可使用橡胶类软体材质，确保在水下工作保持密闭状态。

图5A示出根据示例实施例的用于水下机器人的脐带缆放缆机构的结构示意图。

根据示例实施例，所述脐带缆放缆机构203，包括放缆电机2031和脐带缆挤出装置2032，所述脐带缆挤出装置2032为双圆柱结构，双圆柱2032a与驱动齿轮装置2032b耦接，脐带缆穿过双圆柱2032a中间。根据一些实施例，为了增加脐带缆和所述脐带缆挤出装置的摩擦力，同时减小脐带缆被挤压变形的风险，可以在圆柱外包裹橡胶或EVA等材料。脐带缆挤出装置2032实现放缆功能的执行，放缆电机2031通过齿轮传动驱动脐带缆挤出装置2032的齿轮装置2032b运动，所述放缆电机2031启动，驱动脐带缆挤出装置2032通过摩擦力进行放缆操作。

图5B示出根据示例实施例的用于水下机器人的脐带缆收缆机构的结构示意图。

为了更直观体现所述脐带缆收放机构各部分的组成示意图，图5C示出脐带缆收缆机构和脐带缆放缆机构的渲染图。

根据示例实施例，所述脐带缆收缆机构205包括收缆电机2051和纳缆机构2052，脐带缆一端固定在纳缆机构2052上，另一端依次穿过排缆机构207、滑轮3010、脐带缆挤出装置2032与水下无人机ROV相连。所述排缆机构207为往复丝杠，当排缆机构207做水平方向的往复运动时，脐带缆跟随排缆机构的运动节奏在纳缆机构2052上往复分布，从而实现脐带缆在纳缆机构2052上的均匀排布收纳。拉力传感器3011可设置于滑轮3010，当所述脐带缆收放系统启动放缆模式时，脐带缆运动挤压所述滑轮，拉力传感器通过滑轮上的压力变化测得所述脐带缆的拉力，从而实现智能收放缆控制。

图6示出根据示例实施例的脐带缆收放系统的示意图。

参见图6，控制手柄107可脱离壳体101，使用者可手持控制手柄107操控水下机器人的脐带缆收放系统，所述控制手柄107通过手柄安装固定接口106中间的蓝牙无线收发模块4011与脐带缆收放系统进行信号传输。

根据示例实施例，手柄安装固定接口106在壳体101外壁上，控制手柄107可通过卡槽固定在所述手柄安装固定接口106上，所述手柄安装固定接口106和控制手柄107的卡槽连接形式为可拆卸结构，便于控制手柄107与脐带缆收放系统壳体101进行连接或分离，实现控制手柄107与脐带缆收放系统的一体化控制或远程控制。

根据示例实施例，还提供一种水下机器人系统，包括水下机器人及前面参照附图说明的脐带缆收放系统，脐带缆收放系统用于在水下对连接至所述水下机器人的脐带缆进行收放操控。

图7示出根据示例实施例水下机器人的脐带缆收放系统放缆时工作模式的示意图。

参见图7，根据示例实施例，当水下机器人需要前进时，所述脐带缆收放系统执行放缆模式。在所述放缆模式下，水下机器人进行前进运动时，拉动脐带缆一起向前运动，水下机器人会通过其运动将拉力加载至脐带缆上，当所述脐带缆被拉直时，位于壳体内部的拉力传感器会感知到拉力值。当所述拉力传感器检测的拉力值超过了脐带缆收放系统预设的拉力值时，脐带缆收放系统会自动进行放缆操作，放缆电机启动，所述放缆电机通过例如齿轮传动驱动线缆挤出装置运动，线缆挤出装置实现放缆功能的执行。

例如，在自动放缆模式下，只要每次通过拉力传感器采集到的拖拽力比设定值高，所述脐带缆收放系统就以预定速度自动放缆。在手动放缆模式下，可手动选择放缆速度并手控执行放缆操作。

图8示出根据示例实施例水下机器人的脐带缆收放系统收缆时工作模式的示意图。

根据示例实施例，当水下机器人使用完毕后或使用过程中想要缩短在水中的脐带缆长度时，需要对脐带缆进行收缆时，只需对水下机器人进行推进器动力关闭，脐带缆收放系统切换到收缆工作模式。在所述收缆工作模式下，收缆电机启动，所述脐带缆收放系统会以预设收缆速度进行自动收缆，同时排缆机构进行往复运动，确保收纳时脐带缆可以均匀排布在纳缆机构上。当脐带缆收到理想长度时或脐带缆全部收到脐带缆收放系统的壳体后，停止收缆工作模式。

针对上述水下机器人的使用情况，本申请的脐带缆收放系统可通过控制手柄操控收缆电机和放缆电机的工作状态，还可以在所述控制手柄上设置放缆的拉力、设置放缆和收缆的速度，实现对水下机器人的脐带缆智能收放缆操控，不仅解决了水下使用者人工缠绕脐带缆的不便，还大大提高了工作效率，保证水下作业的安全性。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列、集成电路等。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上具体地展示和描述了本申请的示例性实施例。应可理解的是，本申请不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本申请意图涵盖包含在所附条款的精神和范围内的各种修改和等效设置。