[0001] 本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种布放回收装置、基于无人船的水下机器人探测系统及方法。

[0002] 以水下机器人为代表的深远海水下探测系统在海洋资源勘探、海洋生态环境监测、海洋渔业监测以及海洋灾害预警等方面得到了较为广泛的应用。在面向深远海作业过程中，水下机器人在作业过程中需要较大的母船提供支持保障，在作业和收放过程中需要多名现场人员参与，在环境适应性、经济性、安全性等方面具有一定的局限性。

[0015] 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0016] 需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0017] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0018] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0019] 在以上描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

[0020] 如图1至图4所示，本实施例公开一种基于无人船100的水下机器人200探测系统，包括无人船100、水下机器人200和布放回收装置300，该探测系统能够接收岸基控制系统400的指令实现现场无人化探测作业。

[0021] 如图1所示，岸基控制系统400包括陆上基站、数据应用中心等，能够通过陆上基站收发卫星信号与无人船100进行通信，下达控制指令和接收数据等。

[0022] 如图2至图4所示，无人船100包括船本体、设置在船本体上的动力系统、控制系统和通信系统。无人船100通过卫星与岸基控制系统400进行通信，接收指令和/或传输数据，为布放回收装置300、水下机器人200等提供作业、能源、信息传输平台。

[0023] 如图2至图4所示，布放回收装置300，可设置在无人船100上，用于对水下机器人200进行布放和回收，布放回收装置300包括主框架310、控制箱320、绞车机构330、伸缩机构
340、压紧机构350、定位机构。

[0024] 如图3至图5所示，主框架310固定设置于无人船100，主框架310整体呈长方体形，包括第一框架311、第二框架312和固定底板313，第一框架311和第二框架312在主框架310的长度方向上排布，固定底板313设置于第一框架311的底部，控制箱320可装配在固定底板313上。第二框架312内部为容纳水下机器人200的容纳腔314，第二框架312的底部设置有对接导引口315，对接导引口315包括两块导引板3151，导引板3151分别设置于第二框架312在宽度方向的两端，两块导引板3151呈喇叭口状，对接导引口315用于水下机器人200进入第二框架312内。

[0025] 如图5所示，控制箱320固定安装在固定底板313上方，控制箱320能够与无人船100进行通信，控制箱320还用于控制绞车机构330、伸缩机构340、压紧机构350、定位机构等机构运行。

[0026] 如图5和图6所示，伸缩机构340设置于第一框架311且位于固定底板313的下方侧，伸缩机构340包括固定板341、移动板342和滑动结构，通过滑动结构连接移动板342和固定板341使移动板342可相对固定板341在第一位置和第二位置之间滑移，移动板342的滑移方向沿主框架310的长度方向，在第一位置时，移动板342位于第一框架311一侧，移动板342不遮蔽对接导引口315，水下机器人200可从对接导引口315进出；移动板342可从第一框架311一侧移动至第二框架312一侧（即第二位置），在第二位置时，移动板342遮蔽对接导引口315，且位于水下机器人200的下方，可用于承载水下机器人200，即水下机器人200不作业时，停留于移动板342的上方。具体的，固定板341固定设置在第一框架311上，滑动结构包括滑轨343和滑块344，滑轨343设置于固定板341的上表面，滑轨343沿主框架310的长度方向延伸，滑轨343可设置有两条，分别布置于固定板341在宽度方向的两侧，移动板342位于固定板341的上方侧，滑块344设置于移动板342的下表面，且滑块344嵌入到滑轨343内，滑块
344能够沿着滑轨343移动从而带动移动板342移动。优选的，滑轨343可为电动滑轨343，其与控制箱320电连接并受控制箱320控制。

[0027] 如图3至图5、图7所示，绞车机构330包括脐带缆绞车331、导缆机构332和锁紧机构333，脐带缆绞车331固定设置在第一框架311的固定底板313上，脐带缆绞车331用于收放缠绕在其上的光电复合缆334，脐带缆绞车331与控制箱320电连接，受控制箱320控制。导缆机构332和锁紧机构333安装在主框架310的顶部，脐带缆绞车331上的光电复合缆334依次穿过导缆机构332和锁紧机构333后与水下机器人200连接。导缆机构332用于引导光电复合缆
334通过，避免光电复合缆334的缠绕和损坏；锁紧机构333用于在脐带缆绞车331停止工作时，锁紧光电复合缆334，确保光电复合缆334不会因外力作用而滑动或脱落。

[0028] 如图3至图5、图7至图8所示，压紧机构350，设置于第二框架312所在的区域内，压紧机构350可以安装于无人船100的顶部也可以安装于第二框架312的顶部，压紧机构350用于在水下机器人200不作业时（收纳在第二框架312的容纳腔314内时），压紧机构350位于水下机器人200的上方侧，当机器人坐落于伸缩机构340的移动板342上方时，对水下机器人200进行压紧限位，防止水下机器人200在容纳腔314内发生大的位移。具体的，压紧机构350包括底座351、第一连接座352、伸缩件353和下压件354，其中，底座351固定设置于无人船
100或第二框架312的顶部，底座351可以为沿主框架310的宽度方向延伸的板件，第一连接座352固定设置在底座351的下表面，伸缩件353的一端与第一连接座352连接，另一端与下压件354上的第二连接座3541连接。伸缩件353伸缩时可带动下压件354在高度方向移动，从而实现向下移动压紧水下机器人200和向上移动释放水下机器人200。优选的，伸缩件353设有两个，第一连接座352也设有两个，分别位于底座351的两端，两个伸缩件353的一端分别连接一个第一连接座352，第一连接座352和伸缩件353上均设有铰接孔，伸缩件353与第一连接座352相铰接，下压件354上也设有两个第二连接座3541，两个伸缩件353的另一端也分别与一个第二连接座3541铰接。伸缩件353优选为伸缩缸，伸缩缸受控制箱320控制。下压件
354的下表面为接触水下机器人200的顶面的部分，优选的，下压件354的下表面与水下机器人200的顶面具有相适配的形状，使得下压件354能够更好地贴合并压紧水下机器人200。进一步的，如图8和图9所示，下压件354的下表面上设有一定位凸部3542（凸块），水下机器人
200的顶面上设有一定位凹部210（凹槽），下压件354下压时，定位凸部3542插入到定位凹部
210内，能够限制水下机器人200发生位移。

[0029] 如图4和图5所示，定位机构为声光定位系统，受控制箱320控制向水下机器人200发送定位信号（声学信号和/或光学信号），使水下机器人200根据定位信号向布放回收装置300航行并对准对接导引口315。定位机构包括设置于第二框架312底部的发射器360，在长度方向上，发射器360位于第二框架312的后端，在宽度方向上，发射器360位于第二框架312的中部位置。

[0030] 如图3、图4和图9所示，水下机器人200，主要用于根据岸基控制系统400的指令进行水下自主探测作业，不进行作业时，被收纳在布放回收装置300中，需要作业时由布放回收装置300布放，水下机器人200包括机器人本体、光学通讯系统、声学通讯系统、推进器系统、环境感知系统（包括各类用于完成探测作业的传感器、探测器）等。机器人本体的顶面设有定位凹部210（凹槽）。水下机器人200通过光电复合缆334与布放回收装置300连接。

[0031] 如图10至图17所示，本实施例提供一种基于无人船100的水下机器人200探测方法，包括如下步骤：S100：接收岸基控制系统400的航行指令。

[0032] 在该步骤中，科学家和工程人员在岸上通过岸基控制系统400下达航行指令并通过陆上基站发送指令，无人船100通过卫星接收到陆上基站的航行指令。

[0033] S110：响应航行指令，无人船100航渡至预定作业区域。

[0034] 在该步骤中，无人船100接收到航行指令后，根据预定作业区域的具体位置，自主规划航行路径，然后按照航行路径驶向预定作业区域；无人船100到达预定作业区域后，向陆上基站发送到达预定作业区域的信息。

[0035] S200：接收岸基控制系统400的作业指令。

[0036] 在确认无人船100到达预定作业区域后，通过岸基控制系统400下达作业指令并通过陆上基站发送作业指令，无人船100通过卫星接收到陆上基站的作业指令。

[0037] S210：响应作业指令布放水下机器人200。

[0038] 该步骤中包括进行作业前准备，包括：S211：压紧机构350向上运动释放水下机器人200。

[0039] S212：伸缩机构340的移动板342移动至第一框架311一侧。

[0040] 压紧机构350不再压住水下机器人200，移动板342移动至第一框架311一侧（即第一位置）后也不再支撑水下机器人200，此时水下机器人200依靠光电复合缆334维持其在容纳腔314内的位置。

[0041] 作业前准备完成之后，还包括：S213：绞车机构330释放光电复合缆334。

[0042] S214：水下机器人200在重力作用下入水。

[0043] S300：水下机器人200根据作业指令进行水下探测作业。

[0044] 水下机器人200入水后，水下机器人200通过接收光电复合缆334的电信号和通信信号，进行指定作业任务。在进行作业的过程中或在完成作业之后，水下机器人200探测到的数据通过光电复合缆334传输到无人船100，无人船100再传输至陆上基站。

[0045] S400：接收岸基控制系统400的回收指令。

[0046] 在确认水下机器人200已经完成作业任务后，通过岸基控制系统400下达回收指令并通过陆上基站发送指令，无人船100通过卫星接收到陆上基站的回收指令。

[0047] S410：响应回收指令向水下机器人200发送信号使水下机器人200巡航至布放回收装置300的对接导引口315的下方侧。

[0048] 在该步骤中，布放回收装置300通过定位机构发送定位信号（由发射器360发送），水下机器人200根据定位信号自主巡航到达布放回收装置300的对接导引口315的下方侧。

[0049] S411：绞车机构330回收光电复合缆334，拉动水下机器人200从对接导引口315进入第二框架312的容纳腔314内。

[0050] 在该步骤中，绞车机构330拉动水下机器人200到达高于移动板342一定高度的位置。

[0051] S412：伸缩机构340的移动板342移动至第二框架312一侧，水下机器人200承载在移动板342上。

[0052] 在该步骤中，移动板342移动至第二位置后，绞车机构330适当释放一些光电复合缆334，使得水下机器人200坐落在移动板342上。

[0053] S413：压紧机构350向下运动压紧水下机器人200。

[0054] 在该步骤中，压紧机构350的伸缩件353伸长，下压件354向下运动，下压件354的下表面压紧水下机器人200的顶部，下压件354上的定位凸部3542插入到水下机器人200顶部的定位凹部210内，从而防止水下机器人200在容纳腔314内发生大的位移（包括水平方向和垂直方向的移动均被限制）。至此，水下机器人200回收完成，无人船100向陆上基站发送回收完成信息。

[0055] S500：接收岸基控制系统400的返航指令。

[0056] 在该步骤中，确认回收完成后，通过岸基控制系统400下达返航指令并通过陆上基站发送指令，无人船100通过卫星接收到陆上基站的返航指令。

[0057] S510：响应返航指令，无人船100开始返航。

[0058] 在该步骤中，无人船100接收到返航指令后，自主规划返航路径，然后按照返航路径返航。

[0059] 本发明的一种基于无人船100的水下机器人200探测系统及方法，通过基于无人船100的布放回收装置300和基于卫星通信的远程操控，实现现场无人化探测作业，科学家和工程人员在岸上即可实时开展深远海科学研究和海洋资源调查，改变传统大型科考船和大量现场作业人员的深远海探测模式，本发明的方案通过对无人船100和布放回收装置300的远程控制，对水下机器人200进行布放和回收，不仅增加了安全性，还可提高水下机器人200作业范围和应用场景。

[0060] 以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。