[发明专利]一种风光互补水面机器人

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源应用和机器人领域，尤其涉及一种风光互补水面机器人。

背景技术

海洋是全球生命支持系统的基本组成部分，是资源的宝库，随着世界经济的高速发展，海洋已经成为当今国际社会共同关注的热点，世界各国对海洋越来越重视。海洋运输、海洋油气开采、海洋军事、海洋环境保护、海洋科研考察等等都是摆在国家面前的重要研究课题，传统的各种海洋科研观测常用观测站和锚定浮标法定点人为观测，只能观测有限的水域面积海况和水质，而且跟踪浮标和漂流浮标测量较为单一，在恶劣气候条件下难以进行。另外人工考察观测工作量大，存在相当一部分工作人员违规简化操作的情况，而这种情况又难以被有效监督，这也是近年来各种大型海水污染事故频发的重要原因之一。

还有部分地区使用大型船，这类船只虽然功能全面，但价格昂贵，需要大量的专业人才操作及维护。另外这类船只一般都使用燃油动力，其本身对水质有一定的污染。并且大船开动时对水面搅动很大，影响观测水样的真实性。

在申请号为201120075759.8的中国实用新型专利中，仅使用锂电池供电，其工作环境受到制约，而且无法固定在水面某一个区域。公开号为CN204154337U的中国实用新型专利属于单船体，同样是仅使用太阳能供电，遇到阴雨天就不能长时间连续作业了。因此，开发一种同时利用风能和太阳能两种能源的，并且能够自主导航的水面机器人已成为一种必要，而且具有良好的市场前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够实现全天候、高可靠性、能够自主到达设置地点、自动化作业、成本低，可以用于环境污染治理、水质检测、安全救援、科学研究考察等领域的，依靠风力发电、太阳能发电和锂电池蓄电的风光互补水面机器人。

本发明所采用的技术方案是：

一种风光互补水面机器人，包括电动船，所述电动船的上表面平铺有用于收集太阳能并将其转化为电能的太阳能电池板，所述电动船的两外侧各固设一个用于驱动电动船行驶的螺旋桨；所述电动船中间固设有半环形支撑架，所述半环形支撑架上悬挂有风力发电机；所述太阳能电池板与风力发电机的输出端通过风光互补控制器与锂电池连接对其充电，所述锂电池的输出端通过多路开关电源与螺旋桨连接进行供电；所述电动船上设有检测避障装置和锚定装置，电动船的内部设有自主导航控制系统和用于检测水质的水质检测仪。

进一步方案，所述电动船是由两个船形舱体和连接两个船形舱体的连接舱体组成，所述半环形支撑架的两底端固定在两个船形舱体上。

进一步方案，所述检测避障装置包括用于避障碍物的激光雷达、视频摄像机、声光报警器和水下声纳；所述激光雷达、视频摄像机、声光报警器和水下声纳的输出端均与电动船上的中央控制器进行电连接，所述中央控制器的输出端分别与螺旋桨、锚定装置电连接。

进一步方案，所述自主导航控制系统包括固设于半环形支撑架顶端的传输天线，所述传输天线包括GPS传输天线和GPRS传输天线，所述GPS传输天线的输出端通过GPS卫星定位传感器与电动船上的中央控制器连接；所述GPRS传输天线的输出端通过GPRS无线数传模块与中央控制器连接；所述中央控制器的输入端与电子罗盘连接，用于对电动船的行驶方向进行识别。

本发明中的中央控制器、电子罗盘、锚定装置均是电动船自带已知设备，其结构与工作原理是已知。锚定装置包括船锚、船锚绞车、绞车电机、减速器，电机转动时通过减速器驱动船锚绞车转动，实现所述船锚的起降。

风力发电机也是现有已知产品，是将风能转换为机械功，机械功再带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。其由叶片、机头、转体、尾翼组成，叶片用来接受风力并通过机头转为电能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能。

激光雷达是以激光为工作光束的雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。它是由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送给中央控制器来驱动船体避开障碍物。

视频摄像机采集视频并通过中央控制器对视频图像进行处理，将采集到的自动识别水面障碍物并控制所述驱动装置完成避障，并将结果上传到数据库。有障碍时声光报警器工作，进行远程报警。