一种深海机器人供电系统的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体地说，涉及一种深海机器人供电系统。

背景技术：

无人遥控潜水器(remoteoperatedvehicle，简称rov)用于执行水下任务，不同类型的rov功能多种多样，因此rov现已被广泛应用于军队、海岸警卫、海事、海关、核电、水电、海洋石油、渔业、海上救助、管线探测以及海洋科学研究等各个领域。

目前，深海机器人采用传统的三相交流供电并直接驱动机器人内部的电机运行，这种供电方式存在效率低下、启动过流以及所需冗余量大的问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种深海机器人供电系统，所述系统包括：

水面供电装置，其设置在船舶上并用于对设置在所述船舶上的船上发电机所提供的低压交流电进行处理，得到相应的高压直流电；

水下中继器，其设置在水下并与所述水面供电装置连接，用于对所述水面供电装置传输来的高压直流电进行转换，并将转换得到的电能传输至深海机器人。

根据本发明的一个实施例，所述水面供电装置包括：

升压变压器，其与所述船上发电机连接，用于将所述船上发电机所提供的低压交流电转换为相应的第一高压交流电；

第一整流器，其与所述升压变压器连接，用于对所述升压变压器传输来的第一高压交流电进行交-直转换，得到高压直流电。

根据本发明的一个实施例，所述水下中继器通过铠装脐带缆与所述水面供电装置连接。

根据本发明的一个实施例，所述水下中继器通过非铠装脐带缆与所述深海机器人连接。

根据本发明的一个实施例，所述水下中继器包括：

第一逆变装置，其与所述水面供电装置连接，用于对所述水面供电装置传输来的高压直流电进行逆变处理，得到第二高压交流电。

根据本发明的一个实施例，所述水下中继器包括：

dc-dc变流器，其与所述水面供电装置连接，用于对所述水面供电装置传输来的高压直流电进行处理，得到低压直流电。

根据本发明的一个实施例，所述水下中继器通过无线传输的方式与所述深海机器人连接。

根据本发明的一个实施例，所述水下中继器包括：

第二逆变装置，其与所述水面供电装置连接，用于对所述水面供电装置传输来的高压直流电进行逆变处理，得到第三高压交流电。

非接触式供电装置，其与所述第二逆变装置连接，用于将所述第二逆变装置传输来的电能通过非接触的方式传输至所述深海机器人中的电能接收器。

根据本发明的一个实施例，所述水下中继器集成在脐带缆管理系统中。

本发明所提供的深海机器人供电系统在船舶上增设了一个整流器，其能够将升压变压器所输出的三相交流电转换为高压直流电进行输出。相较于现有的直接采用三相交流电为深海机器人中的电机供电的供电系统，本系统由原来的三线供电改为两线供电，并且其只传输深海机器人中的电机所需要的有功功率，因此也就使得整个脐带缆的导线数量减少，同时导线直径也减小，这样也就大大降低了脐带线缆的重量和成本。

同时，对于本发明所提供的深海机器人供电系统来说，水下机器人水平运行距离的脐带缆相对于从船舶到水下中继器(即从水面供电装置到水下中继器)的距离要短得多，因此水下机器人水平运行距离也就可以忽略，该系统也就可以视为就地为水下机器人中的电机提供无功功率，这样也就可以有效减少无功功率远距离传输所带来的电压降大、脐带缆功率损耗大以及发热严重等问题。而通过减小脐带缆上的电压降，该系统还能够有效提高水下受电端的电压。

此外，本发明所提供的深海机器人供电系统采用变频控制的方式来驱动水下机器人中的电机运行。通过对电机进行变频控制，该系统可以有效减小电机的启动电流并为电机提供所需要的电压，同时，该系统还可以根据负载的实际情况来控制电机，从而提高了电机的运行效率。另外，通过对电机进行变频控制，该系统还可以有效减少水下机器人中的电机的重量，同时并不需要在水下机器人上增加其它设备，因此该系统可以大大降低水下机器人的整体重量和体积，这不仅有助于减小水下机器人的航行阻力，还能够直接大大降低水下机器人的成本。

另外，该系统还能够有效减小脐带缆电流的有效值，从而减少圈绕在甲板绞车上的脐带缆的过温问题，这样也同时减少了整个脐带缆(可以长达数千米)上由于电阻的发热而导致的能量损失。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的深海机器人供电系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的深海机器人供电系统的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的深海机器人供电系统的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的深海机器人供电系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

对于本发明来说，深海机器人供电系统不应当增加深海机器人本体的重量和体积，考虑到该问题，本发明所提供的深海机器人供电系统采用了水下中继器的方式来为深海机器人供电。由于水下中继器并不随深海机器人的运动而移动，因此水下中继器一旦布置其位置相对于船舶基本不动，这样也就可以实现在不增加深海机器人的运行阻力的情况下就近实现对深海机器人中电机进行驱动。

为了更加清楚地阐述本发明所提供的深海机器人供电系统的结构、原理以及优点，以下分别结合不同的实施例来对该供电系统作进一步地说明。

实施例一：

图1示出了本实施例所提供的深海机器人供电系统的结构示意图。本实施例中，该深海机器人优选地为无人遥控潜水器rov。

如图1所示，本实施例所提供的深海机器人供电系统优选地包括：水面供电装置101和水下中继器102。其中，水面供电装置101设置在船舶上，其与船舶上的船上发电机100连接，这样船上发电机100所提供的低压交流电也就可以传输至水面供电装置101。当然，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，船上发电机100也可以作为水面供电装置101的一组成部分，本发明不限于此。

本实施例中，水面供电装置101能够对船上发电机100所提供的低压交流电进行处理，从而得到相应的高压直流电。具体地，如图1所示，本实施例中，水面供电装置101优选地包括升压变压器101a和第一整流器101b。其中，升压变压器101a与船上发电机100连接，其能够对船上发电机100所提供的低压交流电进行升压转换，从而得到第一高压交流电。第一整流器101b与升压变压器101a连接，其能够对升压变压器101a所传输来的第一高压交流电进行交-直转换，从而得到与第一高压交流电相对应的高压直流电。

本实施例中，水下中继器102优选地通过铠装脐带缆与水面供电装置101连接，其能够对水面供电装置101传输来的高压直流电进行转换，并将转换得到的电能传输至与之连接的深海机器人103，以驱动深海机器人103中的相应电机运行。

具体地，本实施例中，水下中继器102优选地设置于船舶的正下方并且处于海底或者靠近海床的位置处，这样水下中继器102与船舶之间的距离也就可以尽量短。在深海机器人103运行的过程中，由于水下中继器102是相对于船舶静止的，因此水下中继器102除了需要克服自身重力与浮力差外并不需要外部提供其它能量来维持自身位置(例如不需要通过螺旋桨来维持自身位置)。本实施例中，水下中继器102可以通过铠装脐带缆来克服自身重力与浮力差并保持自身与船舶之间的相对静止。

本实施例中，水下中继器102优选地包括第一逆变装置102a。第一逆变装置102a通过铠装脐带缆与第一整流器101b的正极与负极连接，其能够对第一整流器101b所提供的高压直流电进行逆变处理，从而得到第二高压交流电。其中，第一整流器101所输出的第二高压交流电为三相变频交流电，其优选地通过非铠装脐带缆与无人遥控潜水器rov中的电机连接，从而驱动电机的运行以使得无人遥控潜水器rov能够在水下自由活动。

由于rov系统中脐带线缆管理系统(tethermanagementsystem，简称tms)位于船舶正下方并位于海底或者靠近海底的位置处，而本实施例所提供的深海机器人供电系统中的水下中继器102正好需要处于上述位置，因此本实施例中，水下中继器102优选地可以集成在tms中。

本实施例所提供的深海机器人供电系统在船舶上增设了一个整流器，其能够将升压变压器所输出的三相交流电转换为高压直流电进行输出。相较于现有的直接采用三相交流电为深海机器人中的电机供电的供电系统，本系统由原来的三线供电改为两线供电，并且其只传输深海机器人中的电机所需要的有功功率，因此也就使得整个脐带缆的导线数量减少，同时导线直径也减小，这样也就大大降低了脐带线缆的重量和成本。

同时，对于本实施例所提供的深海机器人供电系统来说，无人遥控潜水器rov水平运行距离的脐带缆相对于从船舶到水下中继器(即从水面供电装置到水下中继器)的距离要短得多，因此无人遥控潜水器rov水平运行距离也就可以忽略，该系统也就可以视为就地为无人遥控潜水器rov中的电机提供无功功率，这样也就可以有效减少无功功率远距离传输所带来的电压降大、脐带缆功率损耗大以及发热严重等问题。而通过减小脐带缆上的电压降，该系统还能够有效提高水下受电端的电压。

此外，本实施例所提供的深海机器人供电系统采用变频控制的方式来驱动无人遥控潜水器rov中的电机运行。通过对电机进行变频控制，该系统可以有效减小电机的启动电流并为电机提供所需要的电压，同时，该系统还可以根据负载的实际情况来控制电机，从而提高了电机的运行效率。另外，通过对电机进行变频控制，该系统还可以有效减少无人遥控潜水器rov中的电机的重量，同时并不需要在无人遥控潜水器rov上增加其它设备，因此该系统可以大大降低无人遥控潜水器rov的整体重量和体积，这不仅有助于减小无人遥控潜水器rov的航行阻力，还能够直接大大降低无人遥控潜水器rov的成本。

另外，该系统还能够有效减小脐带缆电流的有效值，从而减少圈绕在甲板绞车上的脐带缆的过温问题，这样也同时减少了整个脐带缆(可以长达数千米)上由于电阻的发热而导致的能量损失。

实施例二：

图2示出了本实施例所提供的深海机器人供电系统的结构示意图。

如图2所示，与实施例一所提供的深海机器人供电系统类似地，本实施例所提供的深海机器人供电系统优选地同样包括：水面供电装置101和水下中继器102。其中，水面供电装置水面供电装置101的结构以及实现其功能的原理与上述实施例一中相关阐述内容相同，故在此不再对水面供电装置水面供电装置101的相关内容进行赘述。

对于某些无人遥控潜水器rov来说，其内部装配有与电机连接的水下逆变电路。如图2所示，该无人遥控潜水器rov包括多个电机(例如第一电机104a、第二电机104b、….、第n电机104n等)，与电机数量相对应的，该无人遥控潜水器rov还包括多个水下逆变电路(例如第一水下逆变电路103a、第二水下逆变电路103b、…、第n水下逆变电路103n等)，这些电机与与水下逆变电路对应连接。

对于这类无人遥控潜水器rov，由于电机连接有逆变电路，因此传输至潜水器的电能则应为直流电。因此，本实施例中，水下中继器102优选地包括dc-dc变流器102b。dc-dc变流器102b与第一整流器101b连接，其能够对第一整流器101b传输来的高压直流电进行处理以实现对高压直流电的降压和隔离，从而得到相应的低压直流电，并将该低压直流电传输至与之连接的水下逆变电路，从而驱动相应的电机运行。

本实施例中，水下中继器102与水面供电装置101以及无人遥控潜水器rov的连接方式与上述实施例一中相应内容相同，故在此不再对水下中继器102的相关内容进行赘述。

实施例三：

图3示出了本实施例所提供的深海机器人供电系统的结构示意图。

本实施例中，深海机器人优选地为自主式水下潜水器(autonomousunderwatervehicle，简称auv)。自主式水下潜水器通常是无缆水下机器人，其能具有活动范围大、机动性能好、安全、智能化等优点。针对该类水下机器人，与实施例一所提供的深海机器人供电系统类似地，本实施例所提供的深海机器人供电系统优选地同样包括：水面供电装置101和水下中继器102。其中，水面供电装置水面供电装置101的结构以及实现其功能的原理与上述实施例一中相关阐述内容相同，故在此不再对水面供电装置水面供电装置101的相关内容进行赘述。

自主式水下潜水器auv在工作的过程中通常使用自身配备的蓄电池来为电机提供电能。对于采用供电线缆来为自身内部的蓄电池充电的自主式水下潜水器auv来说，由于通常利用直流电来为蓄电池充电，因此如图3所示，与实施例二所提供的水下中继器类似地，本实施例所提供的深海机器人供电装置中水下中继器102优选地同样包括dc-dc变流器102c。dc-dc变流器102c与第一整流器101b连接，其能够对第一整流器101b传输来的高压直流电进行处理以实现对高压直流电的降压和隔离，从而得到相应的低压直流电。

当自主式水下潜水器auv处于非工作状态或者需要充电时，dc-dc变流器102c会通过供电线缆来与自主式水下潜水器auv中的蓄电池105连接，这样也就可以通过供电线缆向蓄电池105传输低压直流电，从而为蓄电池105充电。当蓄电池105充电完成后，自主式水下潜水器auv将与水下中继器102断开连接，并利用蓄电池105所提供的电能来驱动电机运行。

当然，对于某些自主式水下潜水器auv，其还可能采用其它非接触式充电的方式。具体地，如图4所示，对于这类自主式水下潜水器auv，其内部还会设置有非接触式电能接收器106以及整流电路107。其中，非接触式电能接收器106用于接收外部通过非接触式传输来的电能，并根据接收到的电能生成相应的交流电。整流电路107与非接触式电能接收器106连接，其能够对电能接收器106所传输来的交流电进行交-直转换，并将转换得到的直流电传输至与之连接的蓄电池105，从而为蓄电池105充电。

因此，本实施例中，水下中继器102优选地包括第二逆变装置102d和非接触式供电装置102e。其中，第二逆变装置102d通过铠装脐带缆与第一整流器101b的正极与负极连接，其能够对第一整流器101b所提供的高压直流电进行逆变处理，从而得到第三高压交流电。非接触式供电装置102e与第二逆变装置102d连接，其用于将第二逆变装置102d所传输来的电能通过非接触的方式传输至电能接收器106，从而实现对蓄电池105的充电。

本实施例中，水下中继器102与水面供电装置101的连接方式与上述实施例一中相应内容相同，故在此不再对水下中继器102的相关内容进行赘述。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。