一种深海着陆器

1.本实用新型涉及海洋工程和水下装备技术领域，特别是涉及一种深海着陆器。


背景技术：

2.深海着陆器是一种在重力作用下无动力下沉到海底，开展定点探测作业的深海装备，具有成本经济、使用方便、功能灵活等特点，在深海科考领域得到广泛应用。然而现有的深海着陆器仅能定点作业，探测范围有限,此外，在无水面母船的支持下，潜水器等其他深海装备难以在万米海底确定深海着陆器的相对位置，并与该深海着陆器进行有效通信，致使深海着陆器严重缺乏与潜水器等深海装备开展协同作业的能力，难以满足当前深海科学研究的实际需求。


技术实现要素：

3.基于此，本实用新型提供一种能够与外部的深海装置进行协同作业的深海着陆器。
4.一种深海着陆器，包括：
5.着陆器主体，所述着陆器主体能够在自身重力作用下无动力下沉到海底，并能够实现自身的抛载上浮；
6.探测系统，设置于所述着陆器主体上，用于进行海底探测作业；
7.控制系统，设置于所述着陆器主体上；
8.声学引导系统，设置于所述着陆器主体上，并与所述控制系统通信连接,所述声学引导系统能够与外部的深海装置的声学模组建立声信号通讯，以确定所述着陆器主体与外部的所述深海装置之间的相对位置，且所述声学引导系统还能够将自身接收到外部的所述深海装置的声学模组发出的声信号转化为电信号后传递给所述控制系统；以及
9.推进系统，设置于所述着陆器主体上，并与所述控制系统通信连接，所述控制系统用于在接收到所述声学引导系统反馈的所述电信号时向所述推进系统发出控制指令,以控制所述推进系统带动所述着陆器主体朝指定位置移动。
10.在其中一个实施例中,所述声学引导系统包括：
11.全指向换能器，设置于所述着陆器主体上；以及
12.声学引导电子舱，设置于所述全指向换能器和所述控制系统之间，所述全指向换能器用于与外部的所述深海装置的声学模组建立声信号通讯，并能够将自身接收的声信号转化为电信号后传递给所述声学引导电子舱,所述声学引导电子舱用于对所述全指向换能器反馈的电信号进行数据处理,以确定所述着陆器主体与外部的所述深海装置之间的相对位置并将得到的位置信息传递给所述控制系统。
13.在其中一个实施例中,所述着陆器主体包括：
14.主体框架，所述探测系统、所述控制系统、所述声学引导系统及所述推进系统均设置于所述主体框架上；以及
15.抛载系统，设置于所述主体框架上，所述主体框架能够在所述抛载系统的重力作用下无动力下沉到海底，且所述抛载系统能够抛载以实现所述主体框架的上浮。
16.在其中一个实施例中,所述主体框架的浮心与所述主体框架的重心之间具有一定的间距，且所述主体框架的浮心位于所述主体框架的重心的上方。
17.在其中一个实施例中,所述主体框架包括机框和浮力件，所述浮力件设置于所述机框的外侧壁上，所述浮力件用于给所述主体框架提供上浮的浮力。
18.在其中一个实施例中,所述控制系统能够控制所述抛载系统执行定时抛载，所述控制系统还能够在接收到所述声学引导系统反馈的电信号时控制所述抛载系统执行抛载。
19.在其中一个实施例中,所述抛载系统包括：
20.第一抛载执行机构；
21.第二抛载执行机构，所述第一抛载执行机构和所述第二抛载执行机构间隔设置于所述主体框架上；
22.第一导轮；
23.第二导轮，所述第一导轮和所述第二导轮间隔设置于所述主体框架上；
24.第一连接绳，所述第一连接绳的第一端挂设在所述第一抛载执行机构的挂钩端上，所述第一连接绳的第二端依次绕经所述第一导轮和所述第二导轮后挂设在所述第二抛载执行机构的挂钩端上，所述第一抛载执行机构能够锁定或释放所述第一连接绳的第一端和/或所述第二抛载执行机构能够锁定或释放所述第一连接绳的第二端，以使所述第一连接绳在张紧状态和松弛状态之间进行切换；
25.抛载挂钩；
26.第二连接绳，所述第二连接绳的一端与所述第一连接绳的中部连接，所述第二连接绳的另一端与所述抛载挂钩连接；以及
27.压载件，挂设在所述抛载挂钩上，当所述第一连接绳处于所述松弛状态时，所述抛载挂钩能够在自身重力作用下绕自身的轴向转动以释放所述压载件，从而实现所述抛载系统的抛载。
28.在其中一个实施例中,所述推进系统包括：
29.第一推进器，设置于所述着陆器主体上，所述第一推进器用于带动所述着陆器主体朝第一方向移动；以及
30.第二推进器，设置于所述着陆器主体上，所述第二推进器用于带动所述着陆器主体朝与所述第一方向垂直的第二方向移动，从而带动所述着陆器主体朝指定位置移动。
31.在其中一个实施例中,所述探测系统包括：
32.摄像组件，设置于所述着陆器主体上，所述摄像组件用于拍摄海底地形以及海洋生物的视频数据；以及
33.照明组件，设置于所述着陆器主体上，所述照明组件用于给所述摄像组件的拍摄作业提供照明。
34.在其中一个实施例中,所述深海着陆器还包括如下中的至少一个:
35.检测组件，设置于所述着陆器主体上，所述检测组件用于检测所述着陆器主体的状态参数；以及
36.供电系统,设置于所述着陆器主体上，所述供电系统用于给所述深海着陆器的各
用电机构提供所需的电能。
37.本技术提供的深海着陆器具有独立工作模式和协同工作模式，当深海着陆器需要执行独立工作模式时，着陆器主体能够在自身重力作用下无动力下沉到海底，这样深海着陆器则能通过设置在着陆器主体上的探测系统开展定点海底探测作业；
38.当深海着陆器需要执行协同工作模式时(即当深海着陆器需要移动变换作业位点与外部的深海装置进行协同作业时)，声学引导系统能够与外部的深海装置的声学模组建立声信号通讯，以确定着陆器主体与外部的深海装置之间的相对位置，当声学引导系统接收到外部的深海装置的声学模组发出的声信号后，声学引导系统可将自身接收到外部的深海装置的声学模组发出的声信号转化为电信号后传递给控制系统，此时控制系统在接收到声学引导系统反馈的电信号时则会向推进系统发出控制指令,从而控制推进系统带动着陆器主体朝指定位置移动，从而使得深海着陆器能够满足与外部的深海装置协同作业执行在海底多个不同位点开展探测作业的科考需求；
39.本技术采用的基于声学引导作业是一种无缆化的高效安全的协同作业方式，通用性好，摆脱了传统的光纤或光电复合缆的有缆作业方式存在的探测作业范围受线缆长度限制以及线缆意外缠绕的风险，能够全向且远距离的与外部的深海装置建立声信号通讯，可实现对深海着陆器的快速引导、高精度导航定位以及控制指令的高速传输，使得深海着陆器能够与外部的深海装置开展协同作业。
附图说明
40.图1为一实施例中的深海着陆器的结构示意图；
41.图2为图1所示的深海着陆器的另一视角的结构示意图；
42.图3为图1所示的深海着陆器的又一视角的结构示意图；
43.图4为图1所示的深海着陆器的剖视图。
具体实施方式
44.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
45.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
46.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
47.如图1所示,本技术提供了一种深海着陆器100,该深海着陆器100包括着陆器主体110、探测系统120、控制系统130、声学引导系统140以及推进系统150，着陆器主体110能够在自身重力作用下无动力下沉到海底，并能够实现自身的抛载上浮；探测系统120设置于着陆器主体110上，探测系统120用于进行海底探测作业；控制系统130设置于着陆器主体110
上。
48.声学引导系统140设置于着陆器主体110上，并与控制系统130通信连接,声学引导系统140能够与外部的深海装置的声学模组建立声信号通讯，以确定着陆器主体110与外部的深海装置之间的相对位置，且声学引导系统140还能够将自身接收到外部的深海装置的声学模组发出的声信号转化为电信号后传递给控制系统130。
49.推进系统150设置于着陆器主体110上，并与控制系统130通信连接，控制系统130用于在接收到声学引导系统140反馈的电信号时向推进系统150发出控制指令,以控制推进系统150带动着陆器主体110朝指定位置移动。
50.本技术提供的深海着陆器100具有独立工作模式和协同工作模式，当深海着陆器100需要执行独立工作模式时，着陆器主体110能够在自身重力作用下无动力下沉到海底，这样深海着陆器100则能通过设置在着陆器主体110上的探测系统120开展定点海底探测作业；
51.当深海着陆器100需要执行协同工作模式时(即当深海着陆器100需要移动变换作业位点与外部的深海装置进行协同作业时)，声学引导系统140能够与外部的深海装置的声学模组建立声信号通讯，以确定着陆器主体110与外部的深海装置之间的相对位置，当声学引导系统140接收到外部的深海装置的声学模组发出的声信号后，声学引导系统140可将自身接收到外部的深海装置的声学模组发出的声信号转化为电信号后传递给控制系统130，此时控制系统130在接收到声学引导系统140反馈的电信号时则会向推进系统150发出控制指令,从而控制推进系统150带动着陆器主体110朝指定位置移动，从而使得深海着陆器100能够满足与外部的深海装置协同作业执行在海底多个不同位点开展探测作业的科考需求；
52.本技术采用的基于声学引导作业是一种无缆化的高效安全的协同作业方式，通用性好，摆脱了传统的光纤或光电复合缆的有缆作业方式存在的探测作业范围受线缆长度限制以及线缆意外缠绕的风险，能够全向且远距离的与外部的深海装置建立声信号通讯，可实现对深海着陆器100的快速引导、高精度导航定位以及控制指令的高速传输，使得深海着陆器100能够与外部的深海装置开展协同作业。
53.如图2及图3所示，声学引导系统140包括全指向换能器142和声学引导电子舱144，全指向换能器142设置于着陆器主体110上，声学引导电子舱144设置于全指向换能器142和控制系统130之间，全指向换能器142用于与外部的深海装置的声学模组建立声信号通讯，并能够将自身接收的声信号转化为电信号后传递给声学引导电子舱144,声学引导电子舱144用于对全指向换能器142反馈的电信号进行数据处理,以确定着陆器主体110与外部的深海装置之间的相对位置并将得到的位置信息传递给控制系统130。
54.具体地，全指向换能器142具备发送和接收声信号的双向功能，全指向换能器142设置在着陆器主体110的顶部，保证该全指向换能器142能够全角度无遮挡地发送和接收声信号。
55.如图3所示，着陆器主体110包括主体框架160和抛载系统170，探测系统120、控制系统130、声学引导系统140及推进系统150均设置于主体框架160上；抛载系统170设置于主体框架160上，主体框架160能够在抛载系统170的重力作用下无动力下沉到海底，且抛载系统170能够抛载以实现主体框架160的上浮。
56.在一实施例中，主体框架160呈竖高立扁状，主体框架160的浮心与主体框架160的
重心之间具有一定的间距，且主体框架160的浮心位于主体框架160的重心的上方，从而可有效抑制着陆器主体110航行过程中的附加俯仰运动和附加横滚运动，保证着陆器主体110的运动始终满足探测作业的高稳定性要求。
57.如图3所示，进一步地，主体框架160包括机框162和浮力件164，浮力件164设置于机框162的外侧壁上，浮力件164用于给主体框架160提供上浮的浮力。
58.机框162采用铝合金材料焊接而成，并进行硬质阳极氧化防腐处理，为整个深海着陆器100提供结构支撑，深海着陆器100的其他各部件通过螺栓固定在机框162的对应的各设计位置。机框162的左、右两侧镂空，方便检修人员对设置在机框162内的结构件进行检查维护。
59.控制系统130设置于机框162的内部，推进系统150设置于机框162的外侧壁上，通过上述各结构件的安装布局的设置方式，可有效提高主体框架160的空间利用率，使得深海着陆器100总体结构更加紧凑，体积更小。
60.浮力件164设置在机框162的前侧、后侧及顶部三个方位上，浮力件164具有朝向机框162外部设置的曲面，以保证主体框架160形成浮心在上，重心在下的结构外形布局，进而保证着陆器主体110的运动始终满足探测作业的高稳定性要求。
61.控制系统130能够控制抛载系统170执行定时抛载，具体地，控制系统130具有能够设定抛载时间的定时器，该抛载时间可以为深海着陆器100海底作业的设定最大时长，当深海着陆器100海底作业的时间达到控制系统130的定时器设定的抛载时间以后，控制系统130输出控制指令给抛载系统170，控制抛载系统170执行抛载动作，以实现着陆器主体110的抛载上浮。
62.进一步地，控制系统130能够在接收到声学引导系统140反馈的电信号时控制抛载系统170执行抛载，具体地，当声学引导系统140接收到外部的深海装置的声学模组发出的声信号后，声学引导系统140可将自身接收到外部的深海装置的声学模组发出的声信号转化为电信号后传递给控制系统130，此时控制系统130在接收到声学引导系统140反馈的电信号时则会向抛载系统170发出控制指令,从而控制抛载系统170执行抛载动作，以实现着陆器主体110的抛载上浮。
63.如图4所示，抛载系统170包括第一抛载执行机构171、第二抛载执行机构172、第一导轮173、第二导轮174、第一连接绳175、抛载挂钩176、第二连接绳177以及压载件178，第一抛载执行机构171和第二抛载执行机构172间隔设置于主体框架160上；第一导轮173和第二导轮174间隔设置于主体框架160上；第一连接绳175可以为抛载迪尼玛绳，第一连接绳175的第一端挂设在第一抛载执行机构171的挂钩端上，第一连接绳175的第二端依次绕经第一导轮173和第二导轮174后挂设在第二抛载执行机构172的挂钩端上，第一抛载执行机构171能够锁定或释放第一连接绳175的第一端和/或第二抛载执行机构172能够锁定或释放第一连接绳175的第二端，以使第一连接绳175在张紧状态和松弛状态之间进行切换。
64.第二连接绳177的一端与第一连接绳175的中部连接，第二连接绳177的另一端与抛载挂钩176连接；压载件178可以为压载铁，压载件178挂设在抛载挂钩176上，当第一连接绳175处于松弛状态时，抛载挂钩176能够在自身重力作用下绕自身的轴向转动以释放压载件178，从而实现抛载系统170的抛载。
65.具体在本实施例中，第一抛载执行机构171能够锁定或释放第一连接绳175的第一
端，以使第一连接绳175在张紧状态和松弛状态之间进行切换，且第二抛载执行机构172能够锁定或释放第一连接绳175的第二端，以使第一连接绳175在张紧状态和松弛状态之间进行切换，第一抛载执行机构171、第二抛载执行机构172、第一导轮173、第二导轮174及第一连接绳175形成串联式布局，第一抛载执行机构171和第二抛载执行机构172相互独立，当第一抛载执行机构171和第二抛载执行机构172中的任意一个释放第一连接绳175，便可使第一连接绳175切换成松弛状态，从而使抛载挂钩176在自身重力作用下绕自身的轴向转动以释放压载件178，实现抛载系统170的抛载。
66.具体地，控制系统130能够控制第一抛载执行机构171执行定时释放第一连接绳175的第一端，控制系统130还能够在接收到声学引导系统140反馈的电信号时控制第一抛载执行机构171执行释放第一连接绳175的第一端。
67.进一步地，控制系统130能够控制第二抛载执行机构172执行定时释放第一连接绳175的第二端，控制系统130还能够在接收到声学引导系统140反馈的电信号时控制第二抛载执行机构172执行释放第一连接绳175的第二端。
68.如图4所示，抛载系统170还包括第一抛载能源舱179和第二抛载能源舱180，第一抛载能源舱179用于驱动第一抛载执行机构171执行锁定或释放第一连接绳175的第一端，以使第一连接绳175在张紧状态和松弛状态之间进行切换，第二抛载能源舱180用于驱动第二抛载执行机构172执行锁定或释放第一连接绳175的第二端，以使第一连接绳175在张紧状态和松弛状态之间进行切换。
69.如图2所示，进一步地，在本实施例中，推进系统150包括两组，两组推进系统150分别设置于机框162的左、右两侧。
70.如图3所示，推进系统150包括第一推进器152和第二推进器154，第一推进器152设置于着陆器主体110上，第一推进器152用于带动着陆器主体110朝第一方向移动；第二推进器154设置于着陆器主体110上，第二推进器154用于带动着陆器主体110朝与第一方向垂直的第二方向移动，从而带动着陆器主体110朝指定位置移动，实现着陆器主体110移动变换作业位点和定高悬停作业。
71.在本实施例中，定义第一方向为x方向，第二方向为y方向，第一推进器152用于带动着陆器主体110朝x方向移动，第二推进器154用于带动着陆器主体110朝y方向移动。
72.探测系统120可依据海底科考作业的实际需求搭载相应的设备，如图2所示，在一实施例中，探测系统120包括摄像组件122和照明组件124，摄像组件122设置于着陆器主体110上，摄像组件122用于拍摄海底地形以及海洋生物的视频数据；照明组件124设置于着陆器主体110上，照明组件124用于给摄像组件122的拍摄作业提供照明。具体地，摄像组件122设置于浮力件164的顶部，照明组件124可以为led灯，照明组件124设置于机框162的左、右两侧。
73.探测系统120与控制系统130通信连接，控制系统130能储存探测系统120海底探测作业采集的数据。具体在本实施例中，摄像组件122与控制系统130通信连接，控制系统130能储存摄像组件122拍摄的海底地形以及海洋生物的视频数据。
74.如图2所示，深海着陆器100还包括检测组件182，检测组件182设置于着陆器主体110上，检测组件182用于检测着陆器主体110的状态参数。进一步地,控制系统130与检测组件182通信连接,控制系统130能够根据检测组件182反馈的着陆器主体110的状态参数,控
制推进组件驱动着陆器主体110的移动,进而保证着陆器主体110的运动稳定性。
75.如图2及图3所示，检测组件182包括第一检测件184，第一检测件184可以为深度计，第一检测件184设置于着陆器主体110上，第一检测件184用于检测着陆器主体110所处的深度。检测组件182还包括第二检测件186，第二检测件186可以为电子罗盘，第二检测件186设置于着陆器主体110上，第二检测件186用于检测着陆器主体110的姿态及航行数据。检测组件182还包括第三检测件188，第三检测件188可以为高度计，第三检测件188设置于着陆器主体110上，第三检测件188用于检测着陆器主体110距离海底的高度。
76.如图1所示，深海着陆器100还包括供电系统190,供电系统190设置于着陆器主体110上，具体地，供电系统190设置于机框162内，供电系统190用于给深海着陆器100的各用电机构提供所需的电能。
77.供电系统190包括用于提供电能的电池，电池可以为高能量密度的固态锂电池，电池通过水密电缆与控制系统130电连接，然后由控制系统130给深海着陆器100的其他各用电机构提供稳定的直流电源，并提供过流、过压保护以及硬件缓启动，保证整个深海着陆器100的各用电机构的供电安全。
78.需要指出的是，第一抛载执行机构171、第二抛载执行机构172、控制系统130及供电系统190均包括充油密封湿舱，控制系统130的充油密封湿舱可以为铝合金舱体，供电系统190的充油密封湿舱可以为聚甲醛舱体，通过向各机构对应的充油密封湿舱内注入压力补偿油，进而以使得各机构保持与深海高压环境相适配的压力环境。
79.如图3所示，深海着陆器100还包括压力补偿器192，压力补偿器192设置于机框162内，压力补偿器192通过油管与第一抛载执行机构171、第二抛载执行机构172、控制系统130及供电系统190的充油密封湿舱连接，压力补偿器192用于通过油管向第一抛载执行机构171、第二抛载执行机构172、控制系统130及供电系统190的充油密封湿舱注入压力补偿油。
80.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
81.以上实施例仅表达了本实用新型的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。