CN101475055A - 水下机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下机器人，其包括带有密封舱室的机身、机身内装有水下摄像机和用于无线接收导入程序指令的控制系统，该控制系统带有电机驱动电路，该机身还活动连接有多个动力推进装置，用于输出动力的同时，使机身发生角度旋转。本发明机器人可以实现一定流速下的水中动力悬停，同时保持一定的上下倾角，以配合实现如检测作业、科学探险、无人侦查等需要。该水下机器人可以完成水体的温度、深度、声纳、及水体摄像等工作，具有轻便灵活、工作可靠等优点。

Description

水下机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种可进行水下作业，能满足工程检测、科学探险、无人侦查等需要的水下机器人。
背景技术
自主式水下航行体(AUV)，又叫水下机器人，是水下无人航行器(UUV)的一种。水下无人航行器(UUV)技术无论在军事上、还是民用方面都已不是新事物，其研制始于50年代，早期主要用于海上石油与天然气的开发等，军用方面主要用于打捞试验丢失的海底武器(如鱼雷)。80年代末，随着计算机技术、人工智能技术、微电子技术、小型导航设备、指挥与控制硬件、逻辑与软件技术的突飞猛进，自主式水下航行体(AUV)得到了大力发展。现有的潜艇技术AUV机器人，上升、下降大多通过改变本体在水中浮力即水压舱注水，排水来实现潜水、浮水的。而且通常只有一到两个动力推进器，响应时间慢，不够机动灵活，不能进行全方位的区域侦察。或者虽然机器能进行一定角度的旋转，但控制烦琐，稳定性差，均无法满足现有的水下勘测所需。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术水下作业机器人不够灵活机动，不能实现多角度灵敏探测的缺陷，提供一种可在实现动力输出的同时，使机身发生一定角度旋转，从而进行灵敏检测、科学探险、无人侦查等需要的水下机器人。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种水下机器人，其包括带有密封舱室的机身和用于无线接收导入程序指令的控制系统，该控制系统带有电机驱动电路，其特点在于，该机身还活动连接有多个动力推进装置，用于输出动力的同时，使机身发生角度旋转。
其中，动力推进装置可垂直于本体方向进行旋转，该旋转角度为大于0度，小于等于360度。
其中，该动力推进装置可相对该机身转动，且与该机身防水式密封连接。各动力推进装置均为一带有螺旋浆的推进器，其包括一转向传动系统和设于该转向传动系统内的一动力传动系统，其中，该动力传动系统用于动力输出，该转向传动系统用于使机身沿自身轴线旋转的同时，还可使本体产生各个方向的空间移动。
其中，该动力传动系统包括一驱动电机，一电机锥齿轮、与该电机锥齿轮相啮合的一齿轮组，及用于动力输出的一中轴，与该齿轮组相连的一螺旋桨。
其中，该齿轮组包括彼此相啮合的一顶锥齿、一底锥齿、一浆锥齿。
其中，该螺旋桨通过一螺旋桨轴与该齿轮组相连。
其中，该转向传动系统包括一转向电机、一输出齿轮、一转动齿轮及一转向柱，该转向柱与上述的中轴套设，且顶端开有两卡槽，该转动齿轮通过一轴衬卡圈和一轴承固定在该卡槽内。
其中，其还包括一无线转接装置，用于通过水下线缆接收水上操作指令信号，并传输到机器人。
其中，该动力推进装置为四个。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明的水下机器人的机身采用了防水密闭式结构，可以满足如工程检测等不同场合作业的需要，可无线传输并导入程序工作。
2、本发明可通过接收地面控制台上发出的控制指令，不仅可实现前进、后退、上升、下降，左右旋转等动作，还可实现一定流速下的动力悬停的同时，使机身多角度旋转，以配合水下全方位检测作业。
3、本发明的水下机器人具备可灵活转动的四套动力推进装置，动力推进装置与机身为密封防水式活动相连。通过其伸出的四组螺旋桨系统工作，大大提高了水下航行速度，可瞬间改变航向，角度对湍流、急流等复杂水体环境的适应能力，实现自主控制及人工操作，且具轻便灵活、工作可靠等优点。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的机器人机身架构图。
图2为本发明较佳实施例的机器人的立体结构图。
图3为本发明较佳实施例的机器人动力推进装置局部剖视图。
图4为本发明较佳实施例的机器人一水中后退运行状态结构图。
图5为本发明较佳实施例的机器人一水中旋转前行状态结构图。
图6为本发明较佳实施例的机器人一水中前行并上升状态结构图。
图7为操作人员控制本发明较佳实施例的机器人的使用状态参考图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
本发明要解决的技术问题是提高水下作业用机器人的水下机动与灵活性。
如图1至图6所示，本发明提供一种水下机器人15，其包括带有密封舱室的机身5、机身5内装有水下摄像机和用于无线传输并导入程序指令的控制系统2，机身5还活动连接有若干动力推进装置1，动力推进装置与机身为密封防水式活动相连，其包括一转向传动系统和一动力传动系统。该动力传动系统用于动力输出，该转向传动系统不但可使机身沿自身轴线旋转，还可使本体产生各个方向的空间移动。
如图3～图6所示，本实施例中的动力推进装置1为一推进器，其连接有一组螺旋浆17。推进器包括一转向传动系统和一动力传动系统，其中，该动力传动系统设于转向传动系统内，用于动力输出，该转向传动系统不但可使机身沿自身轴线旋转，还可使本体产生各个方向的空间移动。
本发明的动力推进装置1有四个，其与机内的控制系统2相连接，控制系统2连接有通讯线缆6，通过通讯线缆6将控制指令传递到动力推进装置1，使机器人15在前进、后退、上升、下降，左右旋转或实现一定流速下的动力悬停的同时，使机身5沿机身轴线进行一定角度的旋转，发生一定的倾角，以配合检测作业、科学探险、无人侦查等所需。
如图3所示，本实施例中的动力传动系统包括一驱动电机1a，一电机锥齿轮1b、与电机锥齿轮1b相啮合的一齿轮组，及用于动力输出的一中轴1d、且与该齿轮组相连的一螺旋桨17。其中，该齿轮组包括彼此相啮合的一顶锥齿1c、一底锥齿1e、一浆锥齿1f。螺旋桨17通过一螺旋桨轴1g与该齿轮组相连。
如图3所示，转向传动系统包括一转向电机1h、一输出齿轮1j、一转动齿轮1k及一转向柱1m。转向柱1m与上述的中轴1d同轴套设，转向柱1n顶端开有两卡槽，转动齿轮1k通过一轴衬卡圈和一轴承1i固定在该卡槽内。
如图1至图6所示，动力推进系统包括两部分，分别为动力传动系统、转向传动系统，下面分别描述：
一、动力传动系统
驱动电机1a转动，通过电机锥齿轮1b将动力传递给顶锥齿轮1c，通过中轴1d、底锥齿轮1e、浆锥齿轮1f、螺旋桨轴1g，最终传递给螺旋桨17。动力系统完全安装在转向系统内，在动力推进装置1转向时，也保持动力的输出。
二、转向传动系统
转向电机1h转动，通过安装在机身5内的转向电机输出齿轮1j，带动转动齿轮1k，而转向柱1m顶端上开有两卡槽，通过轴衬卡圈和轴承1i，将转动齿轮1k固定在转向柱1m上。从而将转动力矩传递给转向柱1m，带动整个动力推进装置1及包括螺旋浆机构17，该动力推进装置1可垂直于本体方向进行旋转，角度为大于0度，小于等于360度。
本发明水下机器人的动力传动原理为：机器人15通过机身5内控制系统2，向电机驱动电路3发出信号指令，通过通讯线缆6来实现电机转速及相位角度的驱动控制。转向电机1h与驱动电机1a是由控制系统2中存储的程序控制，也可以是通过接收地面控制台上发送的操作指令信号进行控制的。
本发明的水下机器人15还可实现常用的无线通讯功能，与岸边操作人员13进行通讯。如图1、图7所示，在机器人15上方水体有一漂浮水面上的随本体深浅来收放长短线缆的无线转接装置16。无线转接装置16为一浮力收发线缆装置，其水下部分为可以随机器人15本体的下潜深度调节线缆长短，水上部分为无线信号转发装置，其中有一天线始终在水面以上，负责收发操作人员13控制器与机器人15之间的无线信号。操作人员13通过操作装置14发出无线控制信号到无线转接装置16，即而信号通过水下线缆传输到机器人15。此外，为了方便机器人15在水下取景并观察录制被观察物体，机器人15内还装有水下摄像机，具有角度转向调节功能，可以间接实现对水下景物的观察及拍摄。
如图1所示，作为一种水下作业平台，本发明的水下机器人15还设有用于平衡机身的平衡仪9、进行信号接收的通讯口11及通讯模块10、传感器伺服单元8，进行水下探测用的视觉探头单元4，给控制系统2提供电源的电池12，加速传感器7等构件，可以满足一般工程检测的需要，可无线导入程序工作，也可通过发出控制指令，实现前进、后退、上升、下降，左右旋转等动作，可以实现一定流速下的水中动力悬停，同时使机身旋转保持一定的上下倾角，以配合如检测作业、科学探险、无人侦查等全方位探测需要。此外，水下机器人15可以完成水体的温度、深度、声纳、及水体摄像等工作，具有轻便灵活、工作可靠等优点。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1、一种水下机器人，其包括带有密封舱室的机身、机身内装有水下摄像机和用于无线接收导入程序指令的控制系统，该控制系统带有电机驱动电路，其特征在于，该机身还活动连接有多个动力推进装置，用于输出动力的同时，使机身发生角度旋转。
2、如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，该动力推进装置可垂直于本体方向进行旋转，该旋转角度为大于0度，小于等于360度。
3、如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，该动力推进装置可相对该机身转动，且与该机身防水式密封连接；各动力推进装置均为一连接有一螺旋浆的推进器，其包括一转向传动系统和设于该转向传动系统内的一动力传动系统，其中，该动力传动系统用于动力输出，该转向传动系统用于使机身沿自身轴线旋转的同时，还可使本体产生各个方向的空间移动。
4、如权利要求2所述的水下机器人，其特征在于，该动力传动系统包括一驱动电机，一电机锥齿轮、与该电机锥齿轮相啮合的一齿轮组，及用于动力输出的一中轴，与该齿轮组相连的一螺旋桨。
5、如权利要求4所述的水下机器人，其特征在于，该齿轮组包括彼此相啮合的一顶锥齿、一底锥齿及一浆锥齿。
6、如权利要求4所述的水下机器人，其特征在于，该螺旋桨通过一螺旋桨轴与该齿轮组相连。
7、如权利要求4所述的水下机器人，其特征在于，该转向传动系统包括一转向电机、一输出齿轮、一转动齿轮及一转向柱，该转向柱与上述的中轴套设，且顶端开有两卡槽，该转动齿轮通过一轴衬卡圈和一轴承固定在该卡槽内。
8、如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，其还包括一无线转接装置，用于通过水下线缆接收水上操作指令信号，并传输到机器人。
9、如权利要求1至8中任意一项所述的水下机器人，其特征在于，该动力推进装置为四个。
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