CN103057681A

CN103057681A - 一种水下监测机器人

Info

Publication number: CN103057681A
Application number: CN2013100198075A
Authority: CN
Inventors: 韦余凤; 孔凡让
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种水下监测机器人，包括：总体框架；设置于总体框架左右两侧的两个水平螺旋桨推进器；设置于总体框架中间位置的垂直螺旋桨推进器；设置于总体框架上的观测模块。本发明提供的水下监测机器人，螺旋桨推进器为水下机器人提供动力，它通过电机带动叶片旋转产生推力。由于其控制灵活，反应快速，因此在水下机器人上得到了很好的应用。本发明利用两个水平螺旋桨推进器，控制机器人的进退和转弯，当左右两个螺旋桨以相同转速同向转动时，机器人可实现沿直线前进或后退;而左右两个水平螺旋桨推进器以相同转速按不同方向转动时，可实现原地转动，以差速转动时，机器人可实现任意半径转弯，垂直螺旋桨推进器可以轻松控制机器人的沉浮。

Description

一种水下监测机器人

技术领域

本发明水下监测设备技术领域，更具体地说，涉及一种水下监测机器人。

背景技术

对于渔类行为观察，水产养殖网箱检查，港口和船体的水下检查，水域和水闸等日常排污和监测等领域具有广泛的应用。

我国海岸线漫长，浅水区域分布广泛，随着近年来国家对海洋资源的不断重视和开发，相关水域的水产养殖，水文探测，资源勘探，水下考古，安全监测等活动繁多，但随着水下作业的人工成本不断增加以及水中危险事件的频发，使人们对能够代替人工作业的小型水下机器人的需求愈发强烈，因此，开展适用于浅水区域的低成本，体积小，多功能的小型水下机器人的研究对科技进步，经济发展都有着重要的现实意义和重大的使用价值。

现有的低成本民用小型水下机器人，通过改变本体沉浮系统的排水体积来改变机器人在水中的浮力，从而实现上升和沉降。现有的小型机器人通过沉浮系统的排水体积来改变机器人在水中的浮力，存在上升和沉降速度慢，水下监测不灵活高效的缺点。

另外，现有的低成本民用小型水下机器人通常没有观测装置，有的即使有观测装置，但是固定在机器人耐压舱内的，不能够转动，不够灵活，不便于对水下情况进行全方位的监测。

因此，如何解决上升和沉降速度慢，水下监测不灵活高效的问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水下监测机器人，以解决上升和沉降速度慢，水下监测不灵活高效的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水下监测机器人，包括：

总体框架；

设置于所述总体框架左右两侧的两个水平螺旋桨推进器；

设置于所述总体框架中间位置的垂直螺旋桨推进器；

设置于所述总体框架上的观测模块。

优选地，在上述水下监测机器人中，还包括设置于所述总体框架顶部的浮力模块，所述浮力模块上开设有中间通孔，所述垂直螺旋桨推进器与所述中间通孔相通。

优选地，在上述水下监测机器人中，所述浮力模块的顶部为弧面。

优选地，在上述水下监测机器人中，所述浮力模块采用玻璃微珠固体浮力材料制成。

优选地，在上述水下监测机器人中，所述观测模块包括：

透明筒，所述透明筒的两端设有端盖；

设置于所述透明筒内的摄像头；

设置于所述透明筒内，驱动所述摄像头旋转的步进电机。

优选地，在上述水下监测机器人中，所述摄像头为具有红外补光功能的摄像头。

优选地，在上述水下监测机器人中，所述透明筒为PC透明筒，所述端盖为尼龙端盖。

优选地，在上述水下监测机器人中，还包括设置于所述总体框架上的集线装置，所述集线装置包括：

密封厢；

设置于所述密封厢一端的入线防水接头；

设置于所述密封厢另一端的出线防水接头，所述水平螺旋桨推进器、垂直螺旋桨推进器和观测模块的线缆由所述入线防水接头进入，在所述密封厢内整合成一条控制线，由所述出线防水接头引出与母船上放置的控制箱连接。

优选地，在上述水下监测机器人中，所述水平螺旋桨推进器、垂直螺旋桨推进器和观测模块均通过支撑板安装在所述总体框架上。

优选地，在上述水下监测机器人中，所述总体框架上分布有等间距布置的调节螺孔，安装螺栓穿过所述水平螺旋桨推进器、垂直螺旋桨推进器和观测模块上的支撑板与所述调节螺孔螺纹配合。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的水下监测机器人，螺旋桨推进器为水下机器人提供动力，它通过电机带动叶片旋转产生推力。由于其控制灵活，反应快速，因此在水下机器人上得到了很好的应用。本发明利用两个水平螺旋桨推进器，控制机器人的进退和转弯，当左右两个螺旋桨以相同转速同向转动时，机器人可实现沿直线前进或后退;而左右两个水平螺旋桨推进器以相同转速按不同方向转动时，可实现原地转动，以差速转动时，机器人可实现任意半径转弯，垂直螺旋桨推进器可以轻松控制机器人的沉浮。

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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的水下监测机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一角度的水下监测机器人的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的水下监测机器人的侧视图；

图4为本发明实施例提供的浮力模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的观测模块的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的集线装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种水下监测机器人，以解决上升和沉降速度慢，水下监测不灵活高效的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图1-图4，图1为本发明实施例提供的水下监测机器人的结构示意图；图2为本发明实施例提供的另一角度的水下监测机器人的结构示意图；图3为本发明实施例提供的水下监测机器人的侧视图；图4为本发明实施例提供的浮力模块的结构示意图。

本发明实施例提供的水下监测机器人，包括总体框架、水平螺旋桨推进器1、垂直螺旋桨推进器2和观测模块4。

其中，总体框架为水下监测机器人的骨架和支撑部件。水平螺旋桨推进器1为两个，分别设置于总体框架的左右两侧，两个水平螺旋桨推进器1用于驱动水下监测机器人的前进、后退和旋转。设置两个水平螺旋桨推进器1能够保持水下监测机器人的平衡，也是能够旋转的要求。所谓水平螺旋桨推进器1应当理解为水平布置，即推进方向为水平方向的螺旋桨推进器；相应地，垂直螺旋桨推进器2应当理解为垂直布置，即推进方向为垂直方向的螺旋桨推进器。

垂直螺旋桨推进器2设置于总体框架的中间位置，在本实施例中，垂直螺旋桨推进器2的数量为一个，当然也可为多个，只要保持平衡布置即可。观测模块4设置于总体框架上，用于实时接收控制装置的控制指令，采集水下的图像信息并送回到母船上的显示系统，实现对水下情况的实时监控。

本发明提供的水下监测机器人，螺旋桨推进器为水下机器人提供动力，它通过电机带动叶片旋转产生推力。由于其控制灵活，反应快速，因此在水下机器人上得到了很好的应用。本发明利用两个水平螺旋桨推进器1，控制机器人的进退和转弯，当左右两个螺旋桨以相同转速同向转动时，机器人可实现沿直线前进或后退;而左右两个水平螺旋桨推进器1以相同转速按不同方向转动时，可实现原地转动，以差速转动时，机器人可实现任意半径转弯，垂直螺旋桨推进器2可以轻松控制机器人的沉浮。

由于水下监测机器人的比重大于水的比重，这样就会使得对垂直螺旋桨推进器2的动力性要求较高。为了避免此问题，本发明还可包括设置于总体框架顶部的浮力模块3，浮力模块3上开设有中间通孔31，垂直螺旋桨推进器2与中间通孔31相通。增加浮力模块3后，能够保证水下监测机器人的比重为1.2:1，因此在重心位置垂直放置的垂直螺旋桨推进器2可以轻松控制水下监测机器人的沉浮。

为了避免在上升时，浮力模块3的阻力，在本实施例中，浮力模块3的顶部为弧面，减小在水中运动的阻力。浮力模块3采用玻璃微珠固体浮力材料制成，玻璃微珠固体浮力材料的密度为0.4g/cm³，根据机器人设计比重1.2：1计算最后所需提供的额外浮力的大小，确定浮力模块3的体积。

请参阅图5，图5为本发明实施例提供的观测模块的结构示意图。

在本发明一具体实施例中，观测模块4包括透明筒44、摄像头43和步进电机42。

其中，透明筒44的两端设有端盖41，以保证透明筒44内的密封性。摄像头43设置于透明筒44内，驱动摄像头43旋转的步进电机42设置于透明筒44内。

本发明通过控制装置将指令发送给步进电机42，通过传动齿轮带动摄像头43的中心轴来控制摄像头43在角度为±75°的范围内旋转和定位到特定的角度，实现配合水下作业、水文探测和安全监视等需要。控制摄像头43的转动相对于现有的控制机器人本体的转动或控制螺旋桨推进器相对机身的转动要容易实现，并且控制灵活，响应快速。

进一步地，摄像头43为具有红外补光功能的摄像头，透明筒44为PC透明筒，端盖41为尼龙端盖。PC透明筒空间利用率高，透光性好。

请参阅图6，图6为本发明实施例提供的集线装置的结构示意图。

为了进一步优化上述技术方案，本发明还可包括设置于总体框架上的集线装置5，集线装置5包括密封厢53、入线防水接头51和出线防水接头52。

其中，入线防水接头51设置于密封厢53的一端，出线防水接头52设置于密封厢53的另一端，水平螺旋桨推进器1、垂直螺旋桨推进器2和观测模块4的线缆由入线防水接头51进入，在密封厢53内整合成一条控制线，由出线防水接头52引出与母船上放置的控制箱连接。本发明的电缆采用静密封，稳定性和安全性能更好。

进一步地，水平螺旋桨推进器1、垂直螺旋桨推进器2和观测模块4均通过支撑板安装在总体框架上。总体框架上分布有等间距布置的调节螺孔，安装螺栓穿过水平螺旋桨推进器1、垂直螺旋桨推进器2和观测模块4上的支撑板与调节螺孔螺纹配合。本发明不仅方便各个模块的安装、拆卸和维修，而且便于调整整机的重心和浮心，以及后续扩展其他的功能模块。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种水下监测机器人，其特征在于，包括：

总体框架；

设置于所述总体框架左右两侧的两个水平螺旋桨推进器（1）；

设置于所述总体框架中间位置的垂直螺旋桨推进器（2）；

设置于所述总体框架上的观测模块（4）。

2.如权利要求1所述的水下监测机器人，其特征在于，还包括设置于所述总体框架顶部的浮力模块（3），所述浮力模块（3）上开设有中间通孔（31），所述垂直螺旋桨推进器（2）与所述中间通孔（31）相通。

3.如权利要求2所述的水下监测机器人，其特征在于，所述浮力模块（3）的顶部为弧面。

4.如权利要求2所述的水下监测机器人，其特征在于，所述浮力模块（3）采用玻璃微珠固体浮力材料制成。

5.如权利要求1-4任一项所述的水下监测机器人，其特征在于，所述观测模块（4）包括：

透明筒（44），所述透明筒（44）的两端设有端盖（41）；

设置于所述透明筒（44）内的摄像头（43）；

设置于所述透明筒（44）内，驱动所述摄像头（43）旋转的步进电机（42）。

6.如权利要求5所述的水下监测机器人，其特征在于，所述摄像头（43）为具有红外补光功能的摄像头。

7.如权利要求5所述的水下监测机器人，其特征在于，所述透明筒（44）为PC透明筒，所述端盖（41）为尼龙端盖。

8.如权利要求5所述的水下监测机器人，其特征在于，还包括设置于所述总体框架上的集线装置（5），所述集线装置（5）包括：

密封厢（53）；

设置于所述密封厢（53）一端的入线防水接头（51）；

设置于所述密封厢（53）另一端的出线防水接头（52），所述水平螺旋桨推进器（1）、垂直螺旋桨推进器（2）和观测模块（4）的线缆由所述入线防水接头（51）进入，在所述密封厢（53）内整合成一条控制线，由所述出线防水接头（52）引出与母船上放置的控制箱连接。

9.如权利要求5所述的水下监测机器人，其特征在于，所述水平螺旋桨推进器（1）、垂直螺旋桨推进器（2）和观测模块（4）均通过支撑板安装在所述总体框架上。

10.如权利要求9所述的水下监测机器人，其特征在于，所述总体框架上分布有等间距布置的调节螺孔，安装螺栓穿过所述水平螺旋桨推进器（1）、垂直螺旋桨推进器（2）和观测模块（4）上的支撑板与所述调节螺孔螺纹配合。