CN105197209A - 水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下工程领域，提供了一种水下机器人，包含上部模块、作业模块、带动所述作业模块旋转的回转机构；其中，所述上部模块包含上部框架，所述回转机构安装在所述上部框架下方，且所述上部模块能够相对所述回转机构的轴线自由旋转；其中，所述水下机器人在执行对作业模块方向有要求的作业时，所述上部模块在每次接收到外部指令后依靠推进器单元调整上部模块的首向，直到所述上部框架的抗流侧朝向流体阻力的方向，而所述回转机构在每次接收到外部指令后带动所述作业模块旋转，直到所述作业模块的作业端朝向作业需求的方向。本发明结构简单，具有更高的抗流能力和推进效率，且适用于较大设备的工作。

Description

水下机器人

技术领域

本发明涉及水下工程领域，尤其是指一种水下机器人。

背景技术

常规无人遥控潜水器具有固定的外形、推进和基本设备布置，并以其前方为主要的作业方向和抗流方向，但在实际的水下应用中，无人遥控潜水器的抗流方向在一般情况下不会变化，传统的潜水器所采取的解决方案在于，将推进器的推力全方向上实现均匀的推力分配，以实现抗流，然而，均匀分配的推进器根据其分配模式，在工作时通常需要熄停朝向扰流方向的推进器。一台正反向推进力均为T1的推进器，在现有技术中常见的矢量布置方案(如图7所示)中第一方向(前进方向)最大推力只能达到1.414(T1+T1)＝2.83T1，且此时不能提供第二方向(侧向)推力，若在第二方向推力达到T1的情况下，第二方向推力只能提供1.83T1，因而抗流效果不足。且在需要更强的抗流效果时，需要将推进器做大，在升高设备成本的同时造成了推进器的推力浪费。因此，需对现有技术加以改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种水下机器人，使推进能力可以集中在一个方向上，在同等成本、使用相同配置的推进器下，本发明可以具有更高的抗流能力和推进效率。

本发明的一种水下机器人，包含上部模块、作业模块、带动所述作业模块旋转的回转机构；

其中，所述上部模块包含上部框架，所述回转机构安装在所述上部框架下方，且所述上部框架能够相对所述回转机构的轴线自由旋转；

所述上部模块包括第一推进器单元和第二推进器单元，所述第一推进器单元的使力线方向与主设计抗流方向一致，用于获取较强的最大抗流能力，第二推进器单元的使力线方向与第一推进器单元使力线方向垂直，用于获取垂直于主设计抗流方向的侧移能力；

其中，所述水下机器人在执行对作业模块方向有要求的作业时,所述上部模块在每次接收到外部指令后利用推进器单元驱动上部模块调整水下机器人的首向，直到所述上部模块的抗流侧朝向流体阻力的方向，而所述回转机构在每次接收到外部指令后带动所述作业模块旋转，直到所述作业模块的作业端朝向作业需求的方向。

本发明的实施方式相对于现有技术而言，由于作业模块的方向相对上部模块的方向可以实时调整，所以上部模块抗流能力很强的首向可以一直顶住水流方向，回转机构根据作业对象调整作业模块的作业方向后使水下机器人在水流较大的环境中仍能作业,其结构简单，具有较高的抗流能力和推进效率。

进一步地，所述第一推进器单元包括N个第一推进器，所述第二推进器单元包括M个第二推进器，且所述N，M为自然数，便于将主要推力集中在第二方向上。

进一步地，所述水下机器人还包含一用于检测水流方向的检测模块、与所述检测模块电性连接用于控制所述上部模块的控制模块；

其中，所述上部模块接收到的外部指令为所述控制模块根据所述检测模块所检测到的水流方向，向所述上部模块发送的控制指令，使水下机器人具备了水流方向的判断力，实现了方向上的自动调节。

进一步地，所述水下机器人还设有一用于控制所述上部模块的遥控器；

或者，所述上部模块接收到的外部指令为所述遥控器向所述上部模块发送的遥控指令。工作人员可以通过观察水下机器人相对管线的位置，通过遥控器控制上部模块的抗流方向与水流方向一致。

进一步地，所述回转机构包括基座、转芯、马达及用以固定作业模块的下部框架，所述基座安装于所述上部框架下方，所述转芯连接于所述下部框架，其中，所述回转机构在接收到外部指令后，由所述马达驱动转芯带动所述下部框架旋转。利用转芯与马达的配合使下部框架的旋转，便于作业模块对管线的检测。

进一步地，所述上部模块还包括一浮力部件，所述浮力部件安装于上部模块上。为了配合推进器的推力控制机器人在水下的深浅。

附图说明

图1为本发明水下机器人的整体结构示意图；

图2为本发明水下机器人的回转机构的示意图；

图3为本发明水下机器人上部模块的结构示意图；

图4为本发明水下机器人的上部模块的分布示意图；

图5为本发明水下机器人的作业模块的示意图；

图6为本发明水下机器人的工作状态图；

图7为现有技术常见的推进器系统的矢量布置图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的实施方式涉及一种水下机器人，本实施方式的水下机器人，如图1所示，包含上部模块1、作业模块2、带动作业模块2旋转的回转机构4，该作业模块2为探测设备6；

其中，上部模块1安装于上部框架11上，回转机构4安装在上部框架11下方，且上部框架11能够相对回转机构4的轴线自由旋转；

上部模块1包括第一推进器单元和第二推进器单元，第一推进器单元的使力线方向与主设计抗流方向一致，用于获取较强的最大抗流能力，第二推进器单元的使力线方向与第一推进器单元使力线方向垂直，用于获取垂直于主设计抗流方向的侧移能力；

其中，水下机器人在执行对作业模块方向有要求的作业时,上部模块1在每次接收到外部指令后，利用推进器单元驱动上部模块1调整水下机器人的首向，直到上部模块1的抗流侧朝向流体阻力的方向，而回转机构4在每次接收到外部指令后带动探测设备6旋转，直到探测设备6的作业端(探测端)朝向管线方向。

在实际应用中，通过操纵上部模块1，始终将上部模块1的抗流方向面向流体阻力方向，当水流从管道侧面袭来时，机器人通过外部指令通过推进器单元驱动上部模块1，使上部框架11转动，将抗流能力强的首向调整至正对水流方向(即第二推进器单元的轴线方向)，将探测设备6的工作方向正对作业需求的方向(被检测管道方向)，然后机器人的第二推进器单元通过第一推进器单元的配合沿管道方向移动，无需使潜水器的前进方向与管道方向一致，使水下机器人在水流较大的环境中仍能作业，从而起到抗流作用，其结构简单，具有更高的抗流能力和推进效率，且适用于较大设备的工作。

同时，如图2所示，回转机构4包括基座41、转芯42、马达43及用以固定探测设备6的下部框架21，基座41安装于上部框架11下方，转芯42连接于下部框架21，回转机构4在接收到外部指令后，由马达43驱动转芯42带动下部框架21旋转，利用转芯42与马达43的配合使下部框架21的旋转，便于探测设备6对管线的检测，且当水流方向有偏差时，通过操纵回转机构4来调整上部框架11的位置，以便于将第二推进器13的方向正对水流方向，来进行有效地抗流。

虽然在实际的水下应用中，水下机器人的抗流方向在一般情况下不会变化，但当天气与环境发生较大变化时，水流的方向也会受影响而改变，因此，通过回转机构4可以将机器人的抗流能力强的方向调节到水流方向进行检测，检测机器人的工作精确高效，具有较高的实用价值。

另外，如图3所示，第一推进器单元包括N个第一推进器12，第二推进器单元包括M个第二推进器13，且N，M为自然数，便于控制不同方向上的推力。第二推进器单元设置于上部框架内相对于抗流面的对侧，便于将主要推力集中在第二方向上。

当N，M大于1时，各个第一推进器12之间或各个第二推进器13之间分别为等距设置，便于受力均匀，作业时第二推进器单元的抗流效果更强。

在本实施例中，如图4所示，第一推进器单元包括一台第一推进器12，第二推进器单元包括三台第二推进器13，第二推进器13设置于第一推进器12的正后方，在作业时，第二推进器13的方向面向流体的阻力方向进行抗流，也可设置第二推进器单元为四台或者五台第二推进器13等，第一推进器单元也可设置成一台第一推进器12以上，当每个方向上的推进器数量越多时，该方向上所受到的推力或动力就越大，可根据实际的使用需要来选择第二推进器13与第一推进器12的数量以达到最好的效果。

值得一提的是，上部框架11抗流侧包含一斜面，斜面与上部框架11的水平面的夹角为锐角，当水流袭来时，有斜面的一侧通过上部模块面向水流，由于斜面会有一个缓冲作用，因此能够减小所受水流的阻力，从而达到更有效的抗流作用。

此外，水下机器人还包含一用于检测水流方向的检测模块(图中未示)、与检测模块电性连接用于控制上部模块1的控制模块(图中未示)；检测模块包括四个方向上的传感器，任意一个传感器感应到水流时向控制模块发出信号；

其中，上部模块1接收到的外部指令为控制模块根据检测模块所检测到的水流方向，向上部模块1发送的控制指令，使水下机器人具备了水流方向的判断力，实现了方向上的自动调节。

或者，水下机器人还可以设为一用于控制上部模块1的遥控器；上部模块1接收到的外部指令为遥控器向上部模块1发送的遥控指令，工作人员可以通过观察水下机器人相对管线的位置，通过遥控器控制上部模块1的抗流方向与水流方向一致。

更要说明的是，如图5所示，探测设备6作业方向为探测设备6的轴线方向，在作业时，要求作业方向沿管道方向，便于根据水流的方向来进行探测，该探测设备6为摄像头，且摄像头设置于下部框架21上，摄像头的作业方向沿其轴线方向，作业时，在其中一个传感器感应到水流方向后，向控制模块发出信号，控制模块接收信号后始终将摄像头的作业方向指向以对应的作业对象为参考的规定方向，机器人可以携带摄像头检测一条输油管线，将探测设备6的工作方向正对被检测管道方向，然后通过上部模块1使机器人沿管道方向移动，若没有摄像头，就需要潜水器的前进方向与管道方向一致，如图6所示，较大的设备就无法工作了。

此外，再如图3所示，上部模块1还包括一浮力部件5，浮力部件5安装于上部模块1上，为了配合推进器的推力能控制机器人在水下的深浅，且该浮力部件5由浮力材料制成，浮力材料可以是由无机轻质填充材料经反应得到的固态化合物，在实际应用中，除了选用这种固态化合物作为浮力材料，也可通过其他低密度、高强度、难吸水的聚合物基固体材料制成浮力部件5，可根据实际需要来选择合适的材料。

本本实施方式所提供的的水下机器人,在摄像头感应到管道方向时，通过控制模块使摄像头的工作方向正对被检测的管道方向，上部模块1的作业方向相对抗流方向的角度可以在水下实时调整，当第一推进器12为一台，第二推进器13为三台时，如果每台推进器前向推力为T1，后向推力为T2＝0.9T1(一般的推进器的后向推力都小于正向推力)，则第二方向最大推力为3T1，第一方向最大推力T1，且两者可同时满足，因而推进能力可以集中在第二推进器13这一个方向上；在作业时，通过操纵上部模块1，始终将上部模块1的抗流方向面向流体阻力方向，在水流从管道侧面吹来时，机器人就可以调整自己的抗流能力强的方向正对水流方向，然后潜水器依靠第二推进器13和第一推进器12配合使第二推进器单元沿管道方向移动，来进行抗流。本发明结构简单，具有较高的抗流能力和推进效率，达到了较高的实用价值。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种水下机器人，其特征在于：包含上部模块、作业模块、带动所述作业模块旋转的回转机构；

其中，所述上部模块包含上部框架，所述回转机构安装在所述上部框架下方，且所述上部模块能够相对所述回转机构的轴线自由旋转；

所述上部模块包括第一推进器单元和第二推进器单元，所述第一推进器单元的使力线方向与主设计抗流方向一致，用于获取较强的最大抗流能力，第二推进器单元的使力线方向与第一推进器单元使力线方向垂直，用于获取垂直于主设计抗流方向的侧移能力；

其中，所述水下机器人在执行对作业模块方向有要求的作业时(例如检测管线)，所述上部模块在每次接收到外部指令后依靠推进器单元调整上部模块的首向，直到所述上部框架的抗流侧朝向流体阻力的方向，而所述回转机构在每次接收到外部指令后带动所述作业模块旋转，直到所述作业模块的作业端朝向作业需求的方向。

2.如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述第一推进器单元包括N个第一推进器，所述第二推进器单元包括M个第二推进器，且所述N，M为自然数。

3.如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述水下机器人还包含一用于检测水流方向的检测模块、与所述检测模块电性连接用于控制所述上部模块的控制模块；

其中，所述上部模块接收到的外部指令为所述控制模块根据所述检测模块所检测到的水流方向，向所述上部模块发送的控制指令。

4.如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述水下机器人还设有一用于控制所述上部模块的遥控器；

其中，所述上部模块接收到的外部指令为所述遥控器向所述上部模块发送的遥控指令。

5.如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述回转机构包括基座、转芯、马达及用以固定作业模块的下部框架，所述基座安装于所述上部框架下方，所述转芯连接于所述下部框架；

其中，所述回转机构在接收到外部指令后，由所述马达驱动转芯带动所述下部框架旋转。

6.如权利要求1至5中任一项所述的水下机器人，其特征在于：所述上部模块还包括一浮力部件，所述浮力部件安装于上部模块上。