CN105292409A - 一种多功能水下移动装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种多功能水下移动装置，它解决了传统水下机器人噪声大，沉浮困难的问题。该装置的特征在于，包括箱体、行走机构、游动机构、沉浮机构、箱盖和控制系统；所述箱体上面设置箱盖，所述箱盖上面中间部分安装一个气囊，所述箱盖下面安装电路板和驱动模块；所述箱体内部左右两侧中间设置腿部驱动电机，所述腿部驱动电机两侧设置脚蹼驱动电机；所述箱体内部底面前方放置电池；所述箱体内部底面后方安装电磁阀和真空泵；所述箱体外面左右两侧靠上部分设置脚蹼转轴；所述箱体外面左右两侧中间部分各设置三条连杆形式的腿。该装置噪声小，不污染环境，可很好地应对水下各种不确定因素，在水下机器人领域有广阔的应用前景和重要的社会意义。

Description

一种多功能水下移动装置

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，具体涉及一种多功能水下移动装置。主要用于替代人工完成对水下电缆、光缆、石油管道的监测、水下排污管路疏堵、水下细微结构抵近观察等作业。

背景技术

在工业应用领域内，现有水下机器人的移动装置多采用螺旋桨推进器实现在海水中的浮游，水下作业时，由于螺旋桨转动，会将周围海水搅拌成漩涡，且噪声非常大，严重影响了鱼类和其它水下生物的生存；另外，这种浮游式的水下机器人要实现在海水中的沉浮，需要很多的外附设备，结构十分复杂，不容易实现海底的探测、取样任务。为此本发明提供一种多功能水下移动装置，该移动装置包括行走机构、游动机构和沉浮机构。游动机构的脚蹼摆动实现在水中的前进、后退和转弯动作；腿式行走机构可完成海底行走任务，沉浮机构用于调整装置在水中的深度位置。该装置通过行走机构、沉浮机构与游动机构的结合，可更好地应对水下各种不确定因素，且噪声小，不污染环境，与水下机器人高效配合，可从事海洋考察、打捞救生、搜索识别、水下监视等作业。

发明内容

本发明的技术目的是克服现有技术中的问题，提供一种多功能水下移动装置。该水下移动装置具有行走、游动、沉浮功能，能够在水面、水中自由灵活的游动，也可在水底行走。可替代人工完成对水下电缆、光缆、石油管道的监测、水下排污管路疏堵、水下细微结构抵近观察等作业。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多功能水下移动装置，其特征在于，包括作为基座的箱体、行走机构、游动机构、沉浮机构、箱盖和控制系统；所述箱体为长方体壳形结构，所述箱体上面设置箱盖，所述箱盖上面中间部分固定安装一个球形气囊，所述箱盖下面固定安装控制系统的电路板和驱动模块；所述箱体内部左右两侧中间设置腿部驱动电机，所述腿部驱动电机两侧设置脚蹼驱动电机；所述箱体内部底面前方固定安装电池；所述箱体内部底面后方固定安装电磁阀和真空泵；所述箱体外面左右两侧靠上部分各设置两个脚蹼转轴，所述脚蹼转轴与脚蹼相连；所述箱体外面左右两侧中间部分各设置三条连杆形式的后腿、中腿和前腿。

前述的一种多功能水下移动装置，所述行走机构主要由后腿连接轴、后腿转轴、后腿、连接杆A、中腿、前腿、离心转盘、连接杆B、滑动销、腿部驱动电机组成；所述离心转盘中心固装在腿部驱动电机的转轴上，中腿和连接杆A、连接杆B的一端铰接在离心转盘的外圆一点上；连杆A的另一端与后腿的一端铰接，连接杆B的另一端与前腿的一端铰接；前腿和后腿的中部铰接在箱体上。

前述的一种多功能水下移动装置，所述游动机构主要由脚蹼、连杆、曲柄、脚蹼驱动电机、脚蹼转轴、轴承座组成；所述曲柄一端固装在脚蹼驱动电机转轴上，一端与连杆相连；所述连杆一端与曲柄相连，一端与脚蹼转轴相连；脚蹼固定在脚蹼转轴的一端，跟随脚蹼转轴摆动，所述轴承座安装在箱体上，用于支撑脚蹼转轴。

前述的一种多功能水下移动装置，所述沉浮机构由气囊、电磁阀、排气管路、真空泵组成，用于调整多功能水下移动装置在水中的深度位置。

前述的一种多功能水下移动装置，所述控制系统由电池、STC89c52单片机、hc-06蓝牙模块、L298N驱动模块、LM2577调压模块、光耦模块和电线组成。可通过手机蓝牙控制多功能水下移动装置的游动、行走、上浮和下潜。

综上所述，该水下移动装置具有行走、游动、沉浮功能，通过手机蓝牙控制水下移动装置在水面、水中自由灵活的游动，也可在水底行走。与传统水下机器人相比，该装置可更好地应对水下各种不确定因素，且噪声小，不污染环境，可替代人工完成对水下电缆、光缆、石油管道的监测、水下排污管路疏堵、水下细微结构抵近观察等作业，在水下机器人领域中有广阔的应用前景和重要的社会意义。

附图说明

图1是本发明的水下移动装置外部结构图；

图2是本发明的水下移动装置内部结构图；

图3是本发明的控制电路图；

图4是本发明的手机遥控器面板图；

其中：图1中的编号分别为：1、气囊2、箱盖3、箱体4、后腿连接轴5、后腿转轴6、后腿7、连接杆A8、中腿9、前腿10、离心转盘11、连接杆B12、游动机构13、轴承座14、滑动销

图2中的编号分别为：15、脚蹼16、电磁阀17、排气管路18、真空泵19、连杆20、曲柄21、电池22、脚蹼驱动电机23、腿部驱动电机24、脚蹼转轴

具体实施方式

为了使本发明的技术方案、技术特征、达成目的与功能易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述。

如图1、图2、图3、图4所示，一种多功能水下移动装置，其特征在于，包括作为基座的箱体3、行走机构、游动机构、沉浮机构、箱盖2和控制系统；所述箱体3为长方体壳形结构，所述箱体上面设置箱盖2，所述箱盖2上面中间部分固定安装一个球形气囊1，所述箱盖2下面固定安装控制系统的电路板和驱动模块；所述箱体3内部左右两侧中间设置腿部驱动电机23，所述腿部驱动电机23两侧设置脚蹼驱动电机22；所述箱体3内部底面前方固定安装电池21；所述箱体3内部底面后方固定安装电磁阀16和真空泵18；所述箱体3外面左右两侧靠上部分各设置两个脚蹼转轴24，所述脚蹼转轴24与脚蹼15相连。所述箱体3外面左右两侧中间部分各设置连杆形式的后腿6、中腿8和前腿9。

下面根据图1-图4说明本发明的工作过程。

游动过程：

按下手机遥控器面板的“向前游”键，手机作为主机通过app发射信号，HC-06蓝牙模块作为从机接收控制信号，并将信号传输给STC89c52单片机，STC89c52单片机发出指令，通过L298N驱动模块驱动左右两侧的四个脚蹼驱动电机22启动，固装在脚蹼驱动电机22转轴上的曲柄20跟随脚蹼驱动电机22转轴旋转，曲柄20带动连杆19摆动；脚蹼转轴24跟随连杆19摆动；左右两侧的四个脚蹼15跟随脚蹼转轴24摆动，实现了水下移动装置的前游动作。

按下手机遥控器面板的“左”键，手机作为主机通过app发射信号，HC-06蓝牙模块作为从机接收控制信号，并将信号传输给STC89c52单片机，STC89c52单片机发出指令，通过L298N驱动模块驱动右侧的两个脚蹼驱动电机22启动，左侧的两个脚蹼驱动电机22停止；固装在脚蹼驱动电机22转轴上的曲柄20跟随脚蹼驱动电机22转轴旋转，曲柄20带动连杆19摆动；脚蹼转轴24跟随连杆19摆动；右侧的两个脚蹼15跟随脚蹼转轴24摆动，左侧的两个脚蹼15不动，实现水下移动装置的向左游的动作。

按下手机遥控器面板的“右”键，手机作为主机通过app发射信号，HC-06蓝牙模块作为从机接收控制信号，并将信号传输给STC89c52单片机，STC89c52单片机发出指令，通过L298N驱动模块驱动左侧的两个脚蹼驱动电机22启动，右侧的两个脚蹼驱动电机22停止；固装在脚蹼驱动电机22转轴上的曲柄20跟随脚蹼驱动电机22转轴旋转，曲柄20带动连杆19摆动；脚蹼转轴24跟随连杆19摆动；左侧的两个脚蹼15跟随脚蹼转轴24摆动，右侧的两个脚蹼15不动，实现水下移动装置的向右游的动作。

行走过程：

按下手机遥控器面板的“前进”键，手机作为主机通过app发射信号，HC-06蓝牙模块作为从机接收控制信号，并将信号传输给STC89c52单片机，STC89c52单片机发出指令，通过L298N驱动模块驱动左右两侧的两个腿部驱动电机23启动，正向旋转（逆时针），离心圆盘10随腿部驱动电机23的转轴转动，带动左右两侧的中腿8沿滑动销14上下移动，同时离心圆盘10带动连接杆A、连接杆B摆动，左右两侧的前腿9跟随连接杆B11摆动，左右两侧的后腿6跟随连接杆A7摆动，实现水下移动装置的向前行走的动作。

按下手机遥控器面板的“后退”键，手机作为主机通过app发射信号，HC-06蓝牙模块作为从机接收控制信号，并将信号传输给STC89c52单片机，STC89c52单片机发出指令，通过L298N驱动模块驱动左右两侧的两个腿部驱动电机23启动，反向旋转（顺时针），离心圆盘10随腿部驱动电机23的转轴转动，带动左右两侧的中腿8沿滑动销14上下移动，同时离心圆盘10带动连接杆A、连接杆B摆动，左右两侧的前腿9跟随连接杆B11摆动，左右两侧的后腿6跟随连接杆A7摆动，实现水下移动装置的向后行走的动作。

按下手机遥控器面板的“左转”键，手机作为主机通过app发射信号，HC-06蓝牙模块作为从机接收控制信号，并将信号传输给STC89c52单片机，STC89c52单片机发出指令，通过L298N驱动模块驱动右侧的腿部驱动电机23启动，左侧的腿部驱动电机23停止，离心圆盘10随腿部驱动电机23的转轴转动，带动左右两侧的中腿8沿滑动销14上下移动，同时离心圆盘10带动连接杆A、连接杆B摆动，左右两侧的前腿9跟随连接杆B11摆动，左右两侧的后腿6跟随连接杆A7摆动，实现水下移动装置的向左转弯的动作。

按下手机遥控器面板的“右转”键，手机作为主机通过app发射信号，HC-06蓝牙模块作为从机接收控制信号，并将信号传输给STC89c52单片机，STC89c52单片机发出指令，通过L298N驱动模块驱动左侧的腿部驱动电机23启动，右侧的腿部驱动电机23停止，离心圆盘10随腿部驱动电机23的转轴转动，带动左右两侧的中腿8沿滑动销14上下移动，同时离心圆盘10带动连接杆A、连接杆B摆动，左右两侧的前腿9跟随连接杆B11摆动，左右两侧的后腿6跟随连接杆A7摆动，实现水下移动装置的向右转弯的动作。

沉浮过程：

按下手机遥控器面板的“上浮”键，手机作为主机通过app发射信号，HC-06蓝牙模块作为从机接收控制信号，并将信号传输给STC89c52单片机，STC89c52单片机发出指令，通过L298N驱动模块驱动真空泵18启动，电磁阀16关闭、将箱体3中的气体通过排气管路17充入气囊1中，气囊1体积增大，排水体积增大，浮力增大，实现水下移动装置的上浮动作。

按下手机遥控器面板的“下沉”键，手机作为主机通过app发射信号，HC-06蓝牙模块作为从机接收控制信号，并将信号传输给STC89c52单片机，STC89c52单片机发出指令，通过L298N驱动模块驱动真空泵18启动，通过光耦模块控制电磁阀16打开，将气囊1中的气体通过电磁阀16、排气管路17排到箱体3中，气囊1体积减小，浮力减小，实现水下移动装置的下沉动作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种多功能水下移动装置，其特征在于，包括作为基座的箱体、行走机构、游动机构、沉浮机构、箱盖和控制系统；所述箱体为长方体壳形结构，所述箱体上面设置箱盖，所述箱盖上面中间部分固定安装一个球形气囊，所述箱盖下面固定安装控制系统的电路板和驱动模块；所述箱体内部左右两侧中间设置腿部驱动电机，所述腿部驱动电机两侧设置脚蹼驱动电机；所述箱体内部底面前方固定安装电池；所述箱体内部底面后方固定安装电磁阀和真空泵；所述箱体外面左右两侧靠上部分各设置两个脚蹼转轴，所述脚蹼转轴与脚蹼相连；所述箱体外面左右两侧中间部分各设置三条连杆形式的后腿、中腿和前腿。

2.根据权利要求1所述的一种多功能水下移动装置，所述行走机构主要由后腿连接轴、后腿转轴、后腿、连接杆A、中腿、前腿、离心转盘、连接杆B、滑动销、腿部驱动电机组成；所述离心转盘中心固装在腿部驱动电机的转轴上，中腿和连接杆A、连接杆B的一端铰接在离心转盘的外圆一点上；连杆A的另一端与后腿的一端铰接，连接杆B的另一端与前腿的一端铰接；前腿和后腿的中部铰接在箱体上。

3.根据权利要求1所述的一种多功能水下移动装置，所述游动机构主要由脚蹼、连杆、曲柄、脚蹼驱动电机、脚蹼转轴、轴承座组成；所述曲柄一端固装在脚蹼驱动电机转轴上，一端与连杆相连；所述连杆一端与曲柄相连，一端与脚蹼转轴相连；脚蹼固定在脚蹼转轴的一端，跟随脚蹼转轴摆动，所述轴承座安装在箱体上，用于支撑脚蹼转轴。

4.根据权利要求1所述的一种多功能水下移动装置，所述沉浮机构由气囊、电磁阀、排气管路、真空泵组成，用于调整多功能水下移动装置在水中的深度位置。

5.根据权利要求1所述的一种多功能水下移动装置，所述控制系统由电池、STC89c52单片机、hc-06蓝牙模块、L298N驱动模块、LM2577调压模块、光耦模块和电线组成；可通过手机蓝牙控制多功能水下移动装置的游动、行走、上浮和下潜。