CN107010188B - 水下机器人和水下信息采集系统 - Google Patents

水下机器人和水下信息采集系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种水下机器人和水下信息采集系统，其中，水下机器人，包括外壳，所述外壳的中部形成有至少两个竖直贯通的升降涵道，每一所述升降涵道内安装有一升降螺旋桨，所述外壳的相对两侧形成有至少两个水平贯通的推进涵道，每一所述推进涵道内安装有一推进螺旋桨，所述外壳的侧部成有由所述机器人的端部延伸至所述推进涵道的弧形导流部，所述外壳于所述推进涵道的入口端还安装有多个间隔设置的导流鳍片，所述弧形导流部将部分水流导向所述导流鳍片，所述导流鳍片进一步将该水流导向所述推进涵道。本发明提高了水下机器人水下信息采集过程中运行的稳定性。

Description

水下机器人和水下信息采集系统
技术领域
本发明涉及一种水下机器人和应用该水下机器人的水下信息采集系统。
背景技术
随着人类探知水下世界的欲望逐渐增强，借助氧气瓶潜水的人越来越多。在天气状况良好情况下，水下20米内可以借助自然光进行潜水观测，但超过20米自然光无法到达需要借助水下照明设备，同时，为记录水下状况，需要搭载专业的水下摄录设备。
潜水人员需要经过专业培训，且潜水装备笨重昂贵，在不熟悉的水域进行下潜还会对人的生命安全造成威胁，通过传统潜水的方式观测水下世界的方式无法快速大面积普及。
越来越多无潜水经验的人士也渴望一窥水下之究竟。当遇到天气情况不好或是地形洋流较为复杂的水域也会阻碍人们的探索进程。对此，亟待需要设计一种水下运行稳定，方便探测的水下机器人。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种水下机器人和水下信息采集系统，旨在提升机器人水下探测过程中运行的稳定性。
为实现上述目的，本发明提出的水下机器人，包括外壳，所述外壳的中部形成有至少两个竖直贯通的升降涵道，每一所述升降涵道内安装有一升降螺旋桨，所述外壳的相对两侧形成有至少两个水平贯通的推进涵道，每一所述推进涵道内安装有一推进螺旋桨，其特征在于，所述外壳的侧部形成有由所述机器人的端部延伸至所述推进涵道的弧形导流部，所述外壳于所述推进涵道的入口端还安装有多个间隔设置的导流鳍片，所述弧形导流部将部分水流导向所述导流鳍片，所述导流鳍片进一步将该水流导向所述推进涵道。
可选地，多个所述导流鳍片于水下机器人的前进方向上层叠间隔排布，且每一所述导流鳍片于所导流面于水下机器人的前进方向上倾斜设置。
可选地，每一所述导流鳍片背离所述外壳的一侧形成有导流面。
可选地，每一所述导流鳍片在长度方向上构成弧形曲线，且该弧形曲线于水下机器人前进方向凸设。
可选地，所述外壳位于水下机器人的前进方向的前端安装有摄像头，所述外壳临近所述摄像头的位置还安装有照明装置。
可选地，所述照明装置包括照明电路板以及安装于所述照明电路板的远光灯，近光灯，红外补光灯和紫外光。
可选地，所述至少两个竖直贯通的升降涵道于外壳的水下机器人的前进方向的前端和后端间隔设置，所述水下机器人还包括可拆卸连接于外壳的电池盒，所述电池盒位于前后两端的升降涵道之间。
可选地，所述外壳内还安装有陀螺仪传感器、水温传感器、声呐传感器、及深度传感器。
本发明还提出一种水下信息采集系统，包括终端遥控器、绕线轮中继、以及上述的水下机器人，所述终端遥控器无线连接所述绕线轮中继，所述绕线轮中继与所述水下机器人通过线缆连接。
可选地，还包括与绕线轮中继连接的显示装置，所述水下机器人的外壳内还设有控制处理器，所述绕线轮中继接收所述控制处理器的数据，所述显示装置显示所述绕线轮中继发送的实时数据。
本发明技术方案通过于外壳的侧部形成有由水下机器人前端部延伸至推进涵道的弧形导流部，而且外壳于推进涵道的入口端还安装有多个间隔设置的导流鳍片，通过上述设置，在机器人水下前进过程中，经由外壳端部的水流顺着弧形导流部的外壁面流动，导向推进涵道，而推进涵道的入口端的导流鳍片则进一步调整水流的流向，并将该水流导向推进涵道内，在整个过程中，弧形导流部降低了机器人受到的一部分水流流阻，导流鳍片则进一步降低了流阻，同时导流鳍片还调整流入推进涵道的水流流向，使得流入推进涵道的水流方向尽可能与推进螺旋桨的轴向一致，则推进螺旋桨运行过程中产生的推力实现最大化，机器人在水下探测运行时速度更快、稳定，反应更灵敏。
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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明水下机器人一实施例的俯视结构示意图；
图2为图1中水下机器人的侧视结构示意图；
图3为本发明水下机器人的另一实施例的结构示意图；
图4为本发明水下机器人位于推进涵道处的部分结构还示意图；
图5为本发明水下信息采集系统一实施例的结构示意图；
图6为本发明水下信息采集系统的工作原理图。
具体实施方式
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
本发明提出一种水下机器人100，
请结合参照图1至图4，在本发明一实施例中，该水下机器人100包括壳体以及安装于壳体内的控制处理器，所述壳体于水下机器人100前进方向的前端设置有与控制处理器电连接的摄像头70，外壳10临近摄像头70的位置还安装有照明装置，照明装置包括照明电路板以及安装于照明电路板的远光灯，近光灯，红外补光灯和紫外光。所述外壳10内还安装有陀螺仪传感器、水温传感器、声呐传感器、及深度传感器。在水下机器人100使用过程中，可以实现实时拍摄高清视频和抓拍高清照片。远光灯用于探照远方水域环境，近光灯用于近距离照明，红外补光灯用于提高摄像头70的图像拍摄效果而进行补光使用，紫外光在光线环境不好的情况下捕捉动植物形态。
外壳10的中部形成有至少两个竖直贯通的升降涵道11，每一升降涵道11内安装有一升降螺旋桨30，外壳10的相对两侧形成有至少两个水平贯通的推进涵道13，每一推进涵道13内安装有一推进螺旋桨50，外壳10的侧部形成有由水下机器人100前端部延伸至推进涵道13的弧形导流部15，外壳10于推进涵道13的入口端还安装有多个间隔设置的导流鳍片17，弧形导流部15将部分水流导向导流鳍片17，导流鳍片17进一步将该水流导向推进涵道13。
在水下机器人100运行过程中，水下机器人100可以实现水下前进，后退，上升，下潜，行进中左转，行进中右转，原地左转，原地右转以及船体俯仰的运动，并能实现在水中某一高度悬停。位于两侧的螺旋桨可以使船体前进与后退。具体而言，当推进螺旋桨50旋转方向和转速均相同时，并且机器人的船体实现前进或后退，当两侧推进螺旋桨50转速不同的情况下，机器人可实现转向，通过调整两侧推进螺旋桨50的旋转方向可实现机器人的原地转向。而通过升降螺旋桨30可以实现机器人的上浮和下潜，同是也可以与两侧的推进螺旋桨50进行配合以调节机器人船体前进过程中的俯仰姿态。当受到外界扰动时，可根据陀螺仪采集的数据通过增稳控制系统进行姿态纠正。
本发明的水下机器人100外壳10由上、下壳体密封扣合而成，其中，外壳10的部分结构构成水滴状，并于外壳10的侧部形成有由水下机器人100前端部延伸至推进涵道13的弧形导流部15，而且外壳10于推进涵道13的入口端还安装有多个间隔设置的导流鳍片17，通过上述设置，在机器人水下前进过程中，经由外壳10端部的水流顺着弧形导流部15的外壁面流动，导向推进涵道13，而推进涵道13的入口端的导流鳍片17则进一步调整水流的流向，并将该水流导向推进涵道13内，在整个过程中，弧形导流部15降低了机器人受到的一部分水流流阻，导流鳍片17则进一步降低了流阻，同时导流鳍片17还调整流入推进涵道13的水流流向，使得流入推进涵道13的水流方向尽可能与推进螺旋桨50的轴向一致，则推进螺旋桨50运行过程中产生的推力实现最大化，机器人运行时速度更快、稳定，反应更灵敏。
进一步地，为了进一步降低机器人受到的水流流阻，多个所述导流鳍片17于水下机器人100的前进方向上层叠间隔排布，且每一所述导流鳍片17于所导流面171于水下机器人100的前进方向上倾斜设置。通过将导流鳍片17倾斜设置，导流鳍片17引导水流过程中产生的流阻进一步减小。
进一步地，每一所述导流鳍片17背离外壳10的一侧形成有导流面171。本实施例导流面171为光滑面，排列在前方的导流鳍片17通过导流面171将水流过渡到下一导流鳍片17，如此层层传递，调整进入到推进涵道13内的水流方向至大致与推进螺旋桨50的轴向一致从而进一步降低流阻，推进螺旋桨50的运行效率最高。
本实施例每一所述导流鳍片17在长度方向上构成弧形曲线，且弧形曲线于水下机器人100前进方向凸设。由于推进涵道13的开口为圆形，通过每一所述导流鳍片17在长度方向上构成弧形曲线设置，则进入推进涵道13内的水流更利于推进螺旋桨50发挥出最大功效。
本发明外壳10设置有两个竖直贯通的升降涵道11，两个竖直贯通的升降涵道11于外壳10的水下机器人100的前进方向的前端和后端间隔设置，水下机器人100还包括可拆卸连接于外壳10的电池盒80，电池盒80位于前后两端的升降涵道11之间。本实施例还于外壳10与电池盒80之间设置有方便解锁的锁扣装置，电池盒80为本机器人提供运行的电力，通过将电池盒80设置在两个升降涵道11之间，如此机器人运行过程中重心更偏向于中部，运行的稳定性更高。
请结合参照图5和6，本发明还提出一种水下信息采集系统500，包括终端遥控器300、绕线轮中继200、以及的水下机器人100，所述终端遥控器300无线连接所述绕线轮中继200，所述绕线轮中继200与所述水下机器人100通过线缆90连接。该水下机器人100的具体结构参照上述实施例，由于本水下信息采集系统500采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
该水下信息采集系统500还包括与绕线轮中继200连接的显示装置，所述水下机器人100的外壳10内还设有控制处理器，所述绕线轮中继200接收所述控制处理器的数据，所述显示装置显示所述绕线轮中继200发送的实时数据。
本发明的水下信息采集系统500具体运行过程中如下，终端遥控器300将控制指令通过无线技术发至绕线轮中继200，绕线轮中继200将指令转译通过线缆90传至机器人内的控制处理器，继而水下机器人100执行相应的遥控指令。与此同时，水下机器人100将拍摄到的图像利用内部的控制处理系统将视频转成数字信号以及传感器检测到的数据沿数据线缆90传至绕线轮中继200，绕线轮中继200将视频信息传至显示终端，可以让人实时看到水下的情形。终端遥控器300不仅可以发出使水下机器人100运动的控制指令，也能发出拍摄相关的指令。
绕线轮中继200是用于信号传递的中继。包含信号接收与发送模块，电源管理模块。可内置电源供电也可外接电源。水下机器人100将拍摄到的视频信息通过数据线缆90传至绕线轮中继200，绕线轮中继200通过无线传输的方式将视频信号转发至终端遥控器300，使使用者可在终端遥控器300的屏幕上实时观看水下场景。水面上的使用者可根据自己的意愿将遥控信号通过无线传输的方式传至绕线轮中继200，绕线轮中继200将遥控信号通过信号线缆90传至水下机器人100，实施相应的操作。绕线轮中继200的另一项功能是实现对数据线缆90的收放，可以将数据线缆90美观紧凑的收集在一起，节省空间。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种水下机器人，包括外壳，所述外壳的中部形成有至少两个竖直贯通的升降涵道，每一所述升降涵道内安装有一升降螺旋桨，所述外壳的相对两侧形成有至少两个水平贯通的推进涵道，每一所述推进涵道内安装有一推进螺旋桨，其特征在于，所述外壳的侧部形成有由所述机器人的端部延伸至所述推进涵道的弧形导流部，所述外壳于所述推进涵道的入口端还安装有多个间隔设置的导流鳍片，所述弧形导流部将部分水流导向所述导流鳍片，所述导流鳍片进一步将该水流导向所述推进涵道；
多个所述导流鳍片于水下机器人的前进方向上层叠间隔排布，每一所述导流鳍片背离所述外壳的一侧形成有导流面；且每一所述导流鳍片的导流面于水下机器人的前进方向上倾斜设置；
每一所述导流鳍片在长度方向上构成弧形曲线，且该弧形曲线于水下机器人前进方向凸设。
2.如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述外壳位于水下机器人的前进方向的前端安装有摄像头，所述外壳临近所述摄像头的位置还安装有照明装置。
3.如权利要求2所述的水下机器人，其特征在于，所述照明装置包括照明电路板以及安装于所述照明电路板的远光灯，近光灯，红外补光灯和紫外光。
4.如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述至少两个竖直贯通的升降涵道于外壳的水下机器人的前进方向的前端和后端间隔设置，所述水下机器人还包括可拆卸连接于外壳的电池盒，所述电池盒位于前后两端的升降涵道之间。
5.如权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述外壳内还安装有陀螺仪传感器、水温传感器、声呐传感器、及深度传感器。
6.一种水下信息采集系统，其特征在于，包括终端遥控器、绕线轮中继、以及如权利要求1至5中任意一项所述的水下机器人，所述终端遥控器无线连接所述绕线轮中继，所述绕线轮中继与所述水下机器人通过线缆连接。
7.如权利要求6所述的水下信息采集系统，其特征在于，还包括与绕线轮中继连接的显示装置，所述水下机器人的外壳内还设有控制处理器，所述绕线轮中继接收所述控制处理器的数据，所述显示装置显示所述绕线轮中继发送的实时数据。
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