CN108246681B - 水下壁面运行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下壁面运行机器人，属于水下机器人领域，包括机架，还包括与所述机架连接的动力单元和所述机架连接并用于与所述壁面接触的支撑单元；所述动力单元包括与所述机架固定的转向水通道体和设置在所述水通道体内与所述水通道体连接的推进器，所述转向水通道体设有进水端、出水端和连接所述进水端和出水端的平滑过渡段部分，所述进水端的进水方向与所述出水端的出水方向垂直，所述出水端的出水方向与所述壁面垂直；所述推进器用于使水流从所述进水端流入，经过所述平滑过渡段部分，从所述出水端流出；所述支撑单元包括轮架和与所述轮架铰接的支撑轮，所述支撑轮与所述壁面接触。减少了动力源，使得结构简化，操作简单，易于控制。

Description

水下壁面运行机器人

技术领域

本发明涉及机器人运用领域，具体而言，涉及一种水下壁面运行机器人。

背景技术

水下机器人由于其工作安全、适应能力强、作业范围广且具有经济和高效性，已成为水下作业的重要装备，其应用涉及海洋环境调查、海底地质勘探、海洋结构物的安装与维修、水利水电工程、科学考察等诸多领域。现有的水下运行机器人多为悬浮在水中进行作业，或者直接作用到水底，与水底地面接触进行作业，对于具有一定角度(如大于45°角)壁面，无法进行作业。现有的一些技术中，常常运用吸附压力，使得机器人与壁面贴合运行，需要各自单独运行的垂向动力驱动、转向驱动和爬行驱动，驱动数量多，控制复杂，稳定性较差。

发明内容

本发明为了解决现有水下壁面运行机器人结构复杂，操作复杂，运行不稳定的问题，提供了一种新型动力原理的水下壁面运行机器人，包括机架，还包括与所述机架连接的动力单元和所述机架连接并用于与所述壁面接触的支撑单元；所述动力单元包括与所述机架固定的转向水通道体和设置在所述转向水通道体内与所述转向水通道体连接的推进器，所述转向水通道体设有进水端、出水端和连接所述进水端和出水端的平滑过渡段部分，所述进水端的进水方向与所述出水端的出水方向垂直，所述出水端的出水方向与所述壁面垂直；所述推进器用于使水流从所述进水端流入，经过所述平滑过渡段部分，从所述出水端流出，所述推进器设置在靠近所述出水端的位置；所述支撑单元包括轮架和与所述轮架铰接的支撑轮，所述支撑轮与所述壁面接触。

进一步地，还包括与所述机架连接的水下壁面清洗装置，所述水下壁面清洗装置包括集水罩、与所述集水罩连接的水动力盒、设置在所述集水罩内可相对所述水动力盒旋转的清洗盘、设置在所述水动力盒内的水推力叶片、穿过所述水动力盒的底板与所述清洗盘的旋转中心和所述水推力叶片的旋转中心连接的动力轴、密封所述水动力盒的开口的清洗水舱；所述集水罩侧面设置有第一出水口，所述水动力盒的侧面设置有第一进水口和第二出水口，所述清洗水舱侧面设置有第二进水口；所述水下壁面清洗装置还包括一端与所述第一出水口连接，另一端与所述第一进水口连接的第一水通道管和一端与所述第二出水口连接，另一端与所述第二进水口连接的第二水通道管。

进一步地，所述水下壁面清洗装置还包括与所述清洗水舱密封连接的清洗出水罩、设置在所述清洗水舱内与所述清洗水舱固定的清洗推进电机、与所述清洗推进电机连接的清洗动力叶片；所述清洗出水罩顶部设置有第三出水口。

进一步地，所述水动力盒上第二进水口和第二出水口与水动力盒中心形成的夹角大于所述水推力叶片上相邻叶片之间的夹角。

进一步地，所述清洗盘上设置有毛刷和流孔。

进一步地，所述推进器包括推进电机、与所述推进电机连接的动力叶片、设置在所述推进电机尾部的第一导流罩。

进一步地，所述动力单元的数量为三个或四个，各个动力单元中的进水端相对于所述机器人的中心均匀分布并远离所述机器人的中心设置。

进一步地，所述进水端的截面积小于所述出水端的截面积，所述平滑过渡段部分的截面从所述进水端向着所述出水端，截面尺寸逐渐变大。

进一步地，所述轮架还包括轮架本体和轮安装架，所述轮安装架与所述轮架本体铰接，所述支撑轮与所述轮安装架铰接，在所述轮安装架与所述轮架本体之间还设置有拉簧，所述轮架本体的末端设置有壁面贴合垫。

进一步地，所述支撑单元有多个，所述多个支撑单元均布在相邻动力单元之间。

通过上述实施例的技术方案，通过动力单元，既提供垂直于壁面的压力，又提供平行于壁面的推进力，利用布置的多个动力单元的推进力之差，控制机器人沿壁面运行，减少了动力源，使结构简化；同时，配置在机器人上的水下壁面清洗装置，利用抽吸水流的动力带动清洗盘运动，使得动力源减少，结构简化。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明一些实施例中的水下壁面运行机器人的整体结构示意图；

图2为本发明一些实施例中的水下壁面运行机器人中的的动力单元的结构示意图；

图3为本发明一些实施例中的水下壁面运行机器人中的动力单元的剖视结构示意图；

图4为本发明一些实施例中的水下壁面运行机器人的工作示意图；

图5为本发明一些实施例中的水下壁面运行机器人中的支撑单元的结构示意图；

图6为本发明一些实施例中的水下壁面运行机器人中的支撑单元的工作状态示意图；

图7为本发明一些实施例中的水下壁面运行机器人中的水下壁面清洗装置的第一侧面的整体结构示意图；

图8为本发明一些实施例中的水下壁面运行机器人中的水下壁面清洗装置的与图7中第一侧面相对的第二侧面的整体结构示意图；

图9为本发明一些实施例中的水下壁面运行机器人中的水下壁面清洗装置的整体结构剖视示意图；

图10为本发明一些实施例中的水下壁面运行机器人中的水下壁面清洗装置的整体结构爆炸示意图；

图11为本发明一些实施例中的水下壁面清洗机器人的整体结构示意图；

图12为本发明一些实施例中的水下壁面清洗机器人的悬停工作状态示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明针对现有的水下壁面运行机器人需要同时提供压附动力和壁面运行动力的状况进行了改进，将压附动力与壁面运行动力进行整合，仅需一套动力系统将机器人压附在壁面上，同时利用上述动力系统中多个动力单元之间的动力输出的差异实现在壁面上运动，所述动力单元包括转向水通道体，所述转向水通道体的进水端和出水端被配置为使得进水端的进水方向与所述出水端的出水方向垂直或者呈一定角度，可以为60°，80°，85°，较优的选择为90度，即垂直；所述转向水通道体在所述进水端和所述出水端之间设置有平滑过渡段，使得从进水端进入的水在运送到出水端时阻力较小，动力损失小；进一步地，将所述进水端的截面设置成比所述出水端的截面小，使得进水端的水流速度大、水压大，能量高；出水端的水流速度小、水压小，能量低，使得进水端的水的能量通过平滑过渡段部分转换为在出水方向垂直的方向上的动力，同时出水端将水排出时，排出水的反作用力向转向水通道体施加与出水方向相反的作用，使得所述动力单元能够同时提供压附作用力和沿压附方向垂直的运行驱动力，从而实现利用单套动力系统实现压附和沿壁面运行的功能。进一步地，在所述转向水通道体的出水端设置有与所述转向水通道体固定的推进电机，所述推进电机的输出轴上安装有螺旋推进器，通过推进电机的输出轴旋转带动所述螺旋推进器旋转，从而使得水流从所述出水端排出。

本发明提供的水下壁面运行机器人包括机架和上述动力系统，上述动力系统中的动力单元安装在所述机架上，所述机架上还设置有轮架，所述轮架的末端设置有可相对轮架旋转的支撑轮，为了保证各个方向上运行的灵活性，所述支撑轮可从全向轮、万向轮或者麦克纳姆轮中选择一种或多种进行安装，所述支撑轮作用到壁面上，运行时，所述动力单元提供压附力，使得所述支撑轮可靠地作用到所述壁面上，同时由于水流作用到所述平滑过渡段部分，提供了运行动力，使得水下壁面运行机器人可靠地在壁面上运行，即支撑轮在壁面上滚动。

本发明中的水下壁面运行机器人可运用于水族馆中壁面清洗的场景，也可运用在船舶、钻井平台外侧面清洗、除锈的场景，还可用于水下探测的场景。上述的壁面可以为水族馆中玻璃壁面，水泥壁面，也可为船舶外壳壁面。

进一步地，在所述机架上安装清洗装置、除锈装置增加了所述水下壁面运行机器人的功能。

本发明的水下壁面运行机器人中的动力系统可设置有多个所述动力单元，如，设置三个动力单元，这时所述机架大体成三角状，将所述动力单元安装在所述机架的三个角上，这时三个支撑轮设置在所述相邻动力单元之间，所述清洗装置、除锈装置或者其他类型的执行装置设置在所述机架的中心位置；再比如所述机架可为四角状，所述动力单元设置在所述机架的四个角的位置，四个支撑轮设置在相邻的动力单元之间，所述清洗装置、除锈装置或者其他执行装置设置在所述机架的中心。通过动力单元与执行装置之间的配合实现在壁面上行走，同时实现清洗、除锈等功能。以下对具体的结构进行介绍。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种水下壁面运行机器人100，包括机架110，与所述机架110三个角位置固定的动力单元120，相邻动力单元120之间还设置有支撑单元，所述支撑单元与所述机架110连接，所述支撑单元与水下壁面接触，所述支撑单元包括轮架111和与所述轮架铰接的支撑轮130，所述支撑轮130与所述壁面接触，所述机架110位于相邻的动力单元安装位的位置处设置所述轮架111，所述支撑轮130可相对所述轮架111旋转；所述动力单元120如图2、图3所示，包括转向水通道体121包括进水端1211和出水端1212，所述进水端1211的截面为圆形或者为椭圆形，所述出水端1212的截面为圆形，所述出水端1212的截面面积比所述进水端1211的截面面积大，例如，所述出水端1212为270mm的圆，所述进水端1211为直径110mm的圆。保证了转向水通道体121进水压力大能量高，出水压力变小能量低；进一步在所述进水端1211与所述出水端1212之间设置有平滑过渡段部分1213，一般地，可设置所述进水端1211的进水方向与所述出水端1212的出水方向垂直，所述平滑过渡段部分1213连接所述进水端1211和出水端1212，具体为圆弧面，截面形状如图3所示，进水端1211的进水水流冲击所述平滑过渡段部分1213，忽略水的液体粘度，利用作用力与反作用力的原理，水流经过所述平滑过渡段部分1213，由于平滑过渡段部分1213的作用，流动的液体(水)在平滑过渡段部分1213产生离心力，总体效果为在所述平滑过渡段部分1213的切面的垂直方向上对所述平滑过渡段部分1213施加作用力T，作用力T的方向为斜向下，在所述平滑过渡段部分1213上各个部分上的作用力T的共同作用下分解成水平方向上的推力Tl，和竖直向下的推力Tv，通过调节所述进水端1211和出水端1212的水流流速来控制所述水平推力Tl，和向下推力Tv。作用力T的求取公式可采用，T＝mv²/R，其中m为平滑过渡段部分1213中的水的质量，v为平滑过渡段部分1213内的流速，R为平滑过渡段部分1213曲率半径，由于流速不同，可以采用积分的方式进行求取。本发明实施例中的平滑过渡段部分1213可在计算机软件中进行受力分析、模拟，获取作用力T。所述壁面可为垂直面或者倾斜面。所述转向水通道体121整体为“牛角”形状。由于进水端1211的截面积小于所述出水端1212的截面积，使得冲击所述平滑过渡段部分1213的水流动量较高，提供了较大的水平推力Tl，为沿壁面运行提供足够的动力。本发明实施例中的机器人100可设置多个动力单元120，从而获取多个方向的水平推力Tl，通过控制各个动力单元120的流速v，从而控制各个动力单元120的水平推力Tl实现沿壁面的运动。

所述机器人100依靠所述支撑单元与壁面之间的摩擦和多个动力单元120的水平推力Tl的作用下来克服自身重力，由此可知在垂直于壁面上的方向上，所述机器人100需要对壁面施加较大的压力才能提供足够的摩擦，本发明实施例中所述出水端1212的出水方向与壁面垂直，保证了出水端1212受到的反作用力完全用作提供压力，减小了动力单元120的负载，使得动力单元120的功率降低。当然，在有足够负载的情况下，本发明实施例中的水下壁面运行机器人100，设置所述动力单元120中的出水端1212的出水方向与壁面成锐角，范围在45°～60°之间，通过将出水端1212的出水反作用力分解成与壁面垂直的压力和与壁面平行的推动力，通过控制各个动力单元120的运行功率，即控制出水流速，利用推动力之差，使得所述水下壁面运行机器人100沿着所述壁面运行。

本发明中的动力单元120中，设置有推进器，所述推进器设置在靠近在所述出水端1212的位置，具体地，位于所述出水端1212的位置还设置有与所述转向水通道体121固定的推进电机122，具体的在所述出水端1212的端面上安装有电机固定架123，电机固定架上123上设置有固定孔，与所述推进电机122上的固定孔对应，用于安装固定所述推进电机122；所述推进电机122的输出轴上安装有动力叶片124，所述推进电机122带动所述动力叶片124旋转从而带动所述转向水通道体121内的水流流动，使得水流从所述出水端1212喷出，喷出的水流给所述动力叶片124施加向下的反作用力Ft，利用反作用力Ft使得所述至支撑轮130可靠地作用到水下的壁面上。由于所述推进电机122一般具有一定的长度安装在所述电机固定架123上，会占用所述转向水通道体121的内部空间，为了减小水流阻力，一方面在所述推进电机的尾部设置有第一导流罩1221，减小水流流动阻力，所述第一导流罩1221的截面直径从小变大，与推进电机122接触的截面直径最大；另一方面，可将所述转向水通道体121分成平滑过渡段部分1213和直筒段1214，将所述推进电机122的本体设置在所述直筒段1214内，所述平滑过渡段部分1213与所述直筒段1214连接。由于所述电机固定架123设置在出水端1212的上，对出水产生阻力，为了减小水流行进阻力，同时减小水流反作用到机器人100上的向上的力，保证机器人100与水下壁面贴合可靠，在所述电机固定架123上迎着水流的方向上设置有第二导流罩1231，对水流进行导流，所述第二导流罩1231的截面积从小变大，与所述电机固定架123接触的位置截面积最大。

动力叶片124的转速与所述出水端1212的出水速度和流量成正比，通过调节所述动力叶片124的转速控制反作用力Ft的大小，利用动力叶片124的转速同时控制所述水平推力Tl，和向下推力Tv。

本发明实施例中的支撑轮130不需要与驱动电机连接，仅需推进电机122的作用就能实现与壁面的压紧贴合，还能实现沿着壁面行进。

所述动力单元120中，为了减小多个动力单元120工作带来乱流的影响，在所述出水端1212位置上还安装有第三导流罩125，同时为了减小水流阻力，所述第三导流罩125远离所述出水端1212截面尺寸逐渐变大，成喇叭状。

本发明中的水下壁面运行机器人100中可设置四个动力单元120或者设置三个动力单元120，所述机架110可对应设置成三角状或者四角状；本发明实施例中为了保证了所述机器人在水下沿着壁面的运动机动性，保证各个方向灵活度的一致性，所述动力单元120中所述进水端1211所在面的垂直轴线朝向所述机器人的中心；本实施例中设置成三角状，即设置三个动力单元120，每个动力单元120的进水端1211所在平面的垂直轴线指向所述三个动力单元120的几何中心，保证了水平推力Tl朝向中心；当然，在不考虑各个方向上的机动一致性时，也可将朝向设置成其他形式；在本发明的实施例中，在相邻的动力单元120之间设置有轮架111。在本发明的一些实施例中，通过调节各个动力单元120中动力叶片124的转速(即推进电机122的转速)来获取不同的水平推力Tl，在多个动力单元中的水平推力Tl的差异作用下，实现机器人在壁面上的行走。如图4所示，位于上部的动力单元120提供的水平推力Tl小于位于左下部和右下部的动力单元120提供的水平推力Tl的合力，这时机器人100向上运动；其他方向的运动，原理类似，不做赘述。

在本发明的一些实施例中，为了保证所述机器人100能够有效停靠在水下壁面上，如图5所示，所述轮架111还包括轮架本体1111和轮安装架1112，所述轮安装架1112与所述轮架本体1111铰接，所述支撑轮130与所述轮安装架1112铰接，在所述轮安装架1112与所述轮架本体1111之间还设置有拉簧1114，具体地，所述轮架本体1111的侧面设置有铰接安装耳11111，所述轮安装架1112上设置有铰接孔与所述铰接安装耳11111配合铰接，所述拉簧1114两端分别连接所述轮架本体1111和所述轮安装架1112，在所述拉簧1114的拉力作用下使得轮安装架1112紧靠在所述轮架本体1111上，所述轮架本体1111的末端设置有壁面贴合垫1113，所述壁面贴合垫1113的安装位置高于所述支撑轮130的最远端，即与壁面接触的位置；当所述支撑轮130与壁面正常接触时，所述轮安装架1112紧靠在所述轮架本体1111上，所述壁面贴合垫1113与所述壁面不接触；如图6所示，当所述机器人100需要停靠在水下壁面上时，提高所述动力单元120中的动力叶片124的转速，提升反作用力Ft和竖直向下推力Tv，从而使得所述轮安装架1112克服拉簧1114的拉力旋转远离所述轮架本体1111，使得所述壁面贴合垫1113与壁面贴合，使得所述机器人100与壁面接触的方式从滚动式接触转换成平面静态摩擦接触，使得所述机器人100能够有效停靠在所述壁面上；当然，所述支撑轮130可直接安装在所述轮架本体1111上，这时不需要轮安装架1112，通过实时反馈控制动力叶片124的转速，保证机器人100的可靠停靠。本发明实施例中所述支撑轮130的旋转方向与所述轮安装架1112相对所述轮架本体1111的旋转方向垂直，保证了刚度。

本发明中的水下壁面运行机器人100通过控制多个动力单元120中的动力叶片124的转速，实现与壁面上贴合，并在壁面上行走。

本发明中的水下壁面运行机器人100，在机架110上安装执行装置，可将所述水下壁面运行机器人100转换成其他类型的机器人，例如在机架110上安装清洗装置，使得所述水下壁面运行机器人100具有清洗功能，如安装激光扫描装置、超声波扫描装置，使得所述水下壁面运行机器人100具有检测的功能。

实施例二

本发明还提供了一种水下壁面清洗装置200，可安装到上述实施例一中的机架110上，使得水下壁面运行机器人100提供新的功能，清洗壁面的功能，可将其定义为水下壁面清洗机器人，类似地，在机架110上安装摄像头或者探测装置，又可将所述水下壁面运行机器人100转换为水下壁面探测机器人。类似地功能定义转换还有很多种，这里不做赘述。

如图7、图8、图9、图10所示，本发明提供的水下壁面清洗装置200包括水动力盒210、可相对所述水动力盒210的中部铰接旋转的动力轴220、于所述水动力盒210外部安装在所述动力轴220末端的清洗盘230、收容于所述水动力盒210内部与所述动力轴220输入端固定连接的水推力叶片240、设置在所述水动力盒210外部罩住所述清洗盘230的集水罩250、与所述水动力盒210固定，密封所述动力盒开口211的清洗水舱260、与所述清洗水舱260固定的清洗推进电机270、安装在所述清洗推进电机270输出轴上的清洗动力叶片280、与所述清洗水舱开口固定密封，罩住所述清洗动力叶片280的清洗出水罩290；总结来说，所述水下壁面清洗装置200中外部从上到下依次的设置为：清洗出水罩290、清洗水舱260、水动力盒210和集水罩250；内部从上到下依次的设置为：清洗动力叶片280、清洗推进电机270、水推力叶片240、动力轴220和清洗盘230；所述清洗动力叶片280、清洗推进电机270设置在同一个封闭空间中；所述水推力叶片240与动力轴220的部分位于同一封闭空间，所述动力轴220的另一部分和清洗盘230位于同一封闭空间；所述清洗盘230与所述壁面接触，对壁面进行清洗。

所述集水罩250侧面设置有第一出水口251，所述水动力盒210的侧面设置有第一进水口216，所述水动力盒210的侧面还设置有第二出水口217，所述清洗水舱260侧面设置有第二进水口262，所述清洗出水罩290的顶部设置有第三出水口291；所述第一出水口251与所述第一进水口216之间设置有一端与所述第一出水口251密封连接，另一端与所述第一进水口216密封连接的第一水通道管2010；所述第二出水口217与所述第二进水口262之间设置有一端与所述第二出水口217密封连接，另一端与所述第二进水口262密封连接的第二水通道管2011；工作时，在清洗推进电机270带动清洗动力叶片280旋转，从而带动所述清洗水舱260中的水流从所述第三出水口291中排出，根据流体连续性，使得位于水动力盒210中的水流经第二出水口217、第二水通道管2011和第二进水口262进入到所述清洗水舱260中，填补从所述第三出水口291排出的水分；这时，由于水动力盒210中的水流流动，带动所述水动力盒210中的水推力叶片240旋转，同时为了填补水动力盒210中的水分流失，所述集水罩250中的水流经第一出水口251、第一水通道管2010和第一进水口216进入到所述水动力盒210中，补充水动力盒210中流失的水分；由于水推力叶片240旋转，带动所述动力轴220旋转，从而也带动了所述清洗盘230旋转，利用清洗盘230与壁面接触，在集水罩250的范围内对壁面进行清洗，清洗后的水第一出水口251流动进入到所述水动力盒210中，再进入到所述清洗水舱260中最终从所述第三出水口291排出，一般地，在所述第三出水口291上连接有排水管(图中未示出)，利用排水管将清洗后的水排出或者排进水循环处理装置进行过滤处理。为了防止较大的污物进入到所述水动力盒内210内，可在所述第一出水口251处设置滤网(图中未示出)。

所述集水罩250的材质和选择柔性材质，如橡胶，或者软塑料。

为了保证从集水罩250中排水顺畅，所述清洗盘230上设置有多个流孔231，所述清洗盘230上的端面上远离所述水动力盒210的位置上设置有毛刷232，所述清洗盘230旋转带动毛刷232旋转，对壁面进行清洗，清洗后的水从所述流孔231和清洗盘230与所述集水罩250之间的缝隙之间流动进入到所述第一出水口251。

所述水动力盒210包括底板212、从所述底板212边缘向上延伸形成的侧壁、位于所述侧壁末端的法兰连接板214；所述侧壁的截面形状为圆形，保证了所述水推力叶片240旋转所需空间，所述第一进水口216、第二出水口217设置在所述侧壁上；所述水推力叶片240包括主架241、设置在主架241径向方向上的多个叶片242，所述叶片242均布，所述主架241中心设置有通孔243，所述动力轴220与所述通孔243配合固定所述水推力叶片240，可在所述动力轴220上设置键(图中未示出)来对所述水推力叶片240提供驱动力，同时在轴端设置有锁紧螺母221将所述水推力叶片240锁紧在所述动力轴220上；所述动力轴220穿过所述底板212中央设置，为了保证所述动力轴220可靠旋转，在所述水动力盒210的底板212中央设置有轴承座215，轴承座215中设置有轴承222，所述轴承222外环与所述轴承座215固定，所述动力轴220穿过所述轴承222的内环，与内环固定。为了保证在推动所述水推力叶片240旋转时动力损失少，所述水推力叶片240的叶片242的水作用面方向与所述通孔243的轴线方向平行，所述叶片的边缘与所述侧壁之间留有间隙，间隙值为1mm～3mm，为了减小动力损失，可将间隙设置越小越好；为了减小疲劳载荷，所述叶片242的数量可设置为奇数，如可将叶片242均布设置，叶片242数量可为7片或者5片，所述第一进水口216与所述第二出水口217在所述侧壁上的角位置之差大于所述相邻叶片242之间的角度，这样保证，水动力盒210中的水流动时，动力能够带动所述叶片242旋转，例如当所述叶片242数量为5片时，相邻叶片242之间的夹角为72°，这时可设置所述第一进水口216与所述第二出水口217在所述侧壁上的角位置之差为80°或者100°，但是尽量不要将第一进水口216与所述第二出水口217在所述侧壁上的角位置之差大于相邻叶片242之间的夹角的两倍；所述清洗水舱260包括清洗水舱底板263，所述水动力盒210的法兰连接板214与所述清洗水舱260的清洗水舱底板263密封固定，所述叶片242的上下尺寸尽量填充所述底板212与所述清洗水舱底板263之间的高度，两边可保留间隙1～3mm。

本发明本实施例中的集水罩250的外形可为喇叭状，即从靠近所述水动力盒210的一端到远离所述水动力盒210的一端截面尺寸逐渐变大。

所述清洗水舱260与所述清洗出水罩290之间还设置有清洗推进电机安装架2012，所述清洗推进电机安装架2012与所述清洗水舱260或者所述清洗出水罩290固定，所述清洗推进电机270与所述清洗推进电机安装架2012固定，与实施例一中的方案类似，在所述清洗推进电机安装架2012和所述清洗推进电机270迎着来水的方向上设置有导流罩。

本发明中的水下壁面清洗装置200能够利用水流带动清洗盘230转动，同时将清洗后的水迅速排出，清洗效率高，防止清洗后的污水进入到周边水区域，为了保证水充分利用，可在后端安装循环过滤装置，将过滤后的水返回。

实施例三

如图11所示，基于上述实施例一与实施例二，本发明还提供了一种水下壁面清洗机器人300，包括上述的水下壁面运行机器人100和水下壁面清洗装置200，所述水下壁面清洗装置200与所述水下壁面运行机器人100中的机架110固定。可配置所述水下壁面清洗装置200与所述水下壁面运行机器人100的安装关系使得所述水下壁面运行机器人100运行的壁面和所述水下壁面清洗装置200清洗的壁面为同一个壁面；如图12所示，本发明中的水下壁面清洗机器人300可利用壁面贴合垫1113与壁面贴合，使得水下壁面清洗机器人300悬停在壁面上。

本发明实施例中的水下壁面运行机器人、水下壁面清洗装置和水下壁面清洗机器人中所采用到的电机的动力源可设置在水面船体上或者岸上，也可将动力源与本体固定，或者设置在机架上。当动力源设置在水面船体上或者岸上时，通过电缆将驱动电源传输给电机；电机的动力源可直接为电源或者经过电机驱动器分配后的电源。

本发明实施例中的水下壁面运行机器人、水下壁面清洗装置和水下壁面清洗机器人可以通过遥控器进行控制运动，遥控器与装置或者机器人之间的连接方式可为有线连接或者无线连接。本发明实施例中的水下壁面运行机器人、水下壁面清洗机器人还可在机架上设置地磁传感器、超声波传感器、惯性传感器、摄像头、激光扫描传感器、GPS等进行周围数据采集，将数据传输给设置在机架上或者水面船体上或者岸上的控制器，控制器进行数据分析获取位置信息，与预定位置进行比较后，发送驱动控制信息给电机，控制电机的转速、转向，最终实现自主导航运动。

本发明实施例中采用的机加工零件，可以采用金属材质，如铝合金、不锈钢等；也可采用有机材料，如塑料、尼龙有机玻璃等。

概括性地，本发明实施例提供了一种水下壁面运行机器人100，包括机架110，还包括与所述机架110连接的动力单元120和与所述机架110连接并用于与所述壁面接触的支撑单元；所述动力单元120包括与所述机架110固定的转向水通道体121和设置在所述转向水通道体121内与所述转向水通道体121连接的推进器，所述转向水通道体121设有进水端1211、出水端1212和连接所述进水端1211和出水端1212的平滑过渡段部分1213，所述进水端1211的进水方向与所述出水端1212的出水方向垂直，所述出水端1212的出水方向与所述壁面垂直；所述推进器用于使水流从所述进水端1211流入，经过所述平滑过渡段部分1213，从所述出水端1212流出，所述推进器设置在靠近所述出水端1212的位置；所述支撑单元包括轮架111和与所述轮架111铰接的支撑轮130，所述支撑轮130与所述壁面接触。

进一步地，还包括与所述机架110连接的水下壁面清洗装置200，所述水下壁面清洗装置200包括集水罩250、与所述集水罩250连接的水动力盒210、设置在所述集水罩250内可相对所述水动力盒210旋转的清洗盘230、设置在所述水动力盒210内的水推力叶片240、穿过所述水动力盒210的底板212与所述清洗盘230的旋转中心和所述水推力叶片240的旋转中心连接的动力轴220、密封所述水动力盒210的开口211的清洗水舱260；所述集水罩250侧面设置有第一出水口251，所述水动力盒210的侧面设置有第一进水口216和第二出水口217，所述清洗水舱260侧面设置有第二进水口262；所述水下壁面清洗装置200还包括一端与所述第一出水口251连接，另一端与所述第一进水口216连接的第一水通道管2010和一端与所述第二出水口217连接，另一端与所述第二进水口262连接的第二水通道管2011。

进一步地，所述水下壁面清洗装置200还包括与所述清洗水舱260密封连接的清洗出水罩290、设置在所述清洗水舱260内与所述清洗水舱260固定的清洗推进电机270、与所述清洗推进电机270连接的清洗动力叶片280；所述清洗出水罩290顶部设置有第三出水口291。

进一步地，所述水动力盒210上第一进水口216和第二出水口217与水动力盒210中心形成的夹角大于所述水推力叶片240上相邻叶片242之间的夹角。

进一步地，所述清洗盘230上设置有毛刷232和流孔231。

进一步地，所述推进器包括推进电机122、与所述推进电机122连接的动力叶片124、设置在所述推进电机122尾部的第一导流罩1221。减小电机对水流的阻力。

进一步地，所述动力单元120的数量为三个或四个，各个动力单元120中的进水端1211相对于所述机器人100的中心均匀分布并远离所述机器人100的中心设置。使得水平推力Tl朝向机器人的中心。

进一步地，所述进水端1211的截面积小于所述出水端1212的截面积，所述平滑过渡段部分1213的截面从所述进水端1211向着所述出水端1212，截面尺寸逐渐变大。减小了水流的阻力。

进一步地，所述轮架111还包括轮架本体1111和轮安装架1112，所述轮安装架1112与所述轮架本体1111铰接，所述支撑轮130与所述轮安装架1112铰接，在所述轮安装架1112与所述轮架本体1111之间还设置有拉簧1114，所述轮架本体1111的末端设置有壁面贴合垫1113。

进一步地，所述支撑单元有多个，所述多个支撑单元均布在相邻动力单元120之间。保证了支撑力均匀。

通过动力单元，既提供垂直于壁面的压力，又提供平行于壁面的推进力，利用布置的多个动力单元的推进力之差，控制机器人沿壁面运行，减少了动力源，使结构简化；同时，配置在机器人上的水下壁面清洗装置，利用抽吸水流的动力带动清洗盘运动，使得动力源减少，结构简化。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下壁面运行机器人，包括机架，其特征在于，还包括与所述机架连接的动力单元和与所述机架连接并用于与所述壁面接触的支撑单元；所述动力单元包括与所述机架固定的转向水通道体和设置在所述转向水通道体内与所述转向水通道体连接的推进器，所述转向水通道体设有进水端、出水端和连接所述进水端和出水端的平滑过渡段部分，所述进水端的进水方向与所述出水端的出水方向垂直，所述出水端的出水方向与所述壁面垂直；所述推进器用于使水流从所述进水端流入，经过所述平滑过渡段部分，从所述出水端流出，所述推进器设置在靠近所述出水端的位置；所述支撑单元包括轮架和与所述轮架铰接的支撑轮，所述支撑轮与所述壁面接触。

2.根据权利要求1所述的水下壁面运行机器人，其特征在于，还包括与所述机架连接的水下壁面清洗装置，所述水下壁面清洗装置包括集水罩、与所述集水罩连接的水动力盒、设置在所述集水罩内可相对所述水动力盒旋转的清洗盘、设置在所述水动力盒内的水推力叶片、穿过所述水动力盒的底板与所述清洗盘的旋转中心和所述水推力叶片的旋转中心连接的动力轴、密封所述水动力盒的开口的清洗水舱；所述集水罩侧面设置有第一出水口，所述水动力盒的侧面设置有第一进水口和第二出水口，所述清洗水舱侧面设置有第二进水口；所述水下壁面清洗装置还包括一端与所述第一出水口连接，另一端与所述第一进水口连接的第一水通道管和一端与所述第二出水口连接，另一端与所述第二进水口连接的第二水通道管；所述清洗盘与所述壁面接触。

3.根据权利要求2所述的水下壁面运行机器人，其特征在于，所述水下壁面清洗装置还包括与所述清洗水舱密封连接的清洗出水罩、设置在所述清洗水舱内与所述清洗水舱固定的清洗推进电机、与所述清洗推进电机连接的清洗动力叶片；所述清洗出水罩顶部设置有第三出水口。

4.根据权利要求2所述的水下壁面运行机器人，其特征在于，所述水动力盒上第一进水口和第二出水口与水动力盒中心形成的夹角大于所述水推力叶片上相邻叶片之间的夹角。

5.根据权利要求2所述的水下壁面运行机器人，其特征在于，所述清洗盘上设置有毛刷和流孔。

6.根据权利要求1～5任一所述的水下壁面运行机器人，其特征在于，所述推进器包括推进电机、与所述推进电机连接的动力叶片、设置在所述推进电机尾部的第一导流罩。

7.根据权利要求1～5任一所述的水下壁面运行机器人，其特征在于，所述动力单元的数量为三个或四个，各个动力单元中的进水端相对于所述机器人的中心均匀分布并远离所述机器人的中心设置。

8.根据权利要求1～5任一所述的水下壁面运行机器人，其特征在于，所述进水端的截面积小于所述出水端的截面积，所述平滑过渡段部分的截面从所述进水端向着所述出水端，截面尺寸逐渐变大。

9.根据权利要求1～5任一所述的水下壁面运行机器人，其特征在于，所述轮架还包括轮架本体和轮安装架，所述轮安装架与所述轮架本体铰接，所述支撑轮与所述轮安装架铰接，在所述轮安装架与所述轮架本体之间还设置有拉簧，所述轮架本体的末端设置有壁面贴合垫。

10.根据权利要求7所述的水下壁面运行机器人，其特征在于，所述支撑单元有多个，所述多个支撑单元均布在相邻动力单元之间。

Images