CN108500993A - 一种冰下探测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冰下探测机器人，包括主体和遥控装置，主体内设置有控制器和探测设备，主体两侧设置有转轮，转轮可贴紧冰层底面发生转动从而驱动该机器人贴着冰层运动，转轮靠近主体的一侧竖直设置有转向轴，转向轴两端转动连接有连接座，连接座上设置有驱动转向轴转动从而使转轮改变前进方向的驱动机构，转向轴和连接座分别固定在主体和转轮上，还包括控制机器人沉浮的浮力控制装置。该冰下探测机器人，能较好的对冰层下方的环境信息进行探测记录。

Description

一种冰下探测机器人

技术领域

本发明涉及探测设备，特别涉及一种冰下探测机器人。

背景技术

近些年来人类对南北极的探索变的更加频繁，不管是出于对地质研究还是生物研究的需求，都使得对于南北极冰层下探测的需求急剧的增加。现有的对冰层进行探测主要采用遥感雷达设别进行冰层分布探测，但是由于南极冰层的厚度较大，内部冰层回波会被淹没在表面杂波或者噪声中，给雷达探测冰层厚度带来难度。

传统的雷达信号处理技术是用合成孔径(SAR)技术进行方位向杂波抑制，波束合成方法进行垂直方位向的杂波抑制处理，可以有效的提取出内部冰层回波信号和分层结构。传统的信号处理技术适用于冰表面起伏小，粗糙度小的极地冰的中心分布区域。但是对于表面起伏大，粗糙度大的冰覆盖区域，尤其是分布有大量冰川和峡谷的极地冰边缘和靠近海岸的大起伏、大粗糙度的冰表面，传统的雷达回波处理技术对冰厚的探测处理能力将会有限。同时使用雷达对冰层下方进行探测，不能对冰层下方的环境进行精确探测。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种冰下探测机器人，能较好地克服上述技术问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种冰下探测机器人，包括主体和遥控装置，主体内设置有控制器和探测设备，主体两侧设置有转轮，转轮可贴紧冰层底面发生转动从而驱动该机器人贴着冰层运动，转轮靠近主体的一侧竖直设置有转向轴，转向轴两端转动连接有连接座，连接座上设置有驱动转向轴转动从而使转轮改变前进方向的驱动机构，转向轴和连接座分别固定在主体和转轮上，还包括控制机器人沉浮的浮力控制装置。

通过上述技术方案，需要对冰下环境进行探测时，可以将探测机器人放入到冰下。当机器人放入到冰下后，通过浮力控制装置可以使机器人处于冰层下方并紧贴在冰层底部的状态。然后通过遥控装置控制机器人工作，使转轮发生转动，从而使转轮和冰层底面之间产生摩擦力并在摩擦力的驱动下使主体在冰层下方运动。设置在主体内的探测设备可以对冰下的环境进行检测和记录。转轮和主体之间设置有转向轴，转向轴两端设置有连接座，连接座内设置有驱动机构，可以控制转向轴发生转动。由于转向轴和连接座分别固定在主体和转轮上，所以当转向轴发生固定时转轮和主体之间的夹角发生改变，从而使机器人在冰层下方可以灵活地转向。

优选的，所述转向轴一端设置有蜗轮，连接座内设置有伺服电机和蜗杆，伺服电机驱动蜗杆带动蜗轮发生转动，从而使转向轴发生转动。

通过上述技术方案，可以较为准确、稳定地控制转向轴发生转向，同时蜗轮蜗杆具有自锁能力，当伺服电机没有转动时，转向轴不会发生转动，从而可以避免在运动过程中方向发生偏移。

优选的，所述转轮包括固定在连接座上的驱动电机，电机的输出轴上设置有转轮座，转轮座外侧套设有转轮套。

通过上述技术方案，当电机通电后，驱动电机转动带动转轮座转动，从而使机器人能够在冰下实现运动。转轮套可以使用橡胶材质制成，转轮套内部中空，在放入冰下前可以预充一部分气，使机器人整体重力处于略大于浮力的状态。同时转轮套的设置还能起到一个缓冲作用，当机器人在冰下行走时就算磕碰也可以保护机器人。

优选的，所述转轮座内侧设置有充气浮板，转轮座内设置有压缩气罐，压缩气罐通过电磁阀与充气浮板连通，电磁阀受控制器控制对充气浮板进行充气或者放气。

通过上述技术方案，能够较为方便地实现对于机器人整体浮力的控制，从而实现机器人的沉浮。

优选的，所述转轮套外侧还设置有叶片。

通过上述技术方案，叶片的设置可以使转轮和冰层之间产生更大的摩擦力，同时也能起到拨水作用，驱动机器人的运动。

优选的，所述主体后端还设置有可伸缩的平衡尾。

通过上述技术方案，伸缩的平衡尾的设置可以较好地控制机器人在工作过程中的重心，使其保持平衡状态。

优选的，所述探测设备包括主声呐发射器和声呐收集器、冰样采集器、图像采集装置、水样分析装置中的一项或者几项，水样分析装置设置在主体前端，冰样采集器设置在主体顶部。

通过上述技术方案，声呐发射器和声呐收集器的设置可以对机器人前进方向的地形进行探测和记录，从而更多地获得冰层下方的环境数据同时更好地选择机器人的前进方向。冰样采集器可以较为方便地对冰层底部的冰样进行采集，从而获得研究样本。图像采集装置可以对冰下的环境进行拍摄。

优选的，所述主体顶部还设置有固定叉。

通过上述技术方案，当该机器人出现故障或者突发状况时，可以控制固定叉向冰层底部发射，通过固定叉将该机器人固定在冰层底部，从而为以后取回设备提供条件。

优选的，所述图像采集装置包括摄像头和探照灯，主体前后两侧及上下两侧均设置有摄像头。

通过上述技术方案，可以对主体上下、及前后各侧的图像进行采集。探照灯的设置可以提供光源。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为连接座内的结构示意图；

图3为该机器人工作时的结构示意图；

图4为平衡尾收缩时的结构示意图。

附图标记：1、主体；2、转轮座；3、充气浮板；4、转轮套；5、叶片；6、驱动电机；7、连接座；8、转向轴；9、平衡尾；10、固定叉；11、冰样采集器；12、摄像头；13、探照灯；14、水样分析仪进水口；15、水样分析仪出水口；16、声呐发射器；17、声呐收集器；18、蜗轮；19、蜗杆；20、伺服电机；21、同步带；22、冰层；23、固定座；24、固定柱；25、输出轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

一种冰下探测机器人，包括主体1和遥控装置。遥控装置包括控制端和受控端，控制端和受控端均具有发送和接收信号的能力，从而实现在机器人和受控端之间实现通信。工作时，控制端处在冰面上方，有工作人员操作，受控端安装在主体1内。主体1内还设置有控制器和探测设备，控制器与受控端连接，主体1上的探测设备和其他装置由控制器控制。主体1两侧设置有转轮，转轮可贴紧冰层22底面发生转动从而驱动该机器人贴着冰层22运动，转轮靠近主体1的一侧竖直设置有转向轴8，转向轴8两端转动连接有连接座7，连接座7上设置有驱动转向轴8转动从而使转轮改变前进方向的驱动机构，转向轴8和连接座7分别固定在主体1和转轮上，还包括控制机器人沉浮的浮力控制装置。当需要对冰下环境进行探测时，可以将探测机器人放入到冰下。当机器人放入到冰下后，通过浮力控制装置可以使机器人处于冰层22下方并紧贴在冰层22底面的状态。然后通过控制端向受控端发送信号，控制机器人工作，使转轮发生转动，从而使转轮和冰层22底面之间产生摩擦力并在摩擦力的驱动下使主体1在冰层22下方运动。设置在主体1内的探测设备可以对冰下的环境进行检测和记录。转轮和主体1之间设置有转向轴8，转向轴8两端设置有连接座7，转向轴8端部处在连接座7内。连接座7内设置有驱动机构，可以控制转向轴8发生转动。由于转向轴8和连接座7分别固定在主体1和转轮上，所以当转向轴8发生固定时转轮和主体1之间的夹角发生改变，从而使机器人在冰层22下方可以灵活地转向。

转向轴8中部设置有与转向轴8轴线垂直的固定柱24，固定柱24通过固定座23固定在主体1上。转向轴8一端设置有蜗轮18，蜗轮18处在连接座7内并与转向轴8固定连接。连接座7内还设置有伺服电机20和蜗杆19，伺服电机20通过同步带21驱动蜗杆19转动从而带动蜗轮18发生转动，进而使转向轴8发生转动。伺服电机20受控制器控制，使用蜗轮18、蜗杆19和伺服电机20配合驱动转向轴8进行转动，可以较为精确地控制转向方向，保证机器人的运动精度。同时蜗轮18和蜗杆19具有自锁能力，当伺服电机20没有转动时，转向轴8不会发生转动，从而可以避免在运动过程中方向发生偏移。

转轮包括驱动电机6及转轮座2，驱动电机6与连接座7固定连接，转轮座2固定在驱动电机6的输出轴25上，转轮座2外侧套设有转轮套4。当电机通电后，驱动电机6转动带动转轮座2转动，从而使机器人能够在冰下实现运动。转轮套4可以使用橡胶材质制成，转轮套4内部中空，在放入冰下前可以预充一部分气，使机器人整体重力处于略大于浮力的状态。同时转轮套4的设置还能起到一个缓冲作用，当机器人在冰下行走时就算磕碰也可以保护机器人。转轮座2内设置有充气浮板3，充气浮板3连接有控制浮板充气或者放气的电磁阀，电磁阀与压缩气罐相连。控制器根据控制端的命令通过控制电磁阀使浮板与压缩气罐连通对浮板进行充气，从而增加机器人的整体浮力，使机器人上浮；同时也能通过控制电磁阀控制浮板向外放气，从而减小机器人所受的浮力，使机器人下沉。

转轮套4外侧还设置有叶片5，叶片5圆周均布在转轮套4外，叶片5由金属材料制成。叶片5的设置可以使转轮和冰层22之间产生更大的摩擦力，同时也能起到拨水作用，驱动机器人的运动。

主体1后端还设置有可伸缩的平衡尾9。伸缩的平衡尾9的设置可以较好地控制机器人在工作过程中的重心，使其保持平衡状态。平衡尾9可以使用推杆电机，从而较为方便地实现该功能。

探测设备包括声呐收集器17和声呐发射器16、冰样采集器11、图像采集装置、水样分析装置中的一项或者几项。水样分析装置包括水样分析仪进水口14和水样分析仪出水口15，水样分析仪的进水口和水样分析仪的出水口开设在主体1前端顶部，冰样采集器11设置在主体1顶部。声呐发射器16和声呐发射器16可以设置在主体1轴前后两侧及左右两侧，从而使机器人能够对其四周的地形进行探测。声呐收集器17和声呐发射器16的设置可以对机器人前进方向前端的地形进行探测和记录，从而更多地获得冰层22下方的环境数据。同时在获取周围的地形后可以在控制器内置程序的控制下自动地制定行进路线。冰样采集器11可以较为方便地从冰层22底部进行冰样的采集，从而获得研究样本。图像采集装置包括摄像头12和探照灯13，主体1前后两侧及上下两侧均设置有摄像头12。这样设置可以对主体1上下、及前后各侧的图像进行采集，探照灯13的设置可以提供光源。图像采集装置可以对冰下的环境进行拍摄，获取影像资料。

主体1顶部还设置有固定叉10，固定叉10后端连有高压气罐，发射时，固定叉10和高压气罐连通，通过压力驱使固定叉10射出。当该机器人出现故障或者突发状况时，可以控制固定叉10向冰层22底部发射，通过固定叉10将该机器人固定在冰层22底部，这样即使该机器人失去浮力或者动力时，其位置也能固定，不会沉没到海底，从而为以后取回设备提供条件。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (9)

1.一种冰下探测机器人，包括主体和遥控装置，主体内设置有控制器和探测设备，主体两侧设置有转轮，转轮可贴紧冰层底面发生转动从而驱动该机器人贴着冰层运动，转轮靠近主体的一侧竖直设置有转向轴，转向轴两端转动连接有连接座，连接座上设置有驱动转向轴转动从而使转轮改变前进方向的驱动机构，转向轴和连接座分别固定在主体和转轮上，还包括控制机器人沉浮的浮力控制装置。

2.根据权利要求1所述的冰下探测机器人，其特征是：所述转向轴一端设置有蜗轮，连接座内设置有伺服电机和蜗杆，伺服电机驱动蜗杆带动蜗轮发生转动，从而使转向轴发生转动。

3.根据权利要求1所述的冰下探测机器人，其特征是：所述转轮包括固定在连接座上的驱动电机，电机的输出轴上设置有转轮座，转轮座外侧套设有转轮套。

4.根据权利要求3所述的冰下探测机器人，其特征是：所述转轮座内侧设置有充气浮板，转轮座内设置有压缩气罐，压缩气罐通过电磁阀与充气浮板连通，电磁阀受控制器控制对充气浮板进行充气或者放气。

5.根据权利要求3所述的冰下探测机器人，其特征是：所述转轮套外侧还设置有叶片。

6.根据权利要求1所述的冰下探测机器人，其特征是：所述主体后端还设置有可伸缩的平衡尾。

7.根据权利要求1所述的冰下探测机器人，其特征是：所述探测设备包括声呐发射器和声呐收集器、冰样采集器、图像采集装置、水样分析装置中的一项或者几项，水样分析装置设置在主体前端，冰样采集器设置在主体顶部。

8.根据权利要求1所述的冰下探测机器人，其特征是：所述主体顶部还设置有固定叉。

9.根据权利要求6所述的冰下探测机器人，其特征是：所述图像采集装置包括摄像头和探照灯，主体前后两侧及上下两侧均设置有摄像头。