CN108528667B - 一种冰下机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冰下机器人，包括主体，主体上安装有探测装置，主体两侧还设置有驱动装置，其特征是：驱动装置通过变形装置与主体相连，变形装置包括连接杆，连接杆端部连接有万向轴，万向轴包括一个十字轴和一对支座，一个支座固定连接在连接杆端部，另一个支座与驱动装置固定连接，支座内均设置有驱动十字轴绕其轴线转动的驱动机构，驱动装置包括转轮座，转轮座内设置有螺旋推进器，转轮座外侧设置有转轮，螺旋推进器和转轮均由电机驱动。该冰下机器人，能在快速运动和慢速运动之间进行转换，同时具有较高的位移控制精度。

Description

一种冰下机器人
技术领域
本发明涉及机器人，特别涉及一种冰下机器人。
背景技术
在极地科学研究领域中，冰盖与冰架一直是全球变化研究的热点。冰盖与冰架系统作为全球变化的关键地区，构成地球系统的一个重要冷源，是全球气候系统的驱动器，对气候变化有强烈的响应与反馈作用。冰盖与冰架底部融化是南极质量收支的一个重要组成部分。由底部融化产生的融化水与不稳定状态对全球水团的演变同样具有重要作用。冰架底部的水文状况作为基础数据对研究极地科学具有至关重要的意义。
众所周知南北极天气非常恶劣，极度的寒冷环境使得人工操作变得非常的艰苦，所以人类发明了用来探测南北极环境的机器人。传统的探测机器人都是在冰上行走的，但是南北极的低温和狂风可能会对机器人造成损伤，可能还会造成宝贵数据的流失。同时现在对于冰架下方的水文数据只能采取钻孔探测的方法进行，该方法成本较高、效率较低，同时即使获取后也只能大致反映某一区域的水文状况，准确度较低。若使用冰下机器人则不会存在上述问题。冰下机器人一般在冰面一下运动，通过浮力控制装置可使该机器人与冰架底面的距离，从而获得冰架下方不同深度处的睡文数据。但是若想要将冰下机器人移动到需要探测的位置一般都只能通过在冰架边缘将该机器人放入到海水中，然后控制其移动到冰架下方的某一区域，这需要冰下机器人具有较强的移动能力以较快地抵达预定区域，同时当冰下机器人移动到预定工作位置后需要其在预定工作区域进行定点采样，这又需要冰下机器人具有较为精确的位移控制能力。
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机器人，能较好地解决上述问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种冰下机器人，包括主体，主体上安装有探测装置，主体两侧还设置有驱动装置，其特征是：驱动装置通过变形装置与主体相连，变形装置包括连接杆，连接杆端部连接有万向轴，万向轴包括一个十字轴和一对支座，一个支座固定连接在连接杆端部，另一个支座与驱动装置固定连接，支座内均设置有驱动十字轴绕其轴线转动的驱动机构，驱动装置包括转轮座，转轮座内设置有螺旋推进器，转轮座外侧设置套设有转轮，螺旋推进器和转轮均由电机驱动。
通过上述技术方案，主体上设置有探测装置可以对冰架下的水文数据进行探测。变形装置的设置可以改变驱动装置和主体之间的相对位置，当需要使该冰下机器人快速移动时，可以将驱动装置转动到其轴线和连接杆轴线相垂直的状态，此时使用螺旋推进器作为推进装置，从而获得较为快速的推进速度。同时通过改变支座上的驱动机构，改变两个支座之间的相对位置，可以控制该机器人的上下、前后及左右的移动方向，使该水下机器人较为快速地达到冰架下方的预定位置和预定深度。当需要对冰下机器人的位移进行准确控制时，可以通过变形装置使驱动装置的轴线与连接杆的轴线保持平行状态，通过转轮对该机器人进行驱动。当使用转轮进行驱动时，电机低速旋转，从而使转轮推动该冰下机器人在冰架下方某一深度进行移动，以达到精确控制该机器人位移的目的，调整运动方向时可以通过两侧的转轮的转速差来进行转向。当需要改冰下机器人快速移动时，可以通过电机快速转动并带动螺旋推进器转动，从而使该冰下机器人获得较高的航速，以快速到达预定区域。
优选的，所述连接杆具有伸缩能力。
通过上述技术方案，连接杆具有伸缩能力，可以较为灵活地控制转轮到主体之间的距离，一方面避免该冰下机器人在快速移动状态和精确控制状态之间变形形态时保证驱动装置与主体之间的距离，以避免发生干涉现象；另一方面也可以通过改变主体两侧连接杆的长度来达到精确控制主体转动方向的目的。
优选的，所述十字轴包括第一轴和第二轴，第一轴和第二轴上均设置有蜗轮，两个支架上分别设置有其中一个轴上的蜗轮配合的蜗杆及驱动蜗杆转动的伺服电机。
通过上述技术方案，可以较为方便地使两个支座之间发生任意方向的转动，从而对该冰下机器人的运动方向进行精确控制。
优选的，所述转轮外侧套设有转轮套，转轮套外侧设置有叶片。
通过上述技术方案，叶片的设置可以较好地提升转轮的推进能力，同时当该冰下机器人贴着冰架底面运动时，叶片的端部可以和冰架底面抵触并产生较大的摩擦力，从而使该冰下机器人能够有效地进行移动。
优选的，所述转轮内侧圆周均布有多块浮板。
通过上述技术方案，浮板的设置可以增加该机器人的整体浮力，从而使该机器人的重力与浮力达到平衡状态。
优选的，所述主体上设置有平衡杆，平衡杆具有伸缩能力。
通过上述技术方案，平衡杆的设置可以使该水下机器人在移动式整体保持水平状态。平衡杆具有伸缩能力，当对该机器人进行运输时可以减少整体的体积，便于移动。
优选的，所述主体两侧转动设置有扁平状的副体。
通过上述技术方案，当该机器人快速运动时可以通过改变副体和主体之间的夹角来改变机器人所受的阻力，从而使机器人快速实现上浮或者下沉运动。同时改变副体和主体之间的夹角使其处于垂直状态还能使机器人达到快速减速的目的。
优选的，所述转轮座套设在输出轴上，电机端部设置有对转轮座进行吸附的磁吸装置，转轮座上设置有内花键，输出轴靠近电机端面的一段上设置有外花键。
通过上述技术方案，当机器人需要慢速运动时，可以通过磁吸装置将转轮座吸附到靠近电机端面的一段输出轴上，使转轮座和输出轴之间的花键相互啮合从而实现转矩的传递。当机器人快速移动时，可以关闭磁吸装置，使转轮座在水流的阻力的作用下从外花键上脱离，从而避免螺旋推进装置在发生快速转动时转轮座也发生转动。
附图说明
图1为实施例的慢速工作状态下的结构示意图；
图2为十字轴处的结构示意图；
图3为图2中右侧支座和十字轴的结构示意图；
图4为该机器人慢速工作时的示意图；
图5为机器人从慢速转变为快速运动状态时中间过程的形态示意图；
图6为机器人快速运动状态使的形态示意图；
图7为转轮座和电机处的结构示意图；
图8为该机器人运输时的形态示意图。
附图标记：1、主体；2、副体；3、冰层；4、连接杆；5、支座；6、十字轴；7、电机；8、转轮座；9、转轮套；10、叶片；11、蜗杆；12、第一轴；13、第二轴；14、同步带；15、伺服电机；16、蜗轮；17、螺旋桨；18、平衡杆；19、磁吸装置；20、外花键；21、内花键；22、转轮。
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。
一种冰下机器人，包括主体1，主体1上安装有探测装置，主体1两侧还设置有驱动装置，其特征是：驱动装置通过变形装置与主体1相连，变形装置包括连接杆4，连接杆4一端固定连接在主体1上，另一端端部连接有万向轴，万向轴包括一个十字轴6和一对支座5，一个支座5固定连接在连接杆4端部，另一个支座5与驱动装置固定连接，支座5内均设置有驱动十字轴6绕其轴线转动的驱动机构，驱动装置包括转轮座8，转轮座8内设置有螺旋推进器，螺旋推进器可以使用螺旋桨17。转轮座8外侧设置套设有转轮22，螺旋推进器和转轮22均由电机7驱动。主体1上设置有探测装置可以对冰架下的水文数据进行探测。变形装置的设置可以改变驱动装置和主体1之间的相对位置，当需要使该冰下机器人快速移动时，可以将驱动装置转动到其轴线和连接杆4轴线相垂直的状态，此时使用螺旋推进器作为推进装置，从而获得较为快速的推进速度。同时通过改变支座5上的驱动机构，改变两个支座5之间的相对位置，可以控制该机器人的上下、前后及左右的移动方向，使该水下机器人较为快速地达到冰架下方的预定位置和预定深度。当需要对冰下机器人的位移进行准确控制时，可以通过变形装置使驱动装置的轴线与连接杆4的轴线保持平行状态，通过转轮22对该机器人进行驱动。当使用转轮22进行驱动时，电机7低速旋转，从而使转轮22推动该冰下机器人在冰架下某一深度进行移动，以达到精确控制该机器人位移的目的，调整运动方向时可以通过两侧的转轮22的转速差来进行转向。当需要改冰下机器人快速移动时，可以通过电机7快速转动并带动螺旋推进器转动，从而使该冰下机器人获得较高的航速，以快速到达预定区域。
连接杆4可以使用推杆电机，使具有伸缩能力，从而可以较为灵活地控制转轮22到主体1之间的距离，一方面避免该冰下机器人在快速移动状态和精确控制状态之间变形形态时保证驱动装置与主体1之间的距离，以避免发生干涉现象；另一方面也可以通过改变主体1两侧连接杆4的长度来达到精确控制主体1转动方向的目的。
十字轴6包括第一轴12和第二轴13，第一轴12和第二轴13上均设置有蜗轮，两个支座5上分别设置有与其中一个轴上的蜗轮配合的蜗杆11及驱动蜗杆11转动的伺服电机15，伺服电机15与蜗杆11之间通过同步带14进行传动。这样设置可以较为方便地使两个支座5之间发生转动，从而对该冰下机器人的运动方向进行精确控制。
所述转轮22外侧套设有转轮套9，转轮套9外侧设置有叶片10。转轮套9可以由弹性橡胶制成，以使其具有好的减震缓冲作用，这样当机器人在运行过程中与冰层3之间发生碰撞时较为不易发生损坏。叶片10的设置可以较好地提升转轮22的推进能力，同时当该冰下机器人贴着冰架底面运动时，叶片10的端部可以和冰架底面抵触并产生较大的摩擦力，从而使该冰下机器人能够有效地进行移动。
转轮22内侧圆周均布有多块浮板。浮板的设置可以增加该机器人的整体浮力，从而使该机器人的重力与浮力达到平衡状态。
主体1后端设置有平衡杆18，平衡杆18可以使用推杆电机，以使其具有伸缩能力。平衡杆18的设置可以使该水下机器人在移动式整体保持水平状态。平衡杆18具有伸缩能力，当对该机器人进行运输时可以减少整体的体积，便于移动。
主体1两侧转动设置有扁平状的副体2。当该机器人快速运动时可以通过改变副体2和主体1之间的夹角来改变机器人所受的阻力，从而使机器人快速实现上浮或者下沉运动。同时改变副体2和主体1之间的夹角还能使机器人达到快速减速的目的。副体2套设在连接杆4上，连接杆4上固定连接有蜗轮16，副体2内固定有与蜗轮16配合传动的蜗杆11和驱动蜗杆11转动的伺服电机15，当该伺服电机15转动时可以驱动蜗杆11发生转动，从而改变副体2和主体1之间的夹角。
转轮座8套设在电机7的输出轴上，电机7端部设置有对转轮座8进行吸附的磁吸装置19，转轮座8上设置有内花键21，输出轴靠近电机7端面的一段上设置有外花键20。当机器人需要慢速运动时，可以通过磁吸装置19将转轮座8吸附到靠近电机7端面的一段输出轴上，使转轮座8和输出轴之间的花键相互啮合从而实现转矩的传递。当机器人快速移动时，可以关闭磁吸装置19，使转轮座8在水流的阻力的作用下从外花键20上脱离，从而避免螺旋推进装置在发生快速转动时转轮座8也发生转动。
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 (7)

1.一种冰下机器人，包括主体，主体上安装有探测装置，主体两侧还设置有驱动装置，其特征是：驱动装置通过变形装置与主体相连，变形装置包括连接杆，连接杆端部连接有万向轴，万向轴包括一个十字轴和一对支座，一个支座固定连接在连接杆端部，另一个支座与驱动装置固定连接，支座内均设置有驱动十字轴绕其轴线转动的驱动机构，驱动装置包括转轮座，转轮座内设置有螺旋推进器，转轮座外侧设置有转轮，螺旋推进器和转轮均由电机驱动；所述转轮座套设在输出轴上，电机端部设置有对转轮座进行吸附的磁吸装置，转轮座上设置有内花键，输出轴靠近电机端面的一段上设置有外花键，当机器人需要慢速运动时，通过磁吸装置将转轮座吸附到靠近电机端面的一段输出轴上，使转轮座和输出轴之间的花键相互啮合从而实现转矩的传递；当机器人快速移动时，关闭磁吸装置使转轮座在水流的阻力的作用下从外花键上脱离，从而避免螺旋推进装置在发生快速转动时转轮座也发生转动。
2.根据权利要求1所述的冰下机器人，其特征是：所述连接杆具有伸缩能力。
3.根据权利要求1所述的冰下机器人，其特征是：所述十字轴包括第一轴和第二轴，第一轴和第二轴上均设置有蜗轮，两个支座上分别设置有与其中一个轴上的蜗轮配合的蜗杆及驱动蜗杆转动的伺服电机。
4.根据权利要求1所述的冰下机器人，其特征是：所述转轮外侧套设有转轮套，转轮套外侧设置有叶片。
5.根据权利要求1所述的冰下机器人，其特征是：所述转轮内侧圆周均布有多块浮板。
6.根据权利要求1所述的冰下机器人，其特征是：所述主体上设置有平衡杆，平衡杆具有伸缩能力。
7.根据权利要求3所述的冰下机器人，其特征是： 所述主体两侧转动设置有扁平状的副体。
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