CN108725720A - 升降型折叠式水下机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种升降型折叠式水下机器人，包括本体、支撑机构和螺旋桨驱动机构，本体包括壳体和内置于壳体中的摄像模块；壳体下部设有透明的观察窗；支撑机构包括设置在壳体两侧的两个折叠支腿和用于同步带动两个折叠支腿折叠或伸展的伸展驱动机构；螺旋桨驱动机构包括位于壳体正上方的螺旋桨叶、设置在壳体中的桨叶驱动电机和转动设置在壳体顶壁上的桨叶驱动杆；桨叶驱动电机通过桨叶驱动杆带动螺旋桨往复转动。本发明能够在水中自主升降，并具有便携的优点。

Description

升降型折叠式水下机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种升降型折叠式水下机器人。
背景技术
水下机器人多具有摄像机或摄像头，一般用于水文研究、水下监控、水下探查、水下救援、水下打捞、核电站水域监察以及水下石油作业平台清理等领域。
现有的一种水下机器人，是在水下摄像机的基础上，增加移动模块，从而完成自主移动或受控移动。
专利文献CN201733377U公开了一种水下摄像机，包括密封壳体、摄像机模组，以及控制电机转动的控制板；密封壳体底部设有透明球罩；在所述密封壳体内水平安装有第一齿轮盘、以及带动所述第一齿轮盘转动的第一驱动电机；在所述第一齿轮盘中心设置有一传输电力与信号的导电滑环，所述导电滑环通过螺丝与所述主支架顶部紧固在一起；在所述第一齿轮盘下方设置有一n形主支架，所述主支架的顶部与所述第一齿轮盘固定连接；在所述主支架的侧壁安装有第二齿轮盘、以及带动所述第二齿轮盘转动的第二驱动电机；在所述主支架内安装有一U形负支架，所述负支架的一侧壁与所述第二齿轮盘连接；所述摄像机模组固定安装在所述负支架上。当第一驱动电机带动第一齿轮盘旋转时，主支架将随之一起转动，即可实现摄像机水平方向360°的旋转；当第二驱动电机带动第二齿轮盘旋转时，负支架可随之一起转动，即可实现摄像机±90°的旋转。摄像机在水平和垂直旋转过程中通过导电滑环与外界进行供电和信号传输、交换，导电滑环保证摄像机模组在正常工作过程中不掉电，不丢失信号，连续工作，同时保证支架可以连续360度旋转。
该种水下摄像机结构简单，摄像机可以水平方向360度旋转，垂直方向±90度旋转，实现全方位观察，拓宽水下视野。
该种水下摄像机存在以下不足之处：不具有自行移动能力，需手持或安装在其它物体上使用，当将其直接沉入水底时，透明球罩将被淤泥弄脏，妨碍拍摄。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有电动折叠支腿且能够在水中自主升降的升降型折叠式水下机器人。
实现本发明目的的技术方案是：一种升降型折叠式水下机器人，包括本体、支撑机构和螺旋桨驱动机构，本体包括壳体和内置于壳体中的摄像模块；壳体下部设有透明的观察窗；支撑机构包括设置在壳体两侧的两个折叠支腿和用于同步带动两个折叠支腿折叠或伸展的伸展驱动机构；螺旋桨驱动机构包括位于壳体正上方的螺旋桨叶、设置在壳体中的桨叶驱动电机和转动设置在壳体顶壁上的桨叶驱动杆；桨叶驱动电机通过桨叶驱动杆带动螺旋桨往复转动。
由于两折叠支腿既可折叠，又可伸展，故不仅易于携带，还可在使用时展开以增强稳定性。另外，由于螺旋桨叶设置在壳体正上方，故可产生直线上升或下降的驱动力。
进一步的优选方案是：两折叠支腿沿铅垂线方向折叠或伸展。
进一步的优选方案是：各折叠支腿包括由多个X形架组合形成的复合折叠架、与复合折叠架中最上面一个X形架相连的V形联动杆、与V形联动杆相连的传动杆、安装杆以及和复合折叠架底部相连的支撑脚；壳体两侧的壁体上设有两个水平滑孔，各安装杆是滑动设置在相应一个水平滑孔中的水平滑杆，各安装杆的外端露出壳体；各复合折叠架最上面的一个X形架通过一个销钉转动设置在相应一个安装杆上；传动杆沿铅垂线方向设置；传动杆的底端和相应一个V形联动杆的铰接端转动相连。
进一步的优选方案是：伸展驱动机构包括一个伸展驱动电机和两个传动组件，伸展驱动电机通过两个传动组件同步带动两个传动杆沿铅垂线方向往复移动。
进一步的优选方案是：伸展驱动电机是一个双出轴式电机，其驱动转轴的两端均伸出电机外形成两个驱动输出轴；各传动组件包括主动锥齿轮、从动锥齿轮、铅垂滑杆和水平驱动杆组件；主动锥齿轮包括主动齿轮部和水平螺柱部，主动齿轮部固定设置在相应一个驱动输出轴上，且在铅垂面上往复转动；各安装杆接近伸展驱动电机的一侧端设有和水平螺柱部适配的水平螺孔，水平螺柱部位于相应一个安装杆的水平螺孔中；壳体顶部设有两个具有铅垂滑孔的铅垂套管，各铅垂套管的底端固定设有一滚轴；各从动锥齿轮包括从动齿轮部、安装部和铅垂螺柱部；从动齿轮部在水平面上往复转动，安装部位于铅垂螺柱部的下部且安装在相应一个滚轴中；水平驱动杆组件包括主驱动杆和位于主驱动杆两侧的两个副驱动杆，主驱动杆和副驱动杆均沿水平方向设置，各副驱动杆的外侧端通过销钉和相应一个传动杆相连；主驱动杆的两侧端均设有外突的滑接凸柱，各副驱动杆的邻接主驱动杆的一侧端设有中心滑孔，各滑接凸柱插入相应一个中心滑孔并可沿该中心滑孔往复滑动；铅垂滑杆位于相应一个铅垂套管的铅垂滑孔中，铅垂滑杆的底端中处设有和铅垂螺柱部适配的铅垂螺孔，铅垂滑杆的顶端设有和主驱动杆相连的连接部。
进一步的优选方案是：主驱动杆位于壳体正上方，主驱动杆的中部具有和螺旋桨同心设置的环形杆部，该环形杆部的孔径大于螺旋桨叶的最大外径。这种结构使得主驱动杆和螺旋桨叶共同占用壳体顶部正上方的空间，并使得两者完美避开，互不妨碍各自的动作。
本发明具有积极的效果：（1）本发明能够通过电动方式将折叠支腿伸展和折叠，当将折叠支腿完全折叠时，其整体占用空间较小，便于携带储存；当将折叠支腿完全展开时，能够使得整体具有较大支撑面，以及将本体撑离泥底，防止污泥脏污观察窗而影响拍摄；（2）本发明具有能够驱动自身升降的螺旋桨，便于自主化移动。
附图说明
图1为本发明处于折叠状态的一种立体结构示意图；
图2为图1所示机器人从另一角度观察时的一种立体结构示意图；
图3为图1所示机器人的一种爆炸图；
图4为图1所示机器人的一种半剖结构示意图；
图5为图1所示机器人处于伸展状态的一种立体结构示意图。
附图标记为：壳体1，半球形观察室11，水平滑孔12，铅垂套管13，铅垂滑孔131，滚轴132，摄像模块2，云台机构21，摄像头22，折叠支腿3，架板30，复合折叠架31，X形架311，V形联动杆32，传动杆33，安装杆34，水平螺孔341，支撑脚35，腰形滑孔351，滚动销轴352，增强连杆组件36，第一连杆361，第二连杆363，滑柱部364，伸展驱动机构4，伸展驱动电机41，驱动转轴411，驱动输出轴412，传动组件5，主动锥齿轮51，主动齿轮部511，水平螺柱部512，从动锥齿轮52，从动齿轮部521，安装部522，铅垂螺柱部523，铅垂滑杆53，铅垂螺孔531，连接部532，水平驱动杆组件54，主驱动杆541，滑接凸柱542，副驱动杆543，中心滑孔544，环形杆部545，螺旋桨驱动机构6，螺旋桨叶61，桨叶驱动电机62，桨叶驱动杆63。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例是一种水下机器人，见图1至图5所示，包括本体、支撑机构和螺旋桨驱动机构6；本体包括壳体1和内置于壳体中的摄像模块2；支撑机构包括设置在壳体外侧的两个折叠支腿3和用于驱动两个折叠支腿同步伸展或折叠的伸展驱动机构4。
壳体的下部设有透明的半球形观察室11；摄像模块包括内置于壳体中的具有驱动电机211的云台机构21、设置在云台机构上的摄像头22和设置在云台机构上的照明灯（图上未画出）。摄像头22固定设置在云台机构的底部，摄像头正对半球形观察室的透明壁体。
两个折叠支腿3分别位于壳体1的两侧；各折叠支腿3包括由多个X形架311组合形成的复合折叠架31、与复合折叠架中最上面一个X形架311相连的V形联动杆32、与V形联动杆转动中心相连的传动杆33、安装杆34以及设置在复合折叠架下方的支撑脚35；
各X形架311是由两个架板30通过各自的中部铰接相连形成，相邻的两个X形架中，上面一个X形架的两个架板的底端和下面一个X形架的两个架板的顶端转动相连；
壳体相对两侧的壁体上设有两个水平滑孔12，各安装杆34是滑动设置在相应一个水平滑孔中的水平滑杆，各安装杆的外端露出壳体；各复合折叠架最上面的一个X形架通过一个销钉转动设置在相应一个安装杆上，本实施例中，该销钉设置在相应一个安装杆的外端中心处，该X形架的两个架板绕该销钉转动。这种结构使得各安装杆可在相应一个水平滑孔中沿水平方向往复滑动。
V形联动杆是由两个架板30的邻接端转动相连组合形成，也即V形联动杆的两个架板的邻接端形成铰接端；各复合折叠架中最上面一个X形架的两个架板的顶端和V形联动杆中的两个架板的底端转动相连；
传动杆沿铅垂线方向设置；传动杆的底端和相应一个V形联动杆的铰接端转动相连，本实施例中，V形联动杆中两个架板和相应一个传动杆的底端是用一个销轴实现的铰接相连。
支撑脚上设有水平延伸的腰形滑孔351，各复合折叠架中最下面一个X形架的两个架板，其中一个架板的底端和支撑脚转动相连，另一个架板的底端设有水平向滚动销轴352，该滚动销轴352位于相应一个腰形滑孔中；当该复合折叠架伸展或折叠时，滚动销轴沿腰形滑孔滑动。
为了增加两个折叠支腿的强度及稳定性，两个支撑脚之间还设有两个增强连杆组件36。各增强连杆组件包括固定设置在一个支撑脚上的第一连杆361和固定设置在另一个支撑脚上的第二连杆363，第一连杆设有滑孔部，第二连杆设有滑柱部364，第二连杆的滑柱部位于第一连杆的滑孔部中。这种结构使得两折叠支腿彼此远离时，第二连杆的滑柱部仍位于第一连杆的滑孔中，也即使得各增强连杆组件中的第一连杆和第二连杆形成可伸缩的连接，以适应两折叠支腿的彼此远离和接近。
伸展驱动机构4包括一个伸展驱动电机41和两个传动组件5，伸展驱动电机通过两个传动组件同步带动两个传动杆33沿铅垂线方向往复移动，从而实现折叠或展开两个折叠支腿。
伸展驱动电机41是一个双出轴式电机，其驱动转轴411的两端均伸出电机外，从而形成两个驱动输出轴412。
各传动组件5包括主动锥齿轮51、从动锥齿轮52、铅垂滑杆53和水平驱动杆组件54；
主动锥齿轮包括主动齿轮部511和水平螺柱部512，主动齿轮部固定设置在相应一个驱动输出轴上，且在铅垂面上往复转动；各安装杆接近伸展驱动电机的一侧端设有和水平螺柱部适配的水平螺孔341，水平螺柱部位于相应一个安装杆的水平螺孔中；本实施例中，主动锥齿轮的主动齿轮部和水平螺柱部一体制成，两者同步运动；当主动锥齿轮被伸展驱动电机带动时，水平螺柱部通过螺纹驱动方式驱动相应一个安装杆往复转动，使得该安装杆沿水平滑孔往复移动，实现两个安装杆向着壳体的两侧伸长或缩短，从而带动两折叠支腿相互远离或接近。
壳体顶部设有两个具有铅垂滑孔131的铅垂套管13，各铅垂套管的底端固定设有一滚轴132；各从动锥齿轮包括从动齿轮部521、安装部522和铅垂螺柱部523；从动齿轮部在水平面上往复转动，安装部位于铅垂螺柱部的下部且安装在相应一个滚轴中；本实施例中，各从动锥齿轮的从动齿轮部、安装部和铅垂螺柱部一体制成。各主动锥齿轮转动时，带动相应一个从动锥齿轮转动，也即同步带动相应的从动齿轮部和铅垂螺柱部同步转动。
本实施例中，各水平滑孔和铅垂滑孔的外侧端均设有防水密封环，从而防止液体经滑孔进入到壳体中。
水平驱动杆组件包括主驱动杆541和位于主驱动杆两侧的两个副驱动杆543，主驱动杆和副驱动杆均沿水平方向设置，各副驱动杆的外侧端通过销钉和相应一个传动杆相连；主驱动杆的两侧端均设有外突的滑接凸柱542，各副驱动杆的邻接主驱动杆的一侧端设有中心滑孔544，各滑接凸柱插入相应一个中心滑孔并可沿该中心滑孔往复滑动。也即主驱动杆和两个副驱动杆形成可伸缩的连接。当两个安装杆向着壳体的两侧伸长或缩短时，由于主驱动杆的滑接凸柱可沿副驱动杆的中心滑孔往复滑动，从而使得水平驱动杆组件的整体水平长度也随之伸长或缩短。本实施例中，水平驱动杆组件位于壳体的正上方。
铅垂滑杆位于相应一个铅垂套管的铅垂滑孔中，铅垂滑杆的底端中处设有和铅垂螺柱部适配的铅垂螺孔531，铅垂滑杆的顶端设有和主驱动杆相连的连接部532；本实施例中，该连接部是一个套设在主驱动杆上的套环。当从动锥齿轮转动时，其铅垂螺柱部通过螺纹驱动方式带动相应一个铅垂滑杆往复转动，使得该铅垂滑杆沿铅垂滑孔往复移动，实现带动水平驱动杆组件上升或下移，进而带动折叠支腿中的传动杆33。
本实施例中，伸展驱动电机同步带动两主动锥齿轮和两从动锥齿轮同步转动，两个水平螺柱部驱动两个安装杆沿水平滑孔同步外伸或内缩，进而通过折叠支腿带动两个副驱动杆外伸或内缩，使得两折叠支腿之间的距离增加或减小；当两折叠支腿的间距增加时，整体较为稳定，不易晃动；当两折叠支腿的间距减小时，整体占用空间减小，便于携带。
两个铅垂螺柱部驱动两个铅垂滑杆和水平驱动杆组件上移或下降，进而带动各折叠支腿中的传动杆上移或下降；传动杆上移或下降时，带动折叠支腿的V形联动杆，由于各折叠支腿的最上面一个X形架安装在安装杆上，所以整个折叠支腿随着V形联动杆的拉伸或压缩而伸展或折叠起来；当折叠支腿完全伸展时，支撑脚下移至超过壳体底部，从而将壳体支撑起来，使得半球形观察室可以高出水底淤泥面；当折叠支腿被折叠时，整体占用空间较小，易于携带。
螺旋桨驱动机构6包括位于壳体正上方的螺旋桨叶61、设置在壳体中的桨叶驱动电机62和转动设置在壳体顶壁上的桨叶驱动杆63；桨叶驱动电机通过桨叶驱动杆带动螺旋桨往复转动；由于水平驱动杆组件也在壳体的正上方，为了避免水平驱动杆组件妨碍螺旋桨转动，主驱动杆的中部具有和螺旋桨同心设置的环形杆部545，该环形杆部的孔径大于螺旋桨叶的最大外径。这种结构使得两者不会彼此妨碍，保证各自正常运行。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种升降型折叠式水下机器人，包括本体、支撑机构和螺旋桨驱动机构，本体包括壳体和内置于壳体中的摄像模块；壳体下部设有透明的观察窗；其特征在于：
支撑机构包括设置在壳体两侧的两个折叠支腿和用于同步带动两个折叠支腿折叠或伸展的伸展驱动机构；
螺旋桨驱动机构包括位于壳体正上方的螺旋桨叶、设置在壳体中的桨叶驱动电机和转动设置在壳体顶壁上的桨叶驱动杆；桨叶驱动电机通过桨叶驱动杆带动螺旋桨往复转动；
两折叠支腿沿铅垂线方向折叠或伸展；
各折叠支腿包括由多个X形架组合形成的复合折叠架、与复合折叠架中最上面一个X形架相连的V形联动杆、与V形联动杆相连的传动杆、安装杆以及和复合折叠架底部相连的支撑脚；壳体两侧的壁体上设有两个水平滑孔，各安装杆是滑动设置在相应一个水平滑孔中的水平滑杆，各安装杆的外端露出壳体；各复合折叠架最上面的一个X形架通过一个销钉转动设置在相应一个安装杆上；传动杆沿铅垂线方向设置；传动杆的底端和相应一个V形联动杆的铰接端转动相连；
伸展驱动机构包括一个伸展驱动电机和两个传动组件，伸展驱动电机通过两个传动组件同步带动两个传动杆沿铅垂线方向往复移动；
伸展驱动电机是一个双出轴式电机，其驱动转轴的两端均伸出电机外形成两个驱动输出轴；各传动组件包括主动锥齿轮、从动锥齿轮、铅垂滑杆和水平驱动杆组件；
主动锥齿轮包括主动齿轮部和水平螺柱部，主动齿轮部固定设置在相应一个驱动输出轴上，且在铅垂面上往复转动；各安装杆接近伸展驱动电机的一侧端设有和水平螺柱部适配的水平螺孔，水平螺柱部位于相应一个安装杆的水平螺孔中；
壳体顶部设有两个具有铅垂滑孔的铅垂套管，各铅垂套管的底端固定设有一滚轴；各从动锥齿轮包括从动齿轮部、安装部和铅垂螺柱部；从动齿轮部在水平面上往复转动，安装部位于铅垂螺柱部的下部且安装在相应一个滚轴中；
水平驱动杆组件包括主驱动杆和位于主驱动杆两侧的两个副驱动杆，主驱动杆和副驱动杆均沿水平方向设置，各副驱动杆的外侧端通过销钉和相应一个传动杆相连；主驱动杆的两侧端均设有外突的滑接凸柱，各副驱动杆的邻接主驱动杆的一侧端设有中心滑孔，各滑接凸柱插入相应一个中心滑孔并可沿该中心滑孔往复滑动；
铅垂滑杆位于相应一个铅垂套管的铅垂滑孔中，铅垂滑杆的底端中处设有和铅垂螺柱部适配的铅垂螺孔，铅垂滑杆的顶端设有和主驱动杆相连的连接部；
支撑脚上设有水平延伸的腰形滑孔，各复合折叠架中最下面一个X形架的两个架板，其中一个架板的底端和支撑脚转动相连，另一个架板的底端设有水平向滚动销轴，该滚动销轴位于相应一个腰形滑孔中。
2.根据权利要求1所述的升降型折叠式水下机器人，其特征在于：主驱动杆位于壳体正上方，主驱动杆的中部具有和螺旋桨同心设置的环形杆部，该环形杆部的孔径大于螺旋桨叶的最大外径。
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