CN109131792B - 一种水下探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下探测装置，所述装置包括水下运动装置、升降装置、探测装置和信息发射装置，其中升降装置安装在水下运动装置的上方；探测装置安装在水下运动装置的的尾部下方；信息发射装置安装在升降装置上。本发明采用了上述技术方案后，通过活塞与充气缸形成密闭腔体的体积大小控制水下探测装置在水下的浮力，通过弹性内膜的变形改变空腔的体积，利用压强差将空腔内部物体通过进水单向阀和出水单向阀吸进与排出，利用排出水的产生的反推力运动。

Description

一种水下探测装置

技术领域

本发明涉及一种水下探测装置，属于水下探测机器人技术领域。

背景技术

目前传统的刚性水下探测装置的技术较为成熟，而水下柔性探测装置的技术正处于发展阶段，其中软体机器人的变形较难控制，限制了软体机器人在水下的运动控制，其属下勘测路线较难控制本发明将刚性水下探测装置技术与水下柔性探测装置结合起来，形成一种新的水下探测装置，主要由刚性外壳、刚性内膜、弹性内膜组合成不同的空腔，通过弹性内膜的受力变形改变相应空腔的体积，利用排出的液体的反推力实现水下探测装置在水下的运动，其中由浮力由充气缸与活塞形成的不同体积的空腔以及空腔浮体产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，克服现有的技术缺陷，提供一种新的水下探测装置，它能够实现在水中水平方向上的运动，水下探测及水下信息的发射，同时能够在水下自由的上下浮沉。

为了解决上述问题，本发明的方案是：

一种水下探测装置，所述装置包括水下运动装置、升降装置、探测装置和信息发射装置，其中升降装置安装在水下运动装置的上方；探测装置安装在水下运动装置的的尾部下方；信息发射装置安装在升降装置上。

上述升降装置包括充气阀、充气缸、充气缸支架、活塞、连杆一 、连杆二、大齿轮、小齿轮 、连杆三、转动副、空腔浮体以及双头螺杆；

所述大齿轮固定在空腔浮体上，小齿轮设置在大齿轮的内侧，所述小齿轮通过连杆三连接固定的转动副，所述转动副与电机转轴连接，小齿轮与活塞通过连杆一和连杆二连接，所述连杆一和连杆二之间通过转轴连接，连杆二一端连接小齿轮，另一端连接转轴，连杆一的一端连接活塞，另一端连接转轴，所述活塞与充气缸形成密封腔，活塞在充气缸内做直线运动，活塞使充气缸内的体积的变化使其浮力发生了变化，实现在升降的动作；所述充气阀安装在充气缸的上方；所述信息发射装置连接在充气阀上，所述充气缸通过充气缸支架固定在空腔浮体上，所述空腔浮体与水下运动装置通过双头螺纹螺杆连接在一起。

上述信息发射装置包括浮球和缆线，所述缆线的一端连接浮球，另一端连接充气阀。

上述水下运动装置的外壳为刚性外壳，并且为椭圆状球体，所述刚性外壳的中央位置设置左右对称的右转向工作腔和左转向工作腔，在刚性外壳的前端位置设置左右对称的前进工作腔一和前进工作腔二；

所述右转向工作腔包括右转向刚性内膜、右转向弹性内膜、右转向进水单向阀以及右转向出水单向阀；所述右转向工作腔的外壁由球弧状的右转向刚性内膜以及部分对应的刚性外壳围成一个腔体，腔体上设置右转向进水单向阀以及右转向出水单向阀，所述右转向弹性内膜紧贴球弧状的右转向刚性内膜设置，与其形状相同；刚性外壳与右转向弹性内膜之间形成液压腔室，右转向弹性内膜与右转向刚性内膜之间形成气压腔室；

所述左转向工作腔包括左转向刚性内膜、左转向弹性内膜、左转向进水单向阀以及左转向出水单向阀；所述左转向工作腔的外壁由球弧状的左转向刚性内膜以及部分对应的刚性外壳围成一个腔体，腔体上设置左转向进水单向阀以及左转向出水单向阀，所述左转向弹性内膜紧贴球弧状的左转向刚性内膜设置，与其形状相同；刚性外壳与左转向弹性内膜之间形成液压腔室，左转向弹性内膜与左转向刚性内膜之间形成气压腔室；

所述前进工作腔一包括前进刚性内膜一、前进弹性内膜一、前进进水单向阀一以及前进出水单向阀一；所述前进工作腔一的外壁由球弧状的前进刚性内膜一以及部分对应的刚性外壳围成一个腔体，腔体上设置前进进水单向阀一以及前进出水单向阀一，所述前进弹性内膜一紧贴球弧状的前进刚性内膜一设置，与其形状相同；刚性外壳与前进弹性内膜一之间形成液压腔室，前进弹性内膜一与前进刚性内膜一之间形成气压腔室；

所述前进工作腔二包括前进刚性内膜二、前进弹性内膜二、前进进水单向阀二以及前进出水单向阀二；所述前进工作腔二的外壁由球弧状的前进刚性内膜二以及部分对应的刚性外壳围成一个腔体，腔体上设置前进进水单向阀二以及前进出水单向阀二，所述前进弹性内膜二紧贴球弧状的前进刚性内膜二设置，与其形状相同；刚性外壳与前进弹性内膜二之间形成液压腔室，前进弹性内膜二与前进刚性内膜二之间形成气压腔室。

上述右转向弹性内膜、左转向弹性内膜、前进弹性内膜一、前进弹性内膜二的材料为硅胶、形状记忆合金或介电弹性体中的一种。

上述右转向弹性内膜、左转向弹性内膜、前进弹性内膜一、前进弹性内膜二的材料为硅胶时，原动力由气缸或液压缸提供，其中气缸可为单级气缸、多级气缸、单级液压缸或多级液压缸。

上述右转向弹性内膜、左转向弹性内膜、前进弹性内膜一、前进弹性内膜二的材料为形状记忆合金时，原动力由热电阻发热提供，热电阻的电路安装在气压腔室中。

上述右转向弹性内膜、左转向弹性内膜、前进弹性内膜一、前进弹性内膜二的材料为介电弹性体，其原动力由介电驱动器提供，其原动力装置安装在气压腔室中。

四个腔体的出水单向阀分布在刚性外壳的最大圆周线处，进水单向阀位于刚性外壳最大椭圆截面对称分布在液压腔体的表面。

四个腔体能够设置成四个以上的腔体且对称分布两侧。

本发明所达到的有益效果：

采用了上述技术方案后，通过活塞与充气缸形成密闭腔体的体积大小控制水下探测装置在水下的浮力，通过弹性内膜的变形改变空腔的体积，利用压强差将空腔内部物体通过进水单向阀和出水单向阀吸进与排出，利用排出水的产生的反推力运动。

附图说明

图1是本发明的正视图；

图2是图1中水下运动装置的俯视图；

图3是本发明的前进运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种水下探测装置，所述装置包括水下运动装置4、升降装置2、探测装置3和信息发射装置1，其中升降装置2安装在水下运动装置4的上方；探测装置3安装在水下运动装置4的的尾部下方；信息发射装置1安装在升降装置2上。

上述升降装置2包括充气阀2-1、充气缸2-2、充气缸支架2-3、活塞2-4、连杆一 2-5、连杆二2-6、大齿轮2-7、小齿轮2-8 、连杆三2-9、空腔浮体2-10、双头螺杆2-11以及转动副2-12；

所述大齿轮2-7固定在空腔浮体2-10上，小齿轮2-8设置在大齿轮2-7的内侧，所述小齿轮2-8通过连杆三2-9连接固定的转动副2-12，所述转动副2-12与电机转轴连接，电机未在图中标注，为常规电极设置，位置不限，小齿轮2-8与活塞2-4通过连杆一2-5和连杆二2-6连接，所述连杆一2-5和连杆二2-6之间通过转轴连接，连杆二2-6一端连接小齿轮2-8，另一端连接转轴，连杆一2-5的一端连接活塞2-4，另一端连接转轴，所述活塞2-4与充气缸2-2形成密封腔，活塞2-4在充气缸2-2内做直线运动，活塞2-4使充气缸2-2内的体积的变化使其浮力发生了变化，实现在升降的动作；所述充气阀2-1安装在充气缸2-2的上方；所述信息发射装置1连接在充气阀2-1上，所述充气缸2-2通过充气缸支架2-3固定在空腔浮体2-10上，所述空腔浮体2-10与水下运动装置4通过双头螺纹螺杆2-11连接在一起。

上述信息发射装置1包括浮球1-1和缆线1-2，所述缆线1-2的一端连接浮球1-1，另一端连接充气阀2-1。

如图2所示，上述水下运动装置4的外壳为刚性外壳4-1，并且为椭圆状球体，所述刚性外壳4-1的中央位置设置左右对称的右转向工作腔4-2和左转向工作腔4-4，在刚性外壳4-1的前端位置设置左右对称的前进工作腔一4-3和前进工作腔二4-5；

所述右转向工作腔4-2包括右转向刚性内膜4-2-1、右转向弹性内膜4-2-2、右转向进水单向阀4-2-3以及右转向出水单向阀4-2-4；所述右转向工作腔4-2的外壁由球弧状的右转向刚性内膜4-2-1以及部分对应的刚性外壳4-1围成一个腔体，腔体上设置右转向进水单向阀4-2-3以及右转向出水单向阀4-2-4，所述右转向弹性内膜4-2-2紧贴球弧状的右转向刚性内膜4-2-1设置，与其形状相同；刚性外壳4-1与右转向弹性内膜4-2-2之间形成液压腔室，右转向弹性内膜4-2-2与右转向刚性内膜4-2-1之间形成气压腔室；

所述左转向工作腔4-4包括左转向刚性内膜4-4-1、左转向弹性内膜4-4-2、左转向进水单向阀4-4-3以及左转向出水单向阀4-4-4；所述左转向工作腔4-4的外壁由球弧状的左转向刚性内膜4-4-1以及部分对应的刚性外壳4-1围成一个腔体，腔体上设置左转向进水单向阀4-4-3以及左转向出水单向阀4-4-4，所述左转向弹性内膜4-4-2紧贴球弧状的左转向刚性内膜4-4-1设置，与其形状相同；刚性外壳4-1与左转向弹性内膜4-4-2之间形成液压腔室，左转向弹性内膜4-4-2与左转向刚性内膜4-4-1之间形成气压腔室；

所述前进工作腔一4-3包括前进刚性内膜一4-3-1、前进弹性内膜一4-3-2、前进进水单向阀一4-3-3以及前进出水单向阀一4-3-4；所述前进工作腔一4-3的外壁由球弧状的前进刚性内膜一4-3-1以及部分对应的刚性外壳4-1围成一个腔体，腔体上设置前进进水单向阀一4-3-3以及前进出水单向阀一4-3-4，所述前进弹性内膜一4-3-2紧贴球弧状的前进刚性内膜一4-3-1设置，与其形状相同；刚性外壳4-1与前进弹性内膜一4-3-2之间形成液压腔室，前进弹性内膜一4-3-2与前进刚性内膜一4-3-1之间形成气压腔室；

所述前进工作腔二4-5包括前进刚性内膜二4-5-1、前进弹性内膜二4-5-2、前进进水单向阀二4-5-3以及前进出水单向阀二4-5-4；所述前进工作腔二4-5的外壁由球弧状的前进刚性内膜二4-5-1以及部分对应的刚性外壳4-1围成一个腔体，腔体上设置前进进水单向阀二4-5-3以及前进出水单向阀二4-5-4，所述前进弹性内膜二4-5-2紧贴球弧状的前进刚性内膜二4-5-1设置，与其形状相同；刚性外壳4-1与前进弹性内膜二4-5-2之间形成液压腔室，前进弹性内膜二4-5-2与前进刚性内膜二4-5-1之间形成气压腔室。

优选地，上述右转向弹性内膜4-2-2、左转向弹性内膜4-4-2、前进弹性内膜一4-3-2、前进弹性内膜二4-5-2的材料为硅胶、形状记忆合金或介电弹性体中的一种。

优选地，上述右转向弹性内膜4-2-2、左转向弹性内膜4-4-2、前进弹性内膜一4-3-2、前进弹性内膜二4-5-2的材料为硅胶时，原动力由气缸或液压缸提供，其中气缸可为单级气缸、多级气缸、单级液压缸或多级液压缸。

优选地，上述右转向弹性内膜4-2-2、左转向弹性内膜4-4-2、前进弹性内膜一4-3-2、前进弹性内膜二4-5-2的材料为形状记忆合金时，原动力由热电阻发热提供，热电阻的电路安装在气压腔室中。

优选地，上述右转向弹性内膜4-2-2、左转向弹性内膜4-4-2、前进弹性内膜一4-3-2、前进弹性内膜二4-5-2的材料为介电弹性体，其原动力由介电驱动器提供，其原动力装置安装在气压腔室中。

优选地，四个腔体的出水单向阀分布在刚性外壳4-1的最大圆周线处，进水单向阀位于刚性外壳4-1最大椭圆截面对称分布在液压腔体的表面。

进一步低，四个腔体能够设置成四个以上的腔体且对称分布两侧。

优选地，上述探测装置3为一个视觉传感器。

本发明的工作原理如下：

升降运动：通过电机转动，通过带动小齿轮2-8在大齿轮2-7内做内啮合运动，在通过连杆一 2-5、连杆二2-6使活塞2-4在充气缸2-2内做直线运动，活塞2-4上的密封圈实现了活塞2-4与充气缸2-2之间的密封，其气体通过充气阀2-1获得。充气缸2-2内气体体积增大使浮力增大，加之空腔浮体2-10本身具有一定的浮力，总浮力的变化实现水下运动装置在水中的浮沉。

右转向运动：通过气缸将气体向右转向弹性内膜4-2-2和右转向刚性内膜4-2-1形成的气压腔室内注入气体，由于进气方式多种多样，而且都是本领域技术人员常规技术手段，所以未在图中标注，此处采用气缸进气并不代表只能气缸进气，右转向弹性内膜4-2-2在气压腔室压力的作用下发生弹性形变，造成右转向弹性内膜4-2-2与右转向刚性内膜4-2-1形成的气压腔室体积增大，右转向弹性内膜4-2-2与刚性外壳1形成的液压腔室体积减小，使液压腔室中的水排出，利用水的反推力推动水下运动装置的右转向运动。同理，左转向运动是通过左转向工作室4-4同样的工作方式转向。

前进运动：通过气缸将气体向前进工作腔一4-3和前进工作腔二4-5中的弹性内膜和刚性内膜形成的气压腔室内注入气体，弹性内膜在气压腔室压力的作用下发生弹性形变，造成弹性内膜与刚性内膜形成的气腔体积增大，弹性内膜与刚性外壳4-1形成的液压腔室体积减小，使液压腔室中的水排出，利用水的反推力的合力推动水下运动装置的前进运动，如图3所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水下探测装置，其特征在于：所述装置包括水下运动装置、升降装置、探测装置和信息发射装置，其中升降装置安装在水下运动装置的上方；探测装置安装在水下运动装置的尾部下方；信息发射装置安装在升降装置上；

所述升降装置包括充气阀、充气缸、充气缸支架、活塞、连杆一、连杆二、大齿轮、小齿轮、连杆三、转动副、空腔浮体以及双头螺杆；

所述大齿轮固定在空腔浮体上，小齿轮设置在大齿轮的内侧，所述小齿轮通过连杆三连接固定的转动副，所述转动副与电机转轴连接，小齿轮与活塞通过连杆一和连杆二连接，所述连杆一和连杆二之间通过转轴连接，连杆二一端连接小齿轮，另一端连接转轴，连杆一的一端连接活塞，另一端连接转轴，所述活塞与充气缸形成密封腔，活塞在充气缸内做直线运动，活塞使充气缸内的体积的变化使其浮力发生了变化，实现升降的动作；所述充气阀安装在充气缸的上方；所述信息发射装置连接在充气阀上，所述充气缸通过充气缸支架固定在空腔浮体上，所述空腔浮体与水下运动装置通过双头螺纹螺杆连接在一起；

所述水下运动装置的外壳为刚性外壳，并且为椭圆状球体，所述刚性外壳的中央位置设置左右对称的右转向工作腔和左转向工作腔，在刚性外壳的前端位置设置左右对称的前进工作腔一和前进工作腔二；

所述右转向工作腔包括右转向刚性内膜、右转向弹性内膜、右转向进水单向阀以及右转向出水单向阀；所述右转向工作腔的外壁由球弧状的右转向刚性内膜以及部分对应的刚性外壳围成一个腔体，腔体上设置右转向进水单向阀以及右转向出水单向阀，所述右转向弹性内膜紧贴球弧状的右转向刚性内膜设置，与其形状相同；刚性外壳与右转向弹性内膜之间形成液压腔室，右转向弹性内膜与右转向刚性内膜之间形成气压腔室；

所述左转向工作腔包括左转向刚性内膜、左转向弹性内膜、左转向进水单向阀以及左转向出水单向阀；所述左转向工作腔的外壁由球弧状的左转向刚性内膜以及部分对应的刚性外壳围成一个腔体，腔体上设置左转向进水单向阀以及左转向出水单向阀，所述左转向弹性内膜紧贴球弧状的左转向刚性内膜设置，与其形状相同；刚性外壳与左转向弹性内膜之间形成液压腔室，左转向弹性内膜与左转向刚性内膜之间形成气压腔室；

所述前进工作腔一包括前进刚性内膜一、前进弹性内膜一、前进进水单向阀一以及前进出水单向阀一；所述前进工作腔一的外壁由球弧状的前进刚性内膜一以及部分对应的刚性外壳围成一个腔体，腔体上设置前进进水单向阀一以及前进出水单向阀一，所述前进弹性内膜一紧贴球弧状的前进刚性内膜一设置，与其形状相同；刚性外壳与前进弹性内膜一之间形成液压腔室，前进弹性内膜一与前进刚性内膜一之间形成气压腔室；

所述前进工作腔二包括前进刚性内膜二、前进弹性内膜二、前进进水单向阀二以及前进出水单向阀二；所述前进工作腔二的外壁由球弧状的前进刚性内膜二以及部分对应的刚性外壳围成一个腔体，腔体上设置前进进水单向阀二以及前进出水单向阀二，所述前进弹性内膜二紧贴球弧状的前进刚性内膜二设置，与其形状相同；刚性外壳与前进弹性内膜二之间形成液压腔室，前进弹性内膜二与前进刚性内膜二之间形成气压腔室。

2.根据权利要求1所述的一种水下探测装置，其特征在于：所述信息发射装置包括浮球和缆线，所述缆线的一端连接浮球，另一端连接充气阀。

3.根据权利要求1所述的一种水下探测装置，其特征在于：所述右转向弹性内膜、左转向弹性内膜、前进弹性内膜一、前进弹性内膜二的材料为硅胶、形状记忆合金或介电弹性体中的一种。

4.根据权利要求3所述的一种水下探测装置，其特征在于：所述右转向弹性内膜、左转向弹性内膜、前进弹性内膜一、前进弹性内膜二的材料为硅胶时，原动力由气缸或液压缸提供，其中气缸可为单级气缸、多级气缸、单级液压缸或多级液压缸。

5.根据权利要求3所述的一种水下探测装置，其特征在于：所述右转向弹性内膜、左转向弹性内膜、前进弹性内膜一、前进弹性内膜二的材料为形状记忆合金时，原动力由热电阻发热提供，热电阻的电路安装在气压腔室中。

6.根据权利要求4所述的一种水下探测装置，其特征在于：所述右转向弹性内膜、左转向弹性内膜、前进弹性内膜一、前进弹性内膜二的材料为介电弹性体，其原动力由介电驱动器提供，其原动力装置安装在气压腔室中。

7.根据权利要求3所述的一种水下探测装置，其特征在于：四个腔体的出水单向阀分布在刚性外壳的最大圆周线处，进水单向阀位于刚性外壳最大椭圆截面上，对称分布在液压腔体的表面。

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