CN109591983A - 无线水下检测机器人 - Google Patents

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周斌
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Abstract

本发明公开了一种无线水下检测机器人，包括控制系统，控制系统接收水面上的控制信号，并通过无线信号控制运动机构的运动；运动机构，实现检测机器人在水中升降和沿检测表面的运动；清洗装置，用于对待检测工件的工作表面进行清洗；检测装置，用于对待检测表面进行检测，并将检测的数据发送至水面接收装置。本发明的运动机构可带动整体进行平移和升降，实现整个检测机器人在水中升降和沿检测表面的运动。到达目标位置后，本发明可通过清洗装置对待检测工件的工作表面进行清洗，比如沉积物较多的大坝表面，利用清洗装置去除沉积物，将其真实表面露出，再利用检测装置对工作表面进行检测，并将检测的数据发送至水上接收设备。

Description

无线水下检测机器人
技术领域
本发明涉及一种无线水下检测机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
目前，我国对江河湖海水资源的开发和利用，以及近海资源探测、开发利用而形成的水下构筑物越来越多。由于时间的推移，水流的冲刷，许多水下构筑物出现了裂缝、破损等隐患。伴随着经济的快速发展，特别是对江河湖海水资源的开发和利用、大中型水电站、大坝的修建，以及近海资源探测、开发利用，对能够在湖泊、河道、近海中探测、作业的水下机器人的需求不断增加。我国大约有8.7万座水库，其中病险水库3.7万座左右，水库病险率较高，目前对水库大坝、防洪大堤、港口岸边、船舶等水下设施的常规性检测主要由潜水员来完成，而潜水员下潜费用高昂，风险系数大，并且当前水下机器人机动性、抗流能力及作业能力都明显不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种无线水下检测机器人，以解决对水下设施的检测。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种无线水下检测机器人，包括
控制系统，控制系统接收水面上的控制信号，并通过无线信号控制运动机构的运动；
运动机构，实现检测机器人在水中升降和沿检测表面的运动。
清洗装置，用于对待检测工件的工作表面进行清洗；
检测装置，用于对待检测表面进行检测，并将检测的数据发送至水面接收装置。
进一步，所述运动机构包括载体支架及安装在载体支架上的全向轮机构、螺旋桨机构；其中，全向轮机构用于带动载体支架进行平移，螺旋桨机构用于带动载体支架升降。
进一步，所述载体支架包括
支撑板，用于安装螺旋桨机构，支撑板上固定连接有第一短杆；
若干个主固定板，用于安装全向轮机构，主固定板上固定连接有第二短杆，主固定板均匀分布在支撑板周围；
每个主固定板与支撑板之间通过主支架杆连接，主支架杆一端连接第一短杆，另一端连接第二短杆；
相邻两个主固定板之间通过主连接杆连接；
加强圈，其上设有连接耳，并且，主支架杆贯穿对应的连接耳，并与连接耳固定连接。
进一步，所述全向轮机构包括
全向轮电动机，用于驱动全向轮转动，全向轮电动机的输出轴安装有联轴器，通过联轴器与第一传动轴连接；
全向轮，具有第一传动轴，第一传动轴与全向轮传动连接，第一传动轴外安装有滚动轴承，第一传动轴通过滚动轴承与主固定板装配，滚动轴承外圈与主固定板滚动配合，内圈与第一传动轴滚动配合；
第一固定装置，用于承载全向轮电动机，并且，第一固定装置与主固定板连接。
进一步，第一固定装置包括后固定板、第一长销、前固定板、L型板和第二连接杆，所述前固定板和后固定板上设有与所述全向轮电动机相适配的第一圆形凹槽，全向轮电动机卡在前固定板和后固定板上的所述第一圆形凹槽中，所述第一长销的后端与后固定板螺纹连接，第一长销的前端与前固定板通过螺栓连接，L型板套在第一长销上，第二连接杆的一端与L型板固定连接，另一端与主固定板固定连接。
进一步，所述螺旋桨机构包括螺旋桨电动机和螺旋桨，并且，螺旋桨电动机与螺旋桨传动连接，以带动螺旋桨转动，实现升降。
进一步，所述检测装置包括
检测装置密封舱，其内设置有水下摄像机、水下照相机、视频处理单元、声纳、以及水下传感器，其中视频处理单元用于采集水下摄像机、水下照相机的信号，并发送给设置于主密封舱中的传输装置，声纳以及水下传感器也将检测的信号发送至主密封舱中的传输装置；
主密封舱，其内设置有传输装置，传输装置用于向水面接收装置发送检测信号。
进一步，所述第一短杆贯穿并固定连接于支撑板上，并且，第二短杆的上端用于连接主密封舱，第二短杆的下端与主支架杆连接。
进一步，所述清洗装置包括刷子电动机、刷子、上固定板、下固定板和第二长销，所述下固定板有与刷子电动机相适配的第二圆形凹槽，刷子电动机卡在所述第二圆形凹槽中，并且，刷子电动机贯穿第二圆形凹槽后与刷子传动连接，以带动刷子转动，所述第二长销下端与下固定板螺纹连接，第二长销上端与上固定板通过螺栓连接，下固定板上安装有第三连接杆，第三连接杆一端与下固定板连接，另一端与检测装置密封舱通过紧固螺栓连接。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
本发明的运动机构可带动整体进行平移和升降，实现整个检测机器人在水中升降和沿检测表面的运动。到达目标位置后，本发明可通过清洗装置对待检测工件的工作表面进行清洗，比如沉积物较多的大坝表面，利用清洗装置去除沉积物，将其真实表面露出，再利用检测装置对工作表面进行检测，并将检测的数据发送至水上接收设备。本发明集清洗与检测为一体，具有结构简单、整体结构紧凑、工作平稳、机动性强的优点，解决了现有水下检测机器人机动性差的问题。
附图说明
图1为本发明的无线水下检测机器人的立体图；
图2为本发明的载体支架的立体图；
图3为本发明的全向轮机构的立体图；
图4为本发明的清洗装置的立体图；
图5为本发明的螺旋桨机构的立体图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
除非别作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
如图1至图5所示，一种无线水下检测机器人，包括控制系统、运动机构、清洗装置和检测装置。
控制系统接收水面上的控制信号，并通过无线信号控制运动机构的运动。
运动机构，实现整个检测机器人在水中升降和沿检测表面的运动。本发明的运动机构优选包括载体支架及安装在载体支架上的全向轮机构、螺旋桨机构。其中，全向轮机构用于带动载体支架进行平移，螺旋桨机构用于带动载体支架升降。载体支架的平移与升降带动安装于其上的控制系统、清洗装置及检测装置共同进行平移与升降，运动灵活，满足各种检测要求。
清洗装置，用于对待检测工件的工作表面进行清洗。
检测装置，用于对工作表面进行检测，并将检测的数据发送至水上接收设备。
本发明的运动机构可带动整体进行平移和升降，实现整个检测机器人在水中升降和沿检测表面的运动。到达目标位置后，本发明可通过清洗装置对待检测工件的工作表面进行清洗，比如沉积物较多的大坝表面，利用清洗装置去除沉积物，将其真实表面露出，再利用检测装置对工作表面进行检测，并将检测的数据发送至水上接收设备。本发明集清洗与检测为一体，具有结构简单、整体结构紧凑、工作平稳、机动性强的优点，解决了现有水下检测机器人机动性差的问题。
所述检测装置包括检测装置密封舱25和主密封舱27。
其中，检测装置密封舱25内设置有水下摄像机、水下照相机、视频处理单元、声纳、以及水下传感器。其中，水下传感器包括水温传感器、水深(水压)传感器、流速传感器和水质组合传感器，可以检测水下的环境。视频处理单元用于采集水下摄像机、水下照相机的信号，并发送给设置于主密封舱27中的传输装置，声纳以及水下传感器也将检测的信号发送至主密封舱27中的传输装置。
主密封舱27，其内设置有传输装置，传输装置用于向水面接收装置发送检测信号。检测装置密封舱25内的水下摄像机、水下照相机、视频处理单元、声纳、以及水下传感器等检测装置对比如大坝进行检测，所获得数据通过主密封舱27内的传输装置将数据实时传回水面接收装置。本发明的检测装置密封舱25内设置了多种检测装置，使本发明的检测机器人具有检测手段多样的优点，解决了现有水下检测机器人作业能力不足等缺点。本检测机器人的电源装置一部分位于主密封舱27内，一部分位于各个电动机的尾部，使得整个检测机器人能够支持长时间的水下工作。
本实施例中，载体支架包括支撑板2、主固定板1、主支架杆3、主连接杆4、第一短杆5、第二短杆6和加强圈7。
支撑板2用于安装螺旋桨机构，支撑板2上固定连接有第一短杆5。第二短杆6贯穿并固定连接于主固定板1上，第二短杆5的上端用于连接主密封舱27，第二短杆5的下端与主支架杆3连接。本实施例中，主固定板1设置有三个，主固定板1用于安装全向轮机构。每个主固定板1上均安装一个全向轮机构，共三个全向轮机构。三个主固定板1均匀分布在支撑板2周围，支撑板2位于呈等边三角形排布的三个主固定板1的中垂线上，一个支撑板2与三个主固定板1形成一个类似四面体的结构，形成载体支架的主体结构，具有结构稳定，抗流能力强、抗冲击力强的优点。主固定板1上固定连接有第二短杆6。
每个主固定板1与支撑板2之间通过主支架杆3连接，主支架杆3一端连接第一短杆5，另一端连接第二短杆6。相邻两个主固定板1之间通过主连接杆4连接。本实施例中，主支架杆3也设有三组，一个主固定板与支撑板2之间通过一组主支架杆3固定连接，将三个主固定板1与一个支撑板2形成一个整体。主连接杆4也有三组，检测装置密封舱25固定在主连接杆4上，优选固定在主连接杆4的中部位置。每个主连接杆4均安装一检测装置密封舱25。主密封舱27与第一短杆5的上端固定连接。
加强圈7上设有连接耳，并且，主支架杆3贯穿对应的连接耳，并与连接耳固定连接，即加强圈7与主支架杆3固定连接。加强圈7的设置，用于增加整个载体支架的稳定性。
每个主固定板1上均安装一套全向轮机构，整个检测机器人具有三套全向轮机构，该三套全向轮机构可满足向任意方向平移的要求。当对检测表面进行检测时，整个检测机器人通过三套全向轮机构的调节，可沿待检测的工作表面运动，可对工作表面进行全面的检测。全向轮机构包括全向轮电动机10和全向轮8，以及起到固定全向轮电动机10作用的第一固定装置。
全向轮8具有第一传动轴12，第一传动轴12与全向轮8传动连接。第一传动轴12外安装有滚动轴承9，第一传动轴12通过滚动轴承9与主固定板1装配，滚动轴承9外圈与主固定板1滚动配合，滚动轴承9的内圈与第一传动轴12滚动配合，使得全向轮8相对主固定板1自由转动。全向轮电动机10用于驱动全向轮8转动。全向轮电动机10的输出轴安装有联轴器11，通过联轴器11与第一传动轴12连接，全向轮电动机10的输出轴通过联轴器11将转动运动传递至第一传动轴12，第一传动轴12再带动全向轮8转动，全向轮8能够在许多不同的方向移动，从而满足整个检测机器人灵活移动的要求。
第一固定装置用于承载全向轮电动机10，并且，第一固定装置与主固定板1连接。本实施例中，第一固定装置包括后固定板16、第一长销14、前固定板15、L型板17和第二连接杆18。前固定板15和后固定板16上均设有与全向轮电动机10相适配的第一圆形凹槽，全向轮电动机10卡在前固定板15和后固定板16上的第一圆形凹槽中。第一长销14的后端与后固定板16螺纹连接，第一长销14的前端与前固定板15通过螺栓连接。前固定板15的四个角各套有一个L型板17，L型板17起到连接过渡的作用。L型板17套在第一长销14的靠近前固定板15的一端，第二连接杆18的一端与L型板17固定连接，另一端与主固定板1固定连接，从而将全向轮电动机10固定在主固定板1上。
支撑板2用于安装螺旋桨机构。螺旋桨机构固定连接在支撑板2的下侧。螺旋桨机构包括螺旋桨电动机28和螺旋桨29，并且，螺旋桨电动机28与螺旋桨29传动连接，以带动螺旋桨29转动，实现升降。本发明的检测机器人通过螺旋桨29控制前进方向，到达检测位置时，通过螺旋桨的转动，产生背推力，并根据水下传感器检测到的下潜的深度在载体支架上安装重力块或者浮力块，使检测机器人紧贴在被检测表面，具有下潜深度大的优点。通过控制安装在机器人底部的三个全向轮8的速度，使检测机器人紧贴检测表面向任意方向运动。
所述清洗装置包括刷子电动机19、刷子20、上固定板21、下固定板22和第二长销23。下固定板22有与刷子电动机19相适配的第二圆形凹槽，刷子电动机19卡在第二圆形凹槽中，并且，刷子电动机19贯穿第二圆形凹槽后与刷子20传动连接，以带动刷子20转动。第二长销23下端与下固定板22螺纹连接，第二长销23上端与上固定板21通过螺栓连接，下固定板22上安装有第三连接杆24，第三连接杆24一端与下固定板22连接，另一端与检测装置密封舱25通过紧固螺栓26连接。当被检测的工作表面不需要清洗时，可以将清洗装置拆除，使得检测机器人的水下检测更灵活。
本发明的工作原理如下：
本发明的无线水下检测机器人通过螺旋桨29控制前进方向，到检测位置时，通过螺旋桨29的转动，产生背推力，并根据下潜的深度在载体支架安装重力块或者浮力块，使检测机器人更好地紧贴在待检测的工作表面。通过驱动安装在机器人底部的三个全向轮8，使检测机器人紧贴检测平面向任意方向运动。对于沉积物较多的大坝的工作表面，可使用刷子20清洗后，利用安装在三个检测装置密封舱25内的检测装置对大坝进行检测，所获得数据通过主密封舱27内的传输装置将数据实时传回水面接收装置。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无线水下检测机器人，其特征在于：包括
控制系统，控制系统接收水面上的控制信号，并通过无线信号控制运动机构的运动；
运动机构，实现检测机器人在水中升降和沿检测表面的运动；
清洗装置，用于对待检测工件的工作表面进行清洗；
检测装置，用于对待检测表面进行检测，并将检测的数据发送至水面接收装置。
2.根据权利要求1所述的无线水下检测机器人，其特征在于：所述运动机构包括载体支架及安装在载体支架上的全向轮机构、螺旋桨机构；其中，全向轮机构用于带动载体支架进行平移，螺旋桨机构用于带动载体支架升降。
3.根据权利要求2所述的无线水下检测机器人，其特征在于：所述载体支架包括
支撑板(2)，用于安装螺旋桨机构，支撑板(2)上固定连接有第一短杆(5)，
若干个主固定板(1)，用于安装全向轮机构，主固定板(1)上固定连接有第二短杆(6)，主固定板(1)均匀分布在支撑板周围；
每个主固定板(1)与支撑板之间通过主支架杆(3)连接，主支架杆(3)一端连接第一短杆(5)，另一端连接第二短杆(6)；
相邻两个主固定板之间通过主连接杆(4)连接；
加强圈(7)，其上设有连接耳，并且，主支架杆贯穿对应的连接耳，并与连接耳固定连接。
4.根据权利要求3所述的无线水下检测机器人，其特征在于：所述全向轮机构包括
全向轮电动机(10)，用于驱动全向轮转动，全向轮电动机的输出轴安装有联轴器，通过联轴器与第一传动轴(12)连接；
全向轮(8)，具有第一传动轴(12)，第一传动轴(12)与全向轮(8)传动连接，第一传动轴外安装有滚动轴承，第一传动轴通过滚动轴承与主固定板装配，滚动轴承(9)外圈与主固定板(1)滚动配合，内圈与第一传动轴(12)滚动配合；
第一固定装置，用于承载全向轮电动机(10)，并且，第一固定装置与主固定板连接。
5.根据权利要求4所述的无线水下检测机器人，其特征在于：第一固定装置包括后固定板(16)、第一长销(14)、前固定板(15)、L型板(17)和第二连接杆(18)，所述前固定板(15)和后固定板(16)上设有与所述全向轮电动机(10)相适配的第一圆形凹槽，全向轮电动机(10)卡在前固定板(15)和后固定板(16)上的所述第一圆形凹槽中，所述第一长销(14)的后端与后固定板(16)螺纹连接，第一长销(14)的前端与前固定板(15)通过螺栓连接，L型板(17)套在第一长销(14)上，第二连接杆(18)的一端与L型板(17)固定连接，另一端与主固定板(1)固定连接。
6.根据权利要求5所述的无线水下检测机器人，其特征在于：所述螺旋桨机构包括螺旋桨电动机(28)和螺旋桨(29)，并且，螺旋桨电动机(28)与螺旋桨(29)传动连接，以带动螺旋桨(29)转动，实现升降。
7.根据权利要求6所述的无线水下检测机器人，其特征在于：所述检测装置包括
检测装置密封舱(25)，其内设置有水下摄像机、水下照相机、视频处理单元、声纳、以及水下传感器，(所述水下传感器包括水温传感器、水深(水压)传感器、流速传感器和水质组合传感器)，其中视频处理单元用于采集水下摄像机、水下照相机的信号，并发送给设置于主密封舱(27)中的传输装置，声纳以及水下传感器也将检测的信号发送至主密封舱(27)中的传输装置；
主密封舱(27)，其内设置有传输装置，传输装置用于向水面接收装置发送检测信号。
8.根据权利要求7所述的无线水下检测机器人，其特征在于：所述第一短杆(5)贯穿并固定连接于支撑板(2)上，并且，第二短杆的上端用于连接主密封舱(27)，第二短杆的下端与主支架杆连接。
9.根据权利要求8所述的无线水下检测机器人，其特征在于：所述清洗装置包括刷子电动机(19)、刷子(20)、上固定板(21)、下固定板(22)和第二长销(23)，所述下固定板(22)有与刷子电动机(19)相适配的第二圆形凹槽，刷子电动机(19)卡在所述第二圆形凹槽中，并且，刷子电动机(19)贯穿第二圆形凹槽后与刷子(20)传动连接，以带动刷子(20)转动，所述第二长销(23)下端与下固定板(22)螺纹连接，第二长销(23)上端与上固定板(21)通过螺栓连接，下固定板上安装有第三连接杆(24)，第三连接杆(24)一端与下固定板连接，另一端与检测装置密封舱(25)通过紧固螺栓(26)连接。
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