CN110816793B - 一种水下机器人及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水下机器人及其工作方法，机器人包括：机器人本体，包括两端的椭圆球壳和与所述椭圆球壳光滑连接的中部圆柱壳；对称设置在两椭圆球壳内部的动力装置，与连接在椭圆球壳上的驱动装置动力连接，所述动力装置包括电源模块、供电调理模块以及电机模块，所述电源模块通过供电调理模块为电机模块供能；以及设置在所述机器人本体上的功能扩展模块。本发明具有多个移动自由度，便于安装、拆卸及维护，且结构稳定，抗撞击力强，便于水下工作，根据使用需求更换工作模块可以适应不同的工作需求和应用场景。
Description
技术领域
本发明涉及水下工作机器人技术领域，具体而言，尤其涉及一种水下机器人及其工作方法。
背景技术
随着人们对海洋认知边界的不断拖拽，人类身体条件的限制已经不能满足水下工作时间、工作效率以及工作强度的要求。水下机器人的出现，作为人类开发探索、利用海洋的助手，在水产养殖、水下观察、海底作业等方面发挥着越来越重要的作用。如何利用水下机器人有效地开发利用海洋生物能源、水资源、金属资源成为摆在人们面前的一个重要问题。
现有产品按照使用方式可以分为载人水下机器人、有缆水下机器人(ROV)、无缆水下机器人(AUV)；按照重量级尺寸又分为：大型水下机器人、中型水下机器人、小型水下机器人、超小型水下机器人。然而，大中小型水下机器人由于其体积巨大、操作复杂、成本较高，往往需要数人协同作业且需要船只大功率发电机等配合使用，其应用受到限制。而大部分水下工作，如水工结构检查渔类行为观察、海水养殖网箱检查、水产养殖、渔业、海上石油平台、核电站潮汐电站海上风力发电厂、商业潜水水下作业支援、有毒液体、浅水场地检查、犯罪现场搜索、水下搜救科研教育、科学研究、水下考古、水下生物观察等这些活动基本都发生在200米以下的深水环境，因此应用于浅水的水下机器人前景非常的广阔。
传统的螺旋桨推进系统不适用于现阶段的水下机器人，螺旋桨推进综合效率低、瞬时相应有严重滞后现象、运动灵活性能差，水下工作难以展开。
发明内容
根据上述提出的传统的螺旋桨推进系统综合效率低、瞬时相应有严重滞后现象、运动灵活性能差的技术问题，而提供一种水下机器人。本发明主要利用新型驱动装置自身的旋转运动和装载模块化工具的能力，运用多关节机械手臂的反向控制能力来实现新型驱动水下机器人工作，具有高效、适用于多种工况等优点。
本发明采用的技术手段如下：
一种水下机器人，包括：
机器人本体，包括两端的椭圆球壳和与所述椭圆球壳通过过渡连接部光滑连接的中部圆柱壳；
对称设置在两椭圆球壳内部的动力装置，与连接在椭圆球壳上的驱动装置动力连接，所述动力装置包括电源模块、供电调理模块以及电机模块，所述电源模块通过供电调理模块为电机模块供能；
以及设置在所述机器人本体上的功能扩展模块。
进一步地，还包括对称设置在所述动力装置上下两侧的密闭舱室。
进一步地，所述驱动装置外表面至少附有一组螺旋叶片。
进一步地，所述功能扩展模块为连接在所述机器人本体端部的钻头。
进一步地，所述功能扩展模块为连接在所述机器人本体侧方的机械臂，所述机械臂的端部连接有机械手。
进一步地，所述机械臂至少具有两个活动关节。
本发明还提供了一种上述任意一项所述机器人的工作方法，包括：
当两个驱动装置以相同转速同向转动且配合密闭水舱调节重心时，水下机器人沿X轴前进或后退；
当两个驱动装置以相同转速按相向转动且配合密闭水舱调节重心时，水下机器人能够以任意半径转弯；
当两个驱动装置的转速为0且配合四个密闭水舱注放水时，水下机器人沿Z轴的上浮或下潜。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用螺杆推进方式和重心调节转向方式，与传统的螺旋桨推进装置比，大大减小了电量损耗，延长了水下机器人的工作时间，可装载不同模块，承担多种工况工作。
2、本发明的新型驱动水下工作机器人具有高效的水下作业能力，运用机械手臂反向控制水下机器人方式进行水下工作，可进行微小操作。具有传动比较准确、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等特点。
3、本发明所述的新型驱动水下工作机器人采取流线型设计大大减小阻力，使得所述水下机器人在水下工作更长时间。
基于上述理由本发明可在水下工程领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明水下机器人结构示意图。
图2为本发明水下机器人内部结构示意图。
图3为本发明水下机器人驱动装置结构示意图。
图中：1、机器人本体；2、驱动装置；3、螺旋叶片；4、钻头；5、机械臂；6、机械手；7、动力装置；8、密闭舱室；9、过渡连接部。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1-3所示，本发明提供了一种水下机器人，包括：机器人本体，包括两端的椭圆球壳和与所述椭圆球壳通过过渡连接部光滑连接的中部圆柱壳；对称设置在两椭圆球壳内部的动力装置，与连接在椭圆球壳上的驱动装置动力连接，所述动力装置包括电源模块、供电调理模块以及电机模块，所述电源模块通过供电调理模块为电机模块供能；以及设置在所述机器人本体上的功能扩展模块。所述动力装置上下两侧对称设置有密闭舱室。所述驱动装置外表面至少附有一组螺旋叶片。
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1：
图1-3示出了本发明机器人的一种实施方式的结构示意图，包括机器人本体1，其为椭球壳和较长中部圆柱壳体的组合结构；所述椭球壳外部连接两个新型驱动装置2和四个密闭水舱8，所述新型驱动装置2对称设置在待机器人两侧，所述密闭水舱8也对称设置在驱动装置两侧，所述多关节机械臂5设置在机器人本体的下部偏右。所述新型驱动装置2用于给水下机器人提供动力，四个密闭水舱用于调节水下机器人的重心。当两个新型驱动装置2以相同转速同向转动时，水下机器人可实现沿X轴前进或后退；当两个新型驱动装置2以相同转速按不同方向转动，并控制密闭水舱调节重心时,水下机器人可实现原地转动；当两个新型驱动装置2以相同转速按相同方向转动，并控制密闭水舱调节重心时，水下机器人可实现任意半径转弯；当两个新型驱动装置2的转速为0，四个密闭水舱注放水时，水下机器人可实现沿Z轴的上浮或下潜；当多关节机械,5安装机械手6等其他固定功能模块时，通过多关节机械臂6的反向控制，水下机器人可完成任意动作，这样可实现多工位工作。
综上所述，本发明通过在机器人本体的两侧分别对称设置两个新型驱动装置2和四个密闭水舱8及一个多关节机械臂5，一方面利用两个新型驱动装置2推进，能耗低噪音小；另一方面可通过控制使两侧新型驱动装置2所受到的作用力及作用方向不同和控着四个密闭水舱8调节重心或控制多关节机械臂5运动，从而使水下机器人完成前进后退、上浮下潜、左右倾斜/侧身和左右转向四个动作，具有沿X轴平移、沿Z轴平移、沿X轴转动和沿Z轴转动(X、Z、a、)四个自由度，使得水下机器人在水下作业时具有更高的灵活度。
图3示出了本新型驱动水下机器人中新型驱动装置2的一种实施方式的结构示意图，包括螺旋叶片3，过度连接部9，和椭球壳，其中过度连接部9为短管路。所述新型驱动装置2内与电机轴连接，所述短管路和椭球壳光滑连接，短管路和椭球壳的组合体外表面附有螺旋叶片3。当然，所述螺旋叶片,3数量可以根据实际应用需求进行增减，本实施例对此不作限制。
与传统水下机器人相比，采用本新型驱动装置结构，方便安装、拆卸及维护，结构稳定，抗撞力强，能耗低。所述椭球壳采用流线型结构，大大减小了水下的阻力增强了其续航能力。
在安装新型驱动装置2时，首先将动力装置7的电机模块输入端和供电调理模块的输出端连接，供电调理模块的输入端与电源模块的输出端连接，然后在电机轴套入新型驱动装置2，而后用紧定螺丝将其固定。所述动力装置7的电机与待推进装置两端内侧连接，且顶部粘接在待推进装置的两端内侧防止漏水。
作为进一步优选的实施方式，为了实现水下机器人更加全面的功能，在上述水下机器人结构的基础上，可以配备多种类型的电子部件。
例如，为水下机器人的多关节机械臂安装电磁铁，可以在金属表面吸附固定，反向控制水下机器人运动进行系列工作，例如在前新型驱动装置安装钻头模块就可以在水下进行钻眼工作等。
又如，配备方向传感器：电子罗盘，通过电子罗盘可以获得水下机器人在水下的方向信息。
再如，配备深度传感器、温度传感器、漏水检测电路模块，用以获取水下机器人的深度及漏水情况，并监测水温。
本发明还提供了一种上述任意一项所述机器人的工作方法，包括：
当两个驱动装置以相同转速同向转动且配合密闭水舱调节重心时，水下机器人沿X轴前进或后退；
当两个驱动装置以相同转速按相向转动且配合密闭水舱调节重心时，水下机器人能够以任意半径转弯；
当两个驱动装置的转速为0且配合四个密闭水舱注放水时，水下机器人沿Z轴的上浮或下潜。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种水下机器人，其特征在于，包括：
机器人本体，包括两端的椭圆球壳和与所述椭圆球壳通过过渡连接部光滑连接的中部圆柱壳；
对称设置在两椭圆球壳内部的动力装置，与连接在椭圆球壳上的驱动装置连接，所述动力装置包括电源模块、供电调理模块以及电机模块，所述电源模块通过供电调理模块为电机模块供能；
以及设置在所述机器人本体上的功能扩展模块；
所述功能扩展模块为连接在所述机器人本体端部的钻头；
所述驱动装置外表面至少附有一组螺旋叶片；
当两个驱动装置以相同转速同向转动且配合密闭水舱调节重心时，水下机器人沿X轴前进或后退；
当两个驱动装置以相同转速按相向转动且配合密闭水舱调节重心时，水下机器人能够以任意半径转弯；
当两个驱动装置的转速为0且配合四个密闭水舱注放水时，水下机器人沿Z轴的上浮或下潜。
2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，还包括对称设置在所述动力装置上下两侧的密闭舱室。
3.根据权利要求1或2所述的水下机器人，其特征在于，所述功能扩展模块为连接在所述机器人本体侧方的机械臂，所述机械臂的端部连接有机械手。
4.根据权利要求3所述的水下机器人，其特征在于，所述机械臂至少具有两个活动关节。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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