CN111186543A - 一种基于5g通讯的水下机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G通讯的水下机器人系统，包括主壳体、推进电机、螺旋桨、保护罩、固定罩、铁质平板、橡胶密封圈、阀门、导向管、导向杆、驱动电机、第一齿轮、固定环、螺纹管、轴承、螺纹杆、第二齿轮、第一电池组、竖条、橡胶条、通槽、磁铁块、摄像头安装罩、摄像头、第二电池组、数据处理盒、电路板、5G通讯模块、单片机、天线、弹性横条、条形槽、第一弹簧、导向孔、导向杆、竖直弹性杆、圆套、第二弹簧和活动杆。本发明结构稳固，电力消耗低、续航能力强，主壳体的周围均设置推进器，便于方向调节，通过设置多摄像头、升降结构、导向结构以及有效驱动清洁推条的升降，实现摄像头的快速清洁，拍摄效果好。

Description

一种基于5G通讯的水下机器人系统

技术领域

本发明涉及水下机器人应用技术领域，具体为一种基于5G通讯的水下机器人系统。

背景技术

近年来，随着水下作业的自动化技术越来越可靠，智能机器人的应用领域越来越广泛，而陆地环境越来越恶化，战略能源越来越匮乏，这使得深海探测技术研究越来越受到各国的重视，对高性能通讯水下机器人的需求越来越丰富。

现有的水下机器人在作业时，大多通过泵体排水实现上浮、下沉以及悬浮功能。在上浮、下沉以及悬浮过程中，泵体需要持续地进行动力驱动，实现不间歇地排水。因此，水下机器人在工作过程中，需要减少壳体中的进水量，保持足够的排水量，这导致泵体必须持续地工作，电力消耗较大，严重制约了水下机器人的续航能力。同时，现有的水下机器人通过摄像头进行拍摄时，摄像头可能会附着一些脏污，影响水下机器人的细节拍摄和深度探测，尽管现有的水下机器人探测技术具有清洁摄像头的功能，但拍摄结构需要额外设置，而且需要额外的驱动结构和控制结构，结构复杂，成本高，消耗大，清洁效果欠佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构稳定、电力消耗低、续航能力强、拍摄效果好的一种基于5G通讯的水下机器人系统，以解决上述背景技术中提出的技术缺陷问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种基于5G通讯的水下机器人系统，包括主壳体以及固定安装在主壳体顶部的摄像头安装罩，所述主壳体的四个侧面均固定安装有两个推进器结构，所述摄像头安装罩的顶部固定安装有固定罩，所述主壳体的内部以及固定罩的内部均固定安装有5G通讯结构，所述主壳体内部和固定罩内部分别固定安装有第一电池组以及第二电池组，所述摄像头安装罩的外侧圆周壁固定安装有四个摄像头；

所述主壳体的内部固定安装有升降结构，且升降结构的顶部固定安装有密封推板，所述密封推板的底部与主壳体底部内壁之间安装有两个导向结构，所述主壳体的顶部固定嵌合安装有磁铁块，所述主壳体的底部固定安装有阀门；

所述主壳体的顶部开有四个环形阵列分布的通槽，所述通槽位于摄像头的底部，所述密封推板的顶部垂直固定连接有四个清洁推条，且清洁推条的顶部位于通槽的内部；

所述主壳体的顶部和底部均固定安装有两个弹性缓冲结构，且弹性缓冲结构包括两个竖直弹性杆以及弹性横条，所述弹性横条的表面开有条形槽，所述竖直弹性杆与条形槽滑动连接，且条形槽内部安装有横向弹性结构，所述横向弹性结构与竖直弹性杆连接。

优选的，所述推进器结构包括推进电机、螺旋桨以及保护罩，所述电机的一侧外壳与主壳体的壳壁固定嵌合安装，所述电机的输出轴与螺旋桨的中部固定连接，且螺旋桨位于保护罩内部，所述保护罩与主壳体的外壁固定连接。

优选的，所述5G通讯结构包括数据处理盒以及固定安装在数据处理盒顶部的天线，所述数据处理盒的内部安装有电路板，所述电路板的表面安装有5G通讯模块以及单片机，所述单片机通过5G通讯模块与天线电性连接。

优选的，所述升降结构包括驱动电机以及螺纹管，所述螺纹管的底端与主壳体底部内壁转动安装，所述驱动电机的输出轴固定安装有第一齿轮，所述螺纹管的圆柱面固定套接有第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮之间啮合连接，所述螺纹管的内部螺纹连接有螺纹杆，且螺纹杆的顶端与密封推板底部垂直固定连接。

优选的，所述螺纹管底端固定套接有轴承，所述轴承的外圈固定套接有固定环，且固定环与主壳体底部内壁固定连接。

优选的，所述导向结构由导向管和导向杆构成，所述导向管和导向杆滑动套接，所述导向管底端与主壳体底部内壁固定连接，所述导向杆顶端与密封推板底部固定连接。

优选的，所述密封推板由铁质平板和橡胶密封圈构成，所述橡胶密封圈固定包裹在铁质平板的边沿处，且橡胶密封圈与主壳体的内壁紧密接触，所述铁质平板的表面镀有保护层。

优选的，所述清洁推条由竖条和橡胶条固定连接而成，且橡胶条为楔形结构。

优选的，所述竖直弹性杆由圆套、第二弹簧以及活动杆构成，所述圆套与活动杆滑动套接，所述第二弹簧与活动杆一端固定连接，且第二弹簧的末端与圆套内壁固定连接，所述活动杆与主壳体的外壁固定连接。

优选的，所述横向弹性结构包括第一弹簧以及导向孔，所述导向孔开设在条形槽的一侧，且导向孔滑动连接有直杆，所述直杆的末端与竖直弹性杆固定连接，所述第一弹簧的一端与条形槽的一侧固定连接，且第一弹簧的另一端与竖直弹性杆固定连接。

本发明的有益效果是：

1、该类水下机器人系统可用于水下作业的清晰拍摄和深度探测，通过多摄像头的合理设置，实现多角度拍摄，拍摄效果较好，同时主壳体的周围均设置推进器，便于方向调节，通过升降结构、导向结构以及清洁推条的配合作用，有效驱动清洁推条的升降，实现摄像头的快速擦拭清洁，避免障碍或脏杂物品遮挡影响拍摄；

2、该类水下机器人系统通过设置升降结构、导向结构、密封推板以及磁铁块，可实现密封推板的升降，从而改变主壳体的排水量，实现有效的升降操作，与传统的泵体排水上浮装置相比，该系统进行上浮时无需一直工作，在长时间上浮时，电力消耗低，续航能力强；

3、该类水下机器人系统的主壳体四周安装有四个弹性缓冲结构，即使系统不慎与外部环境发生紧急碰撞，也能够有效实现缓冲保护，有效减弱该系统的碰撞裂伤程度，通过弹性横条、竖直弹性杆以及横向弹性结构的配合作用，也可实现横向以及竖向的缓冲保护，缓冲效果较好。

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的附图作简单地阐述。下面描述中的附图仅仅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它的附图。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明主壳体内部结构示意图；

图3为本发明弹性横条内部结构示意图；

图4为本发明铁质平板与橡胶密封圈结构示意图；

图5为本发明推进电机和驱动电机工作原理图；

图6为本发明摄像头工作原理图。

图中：1、主壳体，2、推进电机，3、螺旋桨，4、保护罩，5、固定罩，6、铁质平板，7、橡胶密封圈，8、阀门，9、导向管，10、导向杆，11、驱动电机，12、第一齿轮，13、固定环，14、螺纹管，15、轴承，16、螺纹杆，17、第二齿轮，18、第一电池组，19、竖条，20、橡胶条，21、通槽，22、磁铁块，23、摄像头安装罩，24、摄像头，25、第二电池组，26、数据处理盒，2601、电路板，2602、5G通讯模块，2603、单片机，27、天线，28、弹性横条，2801、条形槽，2802、第一弹簧，2803、导向孔，2804、导向杆，29、竖直弹性杆，2901、圆套，2902、第二弹簧，2903、活动杆。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加清晰易懂，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晰、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不脱离本发明原理和精神的前提下所进行的多种变化、修改、替换和变型其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-6，一种基于5G通讯的水下机器人系统，包括主壳体1以及固定安装在主壳体1顶部的摄像头安装罩23，所述主壳体1的四个侧面均固定安装有两个推进器结构，所述摄像头安装罩23的顶部固定安装有固定罩5，所述主壳体1的内部以及固定罩5的内部均固定安装有5G通讯结构，所述主壳体1内部和固定罩5内部分别固定安装有第一电池组18以及第二电池组25，所述摄像头安装罩23的外侧圆周壁固定安装有四个摄像头24；

所述主壳体1的内部固定安装有升降结构，且升降结构的顶部固定安装有密封推板，所述密封推板的底部与主壳体1底部内壁之间安装有两个导向结构，所述主壳体1的顶部固定嵌合安装有磁铁块22，所述主壳体1的底部固定安装有阀门8；

所述主壳体1的顶部开有四个环形阵列分布的通槽21，所述通槽21位于摄像头24的底部，所述密封推板的顶部垂直固定连接有四个清洁推条，且清洁推条的顶部位于通槽21的内部；

所述主壳体1的顶部和底部均固定安装有两个弹性缓冲结构，且弹性缓冲结构包括两个竖直弹性杆29以及弹性横条28，所述弹性横条28的表面开有条形槽2801，所述竖直弹性杆29与条形槽2801滑动连接，且条形槽2801内部安装有横向弹性结构，所述横向弹性结构与竖直弹性杆29连接。

所述推进器结构包括推进电机2、螺旋桨3以及保护罩4，所述电机的一侧外壳与主壳体1的壳壁固定嵌合安装，所述电机的输出轴与螺旋桨3的中部固定连接，且螺旋桨3位于保护罩4的内部，所述保护罩4与主壳体1的外壁固定连接，可进行驱动，在水中自由进行移动；所述5G通讯结构包括数据处理盒26以及固定安装在数据处理盒26顶部的天线27，所述数据处理盒26的内部安装有电路板2601，所述电路板2601的表面安装有5G通讯模块2602以及单片机2603，所述单片机2603通过5G通讯模块2602与天线27电性连接，用于5G通讯，进行信息传递；所述升降结构包括驱动电机11以及螺纹管14，所述螺纹管14的底端与主壳体1底部内壁转动安装，所述驱动电机11的输出轴固定安装有第一齿轮12，所述螺纹管14的圆柱面固定套接有第二齿轮17，所述第一齿轮12和第二齿轮17之间啮合连接，所述螺纹管14的内部螺纹连接有螺纹杆16，且螺纹杆16的顶端与密封推板底部垂直固定连接，实现升降，改变铁质平板6的高度；所述螺纹管14底端固定套接有轴承15，所述轴承15的外圈固定套接有固定环13，且固定环13与主壳体1底部内壁固定连接，实现转动安装；所述导向结构由导向管9和导向杆10构成，所述导向管9和导向杆10滑动套接，所述导向管9底端与主壳体1底部内壁固定连接，所述导向杆10顶端与密封推板底部固定连接，进行导向，提高升降的稳定性；所述密封推板由铁质平板6和橡胶密封圈7构成，所述橡胶密封圈7固定包裹在铁质平板6的边沿处，且橡胶密封圈7与主壳体1的内壁紧密接触，所述铁质平板6的表面镀有保护层，通过橡胶密封圈7进行铁质平板6四周的封闭，提高密封性；所述清洁推条由竖条19和橡胶条20固定连接而成，且橡胶条20为楔形结构，橡胶条20用于摄像头24的擦拭，实现清洁；所述竖直弹性杆29由圆套2901、第二弹簧2902以及活动杆2903构成，所述圆套2901与活动杆2903滑动套接，所述第二弹簧2902与活动杆2903一端固定连接，且第二弹簧2902的末端与圆套2901内壁固定连接，所述活动杆2903与主壳体1的外壁固定连接，实现竖直方向上的弹性连接，进行减震；所述横向弹性结构包括第一弹簧2802以及导向孔2803，所述导向孔2803开设在条形槽2801的一侧，且导向孔2803滑动连接有直杆2804，所述直杆2804的末端与竖直弹性杆29固定连接，所述第一弹簧2802的一端与条形槽2801的一侧固定连接，且第一弹簧2802的另一侧与竖直弹性杆29固定连接实现横向弹性连接，实现缓冲减震。

本发明在使用时，驱动电机11带动第一齿轮12正转，通过第一齿轮12和第二齿轮17的传动，实现螺纹管14的转动，实现螺纹杆16的驱动，铁质平板6进行下降，主壳体1的排水量下降，进行下降，推进电机2带动螺旋桨3进行转动，实现主壳体1的驱动，实现移动，通过摄像头24进行拍摄，实现水下拍摄；

当摄像头24有脏杂物品或需要上浮时，驱动电机11带动第一齿轮12反转，通过第一齿轮12和第二齿轮17的传动，实现螺纹管14的转动，实现螺纹杆16的驱动，铁质平板6进行上升，主壳体1的排水量上升，实现上浮，同时清洁推条进行上升，对摄像头24进行擦拭，完成清洁，长时间上浮时，铁质平板6与磁铁块22接触，进行限位；

整体移动过程中，有外物进行碰撞时，通过弹性缓冲结构可进行一定的缓冲保护，进行压缩第一弹簧2802和第二弹簧2902，实现较好的缓冲效果；

摄像头24拍摄的数据传递到单片机2603，然后通过5G通讯模块2602传递到天线27上，通过5G传输，传递到外部通讯设备上，进行显示，人工通过通讯设备进行控制，通过5G传输进行控制，信号通过天线27接收，通过5G通讯模块2602传递到单片机2603处理，然后进行推进电机2和驱动电机11的控制，实现整个系统的控制。

其中：5G通讯模块2602采用5G芯片模块，型号为BCM4366KMMLG；采用5G传输，具有低时延、高速度的特性，有效降低数据传输的时间，可清晰拍摄和及时避障探测；单片机2603采用深圳科锐拓科技有限公司的SN8P2501D型号单片机。

涉及到电路和电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于5G通讯的水下机器人系统，其特征在于：包括主壳体(1)以及固定安装在主壳体(1)顶部的摄像头安装罩(23)，所述主壳体(1)的四个侧面均固定安装有两个推进器结构，所述摄像头安装罩(23)的顶部固定安装有固定罩(5)，所述主壳体(1)的内部以及固定罩(5)的内部均固定安装有5G通讯结构，所述主壳体(1)内部和固定罩(5)内部分别固定安装有第一电池组(18)以及第二电池组(25)，所述摄像头安装罩(23)的外侧圆周壁固定安装有四个摄像头(24)；

所述主壳体(1)的内部固定安装有升降结构，且升降结构的顶部固定安装有密封推板，所述密封推板的底部与主壳体(1)底部内壁之间安装有两个导向结构，所述主壳体(1)的顶部固定嵌合安装有磁铁块(22)，所述主壳体(1)的底部固定安装有阀门(8)；

所述主壳体(1)的顶部开有四个环形阵列分布的通槽(21)，所述通槽(21)位于摄像头(24)的底部，所述密封推板的顶部垂直固定连接有四个清洁推条，且清洁推条的顶部位于通槽(21)的内部；

所述主壳体(1)的顶部和底部均固定安装有两个弹性缓冲结构，且弹性缓冲结构包括两个竖直弹性杆(29)以及弹性横条(28)，所述弹性横条(28)的表面开有条形槽(2801)，所述竖直弹性杆(29)与条形槽(2801)滑动连接，且条形槽(2801)内部安装有横向弹性结构，所述横向弹性结构与竖直弹性杆(29)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的水下机器人系统，其特征在于：所述推进器结构包括推进电机(2)、螺旋桨(3)、以及保护罩(4)，所述电机的一侧外壳与主壳体(1)的壳壁固定嵌合安装，所述电机的输出轴与螺旋桨(3)的中部固定连接，且螺旋桨(3)位于保护罩(4)的内部，所述保护罩(4)与主壳体(1)的外壁固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的水下机器人系统，其特征在于：所述5G通讯结构包括数据处理盒(26)以及固定安装在数据处理盒(26)顶部的天线(27)，所述数据处理盒(26)的内部安装有电路板(2601)，所述电路板(2601)的表面安装有5G通讯模块(2602)以及单片机(2603)，所述单片机(2603)通过5G通讯模块(2602)与天线(27)电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的水下机器人系统，其特征在于：所述升降结构包括驱动电机(11)以及螺纹管(14)，所述螺纹管(14)的底端与主壳体(1)底部内壁旋转安装，所述驱动电机(11)的输出轴固定安装有第一齿轮(12)，所述螺纹管(14)的圆柱面固定套接有第二齿轮(17)，所述第一齿轮(12)和第二齿轮(17)之间啮合连接，所述螺纹管(14)的内部螺纹连接有螺纹杆(16)，且螺纹杆(16)的顶端与密封推板底部垂直固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于5G通讯的水下机器人系统，其特征在于：所述螺纹管(14)底端固定套接有轴承(15)，所述轴承(15)的外圈固定套接有固定环(13)，且固定环(13)与主壳体(1)底部内壁固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的水下机器人系统，其特征在于：所述导向结构由导向管(9)和导向杆(10)构成，所述导向管(9)和导向杆(10)滑动套接，所述导向管(9)底端与主壳体(1)底部内壁固定连接，所述导向杆(10)顶端与密封推板底部固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的水下机器人系统，其特征在于：所述密封推板由铁质平板(6)和橡胶密封圈(7)构成，所述橡胶密封圈(7)固定包裹在铁质平板(6)的边沿处，且橡胶密封圈(7)与主壳体(1)的内壁紧密接触，所述铁质平板(6)的表面镀有保护层。

8.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的水下机器人系统，其特征在于：所述清洁推条由竖条(19)和橡胶条(20)固定连接而成，且橡胶条(20)为楔形结构。

9.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的水下机器人系统，其特征在于：所述竖直弹性杆(29)由圆套(2901)、第二弹簧(2902)以及活动杆(2903)构成，所述圆套(2901)与活动杆(2903)滑动套接，所述第二弹簧(2902)与活动杆(2903)一端固定连接，且第二弹簧(2902)的末端与圆套(2901)内壁固定连接，所述活动杆(2903)与主壳体(1)的外壁固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的水下机器人系统，其特征在于：所述横向弹性结构包括第一弹簧(2802)以及导向孔(2803)，所述导向孔(2803)开设在条形槽(2801)的一侧，且导向孔(2803)滑动连接有直杆(2804)，所述直杆(2804)的末端与竖直弹性杆(29)固定连接，所述第一弹簧(2802)的一端与条形槽(2801)的一侧固定连接，且第一弹簧(2802)的另一端与竖直弹性杆(29)固定连接。

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