CN111941438A - 一种水陆两栖巡航作业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及巡航作业领域，具体的说是一种两栖巡航作业机器人，包括壳体、浮力调节单元、路上行走单元、姿态调节单元、控制单元和采样单元；壳体起到保护内部构件和美化装置的作用；陆地行走单元的机构设计使其可适应于较多的环境状况，在越障方面有其自身的优势；姿态调节单元两侧的螺旋桨绕轴圆周旋转调节螺旋桨的喷水方向，实现了其水下的侧身等动作，在一些狭窄的环境中具有较好的通过性；控制单元是整个装置的大脑，负责控制该装置正常运行，对外界信息作出反馈；采样装置工作时，机械臂夹取样品放入载物盒中，使用者可以根据自己的采样种类自行在机械臂的末端加装末端执行器，从而使得机械臂可实现不同的作用，从而提高工作效率。

Description

一种水陆两栖巡航作业机器人

技术领域

本发明涉及巡航作业领域，具体的说是一种水陆两栖巡航作业机器人。

背景技术

近年来，人们对于资源的二次利用、环境保护等各方面需求日益增长，煤矿开采过程中产生的废旧矿井的二次利用问题不断得到人们的重视。但是，在将废旧矿井用作地下水库来建设抽水蓄能电站和地下水库的前提是准确的掌握废旧矿井的状况，例如：一些区域的渗水、漏水和储水状况，一些区域的结构强度及其是否有坍塌状况等等。另一方面，现有巡航机器人有的适合工作的环境少，有的工作的效率低。鉴于此，我们可以看出人们急需一种即可适应于较多的环境状况又能有较高工作效率的作业机器人，即一种两栖巡航作业机器人，其具体有益效果如下：

1.本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，其在设计上了参考了位置可变履带式行走机构的设计方案，该设计可适应于较多的环境状况，在越障方面有其自身的优势。

2.本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，其水下的移动机构采用了三个螺旋桨协同工作的方式，并且两侧的螺旋桨还可以绕轴圆周旋转进而调节螺旋桨的喷水方向，从而实现了机器人在水下的侧身等动作，在一些狭窄的环境中具有较好的通过性。

3.本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，其设置有机械臂夹取样品放入载物盒中，值得一提的是使用者可以根据自己的采样种类自行在机械臂的末端加装末端执行器，从而使得机械臂可实现不同的作用，从而提高工作效率。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种两栖巡航作业机器人，所研究设计的一种水陆两栖机器人的陆地行走机构在设计上了参考了位置可变履带式行走机构的设计方案，该设计可适应于较多的环境状况，在越障方面有其自身的优势；水下的移动机构采用了三个螺旋桨协同工作的方式，并且两侧的螺旋桨还可以绕轴圆周旋转进而调节螺旋桨的喷水方向，从而实现了机器人在水下的侧身等动作，在一些狭窄的环境中具有较好的通过性；有机械臂夹取样品放入载物盒中，值得一提的是使用者可以根据自己的采样种类自行在机械臂的末端加装末端执行器，从而使得机械臂可实现不同的作用，从而提高工作效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种两栖巡航作业机器人，包括壳体、浮力调节单元、路上行走单元、姿态调节单元、控制单元和采样单元；所述的壳体由上壳体和下壳体组成，其中，上壳体为曲面，增加了该机器人美观程度；所述的浮力调节单元位于上壳体和下壳体中间，提高了空间的利用率；所述的路上行走单元位于壳体左右两侧，每侧均有两个路上行走单元，保证其能稳定运动；所述的姿态调节单元位于每侧两个的路上行走单元之间和壳体的两侧；所述的控制单元位于浮力调节单元的下方，负责控制机器人的运行以及对外界做出相应的反馈；所述的采样单元位于壳体的前方，用于采集矿井样本。

作为本发明的一种优选方案，本发明中所述的浮力调节单元包括后置水箱、前置水罐以及两者中间的进/排气口、管道、三位三通换向阀、气泵、储气罐、电磁阀和进/排水口；所述的进/排气口位于后置水箱和前置水罐的中间靠上方，便于吸气排气；所述的管道位于两水箱中间，并且前后分别连接后置水箱和前置水罐，上方与进/排气口相连接，下方与三位三通换向阀、气泵、储气罐和进/排水口相连接；储气罐位于后置水箱和前置水罐之间且偏右；三位三通换向阀和气泵位于后置水箱前方并与后置水箱相接触；进/排水口位于后置水箱和前置水罐中间偏下，这样既能提高空间利用率，又能很好地控制其上浮下沉。

作为本发明的一种优选方案，所述的路上行走单元包括履带、主动轮、轴承、锥齿轮传动、旋转电机、引导轮、传动电机和传动轮；所述的主动轮和引导轮位于履带内侧，主动轮可带的履带运动，实现机器人前进与后退；所述的轴承和旋转电机位于主动轮内侧，可减少前行摩擦力；所述的旋转电机位于路上行走单元的内侧，通过锥齿轮可以改变旋转电机的旋转方向。

作为本发明的一种优选方案，所述的姿态调节单元包括机翼、旋转电机、整流罩、扇叶、推进电机、履带和齿轮；旋转电机位于机翼内部，整流罩与机翼相连接，扇叶位于整流罩内部，推进电机与扇叶相固连，这样设置可以保证扇叶能在多种情况下正常运动；旋转电机通过履带和齿轮带动整流罩转动，可以实现机器人整体转向。

作为本发明的一种优选方案，所述的采样单元包括1号机械臂、2号机械臂和载物盒；1号机械臂和2号机械臂与上壳体相固连；载物盒与下壳体相固连，值得一提的是使用者可以根据自己的采样种类自行在机械臂的末端加装末端执行器，从而使得机械臂可实现不同的作用。

本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，其在设计上了参考了位置可变履带式行走机构的设计方案，该设计可适应于较多的环境状况，在越障方面有其自身的优势。

2.本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，其水下的移动机构采用了三个螺旋桨协同工作的方式，并且两侧的螺旋桨还可以绕轴圆周旋转进而调节螺旋桨的喷水方向，从而实现了机器人在水下的侧身等动作，在一些狭窄的环境中具有较好的通过性。

3.本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，其设置有机械臂夹取样品放入载物盒中，值得一提的是使用者可以根据自己的采样种类自行在机械臂的末端加装末端执行器，从而使得机械臂可实现不同的作用，从而提高工作效率。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的左后方观察的立体结构示意图；

图2是本发明的浮力调节单元的立体结构示意图；

图3是本发明的陆地行走单元的立体结构示意图；

图4是本发明的陆地行走单元的部分结构示意图；

图5是本发明的姿态调节单元的立体结构示意图；

图6是本发明的采样单元的立体结构示意图；

图中：壳体1、上壳体11、下壳体12、浮力调节单元2、后置水箱21、进/排气口22、管道23、三位三通换向阀24、气泵25、储气罐26、电磁阀27、前置水罐28、进/排水口29、路上行走单元3、履带31、主动轮32、轴承33、锥齿轮传动34、旋转电机35、引导轮36、传动电机37、传动轮38、姿态调节单元4、机翼41、旋转电机42、整流罩43、扇叶44、推进电机45、履带46、齿轮47、控制单元5、采样单元6、1号机械臂61、2号机械臂62和载物盒63。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图6所示，本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，包括壳体、浮力调节单元、路上行走单元、姿态调节单元、控制单元和采样单元；所述的壳体由上壳体和下壳体组成，上下壳体保护可以内部结构；所述的浮力调节单元位于上壳体和下壳体中间，负责控制该机器人上浮和下仰；所述的路上行走单元位于壳体左右两侧，每侧均有两个路上行走单元，保证其能平稳运动；所述的姿态调节单元位于每侧两个的路上行走单元之间和壳体的两侧，负责机器人的转向和游动；所述的控制单元位于浮力调节单元的下方，是整个装置的大脑；所述的采样单元位于壳体的前方，负责采集矿井样品。

如图1至图6所示，本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，本发明中所述的浮力调节单元包括后置水箱、前置水罐以及两者中间的进/排气口、管道、三位三通换向阀、气泵、储气罐、电磁阀和进/排水口；当水陆两栖机器人进入水中漂浮在水面上时，控制与进/排水口相连的前/后置水箱的电磁阀工作，水箱里进水，当机体总重大于所受浮力时，机器人开始下沉，当沉浮在水中时，开启与前/后水箱相连储气罐的电磁阀，单独控制前/后水箱的排水量，可以使得机器人实现前倾或后仰的功能；当机器人在水中，打开与水箱相连的电磁阀，高压气体从气罐冲向水箱，将水从水箱中排出，使得机体的总重小于所受浮力，机器人上浮，直至到水面；并且通过控制三位三通换向阀改变通道的联通情况，使得进/排气口与气泵相连，这时气泵可以从外界抽取空气压缩进气罐中，进而补充气罐中高压气体的消耗。若通过控制三位三通换向阀使得固定装置与气泵相连，可以通过控制气泵的转向进而控制固定装置的工作状态。

如图1至图6所示，本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，所述的路上行走单元包括履带、主动轮、轴承、锥齿轮传动、旋转电机、引导轮、传动电机和传动轮；水陆两栖机器人共计四个行走机构，平行分布于此机器人两侧，当两侧的行走机构同速时可以使得机器人前进或后退，当两侧的行走机构差速时可以使得机器人实现转向的功能；旋转电机通过锥齿轮传动驱动行走机构整体绕传动轴在竖直平面上旋转；驱动电机通过驱动传动轮，传动轮与主动轮啮合，进而带动履带旋转；当机器人在陆地上行进，前方遇到障碍时，旋转电机工作，引导轮向上抬起，进而可跨越障碍，陆地行走机构可越障的类型有地面突起、台阶和沟壑等。

如图1至图6所示，本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，所述的姿态调节单元包括机翼、旋转电机、整流罩、扇叶、推进电机、履带和齿轮；机翼的主要作用是机器人在水中前进时，机翼通过流体动力学的原理使得机器人前行的更加平稳；旋转电机使得推进器可以绕机体的水平轴线旋转；当两侧的推进器同速时，推进器的作用是配合机器人后端的主推进器使机器人可以前行或后退；当两侧的推进器差速时，可以使得机器人在水中转向；通过控制旋转电机，可以控制推进器的推进方向，如使一侧推进器的推进器方向由水平改为向上则可以使得机体向一侧侧身，此种功能有利于机器人通过一些特殊的水下地形。

如图1至图6所示，本发明所述的一种两栖巡航作业机器人，使用者可以根据自己的采样种类自行在机械臂的末端加装末端执行器，从而使得机械臂可实现不同的作用。

工作时，将水陆两栖机器人放入废旧矿井，它可以根据人们的要求进行前进后退，上浮与下仰，到达目标位置进行取样与拍照等，来采集重要信息。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种水陆两栖巡航作业机器人，其特征在于：包括壳体(1)、浮力调节单元(2)、路上行走单元(3)、姿态调节单元(4)、控制单元(5)和采样单元(6)；所述的壳体(1)由上壳体(11)和下壳体(12)组成；所述的浮力调节单元(2)位于上壳体(11)和下壳体(12)中间；所述的路上行走单元(3)位于壳体(1)左右两侧，每侧均有两个路上行走单元(3)；所述的姿态调节单元(4)有两个位于每侧两个的路上行走单元(3)之间和壳体(1)的两侧，还有一个位于壳体(1)后方；所述的控制单元(5)位于浮力调节单元(2)的下方；所述的采样单元(6)位于壳体(1)的前方。

2.根据权利要求1所述的一种水陆两栖巡航作业机器人，其特征在于：所述的浮力调节单元(2)包括后置水箱(21)、前置水罐(28)以及两者中间的进/排气口(22)、管道(23)、三位三通换向阀(24)、气泵(25)、储气罐(26)、电磁阀(27)和进/排水口(29)；所述的进/排气口(22)位于后置水箱(21)和前置水罐(28)的中间靠上方；所述的管道(23)位于两水箱中间，且前后分别连接后置水箱(21)和前置水罐(28)，上方与进/排气口(22)相连接，下方与三位三通换向阀(24)、气泵(25)、储气罐(26)和进/排水口(29)相连接；储气罐(26)位于后置水箱(21)和前置水罐(28)之间且偏右；三位三通换向阀(24)和气泵(25)位于后置水箱(21)前方并与后置水箱(21)相接触；进/排水口(29)位于后置水箱(21)和前置水罐(28)中间偏下。

3.根据权利要求1所述的一种水陆两栖巡航作业机器人，其特征在于：所述的路上行走单元(3)包括履带(31)、主动轮(32)、轴承(33)、锥齿轮传动(34)、旋转电机(35)、引导轮(36)、传动电机(37)和传动轮(38)；所述的主动轮(32)和引导轮(36)位于履带(31)内侧；所述的轴承(33)和旋转电机(35)位于主动轮(32)内侧；所述的旋转电机(35)位于路上行走单元(3)的内侧。

4.根据权利要求1所述的一种水陆两栖巡航作业机器人，其特征在于：所述的姿态调节单元(4)包括机翼(41)、旋转电机(42)、整流罩(43)、扇叶(44)、推进电机(45)、履带(46)和齿轮(47)；旋转电机(42)位于机翼(41)内部，整流罩(43)与机翼(41)相连接，扇叶(44)位于整流罩(43)内部，推进电机(45)与扇叶(44)相固连；旋转电机(42)通过履带(46)和齿轮(47)带动整流罩(43)转动。

5.根据权利要求1所述的一种水陆两栖巡航作业机器人，其特征在于：所述的控制单元(5)位于气泵(25)正下方。

6.根据权利要求1所述的一种水陆两栖巡航作业机器人，其特征在于：所述的采样单元(6)包括1号机械臂(61)、2号机械臂(62)和载物盒(63)；1号机械臂(61)和2号机械臂(62)与上壳体相固连；载物盒(63)与下壳体相固连。

7.根据权利要求2所述的浮力调节单元(2)，其特征在于：通过控制三位三通换向阀(24)改变通道的联通情况，使得进/排气口(22)与气泵(25)相连，这时气泵(25)可以从外界抽取空气压缩进储气罐(26)中，进而补充储气罐(26)中高压气体的消耗；若通过控制三位三通换向阀(24)使得固定装置与气泵相连，可以通过控制气泵的转向进而控制固定装置的工作状态。

8.根据权利要求3所述的路上行走单元(3)，其特征在于：该行走机构的特点在于只具备一个自由度即只能绕与机体相连的传动轴进行旋转。

9.根据权利要求6所述的采样单元(6)，其特征在于：使用者可以根据自己的采样种类自行在机械臂的末端加装末端执行器，从而使得机械臂可实现不同的作用。

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