CN113120163A - 水面机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水面机器人，包括壳体、支撑组件与驱动组件，壳体呈球形，支撑组件包括支撑件与滚轮，滚轮安装于支撑件的外端，滚轮均与壳体的内壁接触并能够相对壳体的内壁滚动，驱动元件与驱动轮连接并用于驱动驱动轮转动，驱动轮与壳体的内壁接触，并带动壳体转动，以使壳体相对水面移动。本发明中，通过驱动轮的转动使驱动组件与支撑组件的重心相对壳体发生改变，使壳体产生滚动，支撑件端部的滚轮始终与壳体的内壁接触，使壳体在前行的同时保持平衡，提高了壳体行进过程中的平稳度。

Description

水面机器人

技术领域

本发明涉及水上作业机器人技术领域，尤其涉及一种水面机器人。

背景技术

传统的水面机器人或者水面无人船，可搭载检测仪器对水面情况进行监测，由于艏部和艉部外形差异较为明显，在恶劣的海况中不稳定，容易侧翻，影响检测仪器的监测，水中的杂草容易缠绕于螺旋桨上，影响水面机器人或者水面无人船的推进，且螺旋桨转动会对水中的水生生物造成伤害。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种水面机器人，在水面的平稳度较高，对水生生物的伤害较低。

根据本发明实施例中的水面机器人，包括：

壳体，呈球形，所述壳体的内部具有安装腔；

支撑组件，位于所述安装腔的内部，所述支撑组件包括支撑件与滚轮，所述滚轮不少于两个，所述滚轮安装于所述支撑件的外端，至少两个所述滚轮位于所述壳体的同一直径上，且两个所述滚轮均与所述壳体的内壁接触并能够相对所述壳体的内壁滚动；

驱动组件，位于所述安装腔的内部，所述驱动组件与所述支撑件连接，所述驱动组件包括驱动元件与驱动轮，所述驱动元件与所述驱动轮连接并用于驱动所述驱动轮转动，所述驱动轮与所述壳体的内壁接触，并带动所述壳体转动，以使所述壳体相对水面移动。

根据本发明实施例中的水面机器人，至少具有如下有益效果：

本发明实施例中的水面机器人，通过驱动轮的转动使驱动组件与支撑组件的重心相对壳体发生改变，使壳体产生滚动，使机器人整体可相对水面移动，壳体表面较为平整，避免了与水中的植被相互缠绕的风险，不会对水生生物造成伤害；并且，由于支撑件端部的滚轮始终与壳体的内壁接触，且驱动组件与支撑组件相互连接，因此壳体内的部件能够始终保持平衡，避免壳体由于外形差异在风浪的冲击下侧翻，提高了壳体在水面的平稳度。

根据本发明的一些实施例，所述支撑组件将所述安装腔分隔为第一腔体与第二腔体，所述驱动组件位于所述第一腔体内。

根据本发明的一些实施例，还包括配重体，所述配重体位于所述第一腔体内。

根据本发明的一些实施例，所述滚轮呈球状，所述支撑件的端部具有球槽，部分所述滚轮嵌设于所述球槽内，并能够在所述球槽内滚动。

根据本发明的一些实施例，所述壳体的外表面具有纹路。

根据本发明的一些实施例，所述驱动轮设置有4个，4个所述驱动轮分布呈矩形，每一所述驱动轮均连接有一个所述驱动元件。

根据本发明的一些实施例，所述驱动组件还包括基座，所述驱动轮转动连接于所述基座的端部，所述配重体安装于所述基座上。

根据本发明的一些实施例，所述驱动组件还包括转向件，所述转向件安装于所述基座上，所述转向件与所述驱动轮连接并用于带动所述驱动轮转向。

根据本发明的一些实施例，还包括监测元件，所述监测元件位于所述安装腔的内部，并安装于所述支撑件上。

根据本发明的一些实施例，所述壳体包括多个外壳，多个所述外壳可拆卸连接并组合形成所述壳体。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明水面机器人一个实施例的结构示意图；

图2为图1中支撑件另一实施例的结构示意图；

图3为图1中滚轮另一实施例的结构示意图；

图4为图1中隐藏壳体后的结构示意图。

附图标记：壳体100，安装腔110，第一腔体111，第二腔体112；支撑组件200，支撑件210，杆件211，球槽212，滚轮220；驱动组件300，驱动元件310，驱动轮320，基座330，转轴331；配重体400；监测元件500。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1，本发明的一个实施例中提供了一种水面机器人，可应用于水面作业。水面机器人包括壳体100(为便于看到内部结构，图1隐藏了部分壳体)、支撑组件200与驱动组件300，壳体100呈球形，壳体100的内部具有安装腔110，支撑组件200与驱动组件300均安装于安装腔110内，壳体100对位于其内部的部件进行保护。支撑组件200包括支撑件210与滚轮220，滚轮220不少于两个，滚轮220安装于支撑件210的外端，至少两个滚轮220位于壳体100的同一直径上，并且两个滚轮220均与壳体100的内壁接触并能够相对壳体100的内壁滚动，从而使支撑件210端部的两个滚轮220能够始终保持与壳体100内壁的接触，避免支撑组件200在壳体100内部晃动，影响壳体100滚动的平稳度。驱动组件300与支撑组件200连接，由于支撑件210端部的滚轮220能够始终与壳体100的内壁接触，因此驱动组件300与支撑组件200相互连接后组合成的结构能够始终保持平衡；驱动组件300包括驱动元件310和驱动轮320，驱动元件310与驱动轮320连接并用于驱动驱动轮320进行转动，驱动轮320与壳体100的内壁接触，驱动轮320与壳体100的内壁之间具有摩擦力，驱动轮320转动时将带动壳体100滚动，以使壳体100相对于水面进行移动。

从而，本发明实施例中的水面机器人，通过驱动轮320的转动使驱动组件300与支撑组件200的重心相对壳体100发生改变，使壳体100产生滚动，壳体100外表面平整，避免了与水中的植被相互缠绕的风险，不会对水生生物造成伤害；并且，由于支撑件210端部的滚轮220始终与壳体100的内壁接触，支撑组件200与驱动组件300的组合后的结构能够跟随壳体100的滚动而移动，以产生重心变化，从而使壳体100始终保持平衡，避免壳体100由于外形差异在风浪的冲击下侧翻，提高了壳体100行进过程中的平稳度。

需要说明的是，驱动元件310可选择为电机、马达等。驱动轮320的表面以及壳体100的内壁上可设置防滑涂层，如在驱动轮320的表面涂覆环氧防滑涂料、聚氨酯防滑涂料等；或者贴附耐摩擦垫，如在驱动轮320的表面粘贴硅胶层、橡胶层等，以增大驱动轮320与壳体100内壁之间的摩擦力，避免驱动轮320相对壳体100打滑。

因壳体100在行进时漂浮于水面上，为了增大壳体100与水面之间的粘滞阻力，保证壳体100能够在驱动轮320的驱动下相对水面移动，可以在壳体100的表面设置纹路，增大壳体100外表面的粗糙度，以避免由于壳体100的外表过于光滑而相对水面打滑，影响壳体100的行进效率；如在壳体100外表面的球状、柱状等形状的凸状物，或者壳体100的表面可设置螺旋状的花纹，以便于壳体100移动时向后排水，从而提高水面机器人的行进效率。

由于支撑件210端部的滚轮220始终与壳体100的内壁接触，因此支撑组件200将安装腔110分隔成第一腔体111与第二腔体112，驱动组件300位于第一腔体111内，支撑组件200与驱动组件300在壳体100的内部组合形成内重力组件，二者组合后的重心位置即为内重力组件的重心位置，且该重心位置能够跟随驱动轮320的转动相对壳体100发生变化，进而实现壳体100的移动；壳体100内，内重力组件位于第一腔体111内，第一腔体111内部件的整体重力大于第二腔体112内部件的重力，即使壳体100受到风浪冲击，内重力组件的重心始终位于第一腔体111内，第一腔体111始终位于壳体100的下方，使壳体100保持平衡。为便于支撑组件200与驱动组件300的重心在壳体100的直径上相互匹配，支撑组件200与驱动组件300内的部件可呈对称式分布。

为了均衡机器人整体的重力，便于机器人行进，水面机器人还包括配重体400，配重体400位于第一腔体111内，配重体400可安装于支撑组件200与驱动组件300之间，支撑组件200、配重体400与驱动组件300组合形成内重力组件，由于驱动组件300、配重体400位于支撑件210的同一侧，因此内重力组件能够始终位于第一腔体111内，使机器人整体的重心位于壳体100的下部，便于机器人保持平衡，并且降低壳体100侧翻的风险。

参照图2，在本发明的一个实施例中，支撑件210由多个杆件211相互拼接呈框架状，多个杆件211于中心处相互连接，滚轮220转动连接于杆件211的两端。支撑件210也可设置为其他形状，如图1所示，支撑件210呈板状，滚轮220转动连接于支撑件210的边缘处，板状的支撑件210具有平整的表面，能够为其他部件的安装提供安装基础，便于支撑组件200与其他部件之间的相互组装。

另外，滚轮220沿支撑件210的外轮廓间隔设置有多个，每一滚轮220均与壳体100的内壁接触，多个滚轮220组合对壳体100的内部构件进行支撑，以使壳体100沿不同方向滚动时，均有相应的滚轮220与壳体100的内壁之间产生相互作用力，使支撑件210始终保持与壳体100内壁之间的接触；相邻滚轮220之间的间隔相同，便于支撑件210保持平衡，如图1所示，4个滚轮220均匀排布于支撑件210的外周。

参照图3，滚轮220可呈球状，支撑件210的边缘设置有球槽212，部分滚轮220嵌入至球槽212内并能够在球槽212内以及相对壳体100的内壁滚动，使支撑件210与壳体100能够沿不同方向相对移动，从而壳体100在沿不同方向滚动时，滚轮220均可相对于壳体100的内壁滚动，避免滚轮220对壳体100运动造成干涉。

参照图4，驱动组件300还包括基座330，基座330位于第一腔体111内，驱动轮320转动连接于基座330的端部，配重体400可安装于基座330上，基座330用于装载驱动轮320、驱动元件310、支撑组件200以及配重体400，配重体400可放置于基座330的中心处。驱动轮320设置有4个，4个驱动轮320呈矩形分布，且分别转动连接于基座330的四个边角处，基座330的边角处可设置转轴331，驱动轮320与转轴331转动连接。4个驱动轮320位于同一平面上，以使基座330保持平衡，由于机器人整体的重心位于下部，机器人放置于水中后，水面大致位于4个驱动轮320所在平面，使机器人既能够在水面平稳移动，又可避免由于机器人潜入水内过深造成粘滞阻力过大，影响机器人的行进效率。

水面机器人还包括电池，电池安装于基座330上，或者容置于配重体400的内部，电池与驱动元件310电性连接并用于向驱动元件310供电；电池可选用光伏电池，光伏电池能够吸收太阳能并转化为电能，为驱动组件300供电，无需进行电池充电或者更换。每一驱动轮320均与一个驱动元件310连接，每一驱动元件310可单独对驱动轮320进行驱动，多个驱动元件310可同时驱动驱动轮320沿同一方向以相同的速度转动，使壳体100沿该方向移动，或者不同的驱动元件310驱动驱动轮320以不同的速度转动，通过差速实现转向，从而使壳体100能够全方位移动，增强水面机器人的机动性能以及灵活性。

需要说明的是，水面机器人还包括信号收发器与控制模块，信号收发器安装于支撑件210上，信号收发器用于接收岸上的控制信号，并将信号传输至控制模块，控制模块可通过PLC系统连接驱动组件300，使驱动元件310动作，驱动驱动轮320转动或者转向。

驱动轮320的转向还可通过设置转向件实现，如，在驱动组件300内设置转向件，转向件安装于基座330上，转向件与驱动轮320连接并带动驱动轮320转向。转向件可以选择为齿轮齿条式转向器或者蜗杆曲柄指销式转向器，以实现驱动轮320的转向，使壳体100能够沿任意方向移动，如选择齿轮齿条结构，齿条的一端连接于驱动轮320的偏心位置，通过齿轮转动使齿条移动并推动转向件转向。

另外，支撑件210上还搭载有监测元件500，监测元件500包括传感器、镜头等，传感器可进行测距、报警等，镜头可对水面环境进行拍摄，监测元件500所监测的信息可通过信号收发器返回至岸上。

需要说明的是，监测元件500、控制模块、信号收发器能结构均容置于安装腔110内，不会受到外部环境的影响而老化或发生故障，并且机器人处壳体100外的部件均被壳体100包覆，因此机器人可以在恶劣的环境中工作，可靠性高。另外，为避免监测元件500与驱动组件300的安装及工作相互干涉，可将监测元件500安装于第二腔体112内。

壳体100可选择为透明材质，便于监测元件500对外部环境进行监测。另外，壳体100还包括多个外壳，多个外壳可拆卸连接并组合形成壳体100，通过拆卸外壳可对壳体100内部的部件进行维修、更换；为提高壳体100的密封性，相邻外壳的连接处可设置密封垫。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.水面机器人，其特征在于，包括：

壳体，呈球形，所述壳体的内部具有安装腔；

支撑组件，位于所述安装腔的内部，所述支撑组件包括支撑件与滚轮，所述滚轮不少于两个，所述滚轮安装于所述支撑件的外端，至少两个所述滚轮位于所述壳体的同一直径上，且两个所述滚轮均与所述壳体的内壁接触并能够相对所述壳体的内壁滚动；

驱动组件，位于所述安装腔的内部，所述驱动组件与所述支撑件连接，所述驱动组件包括驱动元件与驱动轮，所述驱动元件与所述驱动轮连接并用于驱动所述驱动轮转动，所述驱动轮与所述壳体的内壁接触，并带动所述壳体转动，以使所述壳体相对水面移动。

2.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于，所述支撑组件将所述安装腔分隔为第一腔体与第二腔体，所述驱动组件位于所述第一腔体内。

3.根据权利要求2所述的水面机器人，其特征在于，还包括配重体，所述配重体位于所述第一腔体内。

4.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于，所述滚轮呈球状，所述支撑件的端部具有球槽，部分所述滚轮嵌设于所述球槽内，并能够在所述球槽内滚动。

5.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于，所述壳体的外表面具有纹路。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的水面机器人，其特征在于，所述驱动轮设置有4个，4个所述驱动轮分布呈矩形，每一所述驱动轮均连接有一个所述驱动元件。

7.根据权利要求2所述的水面机器人，其特征在于，所述驱动组件还包括基座，所述驱动轮转动连接于所述基座的端部，所述配重体安装于所述基座上。

8.根据权利要求7所述的水面机器人，其特征在于，所述驱动组件还包括转向件，所述转向件安装于所述基座上，所述转向件与所述驱动轮连接并用于带动所述驱动轮转向。

9.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于，还包括监测元件，所述监测元件位于所述安装腔的内部，并安装于所述支撑件上。

10.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于，所述壳体包括多个外壳，多个所述外壳可拆卸连接并组合形成所述壳体。

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