CN113525632B - 一种可快速上浮的水下智能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种可快速上浮的水下智能机器人，包括机体，还包括上浮装置、无线控制器和进气喷头；其中上浮装置包括悬浮装置、可伸缩组件和进气装置；悬浮装置位于上浮装置外表面，且悬浮装置外设有开合式保护盖；同时悬浮装置与可伸缩组件连接，可伸缩组件利用伸展实现悬浮装置的快速撑开；无线控制器控制可伸缩组件的展开和收缩。本发明提供的效益有所述的上浮装置可循环使用，因进气装置排水会产生较大的反冲力，所以动力较为充足，可伸缩组件利用了相关的力学性能，可快速撑开悬浮装置，大大提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，具体涉及一种可快速上浮的水下智能机器人。
背景技术
当下，机器人已然成为人类探索海洋世界水下工作的重要手段之一。而目前，机器人主要分为两大类：一类是有缆遥控机器人，另一类是无缆自主机器人。其中有缆遥控机器人因具备较大的局限性，因此无缆自主机器人成为了研究的主要研究对象。由于无缆自主机器人具有活动范围广、智能化、机动性强等优点，因此在海底搜索、探查、水下打捞等方面被广泛应用。近年来，由于人工智能技术的快速发展，无缆自主机器人已经成为了机器人领域的一个研究热点。
无缆自主机器人相比于有缆自主机器人而言，“无缆”的特性以及海洋环境存在很多不确定性等特点，让水下作业时安全问题面临更为严峻的挑战。一旦发生故障，不仅无法完成水下的任务，同时机器人也可能会丢失，因此机器人的紧急上浮成为了一个比较重要的研究的项目。而传统的上浮装置是对配重块进行抛弃，但是这些配重抛载方法在发生故障时难以将配重仓打开，使用效果不理想；此外还有类似的悬浮装置，但现有的技术中悬浮装置的悬浮能力不太理想。
发明内容
本发明的目的在于，通过引入上浮装置，提供一种可快速上浮的水下智能机器人，在遇到紧急情况下，可以实现快速上浮。
一种可快速上浮的水下智能机器人，包括机体，所述机器人机体外表面设有上浮装置、无线控制器和进气喷头，所述上浮装置包括悬浮装置、可伸缩组件和进气装置；
所述悬浮装置位于所述上浮装置外表面，所述悬浮装置外设有开合式保护盖；
所述悬浮装置和可伸缩组件连接，所述可伸缩组件利用伸展实现悬浮装置的快速撑开；
所述进气装置位于所述机体外表面，所述进气装置与机体相连接；
所述进气喷头位于所述机体外表面，所述进气喷头位于所述悬浮装置和机体之间，所述进气喷头与机体相连接；
所述无线控制器控制可伸缩组件的展开和收缩。
在优选的实例中，所述进气喷头设有增压喷头，所述增压喷头在旋转进气时其中心部产生负压。
在优选的实例中，悬浮装置包括气囊，所述气囊在充满气体时快速展开。
在优选的实例中，可伸缩组件的伸缩采用弹簧结构和桁架结构中的至少一种，所述可伸缩组件设有启动阀，所述无线控制器与所述启动阀相连。
在优选的实例中，悬浮装置的悬浮动力至少包括充气和反冲两种方式，所述进气装置利用进气实现悬浮装置的充气，所述进气装置产生排水实现对悬浮装置的反冲。
在优选的实例中，所述进气装置包括腔体、出气口、增压喷水口、压力检测装置、控制装置、进水管、抽水泵、储气罐、进气管以及可移动板。
在优选的实例中，腔体包括气腔、水腔、控制室、反应室。
在优选的实例中，在腔体外部装有储气罐和抽水泵，所述储气罐内的气体为压缩气体。
在优选的实例中，可移动板位于水腔与气腔之间。
在优选的实例中，悬浮装置表面设有抗腐蚀、抗压的有机涂层。
本发明的所具有的有益效果为；
第一，发明中所提出的悬浮装置，在使用过后可收缩到机器人的外表面，同时用一盖将其保护起来，有利于下一次重复使用；第二，该装置在水下因为压力检测装置的存在，可独立的根据水下环境以及此时气体的压强，自主的改变压力阀开关的大小和抽水泵进水流量的大小；第三，该装置同时增加抽水泵和水腔，利用排出腔内的水而产生的反冲力，该动力可用于机器人上浮的动力；第四，进气装置内还存在化学反应室，可利用相关的化学反应产生气体，为装置提供气体的保障；第五，在悬浮装置展开的过程中，无线控制器接收控制信号，打开可伸缩组件的启动阀，释放受压的弹簧或打开折叠的桁架结构，可伸缩组件利用相关的力学性能，加速悬浮装置的展开，提高了工作的效率。
附图说明
图1为本发明中的机器人紧急上浮装置工作状态的整体结构图；
图2为本发明中的进气装置的结构图；
图3为本发明中的整体结构未工作时的整体结构图。
附图标记说明：
101、机体；102、进气喷头；103、悬浮装置；104、可伸缩组件；105、进气装置；201、腔体；202、出气口；203、水腔；204、出水口；205、压力监测装置；206、进水管；207、抽水泵；208、储气罐；209、进气管；210、气腔；211、可移动板；212、反应室；213、控制阀；302、盖板。
具体实施方案
以下通过附图以及特定的具体的实例说明本发明的实施方案，需要说明的是，如若说明书中出现的“内”、“外”等，用其所提出的位置、方向均是为了基于附图所描述的方位和位置。其目的仅为了更简洁的描述附图中的相关零部件的位置，并不是特指某一具体的零部件。另外，说明书中出现的相排序，例如“第一”，“第二”等，其目的仅仅为了体现描述顺序，并非为了明示或者暗示其重要性。
参见图1至图3，一种可快速上浮的水下智能机器人，包括机体，所述机器人机体外表面设有上浮装置、无线控制器和进气喷头102，所述上浮装置包括悬浮装置103、可伸缩组件104和进气装置105；
所述悬浮装置103位于所述上浮装置外表面，所述悬浮装置103外设有开合式保护盖303；所述进气装置105和可伸缩组件104连接，所述可伸缩组件104利用伸展实现悬浮装置103的快速撑开；
所述进气装置105位于所述机体101外表面，所述进气装置105与机体101相连接；
所述进气喷头102位于所述机体101外表面，所述进气喷头102位于所述悬浮装置103和机体101之间，所述进气喷头102与机体101相连接；
所述无线控制器控制可伸缩组件104的展开和收缩。
在优选的实例中，所述进气喷头102设有增压喷头，所述增压喷头在旋转进气时其中心部产生负压。
在优选的实例中，悬浮装置103包括气囊，所述气囊在充满气体时快速展开。
在优选的实例中，可伸缩组件104的伸缩采用弹簧结构和桁架结构中的至少一种，所述可伸缩组件设有启动阀，所述无线控制器与所述启动阀相连。
在优选的实例中，悬浮装置103的悬浮动力至少包括充气和反冲两种方式，所述进气装置105利用进气实现悬浮装置103的充气，所述进气装置105产生排水实现对悬浮装置103的反冲。
在优选的实例中，所述进气装置包括腔体201、出气口202、增压喷水口204、压力检测装置205、控制装置213、进水管206、抽水泵207、储气罐208、进气管209以及可移动板211。
在优选的实例中，腔体201包括气210、水腔203、控制室、反应室212。
在优选的实例中，在腔体201外部装有储气罐208和抽水泵207，所述储气罐208内的气体为压缩气体。
在优选的实例中，可移动板211位于水腔203与气腔210之间。
在优选的实例中，悬浮装置103表面设有抗腐蚀、抗压的有机涂层。
以下结合附图具体说明工作原理：
本发明的原理在于，当机器人需要紧急上浮时，悬浮装置103会在可伸缩组件104的动力条件下，将悬浮装置103快速打开；同时，进气装置105通过进气喷头102向悬浮装置103中充入气体，此外因为进气喷头为可自由旋转的增压喷头，当气体由喷头喷出时，周围的气体在产生向外的离心力的同时，喷头中心会形成负压状态，因此气体会对悬浮装置103有一支撑作用，大大减少了伸缩装置的支撑压力；当机器人上浮水面后，可人工将悬浮装置内的气体收回，以达到重复使用的效果。
进一步的，本发明中所述的进气装置105，其原理在于，当机器人需要紧急上浮时，控制装置213打开，储气罐208中的压缩气体开始进入气腔内；与此同时抽水泵207开始向水腔203内进水，根据压力检测装置205的实时检测，当气体充足时，此时气腔210内气体充足，气体在快速膨胀的过程中推动可移动板211向下移动，推动水腔203内的水加速排出，因为增压喷水口204为增压排水口，所以排出的水具有较大的反冲力，该动力可作为机器人加速上升的推动力；当气体不足时，抽水泵207的抽水量加大，此时水腔203内水较为充足，因而水腔203中的水推动可移动板211向上运动，压缩气腔210空间，加速气体排出；此外，当水腔内水位上升到一定位置时，部分水会进入反应室212，反应室212内装有遇水会反应产生大量气体的化合物，该化合物可为过氧化钠等既能与水剧烈反应，又不会有危险的物质，该反应产生的气体可作为补充气体。
进一步的，压力检测装置205可检测进气口气体的压力，当压力低于设定的压力值的时候，抽水泵207会增大抽水的功率，从而使得水快速进入水腔203内。
进一步的，抽水泵207与压力检测器205的电源均来自于机器人本身所携带的蓄电池，因此，无需再额外携带蓄电池，从而大大减轻了装置的重量。
进一步的，当机器人需要紧急上浮时，此时的伸缩装置104会自动弹开，在此以弹簧与桁架的组合为实施例进行讲解：在工作之前，弹簧处于压缩状态，工作时，弹簧快速恢复形变的同时，带动桁架快速伸展开来，这样，就达到了悬浮装置103快速展开的效果。
具体的工作步骤如下：
步骤1，在机器人发生故障时，无线控制器发出信号，此时可伸缩组件104支撑着悬浮装置103快速展开，与此同时进气装置105中的储气罐208内的压缩气体通过管道进入气腔210内，抽水泵207同时开始工作。
步骤2，气体进入气腔212内，然后气体经出气口和管道通过进气喷头102进入悬浮装置103内，因进气喷头102为增压喷头，在气体流进的同时会带动喷头旋转，因而喷头的正上方会产生负压效果，气体加速扩散，为可伸缩组件104提供了支撑悬浮装置103的帮助。
步骤3，压力检测装置205时刻检测进气口和进水口的压力，当气体充足时，在压力检测装置205的检测下，进水处的控制装置打开，水在抽水泵207的作用下进入水腔203，与此同时，气腔210内的气体较为充足，气体推动可移动板211向下移动，压缩水腔203的体积，加速水的排出，因水腔体积变小，排水的速度增大，所以水的反冲力也变大，因此机器人可加速上升。
步骤4，当压力检测装置205检测到进气管处的压力变小，意味着储气罐208内气体不足，此时抽水泵的抽水量变大，水腔体积增大，推动着可移动板211向上移动，压缩气腔体积，加速气体排出；同时，因为水腔体积增大，水腔内的部分水进入反应室与相关的化合物反应，产生大量的气体，为装置提供了额外的气体，解决气体不足的问题。
以上已经阐述了本发明的相关原理和具体实施步骤，结合上述详细介绍，可以很直观的看出本发明较于其他有着明显优点，如发明中所提及的上浮装置可重复利用；具有高效性，同时因有反冲力的存在，动力较为充足；可伸缩组件利用了相关力学性能，能让悬浮装置快速展开，大大的提高了工作效率。
上述的示例并非穷尽性的，在不背离所实施的示例范围和精神的情况下，对于该领域的相关人员均可理解，同时做出的改变也显而易见。另外该发明中的相关装置的位置均不局限于某一处，其范围可在不影响机器人正常工作的任何位置，因此在相关的人员做出的类似改变均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种可快速上浮的水下智能机器人，包括机体，其特征在于：所述机器人机体外表面设有上浮装置、无线控制器和进气喷头，所述上浮装置包括悬浮装置、可伸缩组件和进气装置；
所述悬浮装置位于所述上浮装置外表面，所述悬浮装置外设有开合式保护盖；
所述悬浮装置和可伸缩组件连接，所述可伸缩组件利用伸展实现悬浮装置的快速撑开；
所述进气装置位于所述机体外表面，所述进气装置与机体相连接；
所述进气喷头位于所述机体外表面，所述进气喷头位于所述悬浮装置和机体之间，所述进气喷头与机体相连接；
所述无线控制器控制可伸缩组件的展开和收缩；
所述进气装置包括腔体、出气口、增压喷水口、压力检测装置、控制装置、进水管、抽水泵、储气罐、进气管以及可移动板；所述储气罐与所述进气管连接，所述抽水泵与所述进水管连接，所述控制装置控制气体进入所述腔体，所述压力检测装置检测进气管和进水管的压力；所述可移动板将上下移动时，所述腔体中的水从所述增压喷水口排出；
腔体包括气腔、水腔、控制室、反应室；所述控制室控制水与气体分别进入所述水腔和所述气腔，所述控制室与所述反应室分别位于气腔与水腔两侧，当所述气腔内气压不足时，可移动板上移，所述反应室参与工作，向所述气腔内补充气体。
2.根据权利要求1所述的一种可快速上浮的水下智能机器人，其特征在于：所述进气喷头设有增压喷头，所述增压喷头在旋转进气时其中心部产生负压。
3.根据权利要求1所述的一种可快速上浮的水下智能机器人，其特征在于：悬浮装置包括气囊，所述气囊在充满气体时快速展开。
4.根据权利要求1所述的一种可快速上浮的水下智能机器人，其特征在于：可伸缩组件的伸缩采用弹簧结构和桁架结构中的至少一种，所述可伸缩组件设有启动阀，所述无线控制器与所述启动阀相连。
5.根据权利要求1所述的一种可快速上浮的水下智能机器人，其特征在于：悬浮装置的悬浮动力至少包括充气和反冲两种方式，所述进气装置利用进气实现悬浮装置的充气，所述进气装置产生排水实现对悬浮装置的反冲。
6.根据权利要求1所述的一种可快速上浮的水下智能机器人，其特征在于：在腔体外部装有储气罐和抽水泵，所述储气罐内的气体为压缩气体。
7.根据权利要求1所述的一种可快速上浮的水下智能机器人，其特征在于：所述可移动板位于水腔与气腔之间。
8.根据权利要求1所述的一种可快速上浮的水下智能机器人，其特征在于：悬浮装置表面设有抗腐蚀、抗压的有机涂层。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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