CN113953238B - 水下机器人及其摄像组件的清洁装置、清洁方法 - Google Patents

Abstract

公开一种水下机器人及其摄像组件的清洁装置、清洁方法，所述水下机器人包括摄像组件，所述清洁装置包括：保护罩，所述保护罩和所述水下机器人密封连接且所述保护罩能相对于所述水下机器人转动，所述摄像组件位于所述保护罩内，所述摄像组件能通过所述保护罩拍摄外部的图像或视频；清洁组件，位于所述保护罩外，所述清洁组件与所述保护罩的外表面贴合；驱动组件，用于驱动所述保护罩转动；检测件，用于检测所述保护罩外表面的脏污程度；控制件，所述控制件分别与所述检测件、驱动组件电连接；当所述脏污程度超过阈值时，所述控制件控制所述驱动组件启动。该清洁装置和清洁方法干扰性低，不会影响摄像组件拍摄的稳定性。

Description

水下机器人及其摄像组件的清洁装置、清洁方法

技术领域

本说明书涉及水下勘探技术领域，尤其涉及一种水下机器人及其摄像组件的清洁装置、清洁方法。

背景技术

本部分的描述仅提供与本说明书公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

在水下机器人勘探领域，摄像头是水下机器人至关重要的构成部分。水下勘探的主要技术手段即为通过摄像头摄制图像或视频信息。

然而由于水下环境复杂，水下机器人装设的摄像头容易沾染污渍。若给水下机器人加装传统的机械式擦拭设备，其机械结构的运动会导致水下机器人姿态变化，影响摄像头拍摄的稳定。还有，利用高压喷射对摄像头进行清洗的方法很难在水下工作条件下实施。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本说明书的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本说明书的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本说明书的目的是提供一种水下机器人及其摄像组件的清洁装置、清洁方法，该清洁装置和清洁方法干扰性低，不会影响摄像组件拍摄的稳定性。

为达到上述目的，本说明书实施方式提供一种水下机器人摄像组件的清洁装置，所述水下机器人包括摄像组件，所述清洁装置包括：

保护罩，所述保护罩和所述水下机器人密封连接且所述保护罩能相对于所述水下机器人转动，所述摄像组件位于所述保护罩内，所述摄像组件能通过所述保护罩拍摄外部的图像或视频；

清洁组件，位于所述保护罩外，所述清洁组件与所述保护罩的外表面贴合；

驱动组件，用于驱动所述保护罩转动；

检测件，用于检测所述保护罩外表面的脏污程度；

控制件，所述控制件分别与所述检测件、驱动组件电连接；当所述脏污程度超过阈值时，所述控制件控制所述驱动组件启动。

作为一种优选的实施方式，所述水下机器人沿前进方向具有前端和后端，所述保护罩呈半球形，所述保护罩位于所述前端，所述保护罩向远离所述水下机器人的一侧弯曲。

作为一种优选的实施方式，所述清洁组件与所述保护罩的外表面之间通过胶条相贴合，所述胶条的表面附着纳米材料。

作为一种优选的实施方式，所述清洁组件包括第一清洁臂，所述第一清洁臂为弧形，所述第一清洁臂的两端均位于所述保护罩的边缘，所述第一清洁臂的中间部分向所述保护罩的中心弯曲。

作为一种优选的实施方式，所述清洁组件包括第二清洁臂，所述第二清洁臂从所述保护罩的边缘向所述保护罩的中心延伸，延伸至所述保护罩的中心或超过所述保护罩的中心。

作为一种优选的实施方式，所述清洁组件包括两个所述第一清洁臂和一个所述第二清洁臂，所述第二清洁臂的一端位于所述保护罩边缘的最低点，两个所述第一清洁臂关于所述第二清洁臂和所述保护罩中心的连线对称分布。

作为一种优选的实施方式，所述驱动组件包括电机和第一齿轮，所述电机包括驱动轴，所述驱动轴用于驱动所述第一齿轮转动；所述保护罩上设有第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮咬合连接。

作为一种优选的实施方式，所述清洁组件的一端、所述检测件和所述控制件均固定在所述水下机器人的机身上。

本说明书实施方式还提供一种水下机器人，包括：

摄像组件；

如上任一种实施方式所述的清洁装置。

本说明书实施方式还提供一种水下机器人摄像组件的清洁方法，所述清洁方法采用如上任一种实施方式所述的清洁装置，所述清洁方法包括如下步骤：

利用所述检测件检测所述保护罩外表面的脏污程度；

判断所述脏污程度是否超过所述阈值；

当所述脏污程度超过所述阈值时，所述控制件控制所述驱动组件启动；

当所述脏污程度不超过所述阈值时，间隔预定时间再次执行所述利用所述检测件检测所述保护罩的脏污程度的步骤；

所述驱动组件启动后，驱动所述保护罩转动预定角度，同时所述清洁组件清洁所述保护罩的外表面；所述保护罩转动预定角度后，返回所述利用所述检测件检测所述保护罩的脏污程度的步骤。

有益效果：本实施方式所提供的水下机器人摄像组件的清洁装置，设有和水下机器人密封连接的保护罩，可以保护位于保护罩内的摄像组件，保证摄像组件拍摄的稳定性。同时，保护罩外设有清洁组件，通过检测件检测保护罩的脏污程度，当脏污程度超过阈值时，控制件控制驱动组件启动，从而驱动保护罩相对于水下机器人转动，清洁组件相对于水下机器人保持静止，且与保护罩的外表面贴合的清洁组件能对外表面进行清洁。该清洁装置通过保护罩的转动即可完成清洁，而保护罩与水下机器人密封连接，清洁组件与保护罩的外表面贴合，清洁装置在清洁过程中产生的作用力不会影响水下机器人的动力系统，干扰性低。

参照后文的说明和附图，详细公开了本说明书的特定实施方式，指明了本说明书的原理可以被采用的方式。应该理解，本说明书的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本实施方式中所提供的一种水下机器人摄像组件的清洁装置的结构示意图；

图2为本实施方式中所提供的一种水下机器人的结构示意图；

图3为图2中水下机器人前端的主视图；

图4为标出保护罩旋转方向的水下机器人前端主视图；

图5为保护罩外表面的放大视图；

图6为本实施方式中所提供的一种水下机器人摄像组件的清洁方法的步骤流程图。

附图标记说明：

100、水下机器人；101、前端；102、后端；103、清洁装置；104、摄像组件；105、机身；X：前进方向；

1、保护罩；11、外表面；21、第一清洁臂；22、第二清洁臂；23、清洁支臂；31、电机；32、第一齿轮；33、驱动轴；4、检测件；5、控制件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本说明书的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本说明书。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1。本实施方式提供一种水下机器人100摄像组件104的清洁装置103，水下机器人100包括摄像组件104，清洁装置103包括保护罩1、清洁组件、驱动组件、检测件4和控制件5。

其中，保护罩1和水下机器人100密封连接且保护罩1能相对于水下机器人100转动。摄像组件104位于保护罩1内，摄像组件104能通过保护罩1拍摄外部的图像或视频。清洁组件位于保护罩1外，清洁组件与保护罩1的外表面11贴合。驱动组件用于驱动保护罩1转动。检测件4用于检测保护罩1外表面11的脏污程度。控制件5分别与检测件4、驱动组件电连接。当脏污程度超过阈值时，控制件5控制驱动组件启动。

需要说明的是，本申请对摄像组件104不做唯一的限定，其可以为水下机器人100需要的任意一种摄像头、摄像机或其他摄像工具，摄像组件104设置在密闭的保护罩1内。保护罩1的外表面11是指背离水下机器人100的表面，保护罩1外是指保护罩1背离水下机器人100的一侧。相应的，保护罩1的内表面是面对水下机器人100的表面，保护罩1内是指保护罩1面对水下机器人100的一侧。

本实施方式所提供的水下机器人100摄像组件104的清洁装置103，设有和水下机器人100密封连接的保护罩1，可以保护位于保护罩1内的摄像组件104，保证摄像组件104拍摄的稳定性。同时，保护罩1外设有清洁组件，通过检测件4检测保护罩1的脏污程度，当脏污程度超过阈值时，控制件5控制驱动组件启动，从而驱动保护罩1相对于水下机器人100转动，清洁组件相对于水下机器人100保持静止，且与保护罩1的外表面11贴合的清洁组件能对外表面11进行清洁。该清洁装置103通过保护罩1的转动即可完成清洁，而保护罩1与水下机器人100密封连接，清洁组件与保护罩1的外表面11贴合，清洁装置103在清洁过程中产生的作用力不会影响水下机器人100的动力系统，干扰性低。

在本实施方式中，水下机器人100沿前进方向X具有前端101和后端102。由于摄像组件104一般设置于水下机器人100的前端101，因此保护罩1也相应位于前端101。当然在其他实施方式中，摄像组件104可以位于水下机器人100的后端102、侧面或其他位置，保护罩1可以相应位于后端102、侧面或其他位置，只需保证保护罩1与水下机器人100密封连接即可。保护罩1内还可以设置云台来控制摄像组件104，使摄像组件104更稳定。

本实施方式对保护罩1的形状和材质不做唯一的限定。在一种实施方式中，保护罩1可以向远离水下机器人100的一侧弯曲，从而可以为摄像组件104提供容纳空间。优选的，保护罩1呈半球形，保护罩1的边缘和水下机器人100密封连接。保护罩1的材质可以为钢化玻璃，或其他具有一定硬度的透明材料。

在本实施方式中，清洁组件与保护罩1的外表面11相贴合，从而清洁组件可以在保护罩1转动时擦拭保护罩1外表面11，使保护罩1外表面11的附着物被清除。在一种实施例中，清洁组件与保护罩1的外表面11之间可以通过胶条相贴合。胶条具有软性且韧性强的特点，胶条的表面可以附着纳米材料，提高清洁组件的清洁能力。本实施方式对胶条的材质不做具体的限定。

如图2至图5所示，清洁组件可以包括第一清洁臂21。第一清洁臂21为弧形，第一清洁臂21的两端均位于保护罩1的边缘，第一清洁臂21的中间部分向保护罩1的中心弯曲。在第一清洁臂21工作时，其弧形结构能与保护罩1外表面11形成下行通道，有利于水生物或体积较大的附着物被推力作用而离开机身105，能避免第一清洁臂21自身被附着物附着而导致二次污染。

如图5所示，第一清洁臂21和保护罩1边缘围成的保护罩1外表面11还可以设置有清洁支臂23，能够增加一次清洁作用，且能进一步清洁保护罩1靠近边缘的部位，此处相对保护罩1中心处更难清洁干净。该清洁支臂23一端位于保护罩1的边缘且在第一清洁臂21的两端之间，另一端向第一清洁臂21的中间部分延伸且与该中间部分保留预定距离，使脏污可以从空隙中排出。

进一步地，清洁组件还可以包括第二清洁臂22。第二清洁臂22从保护罩1的边缘向保护罩1的中心延伸，延伸至保护罩1的中心或超过保护罩1的中心。即，第二清洁臂22的一端位于保护罩1的边缘，另一端位于保护罩1的中心或超过保护罩1的中心，该形状有利于降低阻力，第二清洁臂22主要用于清除半球形保护罩1中心附近处的脏污。优选的，第二清洁臂22的另一端位于保护罩1的中心处，也即半球形的顶点处，从而在保护绕其中心转动一周后，第二清洁臂22经过的路径可以覆盖保护罩1的整个外表面11，从而使清洁更全面。

在一种具体的实施例中，清洁组件可以包括两个第一清洁臂21和一个第二清洁臂22。第二清洁臂22的一端位于保护罩1边缘的最低点，两个第一清洁臂21关于第二清洁臂22和保护罩1中心的连线对称分布。优选的，两个第一清洁臂21形状相同。两个第一清洁臂21可以分别位于保护罩1边缘的最左端和最右端。或者，两个第一清洁臂21和一个第二清洁臂22分别位于正三角形的三个顶点，使清洁组件整体分布更均匀，从而能到达更好的清洁效果。

第一清洁臂21的中间部分并未到达保护罩1的中心处，从而两个第一清洁臂21不会产生碰撞。在该实施例中，摄像组件104靠近保护罩1边缘的最高点，从而不会被第二清洁臂22遮挡住拍摄范围。

在本实施方式中，清洁组件的一端、检测件4和控制件5均可以固定在水下机器人100的机身105上。具体的，清洁组件位于保护罩1边缘的部分与水下机器人100的机身105固定。如图1所示，检测件4和控制件5可以固定于机身105内，检测件4和控制件5可以沿水下机器人100的前进方向X排列，检测件4和控制件5均高于保护罩1的最低点。如图2所示，检测件4和控制件5可以固定于机身105外，检测件4和控制件5可以沿垂直于水下机器人100的前进方向X排列，检测件4和控制件5均位于保护罩1下方。

如图1、图2和图3所示，检测件4位于控制件5和保护罩1之间。检测件4可以通过图像识别的方法来判断保护罩1的脏污程度是否超过阈值，检测件4的检测范围可以与摄像组件104的拍摄范围/可视范围重合，当然在其他实施方式中，也可以大于或略小于拍摄范围/可视范围。检测件4的检测范围主要包括保护罩1的上半部分，因为摄像组件104位于保护罩1内侧的上半区域内。如图1和图3所示，图中两条虚线之间即为检测件4的检测范围。

在本实施方式中，清洁组件的表面应力强度条件需满足σ_max＝(F_N/A)_max≤[σ]。其中，F_N为拉伸与压缩系数，A为清洁组件横截面面积，[σ]表示规定许用应力。清洁组件的轴向线应变

横向应变ε′＝-vε，轴向位移/>

其中，积分常数C由边界条件定义，E表示弹性模量。清洁组件的伸长或缩短量(在l长度段内)/>

刚度条件满足u_max≤[u]或Δl≤[Δl]。

在本实施方式中，驱动组件可以包括电机31和第一齿轮32。电机31包括驱动轴33，驱动轴33用于驱动第一齿轮32转动。保护罩1上设有第二齿轮，第一齿轮32和第二齿轮咬合连接，从而电机31可以通过驱动轴33驱动第一齿轮32和第二齿轮转动，实现保护罩1的转动。优选的，保护罩1的中心不动，即保护罩1围绕其中心旋转。如图4所示，该虚线箭头表示保护罩1的旋转方向，其可以逆时针旋转，在其他实施例中也可以顺时针旋转。

具体的，检测件4与控制件5可以通过有线通信线缆连接实现双向通信，可以通过以太网、RS485等协议。检测件4通过线缆发送其检测到的脏污程度图像或数值给控制件5，控制件5判断脏污程度是否超过阈值，若超过阈值，控制件5向电机31发送启动信号，通过线缆控制电机31开始工作。

在一种具体的应用场景中，检测件4检测保护罩1外表面11的脏污程度，当脏污程度超过阈值时，则控制件5控制驱动组件启动，从而保护罩1开始转动。旋转时保护罩1外表面11会依次通过第一清洁臂21、第二清洁臂22、第一清洁臂21。第一个第一清洁臂21负责清除附着在保护罩1外表面11较大的附着物，比如水下生物、大颗粒的附着物等；第二清洁臂22负责清除中等颗粒大小的附着物；第二个第一清洁臂21负责清除更小颗粒的附着物。当然，脏污和各清洁臂的接触顺序可以不同，本申请对此不做唯一的限定。保护罩1转动一个周期后，控制件5返回命令给检测件4，检测件4再次执行检测程序，如果脏污程度不超过阈值，则停止工作，否则再次执行清洁操作，直到满足条件为止。其中一个周期可以是保护罩1转动360°，或者是其他需要的角度。

请参阅图2和图3。本实施方式还提供一种水下机器人100，包括摄像组件104和清洁装置103，该清洁装置103可以是如上任一种实施方式所述的清洁装置103。该水下机器人100的实施方式与清洁装置103的实施方式相对应，其能够解决清洁装置103的实施方式所解决的技术问题，相应的达到清洁装置103的实施方式的技术效果，具体的本申请在此不再赘述。

请参阅图6。本实施方式还提供一种水下机器人100摄像组件104的清洁方法，该清洁方法可以采用如上任一种实施方式所述的清洁装置103。清洁方法包括如下步骤：

步骤S10：利用检测件4检测保护罩1外表面11的脏污程度。

步骤S20：判断脏污程度是否超过阈值。

步骤S30：当脏污程度超过阈值时，控制件5控制驱动组件启动。从而可以带动保护罩1转动，使其可以被清洁组件清洁。

步骤S40：当脏污程度不超过阈值时，间隔预定时间再次执行利用检测件4检测保护罩1的脏污程度的步骤，即间隔预定时间再次返回步骤S10。其中，预定时间可以根据需要进行设定，从而使保护罩1处于被检测件4检测或等待检测件4检测的状态，能保证保护罩1上的脏污及时被清除。

步骤S50：驱动组件启动后，驱动保护罩1转动预定角度，同时清洁组件清洁保护罩1的外表面11；保护罩1转动预定角度后，返回利用检测件4检测保护罩1的脏污程度的步骤，即返回步骤S10。其中，预定角度可以是360°，或者其他角度，优选为360°的倍数。

该清洁方法可以采取上述任一种实施方式中的清洁装置103，该清洁方法实施方式与清洁装置103实施方式相对应，其能够解决清洁装置103实施方式所解决的技术问题，相应的达到清洁装置103实施方式的技术效果，具体的本申请在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本说明书的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (6)

1.一种水下机器人摄像组件的清洁装置，其特征在于，所述水下机器人包括摄像组件，所述清洁装置包括：

保护罩，所述保护罩和所述水下机器人密封连接且所述保护罩能相对于所述水下机器人转动，所述摄像组件位于所述保护罩内，所述摄像组件能通过所述保护罩拍摄外部的图像或视频；

清洁组件，位于所述保护罩外，所述清洁组件与所述保护罩的外表面贴合；所述清洁组件包括第一清洁臂，所述第一清洁臂为弧形，所述第一清洁臂的两端均位于所述保护罩的边缘，所述第一清洁臂的中间部分向所述保护罩的中心弯曲，所述第一清洁臂的中间部分未到达所述保护罩的中心处；在所述第一清洁臂工作时，呈弧形的所述第一清洁臂与所述保护罩的外表面形成下行通道；所述第一清洁臂和所述保护罩边缘围成的所述保护罩外表面还设有清洁支臂，所述清洁支臂的一端位于所述保护罩的边缘且在所述第一清洁臂的两端之间，另一端向所述第一清洁臂的中间部分延伸且与所述中间部分保留预定距离；所述清洁组件包括第二清洁臂，所述第二清洁臂从所述保护罩的边缘向所述保护罩的中心延伸，延伸至所述保护罩的中心或超过所述保护罩的中心；所述第二清洁臂的一端位于所述保护罩边缘的最低点，所述摄像组件靠近所述保护罩边缘的最高点；所述清洁组件与所述保护罩的外表面之间通过胶条相贴合，所述胶条的表面附着纳米材料；所述清洁组件包括两个所述第一清洁臂和一个所述第二清洁臂，两个所述第一清洁臂关于所述第二清洁臂和所述保护罩中心的连线对称分布；

驱动组件，用于驱动所述保护罩转动；

检测件，用于检测所述保护罩外表面的脏污程度；

控制件，所述控制件分别与所述检测件、驱动组件电连接；当所述脏污程度超过阈值时，所述控制件控制所述驱动组件启动。

2.根据权利要求1所述的水下机器人摄像组件的清洁装置，其特征在于，所述水下机器人沿前进方向具有前端和后端，所述保护罩呈半球形，所述保护罩位于所述前端，所述保护罩向远离所述水下机器人的一侧弯曲。

3.根据权利要求1所述的水下机器人摄像组件的清洁装置，其特征在于，所述驱动组件包括电机和第一齿轮，所述电机包括驱动轴，所述驱动轴用于驱动所述第一齿轮转动；所述保护罩上设有第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮咬合连接。

4.根据权利要求1所述的水下机器人摄像组件的清洁装置，其特征在于，所述清洁组件的一端、所述检测件和所述控制件均固定在所述水下机器人的机身上。

5.一种水下机器人，其特征在于，包括：

摄像组件；

如权利要求1-4中任一项所述的清洁装置。

6.一种水下机器人摄像组件的清洁方法，其特征在于，所述清洁方法采用如权利要求1-4中任一项所述的清洁装置，所述清洁方法包括如下步骤：

利用所述检测件检测所述保护罩外表面的脏污程度；

判断所述脏污程度是否超过所述阈值；

当所述脏污程度超过所述阈值时，所述控制件控制所述驱动组件启动；

当所述脏污程度不超过所述阈值时，间隔预定时间再次执行所述利用所述检测件检测所述保护罩的脏污程度的步骤；

所述驱动组件启动后，驱动所述保护罩转动预定角度，同时所述清洁组件清洁所述保护罩的外表面；所述保护罩转动预定角度后，返回所述利用所述检测件检测所述保护罩的脏污程度的步骤。

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