CN114185107A - 一种具有多种形态的海洋探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有多种形态的海洋探测装。该海洋探测装置包括多个依次相连的水下探测单元。每个水下探测单元均包括外壳、探测组件、悬浮组件和动力组件。四个水下探测单元中的外壳依次排列。四个水下探测单元分别作为第一水下探测单元、第二水下探测单元、第三水下探测单元和第四水下探测单元。相邻的两个水下探测单元通过铰接组件转动连接。第二水下探测单元两端的铰接组件位于其相反侧。第三水下探测单元两端的铰接组件位于其相同侧。任意两个相邻的水下探测单元均由一个动力元件驱动进行相对转动。本发明采取铰链连接模型，四个水下探测单元可变换组合成七种个独特构型，其可自由变换性极强地增加了探测器在海洋的探索中的避障能力。
Description
技术领域
本发明属于海洋类机器装置技术领域，具体涉及一种应用于海洋的探测避障装置。
背景技术
随着科技的日益发展，机器人花样层出不穷，各种功能各种样式已经见怪不怪，不过我们都知道，天上飞的地上跑的已经渐渐普及，水里游的还是存在技术上的难题不能攻破，毕竟大海对于我们来说是神秘的。地球表面70％都是海洋，但海洋环境非常恶劣，人类的认知手段极其有限。水下机器人是探索海洋的重要装备，在海洋观测、勘探、水下极端环境作业中潜能巨大。尤其是深海探索等方面，非它不可。据于海斌介绍，上世纪60年代开始，载人潜水器、有缆遥控水下机器人、自主水下机器人研究相继开始，在目前的智能时代，水下机器人必然推陈出新，研发智能水下机器人。为满足社会探测海洋的需要，研发一种适应于多变的海洋环境的一种探测机器人，具体非常大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有多种形态的海洋探测装置。
本发明一种具有多种形态的海洋探测装置，包括多个依次相连的水下探测单元。每个水下探测单元均包括外壳、探测组件、悬浮组件和动力组件。外壳内设置有依次排列的探测室、悬浮室和动力室。所述的探测组件安装在探测室内，包括朝外设置的相机。所述的悬浮组件设置在悬浮室内；悬浮组件能够进行抽排水，改变水下探测单元重量。所述动力组件设置在动力室内，用于提供水下探测单元前进的动力。四个水下探测单元中的外壳依次排列。四个水下探测单元分别作为第一水下探测单元、第二水下探测单元、第三水下探测单元和第四水下探测单元。相邻的两个水下探测单元通过铰接组件转动连接。相邻的两个水下探测单元能够相对旋转180°。第二水下探测单元两端的铰接组件位于相反侧。第三水下探测单元两端的铰接组件位于相同侧。任意两个相邻的水下探测单元均由一个动力元件驱动进行相对转动。
作为优选，所述的第一水下探测单元与第二水下探测单元之间的铰接组件为第一铰接组件；第二水下探测单元与第三水下探测单元之间的铰接组件为第二铰接组件；第三水下探测单元与第四水下探测单元之间的铰接组件为第三铰接组件。
通过四个水下探测单元的变形，能够形成七种独特的构型：I、D、L、S、Z、T、J。
I构型由四个水下探测单元直线排列形成。
D构型为在I构型的基础上，第二铰接组件转动180°形成。
L构型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动180°形成。
S型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动180°，第二铰接组件转动90°形成。
Z型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动180°，第一铰接组件转动180°形成。
T型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动90°，第一铰接组件转动180°，第二铰接组件转动180°形成。
J型为在I构型的基础上，第二铰接组件转动90°，第一铰接组件转动180°，第三铰接组件转动180°形成。
作为优选，所述探测室、悬浮室和动力室的内侧壁上均设置有吸水棉。
作为优选，所述的探测组件还包括底座、升降驱动组件、外壳、支撑杆、安装平台、横向移动组件、照明灯、相机和相机底板。所述的底座固定在探测室内的底部。支撑杆通过升降驱动组件安装在底座上。所述的安装平台安装在支撑杆上。相机底板固定在安装平台的顶部。相机通过横向移动组件安装在相机底板上。
作为优选，所述的升降驱动组件采用丝杆升降机。
作为优选，相机底板上安装有多个照明灯。
作为优选，安装平台的顶面能够沿任意方向倾斜。横向移动组件包括螺杆、端块和横移驱动电机。相机与相机底板构成水平方向滑动的滑动副。水平设置的螺杆转动连接在相机底板上，并由横移驱动电机驱动旋转。螺杆与固定在相机的螺母构成螺旋副。
作为优选，所述探测室的前端面透明设置，使得相机能够拍摄到外界的图像。
作为优选，所述的悬浮组件包括液压泵、第一通水管、第二通水管和水箱。水箱内设置有封闭气囊。能够双向泵液的液压泵的第一通水口与外界环境通过第一通水管连接；液压泵的第二通水口与水箱的内腔通过第二通水管连接。
作为优选，所述动力组件设置在动力室内，其包括电机、齿轮组、支撑杆和划桨。划桨的内端与动力室通过竖直设置的支撑杆转动连接，外端固定有桨叶，并伸出动力室外。支撑杆与电机的输出轴通过齿轮组传动连接。
本发明的具体有益效果是：
1.本发明采取铰链连接模型，四个水下探测单元可变换组合成七种独特构型，其可自由变换性极强地增加了海洋探测装置在海洋的探索中的避障能力。
2.本发明采取四个水下探测单元结构，降低了单一探测器遇到故障损害而无法回收的风险，在保护环境的前提下，节约资源，符合国家现阶段提倡的节能减排、保护环境；扩大了探测视野，尤其是复杂环境下，多个探测器视角更有助于人类发现未知事物
3.本发明采取360°无死角探测方式，对海洋内单一物体可进行多角度的观测，不存在死角部分，增强了探测能力。
附图说明
图1为本发明海洋探测避障装置的整体结构示意图；
图2为本发明中海洋探测避障装置内部的探测器示意图；
图3为本发明中探测室的示意图；
图4为本发明中悬浮室的示意图；
图5为本发明中动力室的示意图；
图6为本发明中各水下探测单元的连接示意图；
图7为本发明中铰接组件的示意图；
图8a-8f分别为本发明的D、L、S、Z、T、J构型变形过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明：
如图1和2所示，一种具有多种形态的海洋探测装置，包括多个依次相连的水下探测单元。每个水下探测单元均包括外壳4、探测组件、悬浮组件和动力组件。外壳4内间隔设置有两块竖直隔板。两块竖直隔板将外壳4的内腔分隔为相互隔离、由前至后依次排列的探测室19、悬浮室20和动力室21。探测室19、悬浮室20和动力室21的内侧壁上均设置有吸水棉，用以吸收腔室内的水分，保持相对干燥。
如图3所示，探测组件安装在探测室19内，包括底座1、升降驱动组件、外壳4、支撑杆9、安装平台、横向移动组件、照明灯8、相机10和相机底板11。底座1固定在探测室19内的底部。支撑杆9通过升降驱动组件安装在底座1上。升降驱动组件采用蜗轮丝杆升降机，其包括液压马达2和丝杆顶升组件3。丝杆顶升组件3中的丝杆在液压马达2的驱动下进行竖直升降运动。
安装平台安装在支撑杆9上。相机底板11固定在安装平台的顶部。相机10通过横向移动组件安装在相机底板11上。相机底板11上安装有多个照明灯8。安装平台的顶面能够沿任意方向倾斜。安装平台包括底板、软体伸缩致动器5和顶板。四根软体伸缩致动器5的一端与底板的四个角固定，四根软体伸缩致动器5的另一端分别抵住顶板的四个角，四根软体伸缩致动器5升降至不同高度时，能够将顶板推动至不同方向的不同倾斜程度，从而调节相机10的姿态。软体伸缩致动器5能够弯曲变形，从而避免安装平台在变形过程中卡死。
横向移动组件包括螺杆7、端块6和横移驱动电机(图中未示出)。相机10与相机底板11构成水平方向滑动的滑动副。水平设置的螺杆7转动连接在相机底板11上，并由横移驱动电机驱动旋转。螺杆7不连接横移驱动电机的端部固定有端块6。螺杆7与固定在相机10的螺母构成螺旋副。探测室19的前端面透明设置，使得相机10能够拍摄到外界的图像。
探测室19的具体装配关系如下：底座1与外壳4通过螺栓组与螺栓固定相连，液压马达2与蜗轮蜗杆通过底板固定在底座1上方。液压马达2使蜗轮蜗杆组3运动，使支撑杆9上下运动。支撑杆9与下底板直接相连，下底板与上底板通过4个相同的可伸缩液压推杆固定，并可通过单一(或多个)伸缩杆的软体伸缩致动器的升降控制上底板倾斜角度。最上方竖板安装在上底板上方，竖板中间安装一个螺杆7、螺母6。相机底板与螺杆相连11，相机10安装相机底板上。螺杆7左端安装电机。右端螺杆为T字形，在最大极位时与螺杆卡死，防止其脱落。相机较上底板通过电机驱动螺杆实现左右移动。在这种结构下，相机可进行360°无死角拍摄记录。多个照明灯8均匀分布在竖板四周，为相机10提供拍摄亮度，确保拍摄的完整性与可靠性。
如图4所示，悬浮组件设置在悬浮室20内，其液压泵4-1、第一通水管4-2、第二通水管4-3和水箱4-4。水箱4-4内设置有封闭气囊。初始状态下，封闭气囊充满水箱4-4；当向水箱4-4内注入水时，封闭气囊被压缩，提供存储水的空间。能够双向泵液的液压泵4-1的第一通水口与外界环境通过第一通水管4-2连接；液压泵4-1的第二通水口与水箱4-4的内腔通过第二通水管4-3连接。
当探测器需要下降时，液压泵4-1从外界环境中抽水。外界环境中的水通过第一通水管4-2与第二通水管4-3进入水箱4-4，使探测器重量增大，开始下沉。当探测器需要上升时，液压泵4-1从水箱4-4抽水；使得水箱4-4的水通过第一通水管4-2与第二通水管4-3进入外界环境中，水箱4-4中的多余空间被封闭气囊膨胀后填充，探测器重量减小，开始上浮。
如图5所示，动力组件设置在动力室21内，其包括电机5-1、齿轮组5-2、支撑杆5-3和划桨5-4。划桨5-4的内端与动力室21通过竖直设置的支撑杆5-3转动连接，外端固定有桨叶，并伸出动力室21外。桨叶伸出动力室21的部分通过波纹片密封。支撑杆5-3与电机5-1的输出轴通过齿轮组5-2传动连接。通过电机5-1的转动实现划桨5-4的往复摆动，进而产生推进力。通过不同下探测单元中的动力组件的异步控制，能够实现转向控制。
四个水下探测单元中的外壳4依次排列。四个水下探测单元分别作为第一水下探测单元12、第二水下探测单元13、第三水下探测单元14和第四水下探测单元15。相邻的两个水下探测单元通过铰接组件转动连接。相邻的两个水下探测单元能够相对旋转180°。第二水下探测单元13两端的铰接组件位于相反侧。第三水下探测单元14两端的铰接组件位于相同侧。利用三个铰接组件，四个水下探测单元能够进行多种不同变形，从而适应不同的水下环境。任意两个水下探测单元均由一个动力元件驱动进行转动。
铰接组件包括第一铰杆7-1、第二铰杆7-2和变形电机7-3。第一铰杆7-1与第二铰杆7-2的一端转动连接。第一铰杆7-1和第二铰杆7-2的另一端与对应的两个水下探测单元的外壳相邻侧分别固定。变形电机7-3与第一铰杆7-1固定，且输出轴与第二铰杆7-2固定，从而驱动两个水下探测单元的相对转动。
第一水下探测单元12与第二水下探测单元13之间的铰接组件为第一铰接组件16；第二水下探测单元13与第三水下探测单元14之间的铰接组件为第二铰接组件17；第三水下探测单元14与第四水下探测单元15之间的铰接组件为第三铰接组件18。
通过四个水下探测单元的变形，能够形成七种独特的构型：I、D、L、S、Z、T、J。
I构型由四个水下探测单元直线排列形成。
如图8a所示，D构型为在I构型的基础上，第二铰接组件转动180°形成。
如图8b所示，L构型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动180°形成。
如图8c所示，S型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动180°，第二铰接组件向右转90°形成。
如图8d所示，Z型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动180°，第一铰接组件转右180°形成。
如图8e所示，T型为在I构型的基础上，第三铰接组件向右转动90°，第一铰接组件向左转180°，第二铰接组件旋转180°形成。
如图8f所示，J型为在I构型的基础上，第二铰接组件向右转动90°，第一铰接组件向左转180°，第三铰接组件旋转180°形成。
可根据具体情况，装置可进行相应的变化。并按照这I、D、L、S、Z、T、J七种模型进行360°旋转，进行避障操作。
该海洋探测避障装置的工作过程如下：
步骤一：装置进入海洋。根据设定以及深度传感器通过液压泵4-1控制水出入水箱，使装置进入预设高度。
步骤二：电机5-1运动转动，带动齿轮组5-2，划桨进行左右运动，探测器进行运动。行进间，相机10通过360°无死角调节视角持续记录海洋世界。
步骤三：遇到障碍(如遇到鱼群、礁石群)，通过相机传来的画面调节铰接关节，使探测器根据既定角度及轨迹进行智能避障。由于能够变形为七种不同形态，该海洋探测避障装置具有极强的地形通过能力以及抵抗冲击的能力。
步骤四：当装置探测任务结束。通过液压泵4-1进行放水，使装置浮出水面，完成回收工作。
Claims (10)
1.一种具有多种形态的海洋探测装置，其特征在于：包括多个依次相连的水下探测单元；每个水下探测单元均包括外壳(4)、探测组件、悬浮组件和动力组件；外壳(4)内设置有依次排列的探测室(19)、悬浮室(20)和动力室(21)；所述的探测组件安装在探测室(19)内，包括朝外设置的相机；所述的悬浮组件设置在悬浮室(20)内；悬浮组件能够进行抽排水，改变水下探测单元重量；所述动力组件设置在动力室(21)内，用于提供水下探测单元前进的动力；四个水下探测单元中的外壳(4)依次排列；四个水下探测单元分别作为第一水下探测单元(12)、第二水下探测单元(13)、第三水下探测单元(14)和第四水下探测单元(15)；相邻的两个水下探测单元通过铰接组件转动连接；相邻的两个水下探测单元能够相对旋转180°；第二水下探测单元(13)两端的铰接组件位于相反侧；第三水下探测单元(14)两端的铰接组件位于相同侧；任意两个相邻的水下探测单元均由一个动力元件驱动进行相对转动。
2.根据权利要求1所述的一种具有多种形态的海洋探测装置，其特征在于：所述的第一水下探测单元(12)与第二水下探测单元(13)之间的铰接组件为第一铰接组件(16)；第二水下探测单元(13)与第三水下探测单元(14)之间的铰接组件为第二铰接组件(17)；第三水下探测单元(14)与第四水下探测单元(15)之间的铰接组件为第三铰接组件(18)；
通过四个水下探测单元的变形，能够形成七种独特的构型：I、D、L、S、Z、T、J；
I构型由四个水下探测单元直线排列形成；
D构型为在I构型的基础上，第二铰接组件转动180°形成；
L构型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动180°形成；
S型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动180°，第二铰接组件转动90°形成；
Z型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动180°，第一铰接组件转动180°形成；
T型为在I构型的基础上，第三铰接组件转动90°，第一铰接组件转动180°，第二铰接组件转动180°形成；
J型为在I构型的基础上，第二铰接组件转动90°，第一铰接组件转动180°，第三铰接组件转动180°形成。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有多种形态的海洋探测装置，其特征在于：所述探测室(19)、悬浮室(20)和动力室(21)的内侧壁上均设置有吸水棉。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有多种形态的海洋探测装置，其特征在于：所述的探测组件还包括底座(1)、升降驱动组件、外壳(4)、支撑杆(9)、安装平台、横向移动组件、照明灯(8)、相机(10)和相机底板(11)；所述的底座(1)固定在探测室(19)内的底部；支撑杆(9)通过升降驱动组件安装在底座(1)上；所述的安装平台安装在支撑杆(9)上；相机底板(11)固定在安装平台的顶部；相机(10)通过横向移动组件安装在相机底板(11)上。
5.根据权利要求4所述的一种具有多种形态的海洋探测装置，其特征在于：所述的升降驱动组件采用丝杆升降机。
6.根据权利要求4所述的一种具有多种形态的海洋探测装置，其特征在于：相机底板(11)上安装有多个照明灯(8)。
7.根据权利要求4所述的一种具有多种形态的海洋探测装置，其特征在于：安装平台的顶面能够沿任意方向倾斜；横向移动组件包括螺杆(7)、端块(6)和横移驱动电机；相机(10)与相机底板(11)构成水平方向滑动的滑动副；水平设置的螺杆(7)转动连接在相机底板(11)上，并由横移驱动电机驱动旋转；螺杆(7)与固定在相机(10)的螺母构成螺旋副。
8.根据权利要求1或2所述的一种具有多种形态的海洋探测装置，其特征在于：所述探测室(19)的前端面透明设置，使得相机(10)能够拍摄到外界的图像。
9.根据权利要求1或2所述的一种具有多种形态的海洋探测装置，其特征在于：所述的悬浮组件包括液压泵(4-1)、第一通水管(4-2)、第二通水管(4-3)和水箱(4-4)；水箱(4-4)内设置有封闭气囊；能够双向泵液的液压泵(4-1)的第一通水口与外界环境通过第一通水管(4-2)连接；液压泵(4-1)的第二通水口与水箱(4-4)的内腔通过第二通水管(4-3)连接。
10.根据权利要求1或2所述的一种具有多种形态的海洋探测装置，其特征在于：所述动力组件设置在动力室(21)内，其包括电机(5-1)、齿轮组(5-2)、支撑杆(5-3)和划桨(5-4)；划桨(5-4)的内端与动力室(21)通过竖直设置的支撑杆(5-3)转动连接，外端固定有桨叶，并伸出动力室(21)外；支撑杆(5-3)与电机(5-1)的输出轴通过齿轮组(5-2)传动连接。
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