CN114275127A - 一种海底钻洞机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底钻洞机器人，包括机器人主体、机械腿和螺旋钻。机械腿的数量为多个，多个机械腿活动设置在机器人主体的侧面上，机械腿用于带动机器人主体在海底移动。螺旋钻设置在机器人主体的底面上，螺旋钻用于在海底钻洞。本发明通过仿蟹的造型可以减小机器人在水下移动的阻力，使机器人可以较为快速稳定的在水下工作，而且在机器人主体的底部设置螺旋钻可以在海底较为松软的泥沙中钻洞，代替了人工钻洞的工作，大大提升了人工养殖珊瑚的效率。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种海底钻洞机器人。
背景技术
珊瑚被誉为海洋生命发动机和海底热带雨林，是海洋生态系统的重要组成部分。近年来，由于全球变暖、海水污染、破坏性渔业等因素，全球范围珊瑚礁出现大面积衰退，这对维系海洋生态稳定提出巨大挑战。
为挽救我国南海的珊瑚礁生态，自2009年开始，中科院南海海洋研究所的科学家们在南海海底人工种植珊瑚。为了避免珊瑚苗被海流冲走，需在海底打入固定桩，以固定珊瑚浮床。但是海底作业不仅有较大阻力且海底环境也不够稳定，对潜水员体能和人身安全都是巨大挑战。
目前常规的水下作业设备，如中小型AUV(Autonomous Underwater Vehicle，无缆水下机器人)、ROV(Remote Operated Vehicle，遥控机器人)等均难以克服海底阻力并协助完成珊瑚种植作业，亟需一款能在海底进行钻洞作业机器人。
发明内容
本发明实施例提供了一种海底钻洞机器人，用以解决现有技术中的机器人难以克服海底阻力并协助完成珊瑚种植作业的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种海底钻洞机器人，包括：
机器人主体；
机械腿，机械腿的数量为多个，多个机械腿活动设置在机器人主体的侧面上，机械腿用于带动机器人主体在海底移动；
螺旋钻，螺旋钻设置在机器人主体的底面上，螺旋钻用于在海底钻洞。
本发明中的一种海底钻洞机器人，具有以下优点：
通过仿蟹的造型可以减小机器人在水下移动的阻力，使机器人可以较为快速稳定的在水下工作，而且在机器人主体的底部设置螺旋钻可以在海底较为松软的泥沙中钻洞，代替了人工钻洞的工作，大大提升了人工养殖珊瑚的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的海底钻洞机器人的立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的海底钻洞机器人的仰视结构示意图；
图3为本发明实施例提供的海底钻洞机器人的航行状态示意图；
图4为本发明实施例提供的海底钻洞机器人的机械腿的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的海底钻洞机器人的螺旋钻的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的海底钻洞机器人的钻洞状态示意图。
附图说明：1-机器人主体，2-水平推进单元，3-机械腿，301-传动齿轮，302-固定法兰，303-推力轴承，304-第一关节，305-固定单元，306-第二关节，4-主摄像头，5-螺旋钻，501-钻头，502-蜗轮蜗杆组，503-蜗杆外壳，504-减速齿轮组，505-转动电机，506-机架，507-电机外壳，508-钻机电机，509-连接法兰，510-转轴，6-竖直推进单元，7-副摄像头，8-线缆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1-6为本发明实施例提供的一种海底钻洞机器人的结构示意图。本发明实施例提供了一种海底钻洞机器人，包括：
机器人主体1；
机械腿3，机械腿3的数量为多个，多个机械腿3活动设置在机器人主体1的侧面上，机械腿3用于带动机器人主体1在海底移动；
螺旋钻5，螺旋钻5设置在机器人主体1的底面上，螺旋钻5用于在海底钻洞。
示例性地，机械腿3的数量为偶数，多个机械腿3分为两组设置在机器人主体1的侧面上，两组中的机械腿数量相同，且在机器人主体1上的安装位置一一对应。为确保机器人能够正常行动，机械腿3的数量至少为四个，优选数量为六个，六个机械腿3可以使机器人在行动过程中任意一个或两个机械腿抬起时，机器人主体1仍能保持平衡，不会发生翻倒的情况。
在本发明的实施例中，机器人主体1的侧面上还连接有线缆8，线缆8内部设置有电源线缆和通信线缆，电源线缆用于向机器人主体1内外部的电气设备供电，而通信线缆则用于传递各种控制、图像等信号。线缆8的末端则与水面上的电源以及控制装置连接，机器人在水下移动和作业过程中采集到的各种信号可以传输给水面上的控制装置，由控制装置对水下的机器人进行控制，该控制装置可以由人工操作。由于水对电磁波的吸收比较严重，因此水下通信，尤其是较深的水下通信时，无线电信号几乎无法顺利穿过水体传播至水面，因而本发明实施例采用有缆通信的方式确保机器人在水下能够受到准确控制。
同时，为减小机器人在水下行动的阻力，机器人主体1采用扁平且具有流线型外观的结构，机器人主体1的顶面靠近后端的位置可以设置水平翼，该水平翼在水平方向上具有较大的截面积，因此可以起到移动的稳定航向作用，提升机器人在水下航行的稳定性，不会因水流发生过大的晃动。
本发明实施例中的机器人模仿蟹的结构，在机器人主体上设置多个机械腿，不但能够提供机器人在水下行走的能力，而且仿蟹造型能够减少与水的碰撞面积，减少了机器人在水下以及海底行动的阻力，同时采用螺旋钻5在海底钻洞，便于固定桩插入海底，完全替代了人工钻洞的工作。
在一种可能的实施例中，机械腿3包括：第一关节304，第一关节304的一端与位于机器人主体1内部的连接杆转动连接，连接杆和第一关节304分别在驱动单元的驱动下转动；第二关节306，第二关节306与第一关节304的另一端转动连接，第二关节306在驱动单元的驱动下转动。
示例性地，连接杆的上端设置有传动齿轮301，该传动齿轮301在位于机器人主体1内部的驱动单元的驱动下转动，进而使整个机械腿3在水平面，或与水平面存在一定角度的倾斜平面内转动，产生相对于机器人主体1的前后转动，便于机器人在海底进行移动。具体地，传动齿轮301或连接杆的外侧面上可以固定设置固定法兰302，固定法兰302的底面上设置有推力轴承303，推力轴承303的底面固定设置在机器人主体1的内侧面上，通过该推力轴承303和固定法兰302的连接可以使连接杆在机器人主体1内部稳定的转动。
用于驱动第一关节304转动的驱动单元可以设置在连接杆的末端，该驱动单元的转轴与第一关节304的末端连接。第一关节304的转动轴向与连接杆的轴向垂直，使第一关节304和第二关节306同时相对于机器人主体1产生上下转动，以配合机械腿3前后转动的动作使机器人在海底移动。同时，机器人在水下航行时，机械腿3可以收起并紧贴机器人主体1，以减小航行时的阻力，如图3所示。
用于驱动第二关节306转动的驱动单元可以设置在第一关节304的末端，该驱动单元的转轴与第二关节306的末端连接。上述用于驱动传动齿轮301、第一关节304和第二关节306的驱动单元均可以为旋转电机，具体可以采用步进电机。
在一种可能的实施例中，第二关节306的末端设置有固定单元305，固定单元305用于插入海底的泥沙中。
示例性地，固定单元305的末端，即远离第二关节306的一端为尖端，该尖端结构有助于其顺利的插入海底泥沙中。固定单元305可以通过诸如电推杆等装置进行伸缩活动，当机器人未到达海底时固定单元305可以收缩至第二关节306内部，减小在水中活动的阻力，而当机器人到达海底并开始移动后，可以将固定单元305伸出，方便在移动中插入海底泥沙，避免海底水流将机器人冲走。
在一种可能的实施例中，螺旋钻5包括：机架506，机架506设置在机器人主体1的底面上；钻机电机508，钻机电机508设置在机架506上；钻头501，钻头501设置在钻机电机508的转轴上。
示例性地，当机器人到达目标位置后，可以启动螺旋钻5开始钻洞作业。钻头501包括钻杆和设置在钻杆上的叶片，叶片以螺旋方式设置在钻杆上，叶片可以为连续结构，也可以为多个独立的结构。当钻机电机508驱动钻头501正向转动时，钻头501能够逐渐钻入海底。在螺旋钻5作业的过程中，机械腿3中的第一关节304和第二关节306可以缓慢转动，使机器人主体1和海底之间的距离逐渐变小，以配合螺旋钻5的工作。当达到需要的钻洞深度后，钻机电机508驱动钻头501反向转动，将钻洞过程中产生的多余泥沙从钻洞中带出，以露出钻洞，使固定桩能够顺利插入该钻洞。
在一种可能的实施例中，机架506上转动设置有转轴510，钻机电机508固定设置在转轴510上，转轴510与蜗轮蜗杆组502连接，蜗轮蜗杆组502用于驱动转轴510转动。
示例性地，钻头501在不进行钻洞作业时，水平收纳在机器人主体1的底面上，可以减小机器人在水下移动时的阻力。而当需要进行钻洞作业时，蜗轮蜗杆组502通过转轴510带动钻机电机508和钻头501转动至竖直或者0-90°内的其他角度，实现了钻洞角度可调的效果。
在本发明的实施例中，钻机电机508固定设置在连接法兰509上，钻机电机508的转轴穿过连接法兰509与钻头501连接，同时，转轴510固定连接在连接法兰509上。
为提升钻机电机508的防水性能，还可以在钻机电机508的外部设置电机外壳507，该电机外壳507和连接法兰509之间形成密封空间，钻机电机508即处在该密封空间内部，无论在转轴510的带动下如何转动，钻机电机508均能与海水进行有效隔离，确保良好的工作环境。
在一种可能的实施例中，蜗轮蜗杆组502包括：蜗轮，蜗轮转动设置在机架506上，且蜗轮与转轴510同轴连接；蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，蜗杆在驱动单元的驱动下转动，以带动蜗轮转动。
示例性地，蜗轮蜗杆组502均设置在机架506的内侧面上，即处在机器人主体1的内部。由于蜗轮需要与转轴510连接，而转轴510处在机器人主体1外部，因此转轴510浸泡在海水中，故蜗轮蜗杆组502也存在水淹的可能。为避免浸泡蜗轮蜗杆组502的海水进入机器人主体1内部，可以在蜗轮蜗杆组502外部设置蜗杆外壳503，该蜗杆外壳503将蜗轮和蜗杆整体包裹，可以有效防止海水进入到机器人主体1内部。
在本申请的实施例中，蜗杆的一端穿过蜗杆外壳503伸入到机器人主体1内部，并在末端设置有减速齿轮504，该减速齿轮504与转动电机505上设置的齿轮啮合，以提供蜗轮蜗杆组502工作的动力。
在一种可能的实施例中，机器人主体1底面上设置有收纳槽，蜗轮蜗杆组502带动转轴510转动后，钻头501收纳在收纳槽中。
示例性地，收纳槽可以为立方体或半圆柱状结构，机架506可以设置在该收纳槽中，用以将机器人主体1的内部空间和海水隔开。无论采用哪种形状，收纳槽的长度至少等于钻机电机508和钻头501的长度之和，使钻头501转动至水平状态时能够完全收纳在收纳槽中。
在一种可能的实施例中，机器人主体1的侧面上设置有水平推进单元2和竖直推进单元6。
示例性地，水平推进单元2和竖直推进单元6分别用于提供机器人在水下移动时水平方向的推力和竖直方向的推力。例如，当机器人投放至水面时，在自重下机器人逐渐下沉，而在下沉的过程中水平推力单元2启动，使机器人在下降的同时也能向前移动，通过对前进方向和速度的调整可以使机器人下沉到海底时处在目标位置附近。而当机器人处在海底需要短距离移动时，可以通过对机械腿3的控制使机器人向需要的方向移动。而当机器人需要在水下进行较长距离的移动时，首先启动竖直推进单元6，向机器人提供向上的推进力，使机器人脱离海底的泥沙，然后启动水平推进单元2使机器人向需要的目标位置移动，当移动至目标位置附近时，关闭竖直推进单元6，水平推进单元2继续工作，使机器人在下降的同时继续移动，直到落在目标位置附近。而当机器人完成海底钻洞的任务后，可以启动竖直推进单元6使机器人上浮至水面，便于工作人员回收机器人。
在本申请的实施例中，水平推进单元2的数量为两个，两个水平推进单元2分别设置在机器人主体1顶面的两侧，优选分别设置在水平翼的两端。两个水平推进单元2的轴向优选采用一定夹角，即非平行的设计，两个水平推进单元2在不同转速下可以调整机器人在水下的移动方向。而竖直推进单元6则为至少两个，至少两个竖直推进单元6分别设置在机器人主体1的两侧。为提供使机器人在上浮时保持稳定，竖直推进单元6的数量优选为四个，四个竖直推进单元6分为两组分别设置在机器人主体1的两侧，且两组竖直推进单元6在机器人主体1两侧设置的位置一一对应。
在一种可能的实施例中，机器人主体1的前侧面上设置有主摄像头4，底面上设置有副摄像头7。
示例性地，主摄像头4用于采集机器人前方的视频信息，而副摄像头7则用于采集螺旋钻5作业位置附近的视频信息，两个摄像头采集的视频信息均通过线缆8传输至水面上人工控制的设备，工作人员可以通过回传的视频信息了解水下的情况，进而针对性的调整机器人的移动或作业状态。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种海底钻洞机器人，其特征在于，包括：
机器人主体(1)；
机械腿(3)，所述机械腿(3)的数量为多个，多个所述机械腿(3)活动设置在所述机器人主体(1)的侧面上，所述机械腿(3)用于带动所述机器人主体(1)在海底移动；
螺旋钻(5)，所述螺旋钻(5)设置在所述机器人主体(1)的底面上，所述螺旋钻(5)用于在海底钻洞。
2.根据权利要求1所述的一种海底钻洞机器人，其特征在于，所述机械腿(3)包括：
第一关节(304)，所述第一关节(304)的一端与位于所述机器人主体(1)内部的连接杆转动连接，所述连接杆和第一关节(304)分别在驱动单元的驱动下转动；
第二关节(306)，所述第二关节(306)与所述第一关节(304)的另一端转动连接，所述第二关节(306)在驱动单元的驱动下转动。
3.根据权利要求2所述的一种海底钻洞机器人，其特征在于，所述第二关节(306)的末端设置有固定单元(305)，所述固定单元(305)用于插入海底的泥沙中。
4.根据权利要求3所述的一种海底钻洞机器人，其特征在于，所述固定单元(305)为伸缩结构。
5.根据权利要求1所述的一种海底钻洞机器人，其特征在于，所述螺旋钻(5)包括：
机架(506)，所述机架(506)设置在所述机器人主体(1)的底面上；
钻机电机(508)，所述钻机电机(508)设置在所述机架(506)上；
钻头(501)，所述钻头(501)设置在所述钻机电机(508)的转轴上。
6.根据权利要求5所述的一种海底钻洞机器人，其特征在于，所述机架(506)上转动设置有转轴(510)，所述钻机电机(508)固定设置在所述转轴(510)上，所述转轴(510)与蜗轮蜗杆组(502)连接，所述蜗轮蜗杆组(502)用于驱动所述转轴(510)转动。
7.根据权利要求6所述的一种海底钻洞机器人，其特征在于，所述蜗轮蜗杆组(502)包括：
蜗轮，所述蜗轮转动设置在所述机架(506)上，且所述蜗轮与所述转轴(510)同轴连接；
蜗杆，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述蜗杆在驱动单元的驱动下转动，以带动所述蜗轮转动。
8.根据权利要求6所述的一种海底钻洞机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)底面上设置有收纳槽，所述蜗轮蜗杆组(502)带动所述转轴(510)转动后，所述钻头(501)收纳在所述收纳槽中。
9.根据权利要求1所述的一种海底钻洞机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)的侧面上设置有水平推进单元(2)和竖直推进单元(6)。
10.根据权利要求1所述的一种海底钻洞机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)的前侧面上设置有主摄像头(4)，底面上设置有副摄像头(7)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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