CN114537624A - 一种水下作业机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下作业机器人，包括机体，还包括设于机体上的：吸附机构，用于将水下作业机器人吸附在吸附壁上；驱动机构，用于驱动所述水下作业机器人的运动；作业机构，水下作业机器人利用作业机构进行作业；吸附机构包括若干个伯努利吸盘，各伯努利吸盘包括相互连接的涵道和盘体，盘体上设有吸附面，涵道内设有螺旋桨。本发明提供的水下作业机器人机体上增设吸附机构，使得水下作业机器人具有悬停、巡航、吸附、爬壁的功能；利用伯努利吸盘实现吸附功能，在进行爬壁运动的过程中，吸附面与吸附壁之间不会产生摩擦，有效的防止了爬壁过程中伯努利吸盘被损坏，且水下作业机器人与不平整的、表面粗糙度较大的吸附壁之间亦可实现良好的吸附。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种水下作业机器人。
背景技术
随着我国基础建设的高速发展，在过去数十年间，我国建造了大量的如大坝、桥梁、海底管道等水下结构物或工程设备，由于这些水下结构物或工程设备的一部分位于水下，在浪流和水生物的侵蚀之下容易产生裂纹、腐蚀等损坏，因此需对其进行定期的检查以及清洗维修作业以防止出现严重的安全事故。
传统的对水下结构物或工程设备进行清洗、检修的方式是由专业潜水员下潜、人工进行相关作业任务，然而，水下环境由于其高压、寒冷以及可见度较低的缘故使得潜水员作业时间和作业面积相对受限，并且难以保证人员安全，因此水下作业机器人应运而生。
现有技术中的水下机器人如公开号为CN113844627A的中国专利公开的一种水下无人无缆作业型机器人，包括艏部、中部和艉部，所述艏部、中部和艉部均为中空结构，所述中部设置有机械臂升降装置和舱门开合机构，所述艏部上设置有一个第一水平槽道推进器和一个第一垂直槽道推进器，所述艉部上设置有两个第二垂直槽道推进器和四个主推进器；所述机械臂升降装置包括安装在所述中部内的固定底座、所述固定底座上安装有的能上下伸缩的推杆、所述推杆的下端连接有的机械臂以及上下穿设在所述固定底座上并下端与所述机械臂顶部固定连接住的导向轴。
上述专利提供的水下无人无缆作业型机器人只能实现巡航和悬停，无法实现爬壁的功能，无法对水下结构物或工程设备进行近距离的检测。
现有技术中还有如公开号为CN108791771A的中国公开的一种负压式级联水下爬壁机器人，包括结构本体、驱动组件、涡流吸盘、仪器搭载接口、水下控制系统、系缆、水面控制系统检测仪器，所述结构本体上设置有驱动组件、涡流吸盘、仪器搭载接口和水下控制系统，所述驱动组件、涡流吸盘和仪器搭载接口分别与水下控制系统连接，所述结构本体、仪器搭载接口、水下控制系统均经系缆与水面控制系统连接，所述仪器搭载接口与检测仪器连接。
上述专利提供的负压式级联水下爬壁机器人，能实现爬壁功能但不具备悬停功能，且此种机器人仅能适用于平整的、光滑度较高的壁面。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种水下作业机器人。
一种水下作业机器人，包括机体，还包括设于机体上的：
吸附机构，用于将水下作业机器人吸附在吸附壁上；
驱动机构，用于驱动所述水下作业机器人的运动；
作业机构，所述水下作业机器人利用作业机构进行作业；
所述吸附机构包括若干个伯努利吸盘，各所述伯努利吸盘包括相互连接的涵道和盘体，所述盘体上设有吸附面，所述涵道内设有螺旋桨。
具体的，当需要水下作业机器人在水下保持悬停状态时，先将水下机器人放入水中，且使伯努利吸盘的吸附面朝上，并调整水下作业机器人至零浮力状态即可；
当需要水下作业机器人在水中运动时，根据需移动的目的地的方位，规划移动路线，随后启动驱动机构，驱动水下机器人运动至目的地；
当需要水下作业机器人进行爬壁时，调整水下作业机器人的姿态，使得伯努利吸盘的吸附面朝向吸附壁的方向，在驱动机构的驱动下，水下作业机器人向着吸附壁运动，直至伯努利吸盘运动至吸附壁附近，调节螺旋桨的运动使得伯努利吸盘实现水下作业机器人与吸附壁之间的吸附，随后调节驱动机构的驱动方向，使水下作业机器人沿着吸附壁进行爬壁运动；
根据伯努利吸盘的工作特性，当水下作业机器人吸附在吸附壁上时，盘体的吸附面与吸附壁之间存在一定的缝隙，此缝隙中流动有高速液体，因此在进行爬壁运动时，吸附面不会与吸附壁之间产生摩擦，爬壁的过程不会对吸盘造成损伤；同时，由于吸附面与吸附壁之间不会直接接触，因此对吸附壁的平整度、表面粗糙度没有过高要求，通过调整缝隙，水下作业机器人亦可与不平整的、表面粗糙度较大的吸附壁之间实现良好的吸附；
作业机构可以在水下实现搬运、维修清洗等作业任务，作业机构通常选用机械臂，由于水下作业机器人的作业机构的结构和原理均是现有技术，故在此不再赘述。
优选的，所述机体包括顶板和侧板，两个所述侧板设于顶板相对的两个侧面；
若干所述伯努利吸盘设于顶板上、且涵道向下贯穿顶板、盘体的吸附面朝向远离涵道的方向。
具体的，若干个伯努利吸盘设于顶板上，则盘体的吸附面位于同一水平面上，当吸附面与吸附壁之间进行吸附时，多个伯努利吸盘可同时工作，提供更大的吸附力；
由于涵道内设置有螺旋桨，螺旋桨的转动是实现伯努利吸盘的吸附功能的必要条件，因此涵道需贯穿顶板。
优选的，所述螺旋桨还用于驱动水下作业机器人沿着涵道轴向所在的方向运动，
所述驱动机构包括设于顶板下方的同于驱动水下作业机器人沿着涵道的径向所在的方向运动的若干个水平推进器。
具体的，螺旋桨不仅为伯努利吸盘提供了吸附动力，还可以驱动整个水下作业机器人的运动，且螺旋桨驱动水下作业机器人的运动方向与水平推进器的驱动方向相互垂直，因此通过螺旋桨和水平推进器的驱动即可满足水下作业机器人的运动需求。
优选的，还包括控制模块，所述控制模块与螺旋桨、水平推进器通讯连接，所述控制模块用于控制螺旋桨和水平推进器的转动状态。
具体的，不同的转动状态包括是否转动、以及转动时的转速为多少。
当水下作业机器人需要从悬停状态切换到巡航状态时，根据目的地所在的位置，控制模块控制螺旋桨和/或水平推进器的转动；当水下作业机器人需从巡航状态切换到爬壁模式时，控制模块通过控制螺旋桨和/或水平推进器的转速调整水下作业机器人的运动方向和姿态，先使水下作业机器人与吸附壁之间实现吸附，而后再进行爬壁。
此外，为方便控制，控制模块上可设有切换按键，直接进行悬停模式、巡航模式、吸附模式、爬壁模式的切换，不同的模式对应螺旋桨和水平推进器不同的转动状态。
优选的，还包括环绕所述吸附机构设置的缝隙调节机构，所述缝隙调节机构用于调节吸附壁与盘体的吸附面之间的距离。
具体的，虽然吸附面与吸附壁之间不需要接触即可实现吸附，但是针对不同的吸附壁所需要的吸附力是不同的，可通过调整吸附壁与吸附面之间的缝隙调整吸附力。
优选的，所述缝隙调节机构为万向轮，若干个所述万向轮固定在侧板上，所述万向轮的最高点高于盘体的吸附面的最高点。
具体的，此种结构下，在吸附面与吸附壁进行接触之前，万向轮的顶点先与吸附壁进行接触，保证了吸附面与吸附壁之间的空隙，且在进行爬壁运动时，滚动的万向轮与吸附壁之间的摩擦较小，不会对爬壁运动造成影响。
优选的，所述万向轮的最高点与盘体的吸附面的最高点之间的高度差不超过10mm。
具体的，当吸附面与吸附壁之间的缝隙宽度为0-10mm(不包括0mm)时，伯努利吸盘的吸附效果良好。
优选的，还包括充电线圈，所述充电线圈设于顶板上，所述充电线圈的高度高于所述盘体的厚度。
具体的，将充电线圈设于顶板上，当利用充电线圈进行充电时，伯努利吸盘可固定水下作业机器人的位置。
当水下作业机器人电量不足时，如若水下作业及其人在移动或悬停过程中，则直接运动至附近的充电基站，如若水下作业机器人处于爬壁过程中，则先解除爬壁模式，收起作业机构，移动至作业点附近的充电基站，充电基站可固定于水底、可挂壁、可悬空；水下作业机器人移动至充电基站上方后，利用吸附结构进行吸附，其吸附过程与水下作业机器人吸附在吸附壁上相同，使水下作业机器人牢固地吸附在充电基站上，充电线圈与充电基站平台几乎贴合，随后开始充电过程；充电完成后返回作业点继续工作即可。
优选的，还包括与所述充电线圈电性连接的电路腔体，所述电路腔体设于顶板下方，所述电路腔体与驱动机构、作业机构电性连接。
优选的，还包括固定在机体上与电路腔体电性连接的水声通信结构。
具体的，水声通信结构使得水下作业机器人摆脱了脐带缆的束缚，运动范围更广，可用于多机器人协作场合。
优选的，还包括用于进行检测、搜索、定位的第一摄像头和第二摄像头，所述第二摄像头设于作业机构上。
具体的，第一摄像头和第二摄像头实施监测画面，且第二摄像头可随着作业机构一起运动面对作业画面进行近距离的监测。
与现有技术相比，本发明的有益之处至少包括：
(1)在水下作业机器人的机体上增设吸附机构，在不影响水下作业机器人悬停、巡航的基础上使得水下作业机器人具有了吸附功能，进而实现了水下作业机器人的爬壁功能。
(2)吸附机构利用伯努利吸盘实现吸附功能，在进行吸附时，伯努利吸盘的吸附面与吸附壁之间存在缝隙，一方面在进行爬壁运动的过程中，吸附面与吸附壁之间不会产生摩擦，有效的防止了爬壁过程中伯努利吸盘被损坏，另一方面，由于吸附面与吸附壁之间不需要紧贴即可实现吸附功能，即水下作业机器人与不平整的、表面粗糙度较大的吸附壁之间亦可实现良好的吸附。
(3)螺旋桨不仅能驱动水下作业机器人的运动，还为伯努利吸盘提供了吸附动力，一举两用，节省空间和能源。
(4)利用给吸附结构和充电线圈实现了水下作业机器人在水下即可实现充电的功能。
(5)水声通信结构使机器人摆脱了脐带缆的束缚，运动范围更广，可用于多机器人协作场合。
附图说明
图1为本发明提供的水下作业机器人的立体示意图；
图2为本发明提供的水下作业机器人的另一方向的立体示意图；
图3为本发明提供的水下作业机器人的主视图；
图4为本发明提供的水下作业机器人的爬壁模式的工作状态图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，水下作业机器人，包括机体，还包括设于机体上的：
吸附机构，用于将水下作业机器人吸附在吸附壁800上；
驱动机构，用于驱动所述水下作业机器人的运动；
作业机构400，所述水下作业机器人利用作业机构400进行作业；
如图2所示，所述吸附机构包括若干个伯努利吸盘210，各所述伯努利吸盘210包括相互连接的涵道213和盘体211，所述盘体211上设有吸附面212，所述涵道213内设有螺旋桨214。
作业机构400可以在水下实现搬运、维修清洗等作业任务，由于水下作业机器人的作业机构400的结构和原理均是现有技术，故在此不再赘述。
所述机体包括顶板110和侧板120，两个所述侧板120设于顶板110相对的两个侧面；
若干所述伯努利吸盘210设于顶板110上、且涵道213向下贯穿顶板110、盘体211的吸附面212朝向远离涵道213的方向。
四个伯努利吸盘210均匀的分布于顶板110上，则盘体211的吸附面212位于同一水平面上，当吸附面212与吸附壁800之间进行吸附时，四个伯努利吸盘210可同时工作，提供更大的吸附力；
由于涵道213内设置有螺旋桨214，螺旋桨214的转动是实现伯努利吸盘210的吸附功能的必要条件，因此涵道213需贯穿顶板110。
所述螺旋桨214还用于驱动水下作业机器人沿着涵道213轴向所在的方向运动，
所述驱动机构包括设于顶板110下方的同于驱动水下作业机器人沿着涵道213的径向所在的方向运动的水平推进器310。
螺旋桨214不仅为伯努利吸盘210提供了吸附动力，还可以驱动整个水下作业机器人的运动，且螺旋桨214驱动水下作业机器人的运动方向与水平推进器310的驱动方向相互垂直，因此通过螺旋桨214和水平推进器310的驱动即可满足水下作业机器人的运动需求。
还包括环绕所述吸附机构设置的缝隙调节机构500，所述缝隙调节机构500用于调节吸附壁800与盘体211的吸附面212之间的距离。
虽然吸附面212与吸附壁800之间不需要接触即可实现吸附，但是针对不同的吸附壁800所需要的吸附力是不同的，可通过调整吸附壁800与吸附面212之间的缝隙调整吸附力。
所述缝隙调节机构500为万向轮，四万向轮固定在侧板120上，每个侧板120上固定两个万向轮，所述万向轮的最高点高于盘体211的吸附面212的最高点。
此种结构下，在吸附面212与吸附壁800进行接触之前，万向轮的顶点先与吸附壁800进行接触，保证了吸附面212与吸附壁800之间的空隙，且在进行爬壁运动时，滚动的万向轮与吸附壁800之间的摩擦较小，不会对爬壁运动造成影响。
所述万向轮的最高点与盘体211的吸附面212的最高点之间的高度差为5mm。
还包括充电线圈610，所述充电线圈610设于顶板110上，四个所述伯努利吸盘210环绕充电线圈610设置，所述充电线圈610的高度高于所述盘体211的厚度。
将充电线圈610设于顶板110上，当利用充电线圈610进行充电时，伯努利吸盘210可固定水下作业机器人的位置。
还包括与所述充电线圈610电性连接的电路腔体620，所述电路腔体620设于顶板110下方，所述电路腔体620与驱动机构、作业机构400电性连接。
还包括固定在机体上与电路腔体620电性连接的水声通信结构630。
水声通信结构630使得水下作业机器人摆脱了脐带缆的束缚，运动范围更广，可用于多机器人协作场合。
如图3所示，还包括用于进行检测、搜索、定位的第一摄像头710和第二摄像头720，所述第二摄像头720设于作业机构400上说着作业机构400的运动一起运动。
具体工作时，当需要水下作业机器人在水下保持悬停状态时，先将水下机器人放入水中，且使伯努利吸盘210的吸附面212朝上，并调整水下作业机器人至零浮力状态即可；
当需要水下作业机器人在水中运动时，根据需移动的目的地的方位，规划移动路线，随后启动驱动机构，驱动水下机器人运动至目的地；
如图4所示，当需要水下作业机器人进行爬壁时，调整水下作业机器人的姿态，使得伯努利吸盘210的吸附面212朝向吸附壁800的方向，在驱动机构的驱动下，水下作业机器人向着吸附壁800运动，直至万向轮与吸附壁800相接触，调节螺旋桨214的运动使得伯努利吸盘210实现水下作业机器人与吸附壁800之间的吸附，随后调节驱动机构的驱动方向，使水下作业机器人沿着吸附壁800进行爬壁运动；
当水下作业机器人电量不足时，如若水下作业及其人在移动或悬停过程中，则直接运动至附近的充电基站，如若水下作业机器人处于爬壁过程中，则先解除爬壁模式，收起作业机构400，移动至作业点附近的充电基站，充电基站可固定于水底、可挂壁、可悬空；水下作业机器人移动至充电基站上方后，利用吸附结构进行吸附，其吸附过程与水下作业机器人吸附在吸附壁800上相同，使水下作业机器人牢固地吸附在充电基站上，充电线圈610与充电基站平台几乎贴合，随后开始充电过程。
Claims (10)
1.一种水下作业机器人，包括机体，其特征在于，还包括设于机体上的：
吸附机构，用于将水下作业机器人吸附在吸附壁上；
驱动机构，用于驱动所述水下作业机器人的运动；
作业机构，所述水下作业机器人利用作业机构进行作业；
所述吸附机构包括若干个伯努利吸盘，各所述伯努利吸盘包括相互连接的涵道和盘体，所述盘体上设有吸附面，所述涵道内设有螺旋桨。
2.根据权利要求1所述的水下作业机器人，其特征在于，所述机体包括顶板和侧板，两个所述侧板设于顶板相对的两个侧面；
若干所述伯努利吸盘设于顶板上、且涵道向下贯穿顶板、盘体的吸附面朝向远离涵道的方向。
3.根据权利要求2所述的水下作业机器人，其特征在于，所述螺旋桨还用于驱动水下作业机器人沿着涵道轴向所在的方向运动，
所述驱动机构包括设于顶板下方的同于驱动水下作业机器人沿着涵道的径向所在的方向运动的若干个水平推进器。
4.根据权利要求3所述的水下作业机器人，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块与螺旋桨、水平推进器通讯连接，所述控制模块用于控制螺旋桨和水平推进器的转动状态。
5.根据权利要求2所述的水下作业机器人，其特征在于，还包括环绕所述吸附机构设置的缝隙调节机构，所述缝隙调节机构用于调节吸附壁与盘体的吸附面之间的距离。
6.根据权利要求5所述的水下作业机器人，其特征在于，所述缝隙调节机构为万向轮，若干个所述万向轮固定在侧板上，所述万向轮的最高点高于盘体的吸附面的最高点；所述万向轮的最高点与盘体的吸附面的最高点之间的高度差不超过10mm。
7.根据权利要求1所述的水下作业机器人，其特征在于，还包括充电线圈，所述充电线圈设于顶板上，所述充电线圈的高度高于所述盘体的厚度。
8.根据权利要求7所述的水下作业机器人，其特征在于，还包括与所述充电线圈电性连接的电路腔体，所述电路腔体设于顶板下方，所述电路腔体与驱动机构、作业机构电性连接。
9.根据权利要求8所述的水下作业机器人，其特征在于，还包括固定在机体上与电路腔体电性连接的水声通信结构。
10.根据权利要求1所述的水下作业机器人，其特征在于，还包括用于进行检测、搜索、定位的第一摄像头和第二摄像头，所述第二摄像头设于作业机构上。
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220527 |