CN116198702B - 一种水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下机器人，涉及水下机器人技术领域。该水下机器人包括框架，以及设置于所述框架上的推进器、导流罩、云台，框架顶部连接浮材；所述框架为U型的一体式框架；所述框架两个侧壁相互靠近的一侧均设置有支撑组件；所述框架的两个侧壁之间设置有支撑板，所述支撑板的两侧固定连接于两个侧壁的支撑组件上；所述框架上与所述推进器对应的位置处设置有通孔，方便推进器过水。本发明通过设置一体式的U型框架，在框架两个侧壁的内侧设置支撑组件，用来支撑支撑板，支撑板作为上板，固定机器人的各种元器件，一体式设置，整体刚度较高，同时通过支撑板的支撑，能够起到一定的支撑作用，防止框架变形，更加稳固。

Description

一种水下机器人

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体涉及一种水下机器人。

背景技术

水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人，水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发水下的重要工具。水下机器人在水下进行检测工作时，其自带的摄影设备相当于机器人的眼睛，起到侦查，拍摄，监控水底情况，水下机器人可在高度危险环境、被污染环境以及零可见度的水域代替人工在水下长时间作业，水下机器人上一般配备声呐系统、摄像机、照明灯和机械臂等装置。

目前的水下机器人(以下简称ROV)的框架，一般采用四块HDPE板，中间通过不锈钢直角连接件来进行连接，此种形式，结构刚度很低，在运动时，框架可看到明显的左右形变；其云台上搭载的摄像头、灯与声呐部件的线缆，沿着下方悬空，然后接入尾部的控制舱中，这样在云台俯仰转动时，三个设备的线缆会在空中不断运动，第一是限制了此种方案的云台运动角度，最多只有120-150度，再大会被线缆扯住；第二是此种方案需要更大扭矩的云台，因为运动中，需要克服线缆拉拽的阻力。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种水下机器人，以解决上述技术存在的现有水下机器人框架不稳定，在运动时容易变形的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种水下机器人，包括框架，以及设置于所述框架上的推进器、导流罩、云台，框架顶部连接浮材；

所述框架为U型的一体式框架；

所述框架两个侧壁相互靠近的一侧均设置有支撑组件；

所述框架的两个侧壁之间设置有支撑板，所述支撑板的两侧固定连接于两个侧壁的支撑组件上；

所述框架上与所述推进器对应的位置处设置有通孔，方便推进器过水。

可选地，所述云台包括摄像头、照明灯、声呐以及水下舵机；

所述摄像头通过固定件连接于照明灯的顶部，声呐固定于照明灯底部；

所述水下舵机固定于所述支撑板上；

所述固定件两端均转动连接于所述支撑板上，所述固定件一端固定连接于所述水下舵机的输出端；

摄像头连接有第一线缆，照明灯连接有第二线缆，第一线缆和第二线缆上间隔设置有近端固定座与远端固定座，近端固定座与远端固定座将第一线缆和第二线缆固定在一起，近端固定座连接于所述固定件一侧，并随固定件同轴转动，远端固定座固定于支撑板上；

远端固定座与支撑板连接点为点A，近端固定座与固定件的连接点为点B，点A与点B之间的距离小于第一线缆在AB之间的长度，同时点A与点B之间的距离小于第二线缆在AB之间的长度。

可选地，还包机器人控制舱和电源舱；

所述机器人控制舱内设置机器人的小电源管理板、控制板、通讯板，负责控制机器人，所述机器人控制舱内还设置有低压低电流的供电模块；

所述电源舱内设置机器人的电源模块、大电流推进器供电模块、照明灯供电模块，分别对机器人、推进器以及照明灯进行供电。

可选地，所述固定件一侧通过舵机轴承组与水下舵机连接，所述固定件另一端通过远端轴承组与支撑板连接；

远端轴承组内设置有套管与锁线罩，套管的一侧设置有管盖，所述第一线缆和第二线缆由远端固定座一端依次穿过近端固定座、管套以及管盖，管套与管盖固定连接。

可选地，所述机器人控制舱的舱体为圆柱状结构，舱体的内部设置有支撑架；

支撑架包括一个U型架，所述U型架转角开口的两侧均一体连接有连接板，所述舱体内设置有支撑柱，所述连接板的两侧均对应连接有一个支撑柱，支撑柱一端与舱体固定连接，支撑柱另一端与连接板固定连接；

所述小电源管理板设置于U型架转角的外侧，所述通讯板设置于U型架其中一个侧壁的外侧，控制板设置于U型架另一个侧壁的外侧，U型架两个侧壁之间设置通讯转换板。

可选地，所述框架两侧的中部均开设有凹槽，凹槽的槽口出均固定连接有把手，把手上设置有防滑垫。

可选地，所述框架的两个侧壁的外侧均安装有防护板。

可选地，所述浮材的顶部设置有安装座，安装座包括底部的吸盘底座，吸盘底座的顶部固定连接有连接座，用来连接外设，吸盘座的一侧设置有手动真空泵。

可选地，所述框架为铝合金材质，支撑板为碳纤维板；

所述框架的折弯处设置有加强筋。

可选地，所述框架上设置有若干减重孔，用来减轻框架的重量。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过设置一体式的U型框架，在框架两个侧壁的内侧设置支撑组件，用来支撑支撑板，支撑板作为上板，固定机器人的各种元器件，一体式设置，整体刚度较高，同时通过支撑板的支撑，能够起到一定的支撑作用，防止框架变形，更加稳固。

通过设置摄像头第一线缆与照明灯第二线缆与云台同轴固定转动，同时摄像头第一线缆与照明灯第二线缆通过远端固定座固定在支撑板上，并与近端固定座之间存在一定的间隔，第一线缆与第二线缆的长度大于AB点之间的距离，使第一线缆和第二线缆在AB点之间存在一定的自由度，可以在固定件随着云台转动时，带动第一线缆和第二线缆做双绞线运动，扭矩较小，且云台的转动幅度较大，以此减小线缆对云台转动的影响。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术以及本发明，下面将对现有技术以及本发明实施例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示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明一个实施例的整体第一视角结构示意图；

图2为本发明一个实施例的整体第二视角结构示意图；

图3为本发明一个实施例的框架结构示意图；

图4为本发明一个实施例的浮材内部结构示意图；

图5为图4中C部分放大结构示意图；

图6为本发明一个实施例的机器人控制舱内部第三视角结构示意图；

图7为本发明一个实施例的机器人控制舱内部第四视角结构示意图；

图8为本发明一个实施例的机器人控制舱内部支撑架结构示意图；

图9为本发明一个实施例的安装座结构示意图。

图10为本发明一个实施例的云台结构示意图；

图11为图10中D-D部分剖视结构示意图。

附图标记说明：

1、框架；2、推进器；3、导流罩；4、云台；41、摄像头；42、照明灯；43、声呐；44、水下舵机；45、固定件；46、第一线缆；47、第二线缆；48、近端固定座；49、远端固定座；5、浮材；6、支撑组件；7、支撑板；8、通孔；9、机器人控制舱；91、小电源管理板；92、控制板；93、通讯板；94、舱体；95、支撑架；951、U型架；952、连接板；96、支撑柱；97、通信转换板；10、电源舱；11、舵机轴承组；12、远端轴承组；13、套管；14、锁线罩；15、管盖；16、凹槽；17、把手；18、防护板；19、安装座；191、吸盘底座；192、连接座；193、手动真空泵；20、减重孔；21、加强筋。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。

此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本发明构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。

如图1-图3所示，为本发明所披露的一种水下机器人，包括框架1，以及设置于所述框架1上的推进器2、导流罩3、云台4，框架1顶部连接浮材5，推进器2、导流罩3、浮材5的安装为常规设置方式；

所述框架1为U型的一体式框架1；

所述框架1两个侧壁相互靠近的一侧均设置有支撑组件6；

所述框架1的两个侧壁之间设置有支撑板7，所述支撑板7的两侧固定连接于两个侧壁的支撑组件6，浮材5安装于支撑板7上；

所述框架1上与所述推进器2对应的位置处设置有通孔8，方便推进器2过水。

本实施例中，上述的U型一体式框架1由一个方形的铝合金板折弯形成；

支撑板7为一整块碳纤维板；

铝合金框架1配合碳纤维支撑板7，整体刚度较高，重量比HDPE板拼接方案更轻；

支撑组件6为框架1两个侧板上切割的若干块，通过朝内侧折弯形成的凸起，可以用来对支撑板7进行支撑，同时可以直接通过凸起直接攻螺纹，大大简化了装配复杂度；

上述通孔8的开设位置根据推进器2的设置方向在框架1上投影来定，推进器2运转时，方便他通过水流。

在另外一些较优的实施例中，可以在U型框架1的折弯处以及推进器2固定处设置加强筋21，增加框架1的强度。

在另外一些较优的实施例中，可以在铝合金框架1的侧板的外侧安装HDPE的侧板作为防护板18，用来放置在水下作业中，受到剐蹭，并且HDPE板表面较平，方便做LOGO外观等。

如图1、图4、图5、图10和图11所示，所述云台4包括摄像头41、照明灯42、声呐43以及水下舵机44；

所述摄像头41通过固定件45连接于照明灯42的顶部，声呐43固定于照明灯42底部；

所述水下舵机44固定于所述支撑板7上；

所述固定件45两端均转动连接于所述支撑板7上，所述固定件45一端固定连接于所述水下舵机44的输出端；

摄像头41连接有第一线缆46，照明灯42连接有第二线缆47，第一线缆46和第二线缆47上间隔设置有近端固定座48与远端固定座49，近端固定座48与远端固定座49将第一线缆46和第二线缆47固定在一起，近端固定座48连接于所述固定件45一侧，并随固定件45同轴转动，远端固定座49固定于支撑板7上；

远端固定座49与支撑板7连接点为点A，近端固定座48与固定件45的连接点为点B，点A与点B之间的距离小于第一线缆46在AB之间的长度，同时点A与点B之间的距离小于第二线缆47在AB之间的长度。

在本实施例中，上述的固定件45为两个环形的抱箍，其中一侧固定在一起，形成一个双环的结构，声呐43通过一个环形的扣件连接在照明灯42抱箍的底部紧固螺栓处，使摄像头41、照明灯42以及声呐43固定为一个整体；

第一线缆46和第二线缆47由与设备的连接端向远端轴承组12一侧绕设，并从远端轴承组12内穿过，穿过远端轴承组12后通过近端固定座48将第一线缆46与第二线缆47紧密固定在一起，再在远离近端固定座48处设置一个远端固定座49，远端固定座49固定在支撑板7上，并将第一线缆46和第二线缆47固定在一起，使第一线缆46和第二线缆47形成与云台4转轴同轴的结构，当云台4转动时，带动第一线缆46和第二线缆47绕着远端固定座49以双绞线的形式转动；

近端固定座48将摄像头41的第一线缆46与照明灯42的第二线缆47固定在固定件45转动轴固定在一起，远端固定座49将摄像头41的第一线缆46和照明灯42的第二线缆47固定在支撑板7上，而AB之间的距离小于第一线缆46和第二线缆47的长度，使第一线缆46和第二线缆47在AB之间存在一定的自由度，可以在云台4转动时，第一线缆46与第二线缆47会以“双绞线”的形式运动，基本可以达到270°-360°，但不能360°连续旋转，相比其他方案来说，运动角度大了许多；

该种线缆的固定方式，云台4旋转的阻力仅由三部分构成：

搭载部件的重力矩、摩擦力矩、线缆双绞运动的力矩；

其中，搭载部件的重力矩可以通过配平重心，将云台4整体的重心落在云台4转轴的竖直面上，来大幅降低阻力；

摩擦力矩可以忽略，通过设置轴承即可减小摩擦力矩；

线缆双绞运动的力矩相较于常规的拉拽力矩低许多。

如图1、图2、图6-图8所示，还包机器人控制舱9和电源舱10；

所述机器人控制舱9内设置机器人的小电源管理板91、控制板92、通讯板93，负责控制机器人，所述机器人控制舱9内还设置有低压低电流的供电模块；

所述电源舱10内设置机器人的电源模块、大电流推进器2供电模块、照明灯42供电模块，分别对机器人、推进器2以及照明灯42进行供电。

在本实施例中，上述的机器人控制舱9固定在支撑板7的底部，电源舱10固定在框架1转角的内壁上，双舱分体式设置，将机器人的小电源管理板91、控制板92、通讯板93等负责机器人控制的、以及低压低电流供电模块放在上方的机器人控制舱9内；

将机器人的400V转48V的4KW电源模块、大电流推进器2的供电模块、照明灯42的供电模块，放在下方的电源舱10内。

而常规的单一舱设置方式，将机器人的控制部分与高压电源转换模块部分置于一个密封舱内，这样缺点较大，第一：高压电源模块干扰一般较大，置于一个舱内的话，屏蔽措施很难理想；第二：ROV内的高压电源一般为300-600V，甚至有上千伏特的电压，此种高压若置于机器人控制舱9，在维修、调试时人体可能会有触电风险；

因此，本实施例中采用双舱分体式设置，可以一定程度上起到便于安装以及减小触电风险的作用。

如图1、图4和图5所示，所述固定件45一侧通过舵机轴承组11与水下舵机44连接，所述固定件45另一端通过远端轴承组12与支撑板7连接；

远端轴承组内设置有套管13与锁线罩14，套管13的一侧设置有管盖15，所述第一线缆46和第二线缆47由远端固定座49一端依次穿过近端固定座48、管套以及管盖15，管套与管盖15固定连接。

本实施例中，上述的固定件45与水下舵机44的输出端通过舵机轴承组11连接，固定件45的另一端通过远端轴承与支撑板7连接；

由于线缆的端部较大，锁线罩14需要与线缆中部的直径相适配，因为为了方便安装，将锁线罩14设置为对半式的结构，这样方便安装，并且也方便加工。

如图6-图8所示，所述机器人控制舱9的舱体94为圆柱状结构，舱体94的内部设置有支撑架95；

支撑架95包括一个U型架951，所述U型架951转角开口的两侧均一体连接有连接板952，所述舱体94内设置有支撑柱96，所述连接板952的两侧均对应连接有一个支撑柱96，支撑柱96一端与舱体94固定连接，支撑柱96另一端与连接板952固定连接；

所述小电源管理板91设置于U型架951转角的外侧，所述通讯板93设置于U型架951其中一个侧壁的外侧，控制板92设置于U型架951另一个侧壁的外侧，U型架951两个侧壁之间设置通讯转换板。

本实施例中，机器人控制舱9为圆柱状结构，内部设置支撑架95，用来安装固定各个模块部件；

其中设置U型架951，U型架951两个侧壁之间、两个侧壁的外侧以及两个侧壁连接面的外侧分别对应安装机器人通信转换板97和机器人控制板92、机器人通讯板93以及圆形小电源管理板91，各个零部件之间结合紧密，提高空间利用率；

连接板952设置在U型架951折弯的两侧，用来与舱体94内的支撑柱96连接，U型架951安装于舱体94的端部之间存在缝隙，方便线缆排布。

圆形小电源管理板91的作用：输入为高压电源舱10给出来的48V低压，电源管理板转换为24V、12V、5V，给舱内电路板以及搭载的其他外设供电。

如图1和图3所示，所述框架1两侧的中部均开设有凹槽16，凹槽16的槽口出均固定连接有把手17，把手17上设置有防滑垫。

上述的框架1两侧设置把手17，方便工作人员在地面上移动机器人，防滑垫为海绵材质，提高舒适度。

所述框架1的两个侧壁的外侧均安装有防护板18。

如图1和图9所示，所述浮材5的顶部设置有安装座19，安装座19包括底部的吸盘底座191，吸盘底座191的顶部固定连接有连接座192，用来连接外设，吸盘座的一侧设置有手动真空泵193。

现有的ROV，在搭载外设时，比如警示灯、声呐43、GPS模块时，都会选择在浮材5上开孔，预埋螺母或者采用螺钉固定，这样不方便安装与拆卸，无法做到快速更换；

在本实施例中，设置吸盘式的吸盘座，放于浮材5上，按压数次手动真空泵193按钮，吸盘座便可紧紧吸附于浮材5的表面，经过测试，水下运动5H后没有松动掉落；安装时，只需将外设安装在连接座192上即可；

该种安装方式，能够真正意义上实现快速拆装，并且浮材5上不需要另外打孔，不会影响美观度。

所述框架1为铝合金材质，支撑板7为碳纤维板；

如图3所示，所述框架1的折弯处设置有加强筋21。

如图3所示，所述框架1上设置有若干减重孔20，用来减轻框架1的重量。

以上几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。

上文中通过一般性说明及具体实施例对本发明作了较为具体和详细的描述。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，显然还可以对这些具体实施例作出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种水下机器人，包括框架，以及设置于所述框架上的推进器、导流罩、云台，框架顶部连接浮材；

其特征在于：所述框架为U型的一体式框架；

所述框架两个侧壁相互靠近的一侧均设置有支撑组件；

所述框架的两个侧壁之间设置有支撑板，所述支撑板的两侧固定连接于两个侧壁的支撑组件上；

所述框架上与所述推进器对应的位置处设置有通孔，方便推进器过水；

所述云台包括摄像头、照明灯、声呐以及水下舵机；

所述摄像头通过固定件连接于照明灯的顶部，声呐固定于照明灯底部；

所述水下舵机固定于所述支撑板上；

所述固定件两端均转动连接于所述支撑板上，所述固定件一端固定连接于所述水下舵机的输出端；

摄像头连接有第一线缆，照明灯连接有第二线缆，第一线缆和第二线缆上间隔设置有近端固定座与远端固定座，近端固定座与远端固定座将第一线缆和第二线缆固定在一起，近端固定座连接于所述固定件一侧，并随固定件同轴转动，远端固定座固定于支撑板上；

远端固定座与支撑板连接点为点A，近端固定座与固定件的连接点为点B，点A与点B之间的距离小于第一线缆在AB之间的长度，同时点A与点B之间的距离小于第二线缆在AB之间的长度；

所述固定件一侧通过舵机轴承组与水下舵机连接，所述固定件另一端通过远端轴承组与支撑板连接；

远端轴承组内设置有套管与锁线罩，套管的一侧设置有管盖，所述第一线缆和第二线缆由远端固定座一端依次穿过近端固定座、管套以及管盖，管套与管盖固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：还包机器人控制舱和电源舱；

所述机器人控制舱内设置机器人的小电源管理板、控制板、通讯板，负责控制机器人，所述机器人控制舱内还设置有低压低电流的供电模块；

所述电源舱内设置机器人的电源模块、大电流推进器供电模块、照明灯供电模块，分别对机器人、推进器以及照明灯进行供电。

3.根据权利要求2所述的一种水下机器人，其特征在于：所述机器人控制舱的舱体为圆柱状结构，舱体的内部设置有支撑架；

支撑架包括一个U型架，所述U型架转角开口的两侧均一体连接有连接板，所述舱体内设置有支撑柱，所述连接板的两侧均对应连接有一个支撑柱，支撑柱一端与舱体固定连接，支撑柱另一端与连接板固定连接；

所述小电源管理板设置于U型架转角的外侧，所述通讯板设置于U型架其中一个侧壁的外侧，控制板设置于U型架另一个侧壁的外侧，U型架两个侧壁之间设置通讯转换板。

4.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：所述框架两侧的中部均开设有凹槽，凹槽的槽口出均固定连接有把手，把手上设置有防滑垫。

5.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：所述框架的两个侧壁的外侧均安装有防护板。

6.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：所述浮材的顶部设置有安装座，安装座包括底部的吸盘底座，吸盘底座的顶部固定连接有连接座，用来连接外设，吸盘座的一侧设置有手动真空泵。

7.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：所述框架为铝合金材质，支撑板为碳纤维板；

所述框架的折弯处设置有加强筋。

8.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：所述框架上设置有若干减重孔，用来减轻框架的重量。