CN204021234U - 一种水下机器人及其推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下机器人及其推进器，水下机器人包括壳体，两个竖直推进器和两个水平推进器，两个竖直推进器、两个水平推进器分别对称设置在所述壳体两侧；竖直推进器/水平推进器分别包括竖直推进器舱/水平推进器舱、螺旋桨和导流罩；竖直推进器舱/水平推进器舱分别通过焊接或粘接方式固定在连接块上，连接块通过焊接或粘接方式固定在壳体两侧；连接块远离水平推进器的一端设有照明灯舱，照明灯舱内装有LED点阵灯珠，照明灯舱外部设有平面灯罩。本实用新型水下机器人能够具有四个移动自由度，便于安装、拆卸及维护，结构稳定、抗撞击力强，便于摄像头取景，以获得清晰的水下视频拍摄效果。

Description

一种水下机器人及其推进器

技术领域

本实用新型涉及一种水下作业装置，具体涉及一种水下机器人及其推进器。

背景技术

随着人们对海洋了解的不断深入，人类身体条件的限制已经不能满足水下工作时间、工作效率以及工作强度的要求。水下机器人的出现，作为人类开发、探索、利用海洋的助手，在水产养殖、水下观察、海底作业等方面发挥着越来越重要的作用，如何利用水下机器人有效地开发利用海洋生物能源、水资源、金属资源成为摆在人们面前的一个重要问题。

现有产品按照使用方式可以分为：载人水下机器人、有缆水下机器人（ROV）、无缆水下机器人（AUV）；按照重量级尺寸又分为：大型水下机器人、中型水下机器人、小型水下机器人、超小型水下机器人。然而，大中小型水下机器人由于其体积巨大、操作复杂、成本较高，往往需要数人协同作业且需要船只大功率发电机等配合使用，其应用受到限制。而大部分水下工作，如水工结构检查、渔类行为观察、海水养殖网箱检查、水产养殖、渔业、海上石油平台、核电站、潮汐电站、海上风力发电厂、商业潜水水下作业支援、有毒液体、浅水场地检查、犯罪现场搜索、水下搜救科研教育、科学研究、水下考古、水下生物观察等这些活动基本都发生在200 米以下的水深，因此应用于浅水的水下机器人前景非常的广阔。

公开号为103419915A的中国发明专利公开了一种浅水观察水下机器人的装置，该装置包括壳体、照明灯罩、把手、脐带缆连接端口、推进器、推进器与照明灯舱、电池舱、电池舱密封头、透明导流罩等部件，但是该浅水观察水下机器人仍然存在着移动自由度有限，不易安装、拆卸及维护，抗撞击力较弱的缺陷，例如该装置中的推进器的导流罩采用塑料材质，并且直接将其一侧边焊接在电子舱外侧上从而实现导流罩的固定，这种固定方式连接面积很小，在实际应用中容易脱落、撞碎等。

实用新型内容

本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种具有4个移动自由度、易于安装、拆卸及维护，抗撞击力强的水下机器人。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种水下机器人，包括壳体，所述水下机器人还包括两个竖直推进器和两个水平推进器，所述两个竖直推进器对称设置在所述壳体两侧，所述两个水平推进器对称设置在所述壳体两侧。

进一步地，所述两个竖直推进器/两个水平推进器分别包括竖直推进器舱/水平推进器舱、螺旋桨和导流罩，所述竖直推进器舱/水平推进器舱内安装有安装有电机、减速器和电机轴，所述电机轴通过锥形连接部与所述竖直推进器舱/水平推进器舱密封连接，所述电机轴穿过所述锥形连接部延伸至所述竖直推进器舱/水平推进器舱外部，所述螺旋桨固定在所述电机轴顶部；所述锥形连接部分布有插槽，所述导流罩上与所述插槽相应的位置处设有内螺纹孔；所述竖直推进器/水平推进器还包括支撑杆，所述支撑杆带有外螺纹。

进一步地，所述螺旋桨与所述电机轴顶部螺纹连接。

进一步地，所述插槽、所述内螺纹孔和所述支撑杆的数量为至少3个。

进一步地，所述竖直推进器舱/水平推进器舱分别固定在连接块上，所述连接块固定在壳体两侧。

进一步地，所述连接块远离所述水平推进器的一端设有照明灯舱。

进一步地，所述照明灯舱外部设有灯罩，所述灯罩为平面灯罩。

进一步地，所述照明灯舱内设有照明装置，所述照明装置为LED点阵灯珠。

进一步地，所述水下机器人还包括透明导流罩，所述透明导流罩通过螺纹连接方式固定在所述壳体的一端或首尾两端。

本实用新型还公开一种推进器结构，包括推进器舱、螺旋桨和导流罩，所述推进器舱内安装有电机、减速器和电机轴，所述电机轴通过锥形连接部与所述推进器舱密封连接，所述电机轴穿过所述锥形连接部延伸至所述推进器舱外部，所述螺旋桨固定在所述电机轴顶部；所述锥形连接部分布有插槽，所述导流罩上与所述插槽相应的位置处设有内螺纹孔；所述推进器还包括支撑杆，所述支撑杆带有外螺纹。

本实用新型通过设置两个竖直推进器和两个水平推进器，一方面四桨推进，动力强劲；另一方面，可使水下机器人具有沿X轴平移、沿Z轴平移、沿X轴转动和沿Z轴转动（X、Z、α、γ）四个自由度，分别完成在水中的前进后退、上浮下潜、左右倾斜/侧身和左右转向四个动作。竖直推进器/水平推进器、照明灯舱、透明导流罩的结构设计便于安装、拆卸及维护，并且结构稳定、抗撞击力强；灯罩设计为平面灯罩，能够克服球形灯罩由于聚光作用产生明显灯斑，灯斑亮度太强导致无法看清物体的缺陷，同时照明装置为点阵LED灯珠，LED灯珠的灯光透过平面灯罩后将会使整个前方均匀照亮，不存在过亮或过暗的光区，便于摄像头取景，以获得清晰的水下视频拍摄效果。

附图说明

    下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细阐述：

图1为本实用新型水下机器人的一种实施方式的结构示意图。

图2为本实用新型水下机器人中水平推进器/竖直推进器的一种实施方式的结构示意图。

图3为本实用新型水下机器人的一种实施方式的部分结构俯视图。

其中，附图标记为：1：壳体；2：竖直推进器；3：水平推进器；4：竖直推进器舱；5：水平推进器舱；6：螺旋桨；7：导流罩；8：电机；9：减速器；10：电机轴；11：锥形连接部；12：插槽；13：支撑杆；14：下轴承；15：动密封；16：顶盖；17：上轴承；18：密封圈；19：油孔；20：油腔；21：电缆通孔；22：连接块；23：照明灯舱；24：灯罩；25：电池舱；26：脐带缆连接端口；27：电池舱密封头；28：电池舱与壳体连接块；29：透明导流罩；30：把手。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

图1示出了本实用新型水下机器人的一种实施方式的结构示意图，包括壳体1，所述壳体1呈圆柱体状；还包括两个竖直推进器2和两个水平推进器3，所述两个竖直推进器2对称设置在所述壳体1的两侧，所述两个水平推进器3也对称设置在所述壳体1的两侧。所述竖直推进器2和水平推进器3用于给水下机器人提供动力。当两个竖直推进器2的螺旋桨6的转速为0，两个水平推进器3的螺旋桨6以相同转速同向转动时，水下机器人可实现沿X轴前进或后退；当两个竖直推进器2的螺旋桨6的转速为0，两个水平推进器3的螺旋桨6以相同转速按不同方向转动时，水下机器人可实现原地转动；当两个竖直推进器2的螺旋桨6的转速为0，两个水平推进器3的螺旋桨6以差速转动时，水下机器人可实现任意半径转弯；当两个水平推进器3的螺旋桨6的转速为0，两个竖直推进器2的螺旋桨6以相同转速同向转动时，水下机器人可实现沿Z轴的上浮或下潜；当两个水平推进器3的螺旋桨6的转速为0，两个竖直推进器2的螺旋桨6以相同转速不同方向转动时，水下机器人可实现沿X轴翻转，或保持某个倾斜角度，这样可以实现多工位工作。

综上所述，本实用新型通过在壳体1的两侧分别对称设置两个竖直推进器2和两个水平推进器3，一方面四桨推进、动力强劲，另一方面可通过控制使两侧竖直推进器2、水平推进器3所受到的作用力及作用方向不同，从而使水下机器人完成前进后退、上浮下潜、左右倾斜/侧身和左右转向四个动作，具有沿X轴平移、沿Z轴平移、沿X轴转动和沿Z轴转动（X、Z、α、γ）四个自由度，使得水下机器人在水下作业时具有更高的灵活度。

图2示出了本实用新型水下机器人中竖直推进器2/水平推进器3的一种实施方式的结构示意图，参见图1和图2，竖直推进器2/水平推进器3分别包括竖直推进器舱4/水平推进器舱5、螺旋桨6和导流罩7，所述竖直推进器舱4/水平推进器舱5内安装有电机8、减速器9和电机轴10，所述电机轴10通过锥形连接部11与所述竖直推进器舱4/水平推进器舱5密封连接，所述电机轴10穿过所述锥形连接部11延伸至所述竖直推进器舱4/水平推进器舱5外部，所述螺旋桨6与所述电机轴10顶部螺纹连接；所述锥形连接部11平均分布有三个插槽12，所述导流罩7上与所述三个插槽12相应的位置处设有三个内螺纹孔，在安装导流罩7时，将导流罩7的内螺纹孔分别与锥形连接部11的插槽12相对、重合，然后将一端带有外螺纹的支撑杆13插入插槽12，通过将支撑杆13的外螺纹与导流罩7的内螺纹孔旋紧即可固定住导流罩7。当然，所述插槽12、内螺纹孔和支撑杆13的数量也可以根据实际应用需求进行增减，本实施例对此不作限制。

与公开号为103419915A的中国发明专利相比，采用本实用新型的竖直推进器2/水平推进器3结构，方便安装、拆卸及维护，结构稳定，抗撞击力强。所述导流罩7采用铝合金材料，增强了其抗撞击能力。

在安装竖直推进器2/水平推进器3时，首先将电机8、减速器9和电机轴10依次电连接，然后在电机轴10上依次套入下轴承14、锥形连接部11、动密封15、顶盖16和上轴承17，而后将螺旋桨6与电机轴10顶部螺纹连接，接着将上述整体通过密封圈18与竖直推进器舱4/水平推进器舱5密封紧固连接；最后通过支撑杆13将导流罩7固定在螺旋桨6外侧，即完成整个竖直推进器2/水平推进器3的安装。所述锥形连接部11上还预留有油孔19以及油腔20，所述竖直推进器舱4/水平推进器舱5还预留有电缆通孔21。

参见图1和图3，所述竖直推进器舱4、水平推进器舱5分别通过焊接或者其他方式例如粘接固定在连接块22上，将连接块22通过焊接或者其他方式例如粘接固定在壳体1两侧，从而实现竖直推进器2和水平推进器3在壳体1上的固定。所述连接块22远离水平推进器3的一端设有照明灯舱23，照明灯舱23内装有照明装置例如LED灯，照明灯舱23外部设有灯罩24，用以保护照明装置。

本实用新型将照明灯舱23直接设置在连接块22的一端，直接与壳体1相连，抗撞击力更强，与壳体1的连接更牢靠。同时，本实用新型的竖直推进器舱4、水平推进器舱5和照明灯舱23分离设置，当其中一个部位例如照明灯舱23由于撞击或其他原因例如漏水导致故障时，不影响其他部位例如竖直推进器舱4、水平推进器舱5的使用，而若采用公开号为103419915A的中国发明专利中将推进器舱与照明灯舱设为一体的方式，一旦发生故障，或者推进器与照明灯舱进水时，整个推进器与照明灯舱需要整体置换，耗材严重，维修效率低。

所述灯罩10为平面灯罩，能够克服球形灯罩由于聚光作用，灯光照出去产生明显灯斑，灯斑亮度太强无法看清物体的缺陷；所述照明装置为点阵LED灯珠，LED灯珠的灯光透过平面灯罩后将会使整个前方均匀照亮，不存在过亮或过暗的光区，便于摄像头取景。 

本实用新型水下机器人还包括电池舱25和脐带缆连接端口26，所述电池舱25和所述脐带缆连接端口26设置于所述壳体1上，所述电池舱25用于安装电池给水下机器人供电，所述脐带缆连接端口26用于连接与控制台相连的通信电缆，便于单向或双向通信，例如接收控制台的传送的电源、控制信号，将采集到的视频信号等数据传递给控制台等等，在本实施例中，所述脐带缆连接端口26设置于所述壳体1上部；所述壳体1内安装有水下机器人完成作业所需的电子模块，例如电源模块、控制模块、电机驱动模块、摄像模块、通讯模块等等，控制模块与通信电缆电连接，用于接收控制指令从而控制电机驱动模块实现对竖直推进器2/水平推进器3作用力及作用方向的控制，最终控制水下机器人的运动方向和运动速度；当然，控制模块也可以通过无线通信的方式接收控制台发送的控制信号或者存储有预先设定的控制程序，本实施例对此不作限制；控制模块还用于将采集到的图像信息等其他信息通过通信电缆传送至控制台。可以根据实际作业需求设计不同类型、不同数量、不同功能的电子模块，本实施例对此不作限制。

所述电池舱25的一端或两端设有电池舱密封头27，所述电池舱25通过电池舱与壳体连接块28通过焊接或粘接固定在壳体1上；电池舱25主要为水下机器人电池提供一个密封的环境。在本实施例中，所述电池舱25为两个，对称设置在所述壳体1两侧斜下方，可以降低水下机器人的重心，增加水下机器人的稳定性。所述电池舱与壳体连接块28上设有通孔，用于水下机器人的配重与配平。

所述壳体1的首尾两端设置有透明导流罩29，用于为壳体1内部设置的前置摄像机和后置摄像机提供观察窗口并保护壳体1的前置摄像机和后置摄像机免遭损坏。所述透明导流罩29通过螺纹连接固定在壳体1的一端或首尾两端，并采用O型圈密封。当压力发生变化时不易脱出，而且拆卸、更换都更加方便，并且具有较强的抗撞击力。

本实用新型还包括把手30，把手30上开有圆孔可以减小把手的重量而又不会减小把手的强度。

实施例2：

为了实现水下机器人更加全面的功能，在实施例1所述水下机器人结构的基础上，可以配备多种类型的电子部件。

例如，为水下机器人配备云台、前置摄像机、后置摄像机，云台用以增加前置摄像机和/或后置摄像机的观察视角，通过安装两个舵机实现前置摄像机和/或后置摄像机的旋转，在水下机器人不动的情况下可以观察到更广范围内的水下目标。

例如，配备方向传感器：电子罗盘，通过电子罗盘可以获得水下机器人在水下的方向信息。

例如，配备深度传感器、温度传感器、漏水检测电路模块，用以获取水下机器人的深度及漏水情况，并监测水温。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水下机器人，包括壳体（1），其特征在于：所述水下机器人还包括两个竖直推进器（2）和两个水平推进器（3），所述两个竖直推进器（2）对称设置在所述壳体（1）两侧，所述两个水平推进器（3）对称设置在所述壳体（1）两侧。

2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述两个竖直推进器（2）/两个水平推进器（3）分别包括竖直推进器舱（4）/水平推进器舱（5）、螺旋桨（6）和导流罩（7），所述竖直推进器舱（4）/水平推进器舱（5）内安装有电机（8）、减速器（9）和电机轴（10），所述电机轴（10）通过锥形连接部（11）与所述竖直推进器舱（4）/水平推进器舱（5）密封连接，所述电机轴（10）穿过所述锥形连接部（11）延伸至所述竖直推进器舱（4）/水平推进器舱（5）外部，所述螺旋桨（6）固定在所述电机轴（10）顶部；所述锥形连接部（11）分布有插槽（12），所述导流罩（7）上与所述插槽（12）相应的位置处设有内螺纹孔；所述竖直推进器（2）/水平推进器（3）还包括支撑杆（13），所述支撑杆（13）带有外螺纹。

3.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征在于：所述螺旋桨（6）与所述电机轴（10）顶部螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征在于：所述插槽（12）、所述内螺纹孔和所述支撑杆（13）的数量为至少3个。

5.根据权利要求1至4任一项所述的水下机器人，其特征在于：所述竖直推进器舱（4）/水平推进器舱（5）分别固定在连接块（22）上，所述连接块（22）固定在壳体（1）两侧。

6.根据权利要求5所述的水下机器人，其特征在于：所述连接块（22）远离所述水平推进器（3）的一端设有照明灯舱（23）。

7.根据权利要求6所述的水下机器人，其特征在于：所述照明灯舱（23）外部设有灯罩（24），所述灯罩（24）为平面灯罩。

8.根据权利要求6或7任一项所述的水下机器人，其特征在于：所述照明灯舱（23）内设有照明装置，所述照明装置为LED点阵灯珠。

9.根据权利要求1、2、3、6、7任一项所述的水下机器人，其特征在于：所述水下机器人还包括透明导流罩（29），所述透明导流罩（29）通过螺纹连接方式固定在所述壳体（1）的一端或首尾两端。

10.一种推进器，其特征在于：包括推进器舱（4）/（5）、螺旋桨（6）和导流罩（7），所述推进器舱（4）/（5）内安装有电机（8）、减速器（9）和电机轴（10），所述电机轴（10）通过锥形连接部（11）与所述推进器舱（4）/（5）密封连接，所述电机轴（10）穿过所述锥形连接部（11）延伸至所述推进器舱（4）/（5）外部，所述螺旋桨（6）固定在所述电机轴（10）顶部；所述锥形连接部（11）分布有插槽（12），所述导流罩（7）上与所述插槽（12）相应的位置处设有内螺纹孔；所述推进器还包括支撑杆（13），所述支撑杆（13）带有外螺纹。