CN206813275U - 一种多自由度水下机器人 - Google Patents

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张志强
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Abstract

本实用新型公开了一种多自由度水下机器人，包括框架，框架包括上顶板、下底板和两个侧板，框架内设有水密舱，水密舱内设有控制器，控制器的信号输入端连接有摄像装置，控制器的第一信号输出端连接螺旋桨的控制端，控制器的第二信号输出端连接舵机，舵机的输出端连接机械爪的控制端；包括至少三对螺旋桨，每对包括的两个螺旋桨沿水下机器人的中轴线对称设置的。可实现水下机器人多自由度的运动，考虑功能实现的可靠性、简便性，提高机器人灵活性，考虑水下环境的不可控性，提高了水下机器人的稳定性和安全性。

Description

一种多自由度水下机器人
技术领域
本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种多自由度水下机器人。
背景技术
随着人类对水中世界的不断探索，航运、水中探索等一直蓬勃发展中，随之而来的，不断发生的水上事故给人们心头蒙上了阴霾，如2015年5月发生的东方之星翻船事件、2014年4月韩国“岁月号”客轮沉船事件等，每每救援时，事发水域情况不明，搜寻地点位置不明都严重影响着救援的效率和效果。一些水域不适合潜水员下潜作业，造成了很大困难。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种多自由度水下机器人，具有更高的灵活性、可靠性和安全性，以克服背景技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
一种多自由度水下机器人，包括框架，框架包括上顶板、下底板和两个侧板，框架内设有水密舱，水密舱内设有控制器，控制器的信号输入端连接有摄像装置，控制器的第一信号输出端连接螺旋桨的控 制端，控制器的第二信号输出端连接舵机，舵机的输出端连接机械爪的控制端；包括至少三对螺旋桨，每对包括的两个螺旋桨沿水下机器人的中轴线对称设置的。
较佳地，三对螺旋桨分别即为前部螺旋桨、中部螺旋桨和尾部螺旋桨，前部螺旋桨的中轴线、尾部螺旋桨的中轴线与水下机器人的中轴线在同一水平面，中部螺旋桨的中轴线垂直于水下机器人的中轴线所在的水平面。
较佳地，前部螺旋桨的桨叶朝框架内部设置，尾部螺旋桨的桨叶朝框架外部设置，中部螺旋桨的桨叶朝上顶板设置，上顶板开设有于中部螺旋桨位置和尺寸对应的窗口。
较佳地，前部螺旋桨中轴线所在直线与水下机器人中轴线所在直线相交的夹角为25°～35°。
较佳地，尾部螺旋桨中轴线所在直线与水下机器人中轴线所在直线相交的夹角为25°～35°。
较佳地，水密舱的前端通过法兰连接透明的半球罩，摄像装置设置在半球罩内。
较佳地，水密舱的后端连接有后密封板，筒体包括水密舱、半球罩和后密封板，筒体由支架和肋板固定。
较佳地，每个螺旋桨分别通过至少固定件设置在框架上。
较佳地，底板的前端设有固定板，固定板上设置舵机和机械爪。
较佳地，侧板上还设有通过连接件连接的裙板。
本实用新型的有益效果在于：摄像装置将采集到的图像信号输出到设置在水密舱的控制器中，控制器依据图像信号对舵机和机械爪发出控制信号，各个螺旋桨依据控制信号启动或关闭，推动本实用新型的多自由度水下机器人向几个不同的方向行进，对于需要抓取或放置的物体，由机械爪依据控制器发出的控制信号进行抓取或放置的动作。六枚螺旋桨推进器运动，实现其灵活运动，采用了螺旋桨推进器对称方式布置，可实现水下机器人多个自由度的运动，考虑功能实现的可靠性、简便性，提高机器人灵活性，考虑水下环境的不可控性，提高了水下机器人的稳定性和安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的立体图，
图2为本发明实施例的正视图，
图3为本发明实施例的俯视图，
图4为本发明实施例的侧视图，
图5位本发明实施例的后视图，
图6为本发明实施例的前部螺旋桨和后部螺旋桨的设置方式示意图，
图7为本发明实施例的固定件与螺旋桨的连接结构示意图。
图中：1-上顶板，2-侧板，3-螺旋桨，4-半球罩，5-机械爪，6-舵机，7-裙板，8-连接件，9-下底板，10-肋板，11-固定件，12-法兰，13-水密舱，14-后密封板，15-固定板，16-支架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
一种多自由度水下机器人，包括框架，框架包括上顶板1、下底板9和两个侧板2，框架内设有水密舱13，水密舱13内设有控制器，控制器的信号输入端连接有摄像装置，控制器的第一信号输出端连接螺旋桨3的控制端，控制器的第二信号输出端连接机械爪5的控制端；包括至少三对螺旋桨3，每对包括的两个螺旋桨3沿水下机器人的中轴线对称设置的。
三对螺旋桨3分别即为前部螺旋桨3、中部螺旋桨3和尾部螺旋桨3，前部螺旋桨3的中轴线、尾部螺旋桨3的中轴线与水下机器人的中轴线在同一水平面，中部螺旋桨3的中轴线垂直于水下机器人的中轴线所在的水平面。
前部螺旋桨3的桨叶朝框架内部设置，尾部螺旋桨3的桨叶朝框架外部设置，中部螺旋桨3的桨叶朝上顶板1设置，上顶板1开设有于中部螺旋桨3位置和尺寸对应的窗口。
前部螺旋桨3中轴线所在直线与水下机器人中轴线所在直线相交的夹角为25°～35°。
尾部螺旋桨3中轴线所在直线与水下机器人中轴线所在直线相交的夹角为25°～35°。
水密舱13的前端通过法兰12连接透明的半球罩4，摄像装置设置在半球罩4内。水密舱13的后端连接有后密封板14，筒体包括水 密舱13、半球罩4和后密封板14，筒体由支架和肋板10固定，卡在肋板10与支架配合形成的区域中。
每个螺旋桨3分别通过至少固定件11设置在框架上，一固定件11位于螺旋桨3中部，另一固定件11位于靠近桨叶的一端。
机械爪5通过机械爪5固定板15设置在底板的前端中心处。
侧板2上还通过连接件8连接有裙板7。
本实用新型在水下使用时，摄像装置将采集到的图像信号输出到设置在水密舱13的控制器中，控制器依据图像信号对舵机6和机械爪5发出控制信号，各个螺旋桨3依据控制信号启动或关闭，推动本实用新型的多自由度水下机器人向几个不同的方向行进，对于需要抓取或放置的物体，由机械爪5依据控制器发出的控制信号进行抓取或放置的动作。
螺旋桨3主体直径4cm,最大长度8.3cm,桨叶数三片，桨叶直径6cm，重量500g。额定功率50W，最大推力100N。采用密封油密封，耐压强度50米水深。框架采用聚乙烯材质，雕刻机雕刻成型，螺丝螺母连接。水密舱13选择透光性好的亚克力材质，部分采用树脂铸模制成。机械爪5采用黑色亚克力材质，抓齿呈叉状交叉，受舵机6操控。
本实用新型采用野火K60芯片做中枢，自行设计绘制电路控制六枚螺旋桨3推进器运动，位实现其灵活运动，采用了螺旋桨3推进器对称方式布置，可实现水下机器人六自由度的运动，配置两枚水下摄像头便于岸上对潜水员水下作业环境进行监控，信号采用光纤传输， 机器人后带有定制的直径10mm特制缆，考虑功能实现的可靠性、简便性，对水文信息采集、水下通信采用物理方法实现，提高机器人灵活性，考虑水下环境的不可控性，提高了水下机器人的稳定性和安全性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。本说明书中未作详细描述的部分属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种多自由度水下机器人，其特征在于：包括框架，所述框架包括上顶板(1)、下底板(9)和两个侧板(2)，所述框架内设有水密舱(13)，所述水密舱(13)内设有控制器，所述控制器的信号输入端连接有摄像装置，所述控制器的第一信号输出端连接螺旋桨(3)的控制端，所述控制器的第二信号输出端连接舵机(6)，所述舵机(6)的输出端连接机械爪(5)的控制端；包括至少三对螺旋桨(3)，每对包括的两个所述螺旋桨(3)沿所述水下机器人的中轴线对称设置的。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度水下机器人，其特征在于：三对所述螺旋桨(3)分别即为前部螺旋桨(3)、中部螺旋桨(3)和尾部螺旋桨(3)，所述前部螺旋桨(3)的中轴线、所述尾部螺旋桨(3)的中轴线与所述水下机器人的中轴线在同一水平面，所述中部螺旋桨(3)的中轴线垂直于所述水下机器人的中轴线所在的水平面。
3.根据权利要求2所述的一种多自由度水下机器人，其特征在于：所述前部螺旋桨(3)的桨叶朝所述框架内部设置，所述尾部螺旋桨(3)的桨叶朝所述框架外部设置，所述中部螺旋桨(3)的桨叶朝所述上顶板(1)设置，所述上顶板(1)开设有于所述中部螺旋桨(3)位置和尺寸对应的窗口。
4.根据权利要求3所述的一种多自由度水下机器人，其特征在于：所述前部螺旋桨(3)中轴线所在直线与所述水下机器人中轴线所在直线相交的夹角为25°～35°。
5.根据权利要求3所述的一种多自由度水下机器人，其特征在于：所述尾部螺旋桨(3)中轴线所在直线与所述水下机器人中轴线所在直线相交的夹角为25°～35°。
6.根据权利要求1所述的一种多自由度水下机器人，其特征在于：所述水密舱(13)的前端通过法兰(12)连接透明的半球罩(4)，所述摄像装置设置在所述半球罩(4)内。
7.根据权利要求6所述的一种多自由度水下机器人，其特征在于：所述水密舱(13)的后端连接有后密封板(14)，筒体包括所述水密舱(13)、所述半球罩(4)和所述后密封板(14)，所述筒体由支架(16)和肋板(10)固定。
8.根据权利要求7所述的一种多自由度水下机器人，其特征在于：每个所述螺旋桨(3)分别通过至少固定件(11)设置在所述框架上。
9.根据权利要求1所述的一种多自由度水下机器人，其特征在于：所述底板的前端设有固定板(15)，所述固定板(15)上设置所述舵机(6)和所述机械爪(5)。
10.根据权利要求1所述的一种多自由度水下机器人，其特征在于：所述侧板(2)上还设有通过连接件(8)连接的裙板(7)。
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