CN207644604U - 一种混合动力水下机器人平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种混合动力水下机器人平台，包括壳体、主机舱、运动控制舱、电池舱、尾鳍驱动机构、防水航插机构、推进器和抽水舱。本实用新型采用尾鳍驱动机构与无刷螺旋桨推进器相结合的混合驱动方案，两种驱动模式可自由切换，轻松应对各种水下环境。采用高度集成的模块化设计及壳体开放局部密封的防水设计，降低了设备维护及难度，提高扩展性和可靠性。本实用新型可进行无缆作业和定点水质采样，设计合理，易于实现，具有很好的实用价值。

Description

一种混合动力水下机器人平台

所属技术领域

本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种混合动力水下机器人平台。

技术背景

国内外现阶段的水样采集主要依靠人工用采样瓶在母船上采集或使用无人船采集。

传统的人工采集需要操作者乘船到达采样点，将采样瓶用吊绳送入水中进行采样。该种采样方式有工作量大，采样点单一，采样深度无法精确控制等弊端。

使用无人船采样则是将多个采样瓶放入无人船船舱内，依靠水泵将水抽入采样瓶中。该种采样方法较传统的人工采样法，降低了操作者的工作强度，但是使用此方法只可采集无人船船底处的水样，无法深入水面下进行采集。同时采样点仍然主要依靠采样者根据经验设定，仍具有一定的片面性。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型提供一种混合动力水下机器人平台，其特征在于，包括：壳体、主机舱模块、运动控制舱模块、电池舱模块、尾鳍驱动模块、防水航插模块、推进模块和抽水舱模块；

所述电池舱模块与运动控制舱模块、主机舱模块、尾鳍驱动模块、防水航插模块、推进模块和抽水舱模块连接并供电，所述主机舱模块、运动控制舱模块、防水航插模块、推进模块和抽水舱模块之间相互连接并通信；

所述主机舱模块、运动控制舱模块、电池舱模块、防水航插模块设置于壳体内部，所述推进模块设置于壳体外部，所述主机舱模块位于运动控制舱模块前端，所述电池舱模块设置于运动控制舱模块内部，所述防水航插模块位于主机舱模块下部，所述尾鳍驱动模块安装于壳体尾部，所述抽水舱模块安装于壳体下部；

所述防水航插模块设置有传感器接口，连接不同类型的传感器。

所述传感器为温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器、浓度传感器或便携式光谱检测仪。

所述壳体包括上壳体、下壳体、头部壳体和尾部盖板；所述上壳体安装于运动控制舱模块的上部，所述下壳体安装于运动控制舱模块的下部，所述抽水舱模块位于下壳体下部，所述尾部盖板安装于运动控制舱模块尾部，所述头部壳体安装于主机舱模块前端；

所述上壳体、下壳体、头部壳体和尾部盖板采取有缝拼接；

所述上壳体上设置了RF天线，与主机舱模块相连。

所述主机舱模块、运动控制舱模块、电池舱模块、防水航插模块、推进模块和抽水舱模块，分别独立密封防水，使用防水接头进行通信及供电。

所述主机舱模块，包括单片机、电子罗盘、摄像模块、通信模块、红外传感器和压力传感器；其中,所述单片机分别与电子罗盘、摄像模块、通信模块、红外传感器和压力传感器连接；所述单片机与运动控制舱模块、电池舱模块、尾鳍驱动模块、防水航插模块、推进模块和抽水舱模块连接；所述通信模块与RF天线相连；

所述运动控制舱模块包括重心调节机构，所述重心调节机构包括：驱动电机、第一丝杠、重力块、固定支架和光电开关；

其中，驱动电机与固定支架的前端连接，并与所述电池舱模块连接；第一丝杠的一端与驱动电机的输出端连接，第一丝杠的另一端与固定支架的后端活动连接；重力块套设在所述第一丝杠外侧，并与第一丝杠螺纹连接；光电开关设置于第一丝杠的正下方位置的固定支架上。

所述电池舱模块包括4000mAh锂电池、DC/DC电源模块和低压差线性稳压器。

所述推进模块包括2个无刷螺旋桨推进器，2个无刷螺旋桨推进器分别设置在所述下壳体的两侧。

所述抽水舱模块包括舱体、探照灯、步进电机、第二丝杠、滑块、活塞和水样舱；

其中，舱体与所述下壳体的下端连接，舱体前端设置有探照灯；步进电机、第二丝杠、滑块、活塞和水样舱设置于舱体内部；第二丝杠的一端与步进电机的输出端连接，第二丝杠的另一端与舱体活动连接；滑块设置于第二丝杠外侧；活塞设置于滑块的外侧，且与滑块固定连接，活塞通过步进电机，结合第二丝杠和滑块来带动活塞运动；水样舱设置在舱体后端。

所述尾鳍驱动模块为仿生鱼尾结构，采用软质硅胶材料制成。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出一种混合动力水下机器人平台，本实用新型的优势为：1、采用尾鳍驱动机构与无刷螺旋桨推进器相结合的混合驱动方案。仿生鱼尾结构可以轻松拆卸，且具有高韧性和高柔软度，采用仿生鱼尾结构驱动模式的能量转换效率较高，提高了设备在巡航时的效率，降低了能耗，增加了续航时间，且操纵灵活，尾迹小、几乎不产生噪声，并可避免在复杂水域作业时被水中漂浮物或水生植物缠绕或损伤，是水下推进和操控的最佳方式。

在静水区域，可采用仿生鱼尾结构驱动模式，处于复杂水域中，可采用螺旋桨推进器驱动模式，极大的提高了机器人平台在复杂水域中的行进速度和工作效率。这两种驱动模式可自由切换，自由应对各种水下环境。

2、本实用新型可以进行无缆作业。本实用新型通过内置电池舱供电，摆脱零浮力电缆对水下设备运动的束缚，扩大了设备的运动范围，同时提高了运动的灵活性。

3、本实用新型采用高度集成的模块化设计及壳体开放局部密封的防水设计。每个模块均独立密封，模块之间使用防水接头进行通信及供电，降低了设备的维护及维修难度，同时因为模块化的设计，使得其扩展性提高；通过传感器接口可以搭载不同类型的传感器并快速改装搭载，将机器人平台应用于不同领域，完成如温度、pH值、氨氮含量测试等不同任务，实时监测水质情况，具有精度高、执行方便、不受天气影响等优点。壳体开放局部密封的防水设计，使机器人平台在水下工作中，即使因剧烈碰撞发生壳体意外破损，也能保证机器人平台所受损失最小，不会出现各模块进水的情况，引发故障，可靠性大大提升。

4、本实用新型可进行定点水质采样。在对水域进行水质在线的实时监测的同时，可在水下任意位置进行水样采集，从而避免了传统采样中的采样位置单一、偶然性大、复杂水域中采用困难等弊端，可保证精准、客观、方便的水质采集，符合国家环保行业标准的定时定点定量采样模式。

5、通过在传感器接口搭载的特定传感器实时监测水质情况，具有精度高、执行方便、不受天气影响等优点。一次航行可采集单点水样，自动生成采样报告，可以极大的提高监管部门的工作效率，节约经济成本。

6、本实用新型设计合理，易于实现，具有很好的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式中混合动力水下机器人平台结构示意图。

图2为本实用新型具体实施方式中混合动力水下机器人平台内部结构示意图。

图3为本实用新型具体实施方式中主机舱模块内部结构示意图。

图4为本实用新型具体实施方式中运动控制舱模块内部结构示意图。

图中：1、壳体；2、主机舱模块；3、运动控制舱模块；4、电池舱模块；5、尾鳍驱动模块；6、防水航插模块；7、推进模块；8、抽水舱模块；9、上壳体；10、下壳体；11、头部壳体；12、尾部盖板；13、RF天线；14、摄像模块；15、红外传感器；16、压力传感器；17、驱动电机；18、第一丝杠；19、重力块；20、固定支架；21、光电开关；22、舱体；23、探照灯；24、步进电机；25、第二丝杠；26、滑块；27、活塞；28、水样舱；29、氨氮传感器；30、单片机；31、电子罗盘；32、通信模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本实用新型做进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提出一种混合动力水下机器人平台，如图1和图2所示，包括：壳体1、主机舱模块2、运动控制舱模块3、电池舱模块4、尾鳍驱动模块5、防水航插模块6、推进模块7和抽水舱模块8；

电池舱模块4与运动控制舱模块3、主机舱模块2、尾鳍驱动模块5、防水航插模块6、推进模块7和抽水舱模块8连接并供电，主机舱模块2、运动控制舱模块3、防水航插模块6、推进模块7和抽水舱模块8之间相互连接并通信；

主机舱模块2、运动控制舱模块3、电池舱模块4、防水航插模块6设置于壳体内部，推进模块7设置于壳体外部，主机舱模块2位于运动控制舱模块3前端，电池舱模块4设置于运动控制舱模块3内部，防水航插模块6位于主机舱模块2下部，尾鳍驱动模块5安装于壳体1尾部，抽水舱模块8安装于壳体下部；

防水航插模块6设置有传感器接口，连接不同类型的传感器。

防水航插模块6可以搭载不同类型的传感器，本实施例中，传感器为氨氮传感器29，用以完成氨氮含量测试任务；相同的实施例下，传感器可以为温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器、浓度传感器或便携式光谱检测仪，用以完成不同类型的检测任务。

壳体1包括上壳体9、下壳体10、头部壳体11和尾部盖板12；上壳体9安装于运动控制舱模块3的上部，下壳体10安装于运动控制舱模块3的下部，抽水舱模块8位于下壳体10下部，尾部盖板12安装于运动控制舱模块3尾部，头部壳体11安装于主机舱模块2前端；

上壳体9、下壳体10、头部壳体11和尾部盖板12采取有缝拼接；

上壳体9上设置了RF天线13，与主机舱模块2相连，用于收发信号。

主机舱模块2、运动控制舱模块3、电池舱模块4、防水航插模块6、推进模块7和抽水舱模块8，分别独立密封防水，使用防水接头进行通信及供电；这使本实用新型在水下工作中，即使因剧烈碰撞发生壳体意外破损，也能保证机器人平台所受损失最小，不会出现各模块进水的情况，引发故障。

主机舱模块2如图3所示，包括单片机30、电子罗盘31、摄像模块14、通信模块32、红外传感器15和压力传感器16；其中单片机30分别与摄像模块14、红外传感器15和压力传感器16连接；单片机30与运动控制舱模块3、电池舱模块4、尾鳍驱动模块5、防水航插模块6、推进模块7和抽水舱模块8连接；通信模块32与RF天线13相连；

运动控制舱模块3如图4所示，包括重心调节机构，所述重心调节机构包括驱动电机17、第一丝杠18、重力块19、固定支架20和光电开关21；

其中，驱动电机17与固定支架20的前端连接，并与电池舱模块4连接；第一丝杠18的一端与驱动电机17的输出端连接，第一丝杠18的另一端与固定支架20的后端活动连接；重力块19套设在第一丝杠18外侧，并与第一丝杠18螺纹连接；光电开关21设置于第一丝杠18的正下方位置的固定支架20上，用于检测重力块19沿第一丝杠18的移动位置。

当机器人平台受到浪涌作用，自身姿态发生变化时，利用重心调节机构可做出重心调节的动作，进行浮潜动作，结合较大重浮差控制左右调节，从而保持机器人平台自身姿态的稳定。

电池舱模块包括4000mAh锂电池、DC/DC电源模块和低压差线性稳压器；电池舱模块的续航时间最长可达90分钟，足够顺利完成巡游、取样和检测工作。

所述推进模块包括2个无刷螺旋桨推进器，2个无刷螺旋桨推进器分别设置在下壳体10的两侧。

抽水舱模块包括舱体22、探照灯23、步进电机24、第二丝杠25、滑块26、活塞27和水样舱28；

其中，舱体22与下壳体10的下端连接，舱体22前端设置有探照灯23；步进电机24、第二丝杠25、滑块26、活塞27和水样舱28设置于舱体22内部；第二丝杠25的一端与步进电机24的输出端连接，第二丝杠25的另一端与舱体22活动连接；滑块26设置于第二丝杠25外侧；活塞27设置于滑块26的外侧，且与滑块26固定连接，活塞27通过步进电机24，结合第二丝杠25和滑块26来带动活塞27运动；水样舱28设置在舱体22后端；通过活塞27运动，能够实现对任意位置水样的采集和存储；同时，水样舱28为一个独立舱室，在其内部存放试剂，能够将需要投放的试剂投放到指定地点和指定深度。

尾鳍驱动模块5为仿生鱼尾结构，采用软质硅胶材料制成。

本实用新型采用推进器与仿生鱼尾结构的混合动力驱动。在静水区域，可采用仿生鱼尾结构驱动模式，从而提高了能量转换效率，极大的提高了机器人平台的续航时间。当机器人平台处于复杂水域中，可采用螺旋桨推进器驱动模式，极大的提高了机器人平台在复杂水域中的行进速度和工作效率。这两种驱动模式可自由切换，轻松应对各种水下环境。

Claims (10)

1.一种混合动力水下机器人平台，其特征在于，包括：壳体、主机舱模块、运动控制舱模块、电池舱模块、尾鳍驱动模块、防水航插模块、推进模块和抽水舱模块；

所述电池舱模块与运动控制舱模块、主机舱模块、尾鳍驱动模块、防水航插模块、推进模块和抽水舱模块连接并供电，所述主机舱模块、运动控制舱模块、防水航插模块、推进模块和抽水舱模块之间相互连接并通信；

所述主机舱模块、运动控制舱模块、电池舱模块、防水航插模块设置于壳体内部，所述推进模块设置于壳体外部，所述主机舱模块位于运动控制舱模块前端，所述电池舱模块设置于运动控制舱模块内部，所述防水航插模块位于主机舱模块下部，所述尾鳍驱动模块安装于壳体尾部，所述抽水舱模块安装于壳体下部；

所述防水航插模块设置有水质传感器接口，连接不同类型的传感器。

2.如权利要求1所述的混合动力水下机器人平台，其特征在于：所述传感器为温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器、浓度传感器或便携式光谱检测仪。

3.如权利要求1所述的混合动力水下机器人平台，其特征在于：所述壳体包括上壳体、下壳体、头部壳体和尾部盖板；所述上壳体安装于运动控制舱模块的上部，所述下壳体安装于运动控制舱模块的下部，所述抽水舱模块位于下壳体下部，所述尾部盖板安装于运动控制舱模块尾部，所述防水航插模块位于尾部盖板内部，所述头部壳体安装于主机舱模块前端；

所述上壳体、下壳体、头部壳体和尾部盖板采取有缝拼接；

所述上壳体上设置了RF天线，与主机舱模块相连。

4.如权利要求1所述的一种混合动力水下机器人平台，其特征在于：所述主机舱模块、运动控制舱模块、电池舱模块、防水航插模块、推进模块和抽水舱模块，分别独立密封防水，使用防水接头进行通信及供电。

5.如权利要求1所述的混合动力水下机器人平台，其特征在于：所述主机舱模块，包括单片机、电子罗盘、摄像模块、通信模块、红外传感器和压力传感器；其中,所述单片机分别与电子罗盘、摄像模块、通信模块、红外传感器和压力传感器连接；所述单片机与运动控制舱模块、电池舱模块、尾鳍驱动模块、防水航插模块、推进模块和抽水舱模块连接；所述通信模块与RF天线相连。

6.如权利要求1所述的混合动力水下机器人平台，其特征在于：所述运动控制舱模块包括重心调节机构，所述重心调节机构包括：驱动电机、第一丝杠、重力块、固定支架和光电开关；

其中，驱动电机与固定支架的前端连接，并与所述电池舱模块连接；第一丝杠的一端与驱动电机的输出端连接，第一丝杠的另一端与固定支架的后端活动连接；重力块套设在所述第一丝杠外侧，并与第一丝杠螺纹连接；光电开关设置于第一丝杠的正下方位置的固定支架上。

7.如权利要求1所述的混合动力水下机器人平台，其特征在于：所述电池舱模块包括4000mAh锂电池、DC/DC电源模块和低压差线性稳压器。

8.如权利要求3所述的混合动力水下机器人平台，其特征在于：所述推进模块包括2个无刷螺旋桨推进器，2个无刷螺旋桨推进器分别设置在所述下壳体的两侧。

9.如权利要求3所述的混合动力水下机器人平台，其特征在于：所述抽水舱模块包括舱体、探照灯、步进电机、第二丝杠、滑块、活塞和水样舱；

其中，舱体与所述下壳体的下端连接，舱体前端设置有探照灯；步进电机、第二丝杠、滑块、活塞和水样舱设置于舱体内部；第二丝杠的一端与步进电机的输出端连接，第二丝杠的另一端与舱体活动连接；滑块设置于第二丝杠外侧；活塞设置于滑块的外侧，且与滑块固定连接，活塞通过步进电机，结合第二丝杠和滑块来带动活塞运动；水样舱设置在舱体后端。

10.如权利要求1所述的混合动力水下机器人平台，其特征在于：所述尾鳍驱动模块为仿生鱼尾结构，采用软质硅胶材料制成。