CN208699029U - 一种水下机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水下机器人，属于机器人领域。所述水下机器人，其包括本体、设置在所述本体上的至少一个推进器，所述水下机器人还包括控制所述至少一个推进器的运作的处理器、感测所述水下机器人周围的障碍物的多个超声波传感器，其中，所述处理器分别与所述至少一个推进器以及所述多个超声波传感器相连。本申请用于水下测探和/或摄影摄像等。

Description

一种水下机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，特别是涉及一种水下机器人。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，海洋所蕴含的丰富的能量与资源是人类在地上资源枯竭的形势下赖以生存的重要补给。同时，21世纪也是智能装备的世纪，智能系统的广泛应用大大的提高了劳动的效率，成为了国家战略发展的新高地。于是，将智能装备应用于海洋是毋庸置疑的发展趋势。目前，水下智能装备的主要形式是水下机器人，主要功能有勘探、采集、维修、基建、军用与搜救等。其中利用水下机器人进行海洋勘探对于人类开发海洋，走向深蓝有着重大意义。同时水下机器人的定位能力对于海底取样，打捞遗失物品挽回损失等方面有着重大意义。

另一方面，随着人们对于水下世界的兴趣与日俱增，还出现了另外一种应用趋势，即人们像使用空中无人机一样，借助于水下无人机进行水下拍摄(摄像或拍照等)。

水下机器人作为一种水下探测器，一般需要具备一定的避障能力(即，躲避障碍物的能力)。CN104142688A公开了一种水下机器人，其是通过线缆人为控制来进行避障。但是，这种避障方式相对而言也不够灵活和便捷。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本申请实施例提供了一种水下机器人，能够灵活、便捷地进行避障。所述技术方案如下：

一方面，提供一种水下机器人，包括本体、设置在所述本体上的至少一个推进器，其特征在于：

所述水下机器人还包括控制所述至少一个推进器的运作的处理器，以及设置于所述本体上、感测所述水下机器人周围的障碍物的多个超声波传感器，

其中，所述处理器分别与所述至少一个推进器以及所述多个超声波传感器相连。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器中的各个传感器为通过灌胶工艺进行防水处理的传感器，或者各个传感器上套设有防水壳。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器中的各个超声波传感器连接至接口板，所述接口板与所述处理器相连。其中，所述接口板上会设置方便传感器连接的传感器接口，用来提供信号和电源的传输。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的设置位置相互匹配，以检测所述水下机器人周边的空间是否存在障碍物。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的设置位置需保证信号传播路径避开所述至少一个推进器的推进路径。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的设置位置需保证所述多个超声波传感器的信号传播路径不被所述本体阻挡，并且不与水流路径交叉。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的设置位置需保证所述多个超声波传感器的信号传播方向在前后左右上下六个方向。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的设置位置需保证所述多个超声波传感器的布置位置在机器人坐标的三个平面上的投影尽量沿坐标轴对称或者相对机器人中心均匀分布。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的数目为至少四个，例如，五个超声波传感器，六个超声波传感器等。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述水下机器人还包括对水下目标进行摄像的至少两个摄像装置，以及存储所述至少两个摄像装置采集的图形的存储装置；

其中，所述处理器分别与所述存储装置以及所述至少两个摄像装置相连。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置中的每一个均包括摄像镜头，所述摄像镜头为经过防水密封处理过的镜头。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置处于同一平面内，且所述至少两个摄像装置的镜头轴线垂直于所述平面。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置均设置于所述本体的中间位置。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少一个推进器的数目为偶数个(例如2个，4个等)，且所述至少两个摄像装置沿第一直线对称设置，所述偶数个推进器沿第二直线对称设置。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述第一直线和所述第二直线为同一直线，所述偶数个推进器设置在所述本体的两侧，所述至少两个摄像装置设置于相对于两侧靠内的位置。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置包括第一摄像装置和第二摄像装置，其中，所述第一摄像装置和所述第二摄像装置之间的距离大于80毫米。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述两个推进器中的每一个均包括：螺旋桨、由转子端和定子端组成的水下电机，所述螺旋桨设置在所述转子端的外表面上。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述水下机器人成矩形状、鱼形、海豚形或以上形状的组合体，且是对称的形状。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置的数目为偶数个，所述偶数个摄像装置中的每两个摄像装置沿同一直线对称设置。所述至少两个摄像装置的数目例如为四个摄像装置、六个摄像装置等。在此种情况下，这偶数个摄像装置可以两两沿同一直线对称设置。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置的数目为奇数个，所述奇数个摄像装置中有一个摄像装置设置在所述本体的中间位置，所述奇数个摄像装置中的剩余摄像装置中的每两个摄像装置沿处于所述中间位置的所述摄像装置所在直线对称设置。所述至少两个摄像装置的数目例如为三个摄像装置、三个摄像装置等。在此种情况下，可以设置一个摄像装置在本体中间位置，剩余所有的摄像装置中每两个摄像装置沿处于中间位置的摄像装置所在直线对称设置。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述推进器包括：螺旋桨、由转子端和定子端组成的水下电机，所述螺旋桨设置在所述转子端的外表面上。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述水下机器人还包括：由多个锂电池组构成的电池组，以及用于控制电池组充放电的充放电控制模块。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述水下机器人的长宽高分别为300-800毫米、200-500毫米和50-300毫米。例如，所述水下机器人的长宽高分别为350-450毫米、250-350毫米和80-180毫米。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在水下机器人上设置多个超声波传感器，相较于传统的通过线缆人工控制避障的方式，可以灵活、便捷地进行避障。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种水下机器人的一种结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种水下机器人的一种结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种水下机器人本体的组装结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请创造的限制。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请创造中的具体含义。

下面结合具体实施例对本申请做进一步详细的描述，但本申请的实施方式不限于此。

本实用新型可提供一种水下观察用水下机器人，参照图1，图1是本申请实施例提供的一种水下机器人的一种结构示意图。本实用新型实施例提供的水下机器人可包括本体100、设置在所述本体100上的至少一个推进器(例如，推进器1011和1012)，所述水下机器人还包括控制所述至少一个推进器的运作的处理器102，以及设置于所述本体100上、感测所述水下机器人周围的障碍物的多个超声波传感器(例如，图1中的超声波传感器1031、1032、1033和1034)，其中，所述处理器分别与所述至少一个推进器以及所述多个超声波传感器相连。

其中，各个超声波传感器的障碍物检测范围可以为10米左右。

在本申请实施例中，超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器。超声波是振动频率高于20KHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体的穿透本领很大。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。

在本申请实施例中，超声波传感器既可以发射超声波，也可以接收超声波，其可以用于例如进行目标的探测，例如，小功率超声探头就可以用于探测作用。超声波传感器或探头有许多不同的结构，可分直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头发射、一个探头接收)等。

在本申请实施例中，超声波传感器可包括发送部分、接收部分和控制部分。发送部分由发射器与使用一定直径(例如直径为15mm左右)的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向外辐射；而接收部分由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超声波信号进行检测。而实际使用中，用作发送部分的陶瓷振子也可以用作接收部分的陶瓷振子。控制部分主要对发送部分发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。

超声波传感器在实现机器人的避障功能的过程中，会从发送部分中发出超声波，如超声波遇到障碍物则会反弹，被接收部分接收，进而由接收部分将此回传信号上报给处理器，处理器接收到回传信号后，会经过分析处理，进而处理器会控制推进器进行活动，从而自动避开周围的障碍物，实现完全自主运动，使机器人在复杂的水下(例如海洋)环境中自主运行。

本实用新型提供的水下机器人，通过在水下机器人上设置多个超声波传感器，使得水下机器人能够判断自身周围的障碍物，相较于传统的通过线缆人工控制避障的方式，可以灵活、便捷地进行避障。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器中的各个传感器为通过灌胶工艺进行防水处理的传感器。可选地，各个传感器上套设有防水壳。其中，灌胶工艺一般是使用密封胶(环氧树脂)进行密封防水处理

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器中的各个超声波传感器连接至接口板(例如，电路板)，所述接口板与所述处理器相连。本实用新型实施例，所述接口板上会设置方便传感器连接的传感器接口，用来提供信号和电源的传输。通过接口板连接多个超声波传感器，然后再通过接口板连接至电控仓，可以减少超声波传感器与电控仓直接连接时线缆数量过多的问题。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的设置位置相互匹配，以检测所述水下机器人周边的空间是否存在障碍物。其中，对障碍物进行全方位检测涵盖了，在水下机器人下降时对下方是否有障碍物的检测，以及在水下机器人上升时对上方是否有障碍物的检测。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的设置位置需保证信号传播路径避开所述至少一个推进器的推进路径。由于推进器工作时产生的水流会影响超声波传感器的信号，故而，在本实用新型实施例中可在设置超声波传感器的位置时将这一因素纳入考虑。例如，所述多个超声波传感器的设置位置需保证所述多个超声波传感器的信号传播路径不被所述本体阻挡，并且不与水流路径交叉。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的设置位置需保证所述多个超声波传感器的信号传播方向在前后左右上下六个方向。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的设置位置需保证所述多个超声波传感器的布置位置在机器人坐标的三个平面上的投影尽量沿坐标轴对称或者相对机器人中心均匀分布。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述多个超声波传感器的数目为至少四个，例如，五个超声波传感器，六个超声波传感器等。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，如图2所示，所述水下机器人还包括对水下目标进行摄像的至少两个摄像装置(例如，摄像装置1041和1042)，以及存储所述至少两个摄像装置采集的图形的存储装置。其中，所述处理器104分别与所述至少一个推进器(例如，推进器1011和1012)、所述存储装置104以及所述至少两个摄像装置(例如，摄像装置1041和1042)相连。

本实用新型实施例通过在水下机器人上设置至少两个摄像装置，相较于传统的具有单目摄像装置的水下机器人，可以充分地扩大水下机器人的探测范围和角度。

在此需要指出的是，虽然图1和图2中示出了两个推进器1011和1012和四个超声波传感器10，但需了解，在本申请的上文描述中，推进器的数目和超声波传感器的数目只是示例，并不意为限制。也就是说，超声波传感器的数目和推进器也可以为其他的数目。例如，摄像装置的数目可以为两个或两个以上，例如，三个摄像装置、四个摄像装置等等。超声波传感器的数目为四个以上，例如五个，六个等。

在本申请实施例中，使用至少两个摄像装置采集图像，通过对两个摄像装置采集的图像进行对比，获得图像中物体的信息，从而可以控制水下机器人对特定物体进行跟随，从而实现视觉追踪。在本申请实用新型中，两个摄像装置本身的相对位置以及与水下机器人的相对位置可以根据视野，需求等因素而设定。每个摄像装置可通过线缆与机器人的电路仓连接。

在本申请实用新型中，由于可以通过至少两个摄像装置获得的信息控制机器人对特定物体进行追踪，因而可以实现完全自主的运动，从而省去连接水下机器人的线缆。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置中的每一个均包括摄像镜头，所述摄像镜头为经过防水密封处理过的镜头。本申请实施例中对摄像镜头采用的具体防水方式并没有限制。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置处于同一平面内，且所述至少两个摄像装置的镜头轴线垂直于所述平面。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置均设置于所述本体的中间位置。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少一个推进器的数目为两个，且所述至少两个摄像装置沿第一直线对称设置，所述两个推进器沿第二直线对称设置。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述第一直线和所述第二直线为同一直线，所述两个推进器设置在所述本体的两侧，所述至少两个摄像装置设置于相对于侧边靠内的位置。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置包括第一摄像装置和第二摄像装置，其中，所述第一摄像装置和所述第二摄像装置之间的距离可以例如大于80毫米。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述两个推进器中的每一个均包括：螺旋桨、由转子端和定子端组成的水下电机，所述螺旋桨设置在所述转子端的外表面上。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置的数目为偶数个，所述偶数个摄像装置中的每两个摄像装置沿同一直线对称设置。所述至少两个摄像装置的数目例如为四个摄像装置、六个摄像装置等。在此种情况下，这偶数个摄像装置可以两两沿同一直线对称设置。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述至少两个摄像装置的数目为奇数个，所述奇数个摄像装置中有一个摄像装置设置在所述本体的中间位置，所述奇数个摄像装置中的剩余摄像装置中的每两个摄像装置沿处于所述中间位置的所述摄像装置所在直线对称设置。所述至少两个摄像装置的数目例如为三个摄像装置、四个摄像装置等。在此种情况下，可以设置一个摄像装置在本体中间位置，剩余所有的摄像装置中每两个摄像装置沿处于中间位置的摄像装置所在直线对称设置。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述第一竖直推进器和所述第二竖直推进器中的至少一个包括：螺旋桨、由转子端和定子端组成的水下电机，所述螺旋桨设置在所述转子端的外表面上。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述水下机器人还可包括：由多个锂电池组构成的电池组105。本申请实施例通过在水下机器人中内置电池组，可以无需连接水下部分和水上部分的线缆进行供电。由于没有线缆的束缚，从而可以保证水下机器人的水下活动更加灵活。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述水下机器人还可包括：用于控制电池组充放电的充放电控制模块。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述水下机器人的长宽高分别为300-800毫米、200-500毫米和50-300毫米。例如，所述水下机器人的长宽高分别为350-450毫米、250-350毫米和80-180毫米。

可选的或优选的，在本申请的一个实施例中，所述水下机器人成矩形状、鱼形、海豚形或以上形状的组合体，且是对称的形状。

图3是本申请实施例提供的水下机器人的一种结构示意图。如图3所示，本体上可设置多个超声波传感器(例如，图中以示例方式示出了超声波传感器301、302、303、304、305和306)和多个推进器(图中以示例方式示出了五个推进器3011、3012、3013、3014和3015)，当然图3所示本体上还可设置照明灯以及处理器等部件(图中未示出)。

由图3中还可设置摄像装置(图未示出)，摄像装置可设置在本体的中间位置上，且对称设置。摄像装置可以选择暗光型水下用摄像机，或电荷耦合元件(Charge-coupledDevice，CCD)摄像机，或者互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)摄像机。摄像机装置可以和照明灯的安装方向可设置为一致。需了解，图3所示水下机器人只是举例说明，其目的是为了帮助本领域技术人员更好地理解本实用新型的构思，并不意为限制。

在本实用新型实施例中，推进器可设置多个，由配置的电机带动螺旋桨转动。图3中所示的推进器可以包括安装在水平方向的左、右水平推进器，控制机器人的前进、后退、左转、右转等运动。当然，图3中所示的推进器也可以包括其他推进器，例如垂直推进器，用于控制机器人上升、下降运动和俯仰姿态。

需了解的是，虽然图3是以五个推进器和六个超声波传感器为例进行说明，但是在本申请实施例中，设置在水下机器人的本体上的推进器的数目并不限于五个，同时设置在水下机器人的本体上的超声波传感器的数目并不限于六个，其他数量的推进器和超声波传感器也是可能的，例如设置在水下机器人的本体上的推进器的数目可以为六个等等。

本申请实施例提供的水下机器人，通过多个超声波传感器来检测水下机器人周围的障碍物，能够灵活、便捷地进行避障。同时，可以使用至少两个摄像头采集图像，通过对比至少两个摄像头采集的图像获得物体的信息，通过至少两个摄像头获得的信息控制机器人对特定物体进行追踪，不仅可以扩大水下机器人的探测范围和角度，可实现完全自主的运动，而且还省去连接水下机器人的线缆。

在本申请实施例中，所述水下机器人的长宽高可以例如分别为350-450毫米、250-350毫米和80-180毫米。例如，所述水下机器人的长宽高可以分别为400毫米、300毫米和130毫米。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

以上所述仅为本申请的示例实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下机器人，包括本体、设置在所述本体上的至少一个推进器，其特征在于：

所述水下机器人还包括控制所述至少一个推进器的运作的处理器，以及设置于所述本体上、感测所述水下机器人周围的障碍物的多个超声波传感器，

其中，所述处理器分别与所述至少一个推进器以及所述多个超声波传感器相连。

2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：

所述多个超声波传感器中的各个传感器为通过灌胶工艺进行防水处理的传感器，或者各个传感器上套设有防水壳。

3.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：

所述多个超声波传感器中的各个超声波传感器连接至接口板，所述接口板与所述处理器相连。

4.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：

所述多个超声波传感器的设置位置相互匹配，以检测所述水下机器人周边的空间是否存在障碍物。

5.根据权利要求4所述的水下机器人，其特征在于：

所述多个超声波传感器的设置位置需保证满足以下至少一项：

所述多个超声波传感器的信号传播路径避开所述至少一个推进器的推进路径；

所述多个超声波传感器的信号传播路径不被所述本体阻挡，并且不与水流路径交叉；

所述多个超声波传感器的信号传播方向在前后左右上下六个方向；

所述多个超声波传感器的布置位置在机器人坐标的三个平面上的投影尽量沿坐标轴对称或者相对机器人中心均匀分布。

6.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：

所述多个超声波传感器的数目为至少四个。

7.根据权利要求1-6任一所述的水下机器人，其特征在于：

所述水下机器人还包括对水下目标进行摄像的至少两个摄像装置，以及存储所述至少两个摄像装置采集的图形的存储装置；

其中，所述处理器分别与所述存储装置以及所述至少两个摄像装置相连；

其中，所述至少两个摄像装置中的每一个均包括摄像镜头，所述摄像镜头为经过防水密封处理过的镜头；

其中，所述至少两个摄像装置处于同一平面内，且所述至少两个摄像装置的镜头轴线垂直于所述平面。

8.根据权利要求7所述的水下机器人，其特征在于：

所述至少两个摄像装置的数目为偶数个，所述偶数个摄像装置中的每两个摄像装置沿同一直线对称设置；

或者，所述至少两个摄像装置的数目为奇数个，所述奇数个摄像装置中有一个摄像装置设置在所述本体的中间位置，所述奇数个摄像装置中的剩余摄像装置中的每两个摄像装置沿处于所述中间位置的所述摄像装置所在直线对称设置。

9.根据权利要求1-6、8中任一所述的水下机器人，其特征在于：所述推进器包括：螺旋桨、由转子端和定子端组成的水下电机，所述螺旋桨设置在所述转子端的外表面上。

10.根据权利要求1-6、8中任一所述的水下机器人，其特征在于：所述水下机器人还包括：由多个锂电池组构成的电池组，所述水下机器人的长宽高分别为300-800毫米、200-500毫米和50-300毫米。