CN210526814U - 一种水下巡航及采样机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水下机器人领域，更具体地，涉及一种水下巡航及采样机器人，包括机器人本体，机器人本体上装有用于采样的采集装置、用于在水中行驶的推动装置和用于在水底行驶的行走装置；机器人本体内装有用于提供电源的蓄电池；推动装置包括安装于机器人本体两侧且相对于机器人本体水平转动和自转的螺旋桨组件。推动装置能够推动机器人朝向不同的方向运动，包括上浮、下潜以及转向，使得机器人在水中的运动更加灵活，更容易躲避障碍物；机器人也能够在水底下行走，方便机器人采集水底的样本和进行巡航。

Description

一种水下巡航及采样机器人

技术领域

本实用新型涉及船体清洗设备领域，更具体地，涉及一种水下巡航及采样机器人。

背景技术

水下机器人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水下探索的重要工具，利用水下机器人进行巡航和采样。

现有的一种可以进行水下巡航的采样用的机器人，其公开号为“CN206544585U”，专利名称为仿生物水下采样机器人，该机器人能够在水下进行巡航和采样，其推动装置是设置于机器人两侧的螺旋桨和设置有帮助水平或竖直方向运动的助推装置，但是这样的装置只能在实现简单的上浮、下潜和前进的动作，只能通过上浮的形式躲避障碍物，缺乏灵活性。而且不能在水底结构物上行驶，无法对水底结构物进行采样和在水底进行巡航运动。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述机器人在水中行驶缺乏灵活性的和不能在水底结构物上行驶的问题，提供一种水下巡航及采样机器人，能在水中灵活行驶且能够在水底下行驶。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种水下巡航及采样机器人，包括机器人本体，所述机器人本体上装有用于采样的采集装置、用于在水中行驶的推动装置和用于在水底行驶的行走装置；所述机器人本体内装有用于提供电源的蓄电池；所述推动装置包括安装于所述机器人本体两侧且相对于机器人本体水平转动和自转的螺旋桨组件。

螺旋桨组件能够绕着机器人本体水平转动，调整螺旋桨组件的上下位置，当螺旋桨组件转动至螺旋桨朝向左侧或右侧的时候，可以实现机器人本体向左移动或向右移动。螺旋桨组件可以360度的自转，使得螺旋桨可以灵活向不同的方向产生推动力。

优选的，所述机器人本体两侧设置有水平转动块和驱动所述水平转动块转动的第一驱动装置；所述水平转动块上均装有驱动所述螺旋桨组件自转的第二驱动装置；所述螺旋桨组件包括螺旋桨叶、与所述第二转动装置转动连接的支撑杆、与所述支撑杆固定连接并驱动螺旋桨叶转动的第三驱动装置。驱动装置均为电机。第一驱动装置驱动水平转动块转动，转动的轴线与机器人本体前进的方向一致。第二驱动装置和螺旋桨组件跟随水平转动块一同转动，在机器人本体的两侧上下摆动。第二驱动装置驱动螺旋桨组件自转，使得螺旋桨朝向不同的方向，然后启动第三驱动装置，螺旋桨叶即可转动，向不同的方向进行移动。

优选的，所述螺旋桨组件还包括与所述支撑杆固定连接且用于防止螺旋桨叶和第三驱动装置被撞的防撞围栏。

优选的，所述机器人本体在靠近采集装置的一侧装有摄像装置和照明灯，机器人本体在远离采集装置的两侧装有平衡鳍。摄像装置连接水下的显示设备后，与照明灯配合，可以将水下的情况反馈给水上的操作者。

优选的，所述采集装置包括设置于机器人本体远离采集装置的一侧的采集篮、相对于所述机器人本体竖直转动的机械臂和安装于机械臂末端的采集爪；所述采集爪包括夹头和驱动所述夹头夹紧和分开的推拉组件；所述推拉组件包括上板、下板、安装于所述上板和所述下板之间的电动伸缩杆、与所述电动伸缩杆连接的连接板、分别与所述连接板两侧铰接的两个推杆、与所述上板或所述下板铰接并设置于所述推杆两侧的转动杆；所述夹头的一端与所述转动杆铰接，中部与所述推杆铰接。机器人本体向前行驶的时候，由于采集篮的后方，承受较少的水冲击力，采集好的材质不容易被水流带走。当需要进行采集的时候，机械臂转动至采集点，然后电动伸缩杆推动连接板前移，使得推杆推动夹头，而夹头绕着转动杆转动张开，对准待采集的样品后，让电动伸缩杆复位，夹头重新夹紧，完成采集。机械臂旋转至夹头位于采集篮的上方，打开夹头，采集的样品掉落至采集篮内。

优选的，所述机械臂包括与所述机器人本体转动连接的主轴、第一摆臂和第二摆臂；所述机器人本体内装有驱动所述主轴转动的第四驱动装置；所述主轴上装有与所述第一摆臂连接并驱动所述第一摆臂沿竖直方向摆动的第一驱动电机；所述第一摆臂装有与所述第二摆臂连接并驱动所述第二摆臂自转的圆盘舵机；所述第二摆臂装有与所述夹头连接并驱动所述采集爪摆动的第二驱动电机。第一驱动电机和第二驱动电机驱动第一摆臂和采集爪摆动，更容易靠近采集点，圆盘舵机驱动第二摆臂转动，更方便采集爪进行采集和向采集篮投入采集好的样品。

优选的，所述机器人本体包括有上层和下层，所述行走装置安装于所述下层的两侧。机器人本体分为上下两层，可以使得内部空间更加宽裕，避免不同电机之间的转动互相影响。

优选的，所述行走装置包括主动轮、从动轮、连接所述主动轮与从动轮的履带以及驱动所述主动轮转动的驱动装置。当机器人本体到达水底或障碍物后，可以进行行驶，前进更加方便。

优选的，所述行走装置还包括弹性缓冲机构，所述弹性缓冲机构包括与所述下层连接的连接杆，与所述连接杆连接且装有弹性件的导向杆，在所述导向杆上运动并被所述弹性件推动复位的负重轮，所述负重轮紧贴所述履带。履带不接触水底或障碍物的时候，负重轮撑开履带，处于履带的最低点。当履带接触到水底或者障碍物的时候，负重轮沿着导向轮向上运动，通过弹性件的作用减缓冲击力。

优选的，所述弹性缓冲机构还包括第一摆杆和第二摆杆，所述第一摆杆的一端与所述负重轮铰接，另一端与所述第二摆杆的其中一端铰接；所述第二摆杆的另一端与所述连接杆铰接。第一摆杆和第二摆杆能够稳固负重轮的，保证负重轮的沿着导向杆上下运动。

与现有技术相比，有益效果是：推动装置能够推动机器人朝向不同的方向运动，包括上浮、下潜以及转向，使得机器人在水中的运动更加灵活，更容易躲避障碍物；机器人也能够在水底下行走，方便机器人采集水底的样本和进行巡航。

附图说明

图1是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的俯视图；

图2是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的内部俯视图；

图3是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的左转状态的立体图；

图4是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的右视图；

图5是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的向采集篮投放采集样品的示意图；

图6是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的第四驱动装置与主轴的连接结构图；

图7是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的采集爪内部结构示意图；

图8是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的采集爪夹紧状态的结构示意图；

图9是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的采集爪张开状态的结构示意图；

图10是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的下层的内部结构示意图；

图11是本实用新型一种水下巡航及采样机器人的弹性缓冲机构的结构示意图。

其中：1、机器人本体；101、上层；102、下层；2、采集装置；3、推动装置；4、行走装置；401、主动轮；402、从动轮；403、履带；404、驱动装置； 405、弹性缓冲机构；406、连接杆；407、弹性件；408、导向杆；409、负重轮； 4010、第一摆杆；4011、第二摆杆；5、蓄电池；6、螺旋桨组件；601、螺旋桨叶；602、支撑杆；603、第三驱动装置；604、防撞围栏；7、水平转动块；8、第一驱动装置；9、第二驱动装置；10、摄像装置；11、前照灯；12、平衡鳍； 13、采集篮；14、机械臂；15、采集爪；1501、夹头；1502、上板；1503、下板； 1504、电动伸缩杆；1505、连接板；1506、推杆；1507、转动杆；16、主轴；17、第一摆臂；18、第二摆臂；19、第四驱动装置；20、第一驱动电机；21、圆盘舵机；22、第二驱动电机。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”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实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

如图1-9所示为一种水下巡航及采样机器人的实施例，包括机器人本体1，机器人本体上装有用于采样的采集装置2、用于在水中行驶的推动装置3和用于在水底行驶的行走装置4；机器人本体内装有用于提供电源的蓄电池5；推动装置3包括安装于机器人本体1两侧且相对于机器人本体1水平转动和自转的螺旋桨组件6。

如图2-3所示，具体的，机器人本体1两侧设置有水平转动块7和驱动水平转动块7转动的第一驱动装置8；水平转动块7上均装有驱动螺旋桨组件6自转的第二驱动装置9；所述螺旋桨组件6包括螺旋桨叶601、与第二驱动装置9转动连接的支撑杆602、与支撑杆602固定连接并驱动螺旋桨叶601转动的第三驱动装置603以及与支撑杆602固定连接且用于防止螺旋桨叶601和第三驱动装置603被撞的防撞围栏604。驱动装置均为电机。第一驱动装置8驱动水平转动块 7转动，转动的轴线与机器人本体前进的方向一致。第二驱动装置9和螺旋桨组件6跟随水平转动块7一同转动，在机器人本体1的两侧上下摆动。第二驱动装置9驱动螺旋桨组件6自转，使得螺旋桨叶601朝向不同的方向，然后启动第三驱动装置603，螺旋桨叶601即可产生推力，使得机器人本体向不同的方向进行移动。

如图2-3所示，机器人本体1在靠近采集装置2的一侧装有摄像装置10和照明灯11，在远离采集装置2的两侧装有平衡鳍12。摄像装置10连接水上的显示设备后，与照明灯11配合，可以将水下的情况反馈给水上的操作者。平衡鳍 12可提高机器人巡航的稳定性

如图4-6所示，采集装置2包括设置于机器人本体1远离采集装置2的一侧的采集篮13、相对于机器人本体1竖直转动的机械臂14和安装于机械臂14末端的采集爪15。

其中，机械臂14包括与机器人本体转动连接的主轴16、第一摆臂17和第二摆臂18；机器人本体1内装有驱动主轴16转动的第四驱动装置19；主轴16 上装有与第一摆臂17连接并驱动第一摆臂17沿竖直方向摆动的第一驱动电机 20；第一摆臂17装有与第二摆臂18连接并驱动第二摆臂18自转的圆盘舵机21；第二摆臂18装有与采集爪15连接并驱动采集爪15摆动的第二驱动电机22。第一驱动电机20和第二驱动电机22驱动第一摆臂17和采集爪15摆动，更容易靠近采集点，圆盘舵机驱动第二摆臂18转动，更方便采集爪15进行采集和向采集篮投入采集好的样品。

如图7-9所示，采集爪15包括夹头1501和驱动夹头1501夹紧和分开的推拉组件；所述推拉组件包括上板1502、下板1503、安装于上板1502和下板1503 之间的电动伸缩杆1504、与电动伸缩杆1504连接的连接板1505、分别与连接板 1505两侧铰接的两个推杆1506、与下板1503铰接并设置于推杆1506两侧的转动杆1507；夹头1501的一端与转动杆1507铰接，中部与推杆1506铰接。机器人本体向前行驶的时候，由于采集篮13的后方，承受较少的水冲击力，采集好的材质不容易被水流带走。当需要进行采集的时候，机械臂14转动至采集点，然后电动伸缩杆1504推动连接板1505前移，使得推杆1506向前推出，减小转动杆1507的角度，使得夹头1501张开，随后电动伸缩杆1504控制推杆1506 向后拉，增大转动杆1507的角度，使得夹头1501夹住样本。机械臂14旋转至夹头位于采集篮13的上方，打开夹头1501，采集的样本掉落入采集篮内。

本实用新型的工作原理或工作流程：机器人利用本身重力大于浮力进行下沉，当接触水底时，开启总开关，蓄电池5为机器人本体的用电器进行供电，机器人本体1通过行走装置在水底下巡航，同时尾部的平衡鳍12提高机器人巡航的稳定性；当遇到水底山丘或障碍物的时候，第二驱动装置9使得螺旋桨601朝下，启动螺旋桨601，向上产生升力，使机器人本体1上浮到一定高度时，然后在第一驱动装置8和第二驱动装置9的共同作用下控制螺旋桨组件摆动和旋转一定角度后，产生反作用力，使机器人避开障碍物的方向行驶，随后关闭螺旋桨601 或者使得螺旋桨叶潮上，重新着地，即可完成翻越海底山丘或障碍物的行动，保证机器人的运动连续性。在巡航的过程中，若用高像素摄像头10观测到可研究样本，则可以控制采样采集爪15进行操作，电动伸缩杆1504推动连接板1505 前移，使得推杆1506向前推出，减小转动杆1507的角度，使得夹头1501张开，随后电动伸缩杆1504控制推杆1506向后拉，增大转动杆1507的角度，使得夹头1501夹住样本。机械臂14旋转至夹头位于采集篮13的上方，打开夹头1501，采集的样本掉落入采集篮13内，完成一次采样操作。本实用新型只涉及机器人的结构。

本实用新型的有益效果：推动装置能够推动机器人朝向不同的方向运动，包括上浮、下潜以及转向，使得机器人在水中的运动更加灵活，更容易躲避障碍物；机器人也能够在水底下行走，方便机器人采集水底的样本和进行巡航。

实施例2

如图4和图10-11所示为一种水下巡航及采样机器人另一实施例，本实施例在实施1的基础上，对行走装置进一步的限定。

机器人本体1包括有上层101和下层102，行走装置4安装于下层102的两侧。机器人本体1分为上下两层，可以使得内部空间更加宽裕，避免不同电机之间的转动互相影响。

具体的，行走装置4包括主动轮401、从动轮402、连接主动轮401与从动轮402的履带403以及驱动主动轮401转动的驱动装置404。当机器人本体到达水底或障碍物后，可以进行行驶，前进更加方便。

如图11所示，行走装置4还包括弹性缓冲机构405，弹性缓冲机构405包括与下层连接的连接杆406，与连接杆406连接且装有弹性件407的导向杆408，在导向杆408上运动并被弹性件407推动复位的负重轮409，负重轮409紧贴履带403。履带403不接触水底或障碍物的时候，负重轮409撑开履带，处于履带的最低点。当履带403接触到水底或者障碍物的时候，负重轮409沿着导向轮向上运动，通过弹性件407的作用减缓冲击力。

弹性缓冲机构还包括第一摆杆4010和第二摆杆4011，第一摆杆4010的一端与负重轮409铰接，另一端与第二摆杆4011的其中一端铰接；第二摆杆4011 的另一端与连接杆406铰接。第一摆杆4010和第二摆杆4011能够稳固负重轮 409的运动，保证负重轮409的沿着导向杆408上下运动。本实施例中，弹性缓冲机构共设置有两个。

本实施例的其余特征与工作原理与实施例1一致。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下巡航及采样机器人，包括机器人本体(1)，所述机器人本体(1)上装有用于采样的采集装置(2)和用于在水中行驶的推动装置(3)，所述机器人本体(1)内装有用于提供电源的蓄电池(5)，其特征在于，所述机器人本体(1)还包括用于在水底行驶的行走装置(4)；所述推动装置(3)包括安装于所述机器人本体(1)两侧且相对于机器人本体(1)水平转动和自转的螺旋桨组件(6)。

2.根据权利要求1所述的一种水下巡航及采样机器人，其特征在于，所述机器人本体(1)两侧设置有水平转动块(7)和驱动所述水平转动块(7)转动的第一驱动装置(8)；所述水平转动块(7)上均装有驱动所述螺旋桨组件(6)自转的第二驱动装置(9)；所述螺旋桨组件(6)包括螺旋桨叶(601)、与所述第二驱动装置(9)转动连接的支撑杆(602)、与所述支撑杆(602)固定连接并驱动螺旋桨叶(601)转动的第三驱动装置(603)。

3.根据权利要求2所述的一种水下巡航及采样机器人，其特征在于，所述螺旋桨组件(6)还包括与所述支撑杆(602)固定连接且用于防止所述螺旋桨叶(601)和所述第三驱动装置(603)被撞的防撞围栏(604)。

4.根据权利要求1所述的一种水下巡航及采样机器人，其特征在于，所述机器人本体(1)靠近所述采集装置(2)的一侧装有摄像装置(10)和照明灯(11)，在远离所述采集装置(2)的两侧装有平衡鳍(12)。

5.根据权利要求1所述的一种水下巡航及采样机器人，其特征在于，所述采集装置(2)包括设置于机器人本体远离所述采集装置(2)的一侧的采集篮(13)、相对于所述机器人本体(1)竖直转动的机械臂(14)和安装于机械臂(14)末端的采集爪(15)；所述采集爪(15)包括夹头(1501)和驱动所述夹头(1501)夹紧和分开的推拉组件；所述推拉组件包括上板(1502)、下板(1503)、安装于所述上板(1502)和所述下板(1503)之间的电动伸缩杆(1504)、与所述电动伸缩杆(1504)连接的连接板(1505)、分别与所述连接板(1505)两侧铰接的两个推杆(1506)、与所述上板(1502)或所述下板(1503)铰接并设置于所述推杆(1506)两侧的转动杆(1507)；所述夹头(1501)的一端与所述转动杆(1507)铰接，中部与所述推杆(1506)铰接。

6.根据权利要求5所述的一种水下巡航及采样机器人，其特征在于，所述机械臂(14)包括与所述机器人本体(1)转动连接的主轴(16)、第一摆臂(17)和第二摆臂(18)；所述机器人本体(1)内装有驱动所述主轴(16)转动的第四驱动装置(19)；所述主轴(16)上装有与所述第一摆臂(17)连接并驱动所述第一摆臂(17)沿竖直方向摆动的第一驱动电机(20)；所述第一摆臂(17)装有与所述第二摆臂(18)连接并驱动所述第二摆臂(18)自转的圆盘舵机(21)；所述第二摆臂(18)装有与所述采集爪(15)连接并驱动所述采集爪(15)摆动的第二驱动电机(22)。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种水下巡航及采样机器人，其特征在于，所述机器人本体(1)包括有上层(101)和下层(102)，所述行走装置(4)安装于所述下层(102)的两侧。

8.根据权利要求7所述的一种水下巡航及采样机器人，其特征在于，所述行走装置(4)包括主动轮(401)、从动轮(402)、连接所述主动轮(401)与从动轮(402)的履带(403)以及驱动所述主动轮(401)转动的驱动装置(404)。

9.根据权利要求8所述的一种水下巡航及采样机器人，其特征在于，所述行走装置(4)还包括弹性缓冲机构(405)，所述弹性缓冲机构(405)包括与所述下层(102)连接的连接杆(406)，与所述连接杆(406)连接且装有弹性件(407)的导向杆(408)，在所述导向杆(408)上运动并被所述弹性件(407)推动复位的负重轮(409)，所述负重轮(409)紧贴所述履带(403)。

10.根据权利要求9所述的一种水下巡航及采样机器人，其特征在于，所述弹性缓冲机构(405)还包括第一摆杆(4010)和第二摆杆(4011)，所述第一摆杆(4010)的一端与所述负重轮(409)铰接，另一端与所述第二摆杆(4011)的其中一端铰接；所述第二摆杆(4011)的另一端与所述连接杆(406)铰接。

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