CN212829001U - 带有作业装置的微型水下机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水下机器人，特别是一种带有作业装置的微型水下机器人。包括水下机器人本体和作业装置，作业装置固定在水下机器人本体的底部；所述水下机器人本体包括壳体、摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器，壳体由上壳体和下壳体固定连接而成，摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器均位于壳体的空腔内，摄像头舱位于壳体的最前方，摄像头舱的两侧装两个辅助照明灯，摄像头舱的后方安装有主控舱，主控舱的后方且位于下壳体的正中心设有垂直推进器，垂直推进器的后方设有电池舱，电池舱的后方两侧且位于下壳体的尾部两侧分别设有水平推进器。其将微型有缆遥控水下机器人与作业机械手相结合，结构简单，操作方便，使得微型水下机器人有了更广的应用范围。

Description

带有作业装置的微型水下机器人

技术领域

本实用新型涉及水下机器人，特别是一种带有作业装置的微型水下机器人。

背景技术

目前，现有的绝大多数微型有缆遥控水下机器人不具备作业能力，所以使用范围受到了限制，尤其在采用流线型设计的水下机器人上，作业能力的设计更是欠缺。对于微型有缆遥控水下机器人来说，目前的关注点仅仅是在加装摄像头、深度计、声呐等常规观察、探测装置上，作业能力一直没有被重视。在一些采用开架式设计的有缆遥控水下机器人上，部分配装了作业系统，但是此类水下机器人体积偏大，重量偏沉，不适合在狭小空间进行作业；另外，其配装的作业系统一般是大中型水下机器人的配备工具，根据自由度的不同，控制方式也有差别，目前采用较多的控制方式有液压控制和伺服电机控制，此类作业工具体积较大，操作复杂，灵活性偏低，而且很难在微型水下机器人上使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种带有作业装置的微型水下机器人，其将微型有缆遥控水下机器人与作业机械手相结合，结构简单，操作方便，使得微型水下机器人有了更广的应用范围。

本实用新型的技术方案是：一种带有作业装置的微型水下机器人，包括水下机器人本体，其中，还包括作业装置，作业装置固定在水下机器人本体的底部；

所述水下机器人本体包括壳体、摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器，壳体由上壳体和下壳体固定连接而成，上壳体和下壳体组成空腔，摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器均位于壳体的空腔内，摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器均设置在下壳体上，摄像头舱位于壳体的最前方，摄像头舱的两侧装两个辅助照明灯，摄像头舱的后方安装有主控舱，主控舱的后方且位于下壳体的正中心设有垂直推进器，垂直推进器的后方设有电池舱，电池舱的后方两侧且位于下壳体的尾部两侧分别设有水平推进器；

所述作业装置为单自由度机械手，单自由度机械手包括水密接口、一体化铝合金外壳和抓手，外壳与水下机器人本体的壳体底部固定连接，外壳朝向水下机器人的一端设有水密接口，外壳的另一端设有抓手；

外壳设有抓手处的端部内设有空腔，空腔内设有内壳、电机、丝杠和内螺纹滑块，内壳与外壳的一端侧壁固定连接，丝杠的一端设置在内壳中，丝杠的另一端穿过内壳，并通过联轴器与电机的输出轴连接，丝杠的径向外侧对称设有两内螺纹滑块，内螺纹滑块呈T型，包括尺寸较大的丝杠连接端和尺寸较小的连杆连接端，其中丝杠连接端位于内壳内，丝杠连接端的内侧与丝杠相啮合，丝杠连接端的外侧与连杆连接端固定连接，连杆连接端穿过内壳侧壁的滑槽，位于内壳与外壳之间，且该端通过连杆与抓手连接，滑槽沿丝杠的轴向设置，内螺纹滑块沿滑槽滑动，滑槽的宽度小于丝杠连接端的宽度；

所述连杆包括连杆Ⅰ和连杆Ⅱ，连杆Ⅱ的一端与内螺纹滑块的连杆连接端连接，连杆Ⅱ的另一端与连杆Ⅰ连接，连杆Ⅰ与抓手连接，抓手位于壳体的外侧，壳体的端部侧壁设有孔，连杆Ⅰ在孔内滑动，连杆Ⅰ与壳体之间动态密封。

本实用新型中，所述上壳体的顶部表面设有压盖，压盖的内部装载浮力块，上壳体和下壳体之间固定连接，下壳体的底部固定有两根对称设置的支架。

所述下壳体的上表面设有安装辅助照明灯的U型卡箍，两U型卡箍之间通过螺丝固定连接并形成卡槽，辅助照明灯固定安装在卡槽内。

所述主控舱舱体的两侧端盖上均设有数道橡胶密封圈，左侧端盖面上设有安装压力传感器的通孔，右侧端盖面上设有作为泄气阀的通孔，主控舱和摄像头舱之间通过摄像头的数据线和照明灯的数据线连接。

所述主控舱的后方且位于下壳体的正中心设有圆形通孔，通孔处设有三角支撑架，三角支撑架的中心呈圆盘状，圆盘的中心设有中心孔，圆盘位于圆形通孔内，且圆盘与圆形通孔的孔壁之间存在环形间隙，圆盘的外壁与圆形通孔的孔壁之间通过数个沿环形间隙间隔设置的支撑杆连接，垂直推进器固定在三角支撑架的圆盘上。

所述单自由度机械手通过卡扣安装于壳体的下方，卡扣由两个对称设置的卡箍组成，两卡箍之间通过螺纹固定连接并形成卡槽，单自由度机械手固定设置在卡槽内，卡槽与下壳体的底部之间呈45°。

所述水密接口处向外伸出三根铜接线柱，三根接线柱呈“品”字形分布，其中位于上面的接线柱为信号线，位于下面的两根接线柱为正负接线柱，各接线柱之间通过绝缘橡胶隔开，水密接口通过环氧树脂灌封的方式固定于外壳的一端。

所述抓手呈椭圆型，两抓手上有数个大小不同的开孔，抓手的自由端呈尖状。

本实用新型的有益效果是：

(1)通过在微型水下机器人上设置作业机械手，使微型水下机器人也具备了简单的作用能力，使微型水下机器人有更广的应用范围；

(2)结构简单，操作方便，成本低。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型除去上壳体后的俯视结构示意图；

图3是作业装置抓手处的局部结构示意图。

图中：1上壳体；2下壳体；3支架；4作业装置；401抓手；402连杆Ⅰ；403连杆Ⅱ；404滑槽；405内壳；406联轴器；407电机；408丝杠；409内螺纹滑块；410外壳；411孔； 5辅助照明灯Ⅰ；6水平推进器Ⅰ；7水平推进器Ⅱ；8电池舱；9垂直推进器；10主控舱； 11辅助照明灯Ⅱ；12摄像头舱。

具体实施方式

为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。

如图1和图2所示，本实用新型所述的带有作业装置的微型水下机器人包括水下机器人本体和作业装置，作业装置通过卡箍固定在水下机器人本体的底部。水下机器人本体包括岸基部分和水下本体，岸基部分包括岸基控制台和脐带缆绞线盘，脐带缆绞线盘上安装有岸基通信模块，岸基控制台通过脐带缆与水下机器人本体连接。

水下机器人本体包括壳体、摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器，壳体采用流线型设计，由上壳体1和下壳体2固定连接而成，上壳体1和下壳体2组成空腔，摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器均位于壳体的空腔内，摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器均设置在下壳体2上。壳体采用流线型扁平设计，上壳体1的顶部表面设计有压盖，压盖的内部可以装载浮力块，压盖的末端设有水密接口的通孔，上壳体 1和下壳体2之间通过热熔螺丝和螺母固定连接，最大限度的提升了水下机器人运行的平稳性。下壳体2的底部固定有两根对称设置的支架3，支架3通过数个螺丝固定于下壳体2上，下水工作时支架3可以从壳体上取下。

摄像头舱12位于壳体的最前方，摄像头舱12的舱体材质采用亚克力玻璃，摄像头舱12 两端的端盖采用铝合金，端盖与摄像头舱12之间设有橡胶密封圈。摄像头舱12内设有高清 USB摄像头。

摄像头舱12的两侧装两个辅助照明灯，分别是辅助照明灯Ⅰ5和辅助照明灯Ⅱ11，两辅助照明灯的灯珠采用大功率LED灯，下壳体2的上表面设有安装辅助照明灯的U型卡箍，两 U型卡箍之间通过螺丝固定连接并形成卡槽，辅助照明灯固定安装在卡槽内。

摄像头舱12的后方安装有主控舱10，主控舱10内装有各类电路板，主控舱的舱体和舱体两端的端盖均选用铝合金材料，端盖上有两道橡胶密封圈，实现了舱体与端盖之间的密封连接。左侧端盖面上设有安装压力传感器的通孔，右侧端盖面上设有作为泄气阀的通孔。主控舱10和摄像头舱12之间通过摄像头的数据线和照明灯的数据线连接，上述数据线通过主控舱的的右侧端盖进入主控舱10内，电池的供电线、电机电调的控制信号线、电机电调的电源线均通过主控舱的左侧端盖进入主控舱内。下壳体2的上表面设有安装有摄像头舱和主控舱的卡槽。

主控舱10的后方且位于下壳体的正中心设有圆形通孔，通孔处设有三角支撑架，三角支撑架的中心呈圆盘状，圆盘的中心设有中心孔，圆盘位于圆形通孔内，且圆盘与圆形通孔的孔壁之间存在环形间隙，圆盘的外壁与圆形通孔的孔壁之间通过三个沿环形间隙间隔设置的支撑杆连接，圆盘的四个对交处分别设置丝孔，垂直推进器9通过螺丝固定在三角支撑架的圆盘上。

垂直推进器9的后方设有电池舱8，电池舱8呈矩形盒状，采用塑料制成，电池舱8通过螺丝固定在下壳体2上，电池舱8内设有电池，电池可以提供的最大电压为16.8V。

电池舱8的后方两侧且位于下壳体2的尾部两侧分别设有两条排水沟道，距离排水沟道末端64mm处设有T型支撑架，T型支撑架上分别安装有水平推进器，分别为水平推进器Ⅰ6 和水平推进器Ⅱ7。位于两排水沟道前方的壳体的外侧壁上分别设有引流开孔，为电机排水提供一个完整的通道。

本实用新型采用的作业装置4为单自由度机械手，单自由度机械手通过卡扣安装于壳体的下方，卡扣由两个对称设置的卡箍组成，两卡箍之间通过螺纹固定连接并形成卡槽，单自由度机械手固定设置在卡槽内，卡槽与下壳体的底部之间呈45°，保证摄像头中能清晰的看到单自由度机械手。

单自由度机械手包括水密接口、一体化铝合金外壳410和抓手401，外壳410与水下机器人本体的壳体底部固定连接，外壳410朝向水下机器人的一端设有水密接口，外壳410的另一端设有抓手401。水密接口处向外伸出三根铜接线柱，三根接线柱呈“品”字形分布，其中位于上面的接线柱为信号线，位于下面的两根接线柱为正负接线柱，各接线柱之间通过绝缘橡胶隔开。水密接口为机械手提供电源，并传输控制信号，水密接口通过环氧树脂灌封的方式固定于外壳410的一端。

作业装置抓手处的结构如图3所示，外壳410设有抓手处的端部内设有空腔，空腔内设有内壳405、电机407、丝杠408和内螺纹滑块409，内壳405与外壳410的一端侧壁固定连接，丝杠408的一端设置在内壳405内，丝杠408的另一端穿过内壳，位于内壳405的外部，并通过联轴器406与电机407的输出轴连接，电机407动作，通过联轴器406带动丝杠408 转动。丝杠408的径向外侧对称设有两内螺纹滑块409，内螺纹滑块409呈T型，包括尺寸较大的丝杠连接端和尺寸较小的连杆连接端，其中丝杠连接端位于内壳405内，丝杠连接端的内侧与丝杠408相啮合，丝杠连接端的外侧与连杆连接端固定连接，连杆连接端穿过内壳 405上的滑槽404，位于内壳405与外壳410之间，且该端通过连杆与抓手401连接。滑槽 404在内壳的侧壁上且沿丝杠的轴向设置，内螺纹滑块409可以沿滑槽404滑动。滑槽404 的宽度小于丝杠连接端的宽度，从而将内螺纹滑块409限位在内壳405和丝杠408之间。

连杆包括连杆Ⅰ402和连杆Ⅱ403，其中连杆Ⅱ403的一端与内螺纹滑块409的连杆连接端连接，连杆Ⅱ403的另一端与连杆Ⅰ402连接，连杆Ⅰ402与抓手401连接，抓手401位于壳体的外侧，壳体的端部侧壁设有孔411，以便于连杆Ⅰ402在孔411内滑动，连杆Ⅰ402与壳体之间的密封采用动态密封方式，采用柔性橡胶固定在孔411的孔壁上，连杆Ⅰ402从柔性橡胶的中心穿过并固定，该种密封方式不影响连杆Ⅰ402在孔内的往复移动。

抓手401呈椭圆型，两抓手上有大小不一的开孔，用来减小水阻力。抓手的自由端比较尖锐，用来抓取物品，抓手与连杆连接的一端较宽。

电机407工作的同时带动丝杠408转动，通过丝杠408与内螺纹滑块409之间的啮合，内螺纹滑块409沿丝杠408的轴向往复移动：电机407正转，当丝杠408带动内螺纹滑块向抓手401方向移动时，通过连杆Ⅰ402和连杆Ⅱ403实现两抓手401的向内动作，两抓手401 关闭，从而实现了对物体的抓取。电机407反转，当丝杠408带动内螺纹滑块409向电机407 方向移动时，通过连杆Ⅰ402和连杆Ⅱ403实现两抓手401的向外动作，两抓手401打开，从而实现了其抓取物体的释放，完成了作业过程。

本实用新型的工作过程如下所述：由岸基界面发送指令，控制水下机器人本体的运动轨迹，发送的指令包括控制水下机器人本体的推进器的指令、控制辅助照明灯开关及亮度调节的指令、控制机械手活动的指令、拍照及录制视频的指令，岸基界面可以接收到水下机器人本体反馈的数据。当需要作业装置完成简单的抓取作业时，岸基界面发送指令，使电机407 反转，此时两抓手401打开，将待抓取的物体位于两抓手401之间；然后使电机407正转，两抓手401关闭，将物体固定抓取在两抓手401之间。回收水下机器人本体后，电机407反转，两抓手401打开，实现了对抓取物体的释放。通过该微型水下机器人，实现了对水下物体的抓取，既可以给用于娱乐的消费者带来更完整的操作体验，还能协助科研工作者完成相关的简单的科研任务。

以上对本实用新型所提供的带有作业装置的微型水下机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种带有作业装置的微型水下机器人，包括水下机器人本体，其特征在于：还包括作业装置，作业装置固定在水下机器人本体的底部；

所述水下机器人本体包括壳体、摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器，壳体由上壳体(1)和下壳体(2)固定连接而成，上壳体(1)和下壳体(2)组成空腔，摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器均位于壳体的空腔内，摄像头舱、主控舱、电池舱、辅助照明灯和推进器均设置在下壳体(2)上，摄像头舱(12)位于壳体的最前方，摄像头舱(12)的两侧装两个辅助照明灯，摄像头舱(12)的后方安装有主控舱(10)，主控舱(10)的后方且位于下壳体的正中心设有垂直推进器(9)，垂直推进器(9)的后方设有电池舱(8)，电池舱(8)的后方两侧且位于下壳体(2)的尾部两侧分别设有水平推进器；

所述作业装置(4)为单自由度机械手，单自由度机械手包括水密接口、外壳(410)和抓手(401)，外壳(410)与水下机器人本体的壳体底部固定连接，外壳(410)朝向水下机器人的一端设有水密接口，外壳(410)的另一端设有抓手(401)；

外壳(410)与抓手连接的端部内设有空腔，空腔内设有内壳(405)、电机(407)、丝杠(408)和内螺纹滑块(409)，内壳(405)与外壳(410)的一端侧壁固定连接，丝杠(408)的一端设置在内壳(405)中，丝杠(408)的另一端穿过内壳，并通过联轴器(406)与电机(407)的输出轴连接，丝杠(408)的径向外侧对称设有两内螺纹滑块(409)，内螺纹滑块(409)呈T型，包括尺寸较大的丝杠连接端和尺寸较小的连杆连接端，其中丝杠连接端位于内壳(405)内，丝杠连接端的内侧与丝杠(408)相啮合，丝杠连接端的外侧与连杆连接端固定连接，连杆连接端穿过内壳(405)侧壁的滑槽(404)，位于内壳(405)与外壳(410)之间，且该端通过连杆与抓手(401)连接，滑槽(404)沿丝杠的轴向设置，内螺纹滑块(409)沿滑槽(404)滑动，滑槽(404)的宽度小于丝杠连接端的宽度；

所述连杆包括连杆Ⅰ(402)和连杆Ⅱ(403)，连杆Ⅱ(403)的一端与内螺纹滑块(409)的连杆连接端连接，连杆Ⅱ(403)的另一端与连杆Ⅰ(402)连接，连杆Ⅰ(402)与抓手(401)连接，抓手(401)位于壳体的外侧，壳体的端部侧壁设有孔(411)，连杆Ⅰ(402)在孔(411)内滑动，连杆Ⅰ(402)与壳体之间动态密封。

2.根据权利要求1所述的带有作业装置的微型水下机器人，其特征在于：所述上壳体(1)的顶部表面设有压盖，压盖的内部装载浮力块，下壳体(2)的底部固定有两根对称设置的支架(3)。

3.根据权利要求1所述的带有作业装置的微型水下机器人，其特征在于：所述下壳体(2)的上表面设有安装辅助照明灯的U型卡箍，两U型卡箍之间通过螺丝固定连接并形成卡槽，辅助照明灯固定安装在卡槽内。

4.根据权利要求1所述的带有作业装置的微型水下机器人，其特征在于：所述主控舱舱体的两侧端盖上均设有数道橡胶密封圈，左侧端盖面上设有安装压力传感器的通孔，右侧端盖面上设有作为泄气阀的通孔，主控舱(10)和摄像头舱(12)之间通过摄像头的数据线和照明灯的数据线连接。

5.根据权利要求1所述的带有作业装置的微型水下机器人，其特征在于：所述主控舱(10)的后方且位于下壳体的正中心设有圆形通孔，通孔处设有三角支撑架，三角支撑架的中心呈圆盘状，圆盘的中心设有中心孔，圆盘位于圆形通孔内，且圆盘与圆形通孔的孔壁之间存在环形间隙，圆盘的外壁与圆形通孔的孔壁之间通过数个沿环形间隙间隔设置的支撑杆连接，垂直推进器固定在三角支撑架的圆盘上。

6.根据权利要求1所述的带有作业装置的微型水下机器人，其特征在于：所述单自由度机械手通过卡扣安装于壳体的下方，卡扣由两个对称设置的卡箍组成，两卡箍之间通过螺纹固定连接并形成卡槽，单自由度机械手固定设置在卡槽内，卡槽与下壳体的底部之间呈45°。

7.根据权利要求1所述的带有作业装置的微型水下机器人，其特征在于：所述水密接口处向外伸出三根铜接线柱，三根接线柱呈“品”字形分布，其中位于上面的接线柱为信号线，位于下面的两根接线柱为正负接线柱，各接线柱之间通过绝缘橡胶隔开，水密接口通过环氧树脂灌封的方式固定于外壳(410)的一端。

8.根据权利要求1所述的带有作业装置的微型水下机器人，其特征在于：所述抓手(401)呈椭圆型，两抓手上有数个大小不同的开孔，抓手的自由端呈尖状。

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