CN214493305U - 一种水下无人工程车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下无人工程车，包括水上控制设备、电缆和工程车本体，工程车本体包括耐压电器舱和安装在耐压电器舱两侧的履带行走机构，耐压电器舱通过电缆与水上控制设备连接，工程车本体的两侧对称布置有四个可独立变频控制的推进器，推进器的推力方向与履带行走机构的前进方向垂直，推进器通过空心的推进器支架与耐压电器舱密封连接，推进器支架内腔与耐压电器舱联通形成整体密封仓。本实用新型能实现XYZ三轴自由旋转，可以对所有角度的水下工程进行作业，作业过程中不易移动位置，具有显著的经济价值和社会价值。

Description

一种水下无人工程车

技术领域

本实用新型涉及水下作业设备技术领域，具体涉及一种水下无人工程车。

背景技术

水下机器人是一种具有智能功能的潜水器，是工作于水下的极限作业设备，能潜入水中代替人完成某些操作，由于水下环境恶劣危险，且人的潜水深度有限，所以水下机器人成为了开发海洋的重要工具。目前，水下机器人在海上救援、石油开发、地貌勘察、科研、水产养殖、水下船体检修清洁、潜水娱乐、城市管道检测等领域的作用开始显现出来，市场也正在兴起。国内外专家学者根据水下机器人的智能化程度和使用需求，将其分为四类，即拖曳式水下机器人TUV、遥控式水下机器人ROV、无人无缆水下机器人UUV和智能水下机器人AUV，前两种水下机器人均带缆，由母船上人工控制，后两种水下机器人均为无人无缆、自主航行的水下机器人，分别由预编程控制和智能式控制。

水下无人工程车属于水下机器人的一种，在实际作业过程中发现存在以下问题：一是现有的几乎所有水下机器人只能在水下某个深度水平航行，可以前后左右移动，也可以在水平面上旋转，但无法实现前后左右翻滚，无法对水下垂直墙壁和水下天花板（如船底）进行工程作业；二是现有水下机器人在进行工程作业时是悬浮在水中的，作业过程中无法在水中固定位置，在作业反作用下机器人的位置很容易偏移，作业难度很大，上述问题的存在使得水下无人工程车的使用受到限制，不能很好的完成水下作业。因此，研制开发一种能实现XYZ三轴自由旋转，可以对所有角度的水下工程进行作业，作业过程中不易移动位置的水下无人工程车是客观需要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能实现XYZ三轴自由旋转，可以对所有角度的水下工程进行作业，作业过程中不易移动位置的水下无人工程车。

本实用新型的目的是这样实现的，包括水上控制设备、电缆和工程车本体，工程车本体包括耐压电器舱和安装在耐压电器舱两侧的履带行走机构，耐压电器舱通过电缆与水上控制设备连接，工程车本体的两侧对称布置有四个可独立变频控制的推进器，推进器的推力方向与履带行走机构的前进方向垂直，推进器通过空心的推进器支架与耐压电器舱密封连接，推进器支架内腔与耐压电器舱联通形成整体密封仓。

进一步的，耐压电器舱内安装有工程车的电气控制元器件和动力驱动部件，耐压电器舱的顶部安装有电器舱密封盖、充气安全阀和压力传感器，耐压电器舱的两端各设置有多个功能接口，功能接口用于连接安装工程车的作业机构，电缆通过电器舱密封盖上的水密接插件与耐压电器舱密封连接。

进一步的，作业机构为清洗机构，清洗机构包括清洗管和多个设置在清洗管上的清洗枪头，清洗管通过连接杆安装在功能接口上。

进一步的，履带行走机构包括驱动轮总成和从动轮总成，驱动轮总成包括安装在耐压电器舱内传动连接的驱动电机和驱动减速器，驱动减速器的输出轴伸出耐压电器舱的侧壁后安装有驱动轮，驱动减速器的输出轴与耐压电器舱的侧壁之间通过动密封结构活动连接，从动轮总成包括支座和转动安装在支座上的从动轮，支座固定在耐压电器舱的侧壁上，驱动轮和从动轮之间配合设置有宽幅履带。

进一步的，两个履带行走机构中的驱动轮总成呈对角线布置。

进一步的，支座上加工有滑槽，滑槽内滑动安装有滑块，从动轮安装在滑块上，滑槽一端的支座上设置有挡块，挡块上通过螺纹拧入有张紧螺栓，张紧螺栓的螺纹端与滑块的端部转动连接，滑槽的槽底沿滑槽的长度方向间隔加工有多个螺纹孔，滑块上加工有与螺纹孔相对应的通孔，相对应的通孔和螺纹孔内安装有定位螺栓。

进一步的，推进器包括密封壳体、推进器电机和推进器减速机，密封壳体包括密封固定连接的锥体、耐压圆筒和推进器密封盖，推进器电机和推进器减速机集成安装在密封壳体的内部，推进器电机的输出轴与推进器减速机的输入轴传动连接，推进器减速机的输出轴伸出锥体后安装有螺旋桨，推进器减速机的输出轴与锥体之间通过动密封结构活动连接，螺旋桨的外侧同轴设置有导管，导管的内壁通过连杆与锥体固定连接，耐压圆筒的内腔与推进器支架的内腔连通。

进一步的，每个推进器支架下方的耐压电器舱侧壁上均安装有一个配重块。

进一步的，耐压电器舱顶部的一端及其中一个推进器的底部安装有摄像头，摄像头的周围圆周均布有多个COB光源。

进一步的，耐压电器舱的内部设置有漏水报警装置。

本实用新型的有益效果如下：

一、本实用新型取消了普通水下机器人的浮力块，通过最大限度增加耐压电器舱排水量的方法来弥补取消浮力块带来的浮力损失，提高了水下无人工程车的可靠性，本实用新型中推进器支架内腔与耐压电器舱联通形成整体密封仓，各电气元件均密封安装在该封密封仓内，节省空间的同时减少了各个电气元件的密封环节，省去了水下密封布线环节，降低了水下无人工程车的设计和制造难度，提高了本实用新型在水下作业时的安全性和可靠性，本实用新型在下水前，只需对密封仓内充气，然后放入水中即可检查整体密封性能，保证封闭腔体的密封性能。

二、本实用新型将空中多旋翼无人机的工作原理运用到水下无人工程车上，安装了四个可独立变频控制的推进器，使得水下无人工程车除了能在水下前后左右以及上下平移外，还能够实现XYZ三轴自由旋转，也就是说，本实用新型所述的水下无人工程车既可以竖直在水中航行，也可以翻转后底朝上顶朝下在水中航行，还可以以各种俯仰姿态在水中航行，相比于普通水下无人机来说，多了两个航行维度，使得本实用新型能对所有角度的水下工程进行作业。

三、本实用新型中设置的四个推进器除了使水下无人工程车能在水下航行外，还兼有将无人车紧压在工程作业面上的功能，使得工程车可对任意角度的工程作业面进行作业，而被紧压在工程作业面上的无人工程车利用宽幅履带在工程作业面上爬行，实现了水下爬壁机器人的功能，由于四个推进器的作用，使得水下无人工程车能固定住自己的位置，作业过程中不容易移动位置。

综上所述，本实用新型能实现XYZ三轴自由旋转，可以对所有角度的水下工程进行作业，作业过程中不易移动位置，具有显著的经济价值和社会价值。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型另一个角度的立体结构示意图；

图3为本实用新型的俯视结构示意图；

图4为图2中A-A的剖视结构示意图；

图5为本实用新型中推进器的结构示意图；

图6为本实用新型中驱动轮总成的结构示意图；

图7为本实用新型中摄像头23和COB光源24的结构示意图；

图8为本实用新型中从动轮总成的结构示意图；

图9为本实用新型中支座16、滑块26、张紧螺栓28和定位螺栓30的结构示意图；

图中：1-耐压电器舱，2-电器舱密封盖，3-充气安全阀，4-压力传感器，5-功能接口，6-水密接插件，7-电缆，8-主支架，9-斜支架，10-密封壳体，11-螺旋桨，12-导管，13-驱动电机，14-驱动减速器，15-驱动轮，16-支座，17-从动轮，18-宽幅履带，19-配重块，20-清洗管，21-清洗枪头，22-连接杆，23-摄像头，24-COB光源，25-滑槽，26-滑块，27-挡块，28-张紧螺栓，29-通孔，30-定位螺栓，31-锥体，32-耐压圆筒，33-推进器密封盖，34-漏水报警装置，35-螺纹孔，36-第一推进器，37-第二推进器，38-第三推进器，39-第四推进器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1～9所示，本实用新型包括水上控制设备、电缆7和工程车本体，电缆7可选用零浮力电缆，水上控制设备为现有技术，设置在水面上，操作控制人员通过电缆7向水下的工程车本体传输电能、数据和信号，接收水下工程车本体及各仪器的数据和信号，并将其实时显示在水上控制设备上，使得操作控制人员可以实时监控水下无人工程车的工作状态，工程车本体包括耐压电器舱1和安装在耐压电器舱1两侧的履带行走机构，耐压电器舱1通过电缆7与水上控制设备连接，工程车本体的两侧对称布置有四个可独立变频控制的推进器，推进器的推力方向与履带行走机构的前进方向垂直，推进器通过空心的推进器支架与耐压电器舱1密封连接，推进器支架内腔与耐压电器舱1联通形成整体密封仓，本实用新型中的推进器支架可设置为Y形，包括相互连通的一个主支架8和两个斜支架9，主支架8的端部与耐压电器舱1侧壁的中部连通，推进器安装在斜支架9的端部。

本实用新型中推进器支架内腔与耐压电器舱1联通形成整体密封仓，各电气元件均密封安装在该封密封仓内，节省空间的同时减少了各个电气元件的密封环节，省去了水下密封布线环节，降低了水下无人工程车的设计和制造难度，提高了本实用新型在水下作业时的安全性和可靠性；本实用新型在下水前，只需对密封仓内充气，然后放入水中即可检查整体密封性能，保证封闭腔体的密封性能；本实用新型取消了普通水下机器人的浮力块，通过最大限度增加耐压电器舱1排水量的方法来弥补取消浮力块带来的浮力损失，提高了水下无人工程车的可靠性。

耐压电器舱1内安装有工程车的电气控制元器件和动力驱动部件，耐压电器舱1的顶部安装有电器舱密封盖2、充气安全阀3和压力传感器4，下水前，通过充气安全阀3向耐压电器舱1中充气检查密封性能，当耐压电器舱1中的压力过大时，充气安全阀3可自动打开进行泄压，保证耐压电器舱1的密封可靠性和安全性，耐压电器舱1的两端各设置有多个功能接口5，功能接口5用于连接安装工程车的作业机构，本实用新型中的作业机构可根据需要设置，根据设置作业机构的不同而成为具有不同功能的各种水下无人工程机械，如：水下挖掘机、水下推土机、大坝水下探测检修机器人、水下焊接机器人、水下清洗机器人等，而这些设备目前也是市场上缺少且实际需要的设备，电缆7通过电器舱密封盖2上的水密接插件6与耐压电器舱1密封连接。

作业机构为清洗机构，可使用于洗船业，清洗机构包括清洗管20和多个设置在清洗管20上的清洗枪头21，清洗管20和清洗枪头21形成清洗枪排，清洗管20通过连接杆22安装在功能接口5上，在使用时，通过清洗管20和清洗枪头21喷射高速水流，对作业面进行清洗，相对于人工清洗来说，清洗效率较高，安全性更好，通过水下空化射流枪排，本实用新型通过多自由度的方法航行到船体的任何位置，将宽幅履带18对准船体表面，使宽幅履带18贴在船体表面并压紧，此时，四个推进器总成中的螺旋桨11进行恒转速运动，即可将水下无人工程车的行走控制权交给宽幅履带18，通过宽幅履带18在船体表面行走，本实用新型即可携带着清洗枪排在船体表面（如船壁、船底）上行走，并在行走过程中进行清洗作业，与潜水员水下清洗相比，效率更高、清洗周期更短、成本更低、安全性能更高，与船坞清洗相比，成本更低、清洗周期更短、更环保。

履带行走机构包括驱动轮总成和从动轮总成，驱动轮总成包括安装在耐压电器舱1内传动连接的驱动电机13和驱动减速器14，驱动减速器14的输出轴伸出耐压电器舱1的侧壁后安装有驱动轮15，驱动减速器14的输出轴与耐压电器舱1的侧壁之间通过动密封结构活动连接，从动轮总成包括支座16和转动安装在支座16上的从动轮17，支座16固定在耐压电器舱1的侧壁上，驱动轮15和从动轮17之间配合设置有宽幅履带18，推进器支架位于宽幅履带18中间的空隙中，可增加整体结构的紧凑性，同时压低了整体重心，提高了水下无人工程车的航行操控性。

两个履带行走机构中的驱动轮总成呈对角线布置，由于驱动轮总成中安装有驱动电机13和驱动减速器14，需要占用一定的空间，当两个驱动轮总成并排布置时，需要更大的空间才能满足安装需求，而对角线布置的驱动轮总成，将两个驱动轮总成错开安装，可大幅减少耐压电器舱1在宽度方向上的尺寸，从而增加本实用新型整体结构的紧凑性。

支座16上加工有滑槽25，滑槽25内滑动安装有滑块26，从动轮17安装在滑块26上，滑槽25一端的支座16上设置有挡块27，挡块27上通过螺纹拧入有张紧螺栓28，张紧螺栓28的螺纹端与滑块26的端部转动连接，滑槽25的槽底沿滑槽25的长度方向间隔加工有多个螺纹孔35，滑块26上加工有与螺纹孔35相对应的通孔29，相对应的通孔29和螺纹孔35内安装有定位螺栓30，为了宽幅履带18的装卸方便，也为了防止宽幅履带18在工程车作业过程中因过于松弛而脱落，需对宽幅履带18进行张紧操作，具体张紧过程是：旋转张紧螺栓28，张紧螺栓28在转动过程中沿其轴向移动，同时带着滑块26在滑槽25内移动，而从动轮17是安装在滑块26上的，即可带着从动轮17移动，当张紧到位后，使用定位螺栓30穿入通孔29并拧入螺纹孔35内，即可将滑块26和从动轮17固定住，实现从动轮17的张紧。

推进器包括密封壳体10、推进器电机和推进器减速机，密封壳体10包括密封固定连接的锥体31、耐压圆筒32和推进器密封盖33，推进器密封盖33为半球形封头，也可根据需要选用其它形式的结构，推进器电机和推进器减速机集成安装在密封壳体10的内部，推进器电机的输出轴与推进器减速机的输入轴传动连接，推进器减速机的输出轴伸出锥体31后安装有螺旋桨11，推进器减速机的输出轴与锥体31之间通过动密封结构活动连接，螺旋桨11的外侧同轴设置有导管12，导管12的内壁通过连杆与锥体31固定连接，耐压圆筒32的内腔与推进器支架的内腔连通，推进器电机和推进器减速机集成密封安装在密封壳体10内，实现了密封壳体10、动密封、推进器电机和推进器减速机的一体化设计，有利于提高本实用新型的紧凑性和可靠性。

每个推进器支架下方的耐压电器舱1侧壁上均安装有一个配重块19，通过配置重量合适的配重块19，增加本实用新型整体的质量，使得本实用新型在水平状态下作业时，四个推进器只需提供较小的推力即可将工程车压紧在工作面上，而不会因为浮力的作用而上升，可以在一定程度上降低能量消耗。

耐压电器舱1顶部的一端及其中一个推进器的底部安装有摄像头23，摄像头23的周围圆周均布有多个COB光源24，耐压电器舱1顶部的摄像头23可以对本实用新型的作业过程进行监控，密封壳体10底部的摄像头23可以对本实用新型在水中的航行过程进行监控，而COB光源24可以为摄像头23提供照明，使得画面明亮清晰，在实际使用过程中，将多个COB光源24布置在摄像头23的四周，COB光源24和摄像头23可以组成水下照明和摄像一体化水下摄像照明镜头，提高摄像的质量。

耐压电器舱1的内部设置有漏水报警装置34，漏水报警装置34为现有技术，本实用新型在水下作业时，当耐压电器舱1内部进水时，漏水报警装置34能够检测到漏水情况并向水上控制设备发出报警，便于在耐压电器舱1漏水时及时发现和维护，降低耐压电器舱1内部各电机和减速机的损坏几率。

在本实用新型中，四个推进器布置在耐压电器舱1的四周，有利于增大耐压电器舱1的排水量，四个推进器的流体性能得到优化，同时，四个推进器中的螺旋桨11均可进行正反转，转速可各自调控，即可实现水下无人工程车航行过程中的前进后退操作，本实用新型的前进后退方向与宽幅履带18的履带平面垂直，仅用四个推进器就实现了水下无人工程车的多维度运动，与市场上现有水下机器人相比，推进器更少，能实现的动作更多，可实现本实用新型的全自由度运动。本实用新型中，四个推进器分别为第一推进器36、第二推进器37、第三推进器38和第四推进器39，当第一推进器36和第三推进器38中的螺旋桨11旋向相同，第二推进器37和第四推进器39中的螺旋桨11旋向相同，第一推进器36和第二推进器37中的螺旋桨11旋向相反时，可实现水下无人工程车航行过程中平面旋转操作。

Claims (10)

1.一种水下无人工程车，包括水上控制设备、电缆（7）和工程车本体，其特征在于：所述工程车本体包括耐压电器舱（1）和安装在耐压电器舱（1）两侧的履带行走机构，所述耐压电器舱（1）通过电缆（7）与水上控制设备连接，所述工程车本体的两侧对称布置有四个可独立变频控制的推进器，推进器的推力方向与履带行走机构的前进方向垂直，推进器通过空心的推进器支架与耐压电器舱（1）密封连接，推进器支架内腔与耐压电器舱（1）联通形成整体密封仓。

2.根据权利要求1所述的一种水下无人工程车，其特征在于: 所述耐压电器舱（1）内安装有工程车的电气控制元器件和动力驱动部件，耐压电器舱（1）的顶部安装有电器舱密封盖（2）、充气安全阀（3）和压力传感器（4），耐压电器舱（1）的两端各设置有多个功能接口（5），功能接口（5）用于连接安装工程车的作业机构，所述电缆（7）通过电器舱密封盖（2）上的水密接插件（6）与耐压电器舱（1）密封连接。

3.根据权利要求2所述的一种水下无人工程车，其特征在于:所述作业机构为清洗机构，清洗机构包括清洗管（20）和多个设置在清洗管（20）上的清洗枪头（21），所述清洗管（20）通过连接杆（22）安装在功能接口（5）上。

4.根据权利要求1所述的一种水下无人工程车，其特征在于:所述履带行走机构包括驱动轮总成和从动轮总成，所述驱动轮总成包括安装在耐压电器舱（1）内传动连接的驱动电机（13）和驱动减速器（14），驱动减速器（14）的输出轴伸出耐压电器舱（1）的侧壁后安装有驱动轮（15），所述驱动减速器（14）的输出轴与耐压电器舱（1）的侧壁之间通过动密封结构活动连接，所述从动轮总成包括支座（16）和转动安装在支座（16）上的从动轮（17），所述支座（16）固定在耐压电器舱（1）的侧壁上，所述驱动轮（15）和从动轮（17）之间配合设置有宽幅履带（18）。

5.根据权利要求4所述的一种水下无人工程车，其特征在于:两个履带行走机构中的驱动轮总成呈对角线布置。

6.根据权利要求4所述的一种水下无人工程车，其特征在于:所述支座（16）上加工有滑槽（25），滑槽（25）内滑动安装有滑块（26），所述从动轮（17）安装在滑块（26）上，所述滑槽（25）一端的支座（16）上设置有挡块（27），挡块（27）上通过螺纹拧入有张紧螺栓（28），张紧螺栓（28）的螺纹端与滑块（26）的端部转动连接，所述滑槽（25）的槽底沿滑槽（25）的长度方向间隔加工有多个螺纹孔（35），所述滑块（26）上加工有与螺纹孔（35）相对应的通孔（29），相对应的通孔（29）和螺纹孔（35）内安装有定位螺栓（30）。

7.根据权利要求1所述的一种水下无人工程车，其特征在于: 所述推进器包括密封壳体（10）、推进器电机和推进器减速机，所述密封壳体（10）包括密封固定连接的锥体（31）、耐压圆筒（32）和推进器密封盖（33），所述推进器电机和推进器减速机集成安装在密封壳体（10）的内部，推进器电机的输出轴与推进器减速机的输入轴传动连接，所述推进器减速机的输出轴伸出锥体（31）后安装有螺旋桨（11），推进器减速机的输出轴与锥体（31）之间通过动密封结构活动连接，所述螺旋桨（11）的外侧同轴设置有导管（12），导管（12）的内壁通过连杆与锥体（31）固定连接，所述耐压圆筒（32）的内腔与推进器支架的内腔连通。

8.根据权利要求1所述的一种水下无人工程车，其特征在于:每个推进器支架下方的耐压电器舱（1）侧壁上均安装有一个配重块（19）。

9.根据权利要求1所述的一种水下无人工程车，其特征在于:所述耐压电器舱（1）顶部的一端及其中一个推进器的底部安装有摄像头（23），摄像头（23）的周围圆周均布有多个COB光源（24）。

10.根据权利要求1所述的一种水下无人工程车，其特征在于:所述耐压电器舱（1）的内部设置有漏水报警装置（34）。

Images