CN215554051U - 一种水下机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下机器人，涉及水下运动技术领域，包括主舱室、图像采集元件、控制器和推进组件，主舱室的侧壁上开设有观察窗，图像采集元件固定在主舱室内，且图像采集元件能够通过观察窗采集水下图像，推进组件固定在主舱室的外壁上，控制器固定在主舱室内部，且控制器能够控制推进组件的运动状态，并使推进组件带动主舱室在水下移动；主舱室包括密封盖板，且主舱室上设有安装口，安装口能够连通主舱室和外界，密封盖板固定在安装口处，且密封盖板能够拆卸，密封盖板能够对安装口密封。该水下机器人结构简单、灵活性好，能够适用于水下探寻及教学。

Description

一种水下机器人

技术领域

本实用新型涉及水下运动技术领域，具体是涉及一种水下机器人。

背景技术

水下机器人在许多领域都发挥着重要作用，比如：水下沉船的打捞、水下建筑物修筑、监测、维修、水厂养殖等等相关领域，但现有的水下机器人一般功能较多，进而导致结构复杂、体积过大，且成本较高，不适合作为娱乐和教学使用，且现有的水下机器人的外壳为接合固定，且无法拆卸，进而不能根据实际功能需要对主舱室内的各元器件进行加装或卸载，进而也增加了整体体积和重量，因此需要提供一种水下机器人，结构简单、能够帮助解决水下探寻以及教学方面问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种水下机器人，以解决上述现有技术存在的问题，结构简单、灵活性好，能够适用于水下探寻及教学。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种水下机器人，包括主舱室、图像采集元件、控制器和推进组件，所述主舱室的侧壁上开设有观察窗，所述图像采集元件固定在所述主舱室内，且所述图像采集元件能够通过所述观察窗采集水下图像，所述推进组件固定在所述主舱室的外壁上，所述控制器固定在所述主舱室内部，且所述控制器能够控制所述推进组件的运动状态，并使所述推进组件带动所述主舱室在水下移动；所述主舱室包括密封盖板，且所述主舱室上设有安装口，所述安装口能够连通所述主舱室和外界，所述密封盖板固定在所述安装口处，且所述密封盖板能够拆卸，所述密封盖板能够对所述安装口密封。

优选地，所述主舱室为立方体，所述主舱室还包括与所述密封盖板平行的底板、以及固定在所述底板上的四个侧板，所述密封盖板、所述底板和各所述侧板均为矩形板，且各所述侧板的一端垂直固定在所述底板的四周边缘处，各所述侧板的另一端围成所述安装口，且各所述侧板上远离所述底板的一端分别固定在所述密封盖板的四周且能够拆卸，相邻的所述侧板之间固定连接。

优选地，相邻的所述侧板之间通过卡扣和卡槽配合连接，并通过胶黏剂固定；各所述侧板与所述底板之间通过卡扣和卡槽配合连接，并通过胶黏剂固定。

优选地，各所述侧板上靠近所述密封盖板的一端均固定有第一连接环，所述第一连接环的轴线与所述侧板平行，所述密封盖板的各边缘均固定有第二连接环，所述第二连接环的轴线与所述密封盖板垂直，通过螺栓依次穿过所述第二连接环和所述第一连接环并使螺栓与螺母螺纹连接，来固定所述侧板和所述密封盖板。

优选地，所述主舱室在水下移动时，位于移动方向前端的所述侧板为前板，所述观察窗开设于所述前板上。

优选地，所述密封盖板上靠近所述底板的一侧外边沿处固定有一圈防水垫，所述防水垫用于对所述密封盖板与各所述侧板之间的间隙密封。

优选地，所述推进组件包括两组导流支架、四个水平推进器和两个竖直推进器，两组导流支架分别固定在所述主舱室上垂直于前行方向上的两侧，各所述导流支架的下端均固定有两个所述水平推进器，所述水平推进器的轴线与水平面平行，且四个所述水平推进器的轴线的延长线围成一平行四边形；

各所述导流支架上远离所述主舱室的一侧均固定有一个所述竖直推进器，所述竖直推进器的轴线与水平面垂直，且两个所述竖直推进器沿所述主舱室的中心线对称安装；

各所述水平推进器和各所述竖直推进器均与所述控制器电连接，且所述控制器能够控制所述水平推进器和所述竖直推进器的工作状态。

优选地，所述主舱室内还固定有陀螺稳定器，所述陀螺稳定器与所述控制器电连接，且所述陀螺稳定器用于在所述主舱室受到冲击时将信号传递至所述控制器，并通过所述控制器控制所述推进组件动作保证所述主舱室的稳定。

优选地，所述主舱室内还固定有电池和LED灯，所述LED灯与所述电池电连接，且所述LED灯靠近所述观察窗固定，并用于照亮所述观察窗外部的视野，所述图像采集元件为摄像头。

优选地，所述主舱室为亚克力材料制成。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的水下机器人，主要用于娱乐和教学，主舱室的侧壁上开设有观察窗，图像采集元件固定在主舱室内，且图像采集元件能够通过观察窗采集水下图像，观察窗为透明材料制成，进而便于通过图像采集元件通过观察窗观察水下情况，推进组件固定在主舱室的外壁上，控制器固定在主舱室内部，且控制器能够控制推进组件的运动状态，并使推进组件带动主舱室在水下移动，实现对水下不同位置的观察；主舱室包括密封盖板，且主舱室上设有安装口，安装口能够连通主舱室和外界，密封盖板固定在安装口处，且密封盖板能够拆卸，进而在打开密封盖板时，能够便于对主舱室内的元器件进行检修和更换，同时也能够根据实际教学需要对主舱室内的功能性器件增加或减少，以实现水下机器人的多功能化，且提高水下机器人的灵活性，同时在不需要某些功能时，能够将对应的功能器件拆下，避免主舱室内元器件过多，导致整体结构复杂，且体积较大，不适合娱乐和教学使用，密封盖板能够对安装口密封，避免主舱室密封不严导致进水，影响主舱室内电子元器件的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的水下机器人的主视图；

图2是图1中水下机器人的右视图；

图3是图1中水下机器人的仰视图；

图4是本实用新型提供的水下机器人中主舱室的主视图；

图中：100-水下机器人，1-主舱室，11-密封盖板，111-第二连接环，12-侧板，121-第一连接环，13-底板，2-导流支架，21-水平挡板，22-竖直挡板，23-导流罩，24-连接杆，3-竖直推进器，4-水平推进器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种水下机器人，以解决现有的水下机器不适合娱乐教学的技术问题。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本实用新型提供一种水下机器人100，主要用于娱乐和教学，包括主舱室1、图像采集元件、控制器和推进组件，主舱室1的侧壁上开设有观察窗，图像采集元件固定在主舱室1内，且图像采集元件能够通过观察窗采集水下图像，观察窗为透明材料制成，进而便于通过图像采集元件通过观察窗观察水下情况，推进组件固定在主舱室1的外壁上，控制器固定在主舱室1内部，且控制器能够控制推进组件的运动状态，并使推进组件带动主舱室1在水下移动，实现对水下不同位置的观察；主舱室1包括密封盖板11，且主舱室1上设有安装口，安装口能够连通主舱室1和外界，密封盖板11固定在安装口处，且密封盖板11能够拆卸，进而在打开密封盖板11时，能够便于对主舱室1内的元器件进行检修和更换，同时也能够根据实际教学需要对主舱室1内的功能性器件增加或减少，以实现水下机器人100的多功能化，且提高水下机器人100的灵活性，同时在不需要某些功能时，能够将对应的功能器件拆下，避免主舱室1内元器件过多，导致整体结构复杂，且体积较大，不适合娱乐和教学使用，密封盖板11能够对安装口密封，避免主舱室1密封不严导致进水，影响主舱室1内电子元器件的使用寿命。

具体地，如图4所示，主舱室1为立方体，整体形状规则，便于各元器件的安装，主舱室1还包括与密封盖板11平行的底板13、以及固定在底板13上的四个侧板12，进而通过密封盖板11、底板13和四个侧板12围成立方体形状的主舱室1，且在实际使用过程中，密封盖板11朝上，底板13朝下，采用框架式结构能够在保证小体积的同时拥有更大的存放空间，密封盖板11、底板13和各侧板12均为矩形板，且各侧板12的一端垂直固定在底板13的四周边缘处，各侧板12的另一端围成安装口，且各侧板12上远离底板13的一端分别固定在密封盖板11的四周且能够拆卸，相邻的侧板12之间固定连接，在使用过程中通过密封盖板11封堵安装口，保证主舱室1内部的密封性能，检修和更换各元器件时，将密封盖板11打开。

相邻的侧板12之间通过卡扣和卡槽配合连接，并通过胶黏剂固定；各侧板12与底板13之间通过卡扣和卡槽配合连接，并通过胶黏剂固定，以提高各侧板12之间、以及侧板12与底板13之间连接的稳定性和密封性，值得说明的是，卡扣和卡槽的具体设置位置并不限定，只要能够保证相邻的两个侧板12中(以及侧板12和底板13上)，一个侧板12的边缘线上设有卡扣，另一个侧板12(底板13)的边缘对应卡扣的位置开设有卡槽，并使得各卡扣能够扣合于卡槽内即可，拆装方便。优选的，胶黏剂为玻璃胶，不会在水下出现粘接失效。

各侧板12上靠近密封盖板11的一端均固定有第一连接环121，第一连接环121的轴线与侧板12平行，密封盖板11的各边缘均固定有第二连接环111，第二连接环111的轴线与密封盖板11垂直，通过螺栓依次穿过第二连接环111和第一连接环121并使螺栓与螺母螺纹连接，进而对侧板12和密封盖板11进行连接与限位，且通过螺栓螺母的配合，来提高连接的稳定性。

主舱室1在水下移动时，位于移动方向前端的侧板12为前板，观察窗开设于前板上，便于观察水下机器人100前行方向上的状况，避免由于视线受阻导致水下机器人100的损坏。

密封盖板11上靠近底板13的一侧外边沿处固定有一圈防水垫，防水垫用于对密封盖板11与各侧板12之间的间隙密封，进而防止水下机器人100在使用过程中，由于密封不严导致主舱室1内进水，影响各元器件的使用寿命，且通过防水垫的设置，能够避免密封盖板11与各侧板12之间由于不完全贴合导致的连接不稳定。

如图1-图3所示，推进组件包括两组导流支架2、四个水平推进器4和两个竖直推进器3，两组导流支架2分别固定在主舱室1上垂直于前行方向上的两侧，各导流支架2的下端均固定有两个水平推进器4，水平推进器4的轴线与水平面平行，且四个水平推进器4的轴线的延长线围成一平行四边形。优选的，导流支架2包括水平挡板21、竖直挡板22和导流罩23，导流罩23为3D打印材料(ABS塑料)制成，在水中水下机器人100主要受两种阻力：一是摩擦阻力，二是粘性压差阻力。而摩擦阻力是水下机器人100潜行时的主要阻力，约占总阻力的90％以上，所以在考虑水下智能装备的阻力方面上，主要以减少摩擦阻力来进行设计。在导流罩23的设计上，采取一定的流线型曲面设计，通过设计一定曲面来降低导流罩23所受的摩擦阻力，从而达到降低整体结构所受的摩擦阻力，增加效率。两个水平挡板21分别固定在两个相对设置的侧板12上，且位于左右两侧，且两个水平挡板21的下端面通过连接杆24固定连接，连接杆24固定在底板13的下端面，进而提高整体连接强度，水平挡板21与水平面平行，竖直挡板22固定在水平挡板21上远离主舱室1的一侧，且竖直挡板22与水平挡板21垂直，每个水平挡板21上的导流罩23为两个，同一个水平挡板21上的两个导流罩23沿平行于水下机器人100前进的方向排列，并固定在水平挡板21上，且导流罩23用于减小水下机器人100在水下移动时的阻力，各水平挡板21下端均固定有两个水平推进器4，四个水平推进器4的轴线延长线围成一平行四边形，便于对水下机器人100的移动方向进行控制；竖直推进器3安装在两个水平挡板21上远离主舱室1的一侧，且两个竖直推进器3沿主舱室1的中心线对称安装。各水平推进器4和各竖直推进器3的型号、大小均一致，进而保证整体平衡性，且通过四个水平推进器4和两个竖直推进器3实现六自由度运动(上升、下潜、左移、右移、前进和后退)，灵活性好。

各水平推进器4和各竖直推进器3均与控制器电连接，且控制器能够控制水平推进器4和竖直推进器3的工作状态，进而实现水下机器人100的运动状态的改变，优选地，控制器可以是树莓派，采用开放式编程平台，通过一个在线的引导模式，对青少年进行趣味性教学，对一些编程语言进行解释与引导，还可以设置趣味闯关模式，并结合动画进行可视化的教学，一步一步引导青少年们熟悉相关代码以及语法，从而最终完成相应的水下智能装备的操作，例如：水下运动(例如拐弯、加减速等)、水下摄影等等。

主舱室1内还固定有陀螺稳定器，陀螺稳定器与控制器电连接，当水下机器人100受到外界冲击(例如水中流向、流速的变化)时，陀螺稳定器将冲击信号反馈给控制器(树莓派)，然后再由树莓派输出相应的信号，控制推进组件动作，保持水下机器人100在原有方向上的相对稳定，优选地，陀螺稳定器型号为MPU6500。

主舱室1内还固定有电池和LED灯，LED灯与电池电连接，且LED灯靠近观察窗固定，并用于照亮观察窗外部的视野，图像采集元件为摄像头，进而避免水下较暗导致摄像头前方视野不清晰，影响对水下的观察。

主舱室1为亚克力材料制成，其密度比水小，可以提供部分浮力，同时又具有足够的强度和刚度；优选地，主舱室1采用上下左右对称的排布方式，且每个部分所放置的物体重量相同从而实现内部结构重量均匀分布并保持平衡。各水平推进器4和各竖直推进器3的布置也遵循对称布置，加强了水下机器人100的平衡感。水下机器人100的整体结构也采用前后左右对称的设计方案，无论是外部还是内部构造都能实现配重平衡化。

水下机器人100整体尺寸大约在500mm*400mm*300mm，其整体尺寸较小，具有经济性。

作为一具体的实施例，在实际应用过程中，本实用新型提供的水下机器人100在产品设计初期，我们采用计算机三维软件进行设计产品结构，设计完毕后进行加工。加工过程中，使用3D打印技术打印导流罩23，激光加工产品剩余结构，加工结束按照设计图纸进行组装。组装后开始编写控制程序以实现相关功能。

在组装前，在岸上对6个推进器进行单独测试，以确保水下机器人100的航行能力和作业能力。测试内容包括推进器转速等基本参数，并注意检测时推进器旋转是否有异响。

组装后测试水下机器人100在水下摄像情况以及清晰度。对水下机器人100的整体的系统调试(包括软件、推进器的控制以及水下摄像显示)，主要是关于控制软件、硬件和驱动器的联合调试，实现水下巡航功能，能够完成进退、升沉和回转的运动。

测试发现6个推进器运转正常，无异响情况；水下拍摄清晰且相机色彩还原度较高，满足水下检测性能要求；水下机器人100能实现基本的巡航模式，能够实现进退、升沉和回转的运动，能满足性能需求。

本实用新型提供的水下机器人100的具体参数如下：

最大作业深度为1.5m；最大运行速度为1m/s；

可以实现多自由度的运动包括进退、升沉和回转运动；模块化的设计方法，主要是方便结构件的拆卸和其他功能设备的拓展，电池和树莓派的充电、摄像头位置的调整；

尺寸要求长宽高分别不超过500mm、400mm、300mm；整体的质量要求不可以超过3kg；负载能力不超过300g；工作环境：水的流速不超过0.5m/s，水温在0～40℃；

额定功率：500w；续航能力：15min；图像采集系统：支持高分辨率摄像(1080p)；供电系统：通过三块型号、容量和电压均相同的电池进行供电，且均为2200mAh，11.1V的锂电池，两个竖直推进器3共用同一块电池，每两个水平推进器4共用同一块电池，而树莓派自带电源，充电的电压与电流分别为12V，5A；

控制系统技术指标：支持LED灯控制，视频拍摄控制、运动状态控制、水面自动航线控制。

本说明书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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种水下机器人，其特征在于：包括主舱室、图像采集元件、控制器和推进组件，所述主舱室的侧壁上开设有观察窗，所述图像采集元件固定在所述主舱室内，且所述图像采集元件能够通过所述观察窗采集水下图像，所述推进组件固定在所述主舱室的外壁上，所述控制器固定在所述主舱室内部，且所述控制器能够控制所述推进组件的运动状态，并使所述推进组件带动所述主舱室在水下移动；所述主舱室包括密封盖板，且所述主舱室上设有安装口，所述安装口能够连通所述主舱室和外界，所述密封盖板固定在所述安装口处，且所述密封盖板能够拆卸，所述密封盖板能够对所述安装口密封。

2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述主舱室为立方体，所述主舱室还包括与所述密封盖板平行的底板、以及固定在所述底板上的四个侧板，所述密封盖板、所述底板和各所述侧板均为矩形板，且各所述侧板的一端垂直固定在所述底板的四周边缘处，各所述侧板的另一端围成所述安装口，且各所述侧板上远离所述底板的一端分别固定在所述密封盖板的四周且能够拆卸，相邻的所述侧板之间固定连接。

3.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征在于：相邻的所述侧板之间通过卡扣和卡槽配合连接，并通过胶黏剂固定；各所述侧板与所述底板之间通过卡扣和卡槽配合连接，并通过胶黏剂固定。

4.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征在于：各所述侧板上靠近所述密封盖板的一端均固定有第一连接环，所述第一连接环的轴线与所述侧板平行，所述密封盖板的各边缘均固定有第二连接环，所述第二连接环的轴线与所述密封盖板垂直，通过螺栓依次穿过所述第二连接环和所述第一连接环并使螺栓与螺母螺纹连接，来固定所述侧板和所述密封盖板。

5.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征在于：所述主舱室在水下移动时，位于移动方向前端的所述侧板为前板，所述观察窗开设于所述前板上。

6.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征在于：所述密封盖板上靠近所述底板的一侧外边沿处固定有一圈防水垫，所述防水垫用于对所述密封盖板与各所述侧板之间的间隙密封。

7.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述推进组件包括两组导流支架、四个水平推进器和两个竖直推进器，两组导流支架分别固定在所述主舱室上垂直于前行方向上的两侧，各所述导流支架的下端均固定有两个所述水平推进器，所述水平推进器的轴线与水平面平行，且四个所述水平推进器的轴线的延长线围成一平行四边形；

各所述导流支架上远离所述主舱室的一侧均固定有一个所述竖直推进器，所述竖直推进器的轴线与水平面垂直，且两个所述竖直推进器沿所述主舱室的中心线对称安装；

各所述水平推进器和各所述竖直推进器均与所述控制器电连接，且所述控制器能够控制所述水平推进器和所述竖直推进器的工作状态。

8.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述主舱室内还固定有陀螺稳定器，所述陀螺稳定器与所述控制器电连接，且所述陀螺稳定器用于在所述主舱室受到冲击时将信号传递至所述控制器，并通过所述控制器控制所述推进组件动作保证所述主舱室的稳定。

9.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述主舱室内还固定有电池和LED灯，所述LED灯与所述电池电连接，且所述LED灯靠近所述观察窗固定，并用于照亮所述观察窗外部的视野，所述图像采集元件为摄像头。

10.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述主舱室为亚克力材料制成。

Images