CN216507765U - 复合驱动式水下机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了复合驱动式水下机器人，包括浮游机构，所述浮游机构的两侧对称设置有履带驱动机构，且两个履带驱动机构间通过连接杆相固定；所述浮游机构上安装有多个浮力材、摄像机舱、电池舱、一对水下灯和多个水下推进器；所述摄像机舱内设有控制器和摄像机，且控制器电信号连接摄像机、一对水下灯、多个水下推进器和履带驱动机构。本实用新型可以解决一般水下机器人在进行水底观测与作业时，由于螺旋桨推进器将水底泥沙搅浑导致水底模糊不清无法很好地观测与作业这一问题；履带驱动机构具有较好的接地比压，可以在水底松软泥土的情况下进行行进作业，同时能够保证其稳定性。

Description

复合驱动式水下机器人

技术领域

本实用新型涉及水下机器人技术领域，具体为一种复合驱动式水下机器人。

背景技术

水下机器人是指没有人驾驶、靠遥控或自动控制在水下航行的器具，主要指那些代替潜水员或载人小型潜艇进行深海探测、救生、排除水雷等高危险性水下作业的智能化系统，可用于侦察、情报搜集及海洋探测等方面，它适于长时间、大范围的考察任务，但是现有的水下机器人由于螺旋桨推进器将水底泥沙搅浑导致水底模糊不清无法很好地观测与作业，而且不具备水底爬坡、越障功能。同时，现有的水下机器人的驱动方式较为单一，难以应对复杂的水下环境。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种复合驱动式水下机器人，以解决水下机器人平稳水底爬坡、越障、观测与作业的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：复合驱动式水下机器人，包括浮游机构，所述浮游机构的两侧对称设置有履带驱动机构，且两个履带驱动机构间通过连接杆相固定；所述浮游机构上安装有多个浮力材、摄像机舱、电池舱、一对水下灯和多个水下推进器；

所述摄像机舱内设有控制器和摄像机，且控制器电信号连接摄像机、一对水下灯、多个水下推进器和履带驱动机构；

所述电池舱内设有电池，且电池电连接控制器、摄像机、一对水下灯、多个水下推进器和履带驱动机构；

所述水下推进器的数量为六个，两个所述水下推进器垂直安装在浮游机构上，其余四个所述水下推进器呈水平矢量环形设置在浮游机构上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型可以解决一般水下机器人在进行水底观测与作业时，由于螺旋桨推进器将水底泥沙搅浑导致水底模糊不清无法很好地观测与作业这一问题；履带驱动机构具有较好的接地比压，可以在水底松软泥土的情况下进行行进作业，同时能够保证其稳定性；该型履带驱动机构选用战车型，其具有一定的迎接角和离去角，使其具备一定的水底单、双边越障功能，同时具备水上和水底爬坡能力；将托链轮与张紧机构设为一体，通过调整托链轮可以实现张紧能力，这一设计大大简化了机器人结构的复杂性。

附图说明

图1为本实用新型的复合驱动式水下机器人整体结构示意图。

图2为本实用新型的复合驱动式水下机器人整体结构示意图。

图3为本实用新型的复合驱动式水下机器人整体主视示意图。

图4为本实用新型的履带驱动机构结构示意图。

图5为本实用新型的履带驱动机构内部示意图。

图6为本实用新型的履带驱动机构内部仰视图。

图7为本实用新型的水下推进器结构示意图。

1、履带驱动机构；2、浮游机构；3、浮力材；4、水下推进器；5、摄像机舱；6、电池舱；7、保持架A；8、水下灯；9、保持架B；10、连接杆；11、侧板A；12、侧板B；13、连接板；14、水下电机；15、防水履带；16、导向轮；17、驱动轮；18、支重轮；19、托链轮；20、托链轮固定块；21、支撑板A；22、支撑板B；23、托链轮机构固定螺钉；24、导向轮轴；25、驱动轮轴；26、支重轮轴；27、长套筒；28、短套筒。

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。

请参阅图1-7，本实用新型提供一种技术方案：复合驱动式水下机器人，包括浮游机构2，浮游机构2的两侧对称设置有履带驱动机构1，且两个履带驱动机构1间通过连接杆10相固定，浮游机构2搭配履带驱动机构1，可以解决一般水下机器人在进行水底观测与作业时，由于螺旋桨推进器将水底泥沙搅浑导致水底模糊不清无法很好地观测与作业这一问题；履带驱动机构1具有较好的接地比压，可以在水底松软泥土的情况下进行行进作业，同时能够保证其稳定性。

浮游机构2上安装有多个浮力材3、摄像机舱5、电池舱6、一对水下灯8和多个水下推进器4；浮力材3为水下机器人在水下提供一定浮力。

摄像机舱5内设有控制器和摄像机，且控制器电信号连接摄像机、一对水下灯8、多个水下推进器4和履带驱动机构1。

电池舱6内设有电池，且电池电连接控制器、摄像机、一对水下灯8、多个水下推进器4和履带驱动机构1。

控制器采用Pixhawk飞行控制板，由DC-DC转压模块进行5V直流供电。姿态观测系统由Pixhawk飞行控制板内置的 MPU6000 陀螺仪、ST Micro L3GD20 陀螺仪、ST MicroLSM303D 磁力计组成。深度观测系统由Pixhawk飞行控制板 I2C 接口外接 MS5837 B30 深度计。水下推进器4的型号为T200，与Pixhawk飞行控制板MAIN1-MAIN6接口连接。摄像机舵机采用SG90舵机，与Pixhawk飞行控制板AUX1接口连接。水下灯8采用MK-R灯具，与Pixhawk飞行控制板AUX2接口连接。

控制器的副板采用3B控制板，由DC-DC转压模块进行3.3V直流供电，使用以太网与Pixhawk飞行控制板通讯。相机系统采用IMX322 1080P水下相机，与副板的USB接口连接，由DC-DC转压模块进行3.3V直流供电。水下通讯中继系统采用Fathon X通讯板，由DC-DC转压模块进行3.3V直流供电，通过双绞线与副板连接，进行通讯中继。

地面站系统采用主控计算机、水上通讯中继、中央电源、总控开关三部分组成。主控计算机采用Ubuntu20.04系统，使用QGroundcontrol4.0.1软件。水上通讯中继采用Fathon X通讯板进行通讯中继。中央电源为15VDC电源，由总控开关实现系统供电。

水下推进器4的数量为六个，两个水下推进器4垂直安装在浮游机构2上，其余四个水下推进器4呈水平矢量环形设置在浮游机构2上。当水下机器人处于浮游状态时，通过两个垂直设置的水下推进器4正转、反转，实现水下机器人上升和下潜，以及横滚运动；通过水平面矢量环形布置的水下推进器4实现前后进退、左右横移，左右转艏运动。

浮游机构2包括保持架A7，保持架A7的两侧对称设有保持架B9；浮力材3的数量为四个，且四个浮力材3两两对称设置在一对保持架B9的内侧；摄像机舱5安装在浮力材3之间，电池舱6安装在摄像机舱5的下侧，一对水下灯8对称安装在电池舱6的两侧；六个水下推进器4均安装在保持架B9上。

履带驱动机构1包括一对侧板A11和一对侧板B12，侧板A11与侧板B12间设有导向轮轴24和驱动轮轴25，且驱动轮轴25转动连接于侧板A11和侧板B12，导向轮轴24和驱动轮轴25均为空心轴，减小了轴的质量，提高了轴的抗扭能力；一对侧板A11的内侧均安装有连接板13，连接板13上安装有水下电机14，且水下电机14与控制器电信号连接，水下电机14与电池电连接；水下电机14的输出轴穿过侧板A11和连接板13，且水下电机14的输出轴与驱动轮轴25键连接；导向轮轴24外设有导向轮16，驱动轮轴25外设有驱动轮17，导向轮16和驱动轮17外设有防水履带15。

水下电机14采用J30型号，与Pixhawk飞行控制板MAIN7-MAIN8接口连接。通过提供更高的扭矩，从而实现水下机器人的水底爬坡、越障功能。

侧板A11与侧板B12间设有一对支撑板A21，一对支撑板A21间设有支撑板B22，支撑板B22上安装有一对调节螺母，且一对调节螺母内均螺接有托链轮机构固定螺钉23，两个托链轮机构固定螺钉23的上端均转动连接于托链轮固定块20的下侧壁，使用时只需同时转动两个托链轮机构固定螺钉23即可调整托链轮固定块20的高度。托链轮固定块20上安装有托链轮19，且托链轮19与防水履带15的顶端内侧壁相啮合。将托链轮19与张紧机构设为一体，通过调整托链轮即可实现张紧功能。

侧板A11与侧板B12间设有若干根支重轮轴26，支重轮轴26外设有支重轮18，且支重轮18与防水履带15的底端内侧壁相啮合。

通过支重轮18使得履带驱动机构1形成战车型，具有一定的迎接角和离去角，使其具备一定的水底单、双边越障功能，同时具备水上和水底爬坡能力。同时导向轮16、驱动轮17、支重轮18、架体、支撑板等均选用超高强度聚乙烯材料，使其具备防水防腐蚀功能外，为水下机器人在水下提供一定的浮力。

支重轮轴26外还设有长套筒27和短套筒28，且长套筒27和短套筒28分设在支重轮18的两侧，使支重轮18轴向固定。

工作原理：当水下机器人处于浮游状态时，通过两个垂直设置的水下推进器4正转、反转，实现水下机器人上升和下潜，以及横滚运动；通过水平面矢量环形布置的水下推进器4实现前后进退、左右横移，左右转艏运动。

当水下机器人处于爬行状态时，可以通过可以通过两种方式调节水下机器人进入爬行状态：1、手动调节配重，即在水下机器人保持架A 7处添加配重块，使其下沉达到爬行条件。2、通过控制两个垂直推进器反转，使水下机器人下潜至水底进行水底爬行运动。控制两个水下电机14同时进行正、反转，即可实现机器人水底前进、后退。控制两个水下电机14一个正转一个反转即可实现水下机器人原地转向。

通过调节水下电机14转速即可实现机器人在水底加减速爬行运动，通过适当调节电机功率，即可实现水底爬坡，越障功能。

综上所述，浮力材3使得水下机器人可以上升和下潜，水下推进器4分为垂直设置的两个的水下推进器4和四个水平矢量环形布置的水下推进器4，从而保障水下机器人的水下工作，摄像机舱5内部用于安装摄像机组件，电池舱6内部安装电源为设备供电，水下灯8用于照明；保持架与侧板11连接，从而使浮游机构2安装在履带驱动机构1上，从而实现水下机器人的水底爬坡、越障功能，J30型号的水下电机14提供更高的扭矩，水下电机14与驱动轮轴25通过键连接，从而将扭矩传递到驱动轮轴25，从而带动驱动轮17转动，进而实现履带的运动；保持架与侧板11连接，从而使浮游机构2安装在履带驱动机构1上，从而实现水下机器人的水底爬坡、越障功能，J30型号的水下电机14提供更高的扭矩，水下电机14与驱动轮轴25通过键连接，从而将扭矩传递到驱动轮轴25，从而带动驱动轮17转动，进而实现履带的运动。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.复合驱动式水下机器人，其特征在于：包括浮游机构（2），所述浮游机构（2）的两侧对称设置有履带驱动机构（1），且两个履带驱动机构（1）间通过连接杆（10）相固定；所述浮游机构（2）上安装有多个浮力材（3）、摄像机舱（5）、电池舱（6）、一对水下灯（8）和多个水下推进器（4）；

所述摄像机舱（5）内设有控制器和摄像机，且控制器电信号连接摄像机、一对水下灯（8）、多个水下推进器（4）和履带驱动机构（1）；

所述电池舱（6）内设有电池，且电池电连接控制器、摄像机、一对水下灯（8）、多个水下推进器（4）和履带驱动机构（1）；

所述水下推进器（4）的数量为六个，两个所述水下推进器（4）垂直安装在浮游机构（2）上，其余四个所述水下推进器（4）呈水平矢量环形设置在浮游机构（2）上。

2.根据权利要求1所述的复合驱动式水下机器人，其特征在于：所述浮游机构（2）包括保持架A（7），所述保持架A（7）的两侧对称设有保持架B（9）；所述浮力材（3）的数量为四个，且四个浮力材（3）两两对称设置在一对保持架B（9）的内侧；所述摄像机舱（5）安装在浮力材（3）之间，所述电池舱（6）安装在摄像机舱（5）的下侧，一对所述水下灯（8）对称安装在电池舱（6）的两侧；六个所述水下推进器（4）均安装在保持架B（9）上。

3.根据权利要求1所述的复合驱动式水下机器人，其特征在于：所述履带驱动机构（1）包括一对侧板A（11）和一对侧板B（12），所述侧板A（11）与侧板B（12）间设有导向轮轴（24）和驱动轮轴（25），且驱动轮轴（25）转动连接于侧板A（11）和侧板B（12）；一对所述侧板A（11）的内侧均安装有连接板（13），所述连接板（13）上安装有水下电机（14），且水下电机（14）与控制器电信号连接，水下电机（14）与电池电连接；所述水下电机（14）的输出轴穿过侧板A（11）和连接板（13），且水下电机（14）的输出轴与驱动轮轴（25）键连接；所述导向轮轴（24）外设有导向轮（16），所述驱动轮轴（25）外设有驱动轮（17），所述导向轮（16）和驱动轮（17）外设有防水履带（15）。

4.根据权利要求3所述的复合驱动式水下机器人，其特征在于：所述侧板A（11）与侧板B（12）间设有一对支撑板A（21），一对所述支撑板A（21）间设有支撑板B（22），所述支撑板B（22）上安装有一对调节螺母，且一对调节螺母内均螺接有托链轮机构固定螺钉（23），两个托链轮机构固定螺钉（23）的上端均转动连接于托链轮固定块（20）的下侧壁，所述托链轮固定块（20）上安装有托链轮（19），且托链轮（19）与防水履带（15）的顶端内侧壁相啮合。

5.根据权利要求3所述的复合驱动式水下机器人，其特征在于：所述侧板A（11）与侧板B（12）间设有若干根支重轮轴（26），所述支重轮轴（26）外设有支重轮（18），且支重轮（18）与防水履带（15）的底端内侧壁相啮合；

所述支重轮轴（26）外还设有长套筒（27）和短套筒（28），且长套筒（27）和短套筒（28）分设在支重轮（18）的两侧。

6.根据权利要求3所述的复合驱动式水下机器人，其特征在于：所述导向轮轴（24）和驱动轮轴（25）均为空心轴。

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