CN219904709U - 水下监测机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种水下监测机器人，包括移动本体、监测设备和液压动力机构，移动本体包括履带行走机构和传动机构，传动机构与履带行走机构相连接，传动机构包括离合装置；监测设备和液压动力机构均安装在移动本体上，液压动力机构与传动机构相连接，液压动力机构为履带行走机构提供驱动力；离合装置被配置为在断电时分离，以使液压动力机构与履带行走机构相脱离。本申请的水下监测机器人，当在水下发生严重故障等紧急情况下，可保证履带行走机构可以自由转动，大大减轻拖拽水下监测机器人的阻力，保证能够顺利将水下监测机器人拖拽回收，有效避免水下监测机器人遗留在输水隧洞内成为异物，无需停水人工回收，不影响供水，不存在安全性问题。

Description

水下监测机器人

技术领域

本申请涉及水下机器人技术领域，特别是涉及水下监测机器人。

背景技术

输水隧洞属于地下水利设施，输水隧洞建成运行后，水流长期冲刷会造成输水隧洞内部结构破损，出现裂缝、坍塌等缺陷与损坏，长期运行后输水隧洞内还会出现海生物、沉沙及其它异物，因此需要定期对输水隧洞内部进行缺陷检测，获取输水隧洞内海生物生长情况、沉沙淤积情况、输水隧洞内可能的异物探查及分布等数据信息。由于输水隧洞内部环境复杂，水下环境不确定性较大，人工检查方式需要在停水状态下或者潜水进行，停水检测影响供水，太过耗时耗力，而人工潜水存在安全性问题。因此通常使用预埋检测装置或者水下机器人对输水隧洞内部进行检测。

相关技术中，预埋检测装置实现输水隧洞内监测数据的采集及远程监控管理，可以在不改变输水隧洞工作状态的前提下随时进行，无需派遣人员入洞巡视检测，不影响供水，输水隧洞安全监测及管理工作的可靠性和效率较高。然而，预埋检测装置需要对输水隧洞内进行前期施工埋设，而且由于输水隧洞内部封闭、湿度大、距离长，无法全部安装监控装置，难以保障输水隧洞检测的完整性和功能。

水下机器人通过搭载的探测设备对输水隧洞内壁实现抵近观察，完成输水隧洞裂缝、洞内异物等缺陷检测作业，无需派遣人员入洞巡视检测，巡视视角覆盖整个输水隧洞的主要部位，保证输水隧洞检测区域的全覆盖，实现输水隧洞局部破坏、泥沙淤积等问题的及时发现，节省人力物力，方便灵活。然而，水下机器人在输水隧洞中进行检测时，需要潜入输水隧洞内，而输水隧洞在运行时内部存在高流速水流，水流速度过大时水下机器人很难稳定地悬停，造成检测误差，甚至出现无法检测的情况，难以满足长距离、高流速、高水深大型输水隧洞的不停水在线监测需求；而且当水下机器人在水下发生严重故障失去控制时，水下机器人遗留在输水隧洞内成为异物，影响输水隧洞的使用功能。

实用新型内容

基于此，有必要针对目前难以满足长距离、高流速、高水深大型输水隧洞内的不停水在线监测需求以及水下机器人发生严重故障时遗留在输水隧洞内成为异物而影响输水隧洞使用功能的问题，提供一种水下监测机器人。

一种水下监测机器人，包括：

移动本体，包括履带行走机构和传动机构，所述传动机构与所述履带行走机构相连接，所述传动机构包括离合装置；

监测设备，安装在所述移动本体上；

液压动力机构，安装在所述移动本体上，并与所述传动机构相连接，所述液压动力机构为所述履带行走机构提供驱动力；

其中，所述离合装置被配置为在断电时分离，以使所述液压动力机构与所述履带行走机构相脱离。

在其中一个实施例中，所述移动本体还包括车架和外壳，所述外壳罩设在所述车架上，并与所述车架围成安装空间，所述履带行走机构、所述传动机构、所述液压动力机构和所述监测设备均安装在所述车架上；且所述外壳的前端和后端均设有导流面。

在其中一个实施例中，所述车架上设有多个安装接口，所述监测设备和所述履带行走机构分别通过所述安装接口安装在所述车架上。

在其中一个实施例中，所述液压动力机构包括电力液压动力源、液压执行装置、液压油舱和控制阀，所述电力液压动力源与所述液压执行装置和所述液压油舱通过液压管路连接，所述控制阀设置在所述液压管路上，所述液压执行装置包括液压马达，所述液压马达与所述履带行走机构通过所述传动机构传动连接。

在其中一个实施例中，所述水下监测机器人还包括机械臂装置，所述机械臂装置连接在所述移动本体上，所述监测设备安装在所述机械臂装置上；所述液压执行装置还包括机械臂升降马达，所述机械臂升降马达与所述机械臂装置传动连接。

在其中一个实施例中，所述水下监测机器人还包括电气控制设备，所述电气控制设备包括控制元器件、强电控制器、变压器以及多个密封舱，多个所述密封舱均安装在所述移动本体上，所述控制元器件、所述强电控制器和所述变压器分别密封安装在不同的所述密封舱内。

在其中一个实施例中，所述水下监测机器人还包括状态检测模块、通信模块和控制模块；所述状态检测模块包括深度检测装置、速度检测装置、水流速度检测装置及姿态检测装置中的至少一种；所述控制模块通过所述通信模块与所述液压动力机构、所述监测设备、所述状态检测模块以及远程控制台通讯连接。

在其中一个实施例中，所述监测设备包括水下摄像机和水下三维扫描设备。

在其中一个实施例中，所述水下监测机器人还包括抗拉电缆，所述抗拉电缆与所述移动本体相连接，所述抗拉电缆用于所述水下监测机器人的供电和数据传输，并且能够通过所述抗拉电缆拖拽所述水下监测机器人。

在其中一个实施例中，所述抗拉电缆的抗拉力大于或者等于预设拉力，所述预设拉力等于所述水下监测机器人在水平地面上的最大静摩擦力与安全系数的乘积，所述安全系数大于3。

上述水下监测机器人，通过履带行走机构实现输水隧洞内贴壁爬行，运动平稳，适应性强，具备抗水流能力、高流速下的姿态稳定能力以及一定的定位能力，水下监测机器人行走过程中通过搭载的监测设备实现输水隧洞内环境信息的实时获取，可以在不改变输水隧洞工作状态的前提下随时进行监测作业，对输水隧洞的功能无影响，不影响供水，使用方便灵活，适用于正常输水时对输水隧洞内部进行在线监测，满足高流速、大水深、长距离大型输水隧洞内海生物、沉沙及其它异物情况的在线监测需求。同时，通过设置离合装置在断电时分离，水下监测机器人具有故障自动解锁驱动功能，当水下监测机器人在水下发生严重故障等紧急情况下，保证履带行走机构可以自由转动，大大减轻拖拽水下监测机器人的阻力，保证能够顺利将水下监测机器人拖拽回收，有效避免水下监测机器人遗留在输水隧洞内成为异物，无需停水人工回收，不影响供水，不存在安全性问题。

附图说明

图1为本申请一实施例中的水下监测机器人的结构示意图。

图2为本申请一实施例中的水下监测机器人去除外壳后的立体结构示意图。

图3为本申请一实施例中的水下监测机器人去除外壳后的俯视图。

图4为本申请一实施例中的移动本体去除外壳后的结构示意图。

图5为本申请一实施例中的车架的结构示意图。

图6为本申请一实施例中的履带行走机构的结构示意图。

图7为本申请一实施例中的液压动力机构的工作原理图。

图8为本申请一实施例中的履带行走机构与传动机构配合的结构示意图。

图9为本申请一实施例中的抗拉电缆的截面示意图。

附图标号：

100、监测机器人；

1、移动本体；11、履带行走机构；111、驱动轮；112、引导轮；113、托带轮；114、支重轮；115、履带；116、履带张紧装置；117、缓冲机构；12、传动机构；121、离合装置；1211、主动半轴；1212、被动半轴；1213、从动齿轮；1214、液压缸；13、车架；131、纵梁；132、横梁；14、外壳；141、导流面；

2、监测设备；21、水下摄像机；22、水下三维扫描设备；

3、液压动力机构；31、电力液压动力源；311、第一液压泵；312、第二液压泵；313、第三液压泵；32、液压执行装置；321、液压马达；3211、左行走马达；3212、右行走马达；322、机械臂升降马达；33、液压油舱；34、控制阀；341、换向阀；341a、第一换向阀；341b、第二换向阀；342、梭阀；342a、左梭阀；343、溢流阀；35、制动器；35a、左制动器；36、水下液控舱；

4、机械臂装置；

5、电气控制设备；51、密封舱；511、变压器舱；512、高压电气舱；513、低压电气舱；52、分线盒；

6、抗拉电缆；61、动力缆；62、信号缆；63、填充物；64、抗拉编织层；65、隔离层；66、抗拉层；67、护套层。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多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申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1至图4所示，本申请一实施例提供的水下监测机器人100，包括移动本体1、监测设备2和液压动力机构3，移动本体1包括履带行走机构11和传动机构12，传动机构12与履带行走机构11相连接，传动机构12包括离合装置121；监测设备2安装在移动本体1上；液压动力机构3安装在移动本体1上，并与传动机构12相连接，液压动力机构3为履带行走机构11提供驱动力；其中，离合装置121被配置为在断电时分离，以使液压动力机构3与履带行走机构11相脱离。

在本实施例中，水下监测机器人100可以用于输水隧洞内海生物、沉沙、淤泥及其它异物情况的在线监测需求，执行监测作业时，将水下监测机器人100下放至输水隧洞底部，例如输水隧洞底部可以是平面；然后通过水下监测机器人100执行输水隧洞内的在线监测作业，无需对输水隧洞内进行前期施工埋设，保障输水隧洞的完整性和功能，作业操作简单方便，而且水下监测机器人100兼具安全性和稳定性，可长时间、长距离工作，节省大量人力、物力、财力，大幅降低监测成本。

具体地，水下监测机器人100包括移动本体1和安装在移动本体1上的监测设备2及液压动力机构3。移动本体1作为水下监测机器人100的行走部分和主支撑，为水下监测机器人100的其余各功能模块提供承载作用。移动本体1采用履带行走机构11实现行走部分功能，液压动力机构3通过传动机构12与履带行走机构11传动连接，以为履带行走机构11提供驱动力。在执行输水隧洞内部监测作业时，水下监测机器人100依靠履带行走机构11实现输水隧洞内贴壁爬行，运动平稳，适应性强，具备抗水流能力、高流速下的姿态稳定能力以及一定的定位能力，可以适应大流速、高水深环境，从而水下监测机器人100无需在静水状态下执行监测作业，不需要排空输水隧洞内的水，可以在不改变输水隧洞工作状态的前提下随时进行监测作业，不影响供水，使用方便灵活。

当水下监测机器人100行走在输水隧洞内部时，水下监测机器人100通过移动本体1上搭载的摄像机、激光扫描设备等监测设备2跟随获取输水隧洞内的环境信息，例如获取输水隧洞内的视频图像信息及三维云图等，从而可以实现输水隧洞内的在线视频监测及轮廓扫描，实现输水隧洞内海生物生长情况、沉沙淤积情况、输水隧洞内可能的异物探查及分布等数据信息的准确实时获取，进而完成输水隧洞内的异物分布评估。

同时，传动机构12包括离合装置121，离合装置121能够在断电后自动分离，以使液压动力机构3与履带行走机构11相脱离，例如离合装置121可以为断电自复位离合器，离合器掉电后可以自动脱开，实现液压动力机构3与履带行走机构11的传动断开；从而当在紧急情况下，例如当水下监测机器人100在水下发生严重故障失去控制时、监测设备2发生故障无法工作或传输数据甚至产生破坏时等，需要将水下监测机器人100拖拽回收，此时控制离合装置121断电分离，使液压动力机构3与履带行走机构11的传动断开后，履带行走机构11可以自由运动，可以大大减轻拖拽水下监测机器人100移动的阻力，确保能够顺利将水下监测机器人100拖拽回收，有效避免水下监测机器人100遗留在输水隧洞内成为异物，无需停水人工回收，不影响供水，不存在安全性问题。

本实施例的水下监测机器人100，通过履带行走机构11实现输水隧洞内贴壁爬行，运动平稳，适应性强，具备抗水流能力、高流速下的姿态稳定能力以及一定的定位能力，水下监测机器人100行走过程中通过搭载的监测设备2实现输水隧洞内环境信息的实时获取，可以在不改变输水隧洞工作状态的前提下随时进行监测作业，对输水隧洞的功能无影响，不影响供水，使用方便灵活，适用于正常输水时对输水隧洞内部进行在线监测，满足高流速、大水深、长距离大型输水隧洞内海生物、沉沙及其它异物情况的在线监测需求。同时，通过设置离合装置121在断电时分离，水下监测机器人100具有故障自动解锁驱动功能，当水下监测机器人100在水下发生严重故障等紧急情况下，保证履带行走机构11可以自由转动，大大减轻拖拽水下监测机器人100的阻力，保证能够顺利将水下监测机器人100拖拽回收，有效避免水下监测机器人100遗留在输水隧洞内成为异物，无需停水人工回收，不影响供水，不存在安全性问题。

本实施例的水下监测机器人100，有效解决目前难以满足长距离、高流速、高水深大型输水隧洞内的不停水在线监测需求以及水下机器人发生严重故障时遗留在输水隧洞内成为异物而影响输水隧洞使用功能的问题。

在一些实施例中，如图1至图3所示，监测设备2包括水下摄像机21和水下三维扫描设备22。当水下监测机器人100行走在输水隧洞内时，通过水下摄像机21实时获取输水隧洞内海生物生长情况分布及淤泥、沉沙等异物的分布信息，实现海生物在线视频监测；同时通过水下三维扫描设备22开展跟随高精度三维扫描作业，实时获取输水隧洞内的三维数据并在处理后得到输水隧洞内的三维数据信息，供操作人员查看，实现海生物生长量评估。

在一些具体实施例中，水下摄像机21采用高分辨率彩色摄像头。

在一些实施例中，监测设备2还可以包括声呐或者其它声光探测设备，可以实现对输水隧洞内壁微小缺陷的捕捉。

在一些实施例中，如图1至图4所示，移动本体1还包括车架13和外壳14，外壳14罩设在车架13上，并与车架13围成安装空间，履带行走机构11、传动机构12、液压动力机构3和监测设备2均安装在车架13上；且外壳14的前端和后端均设有导流面141。

在本实施例中，外壳14的前端和后端是指移动本体1沿行走方向的相对两端，导流面141可以是倾斜面或弧面；移动本体1通过车架13提供支撑承载作用，履带行走机构11和传动机构12安装在车架13上，以带动车架13移动，实现移动本体1的行走；监测设备2和液压动力机构3均安装在车架13，车架13作为水下监测机器人100的各个功能模块联系的中间体，其中的部分功能模块安装在外壳14与车架13围成的安装空间内。通过设置外壳14覆盖住车架13及其所承载的部分功能模块，并在外壳14的前端和后端均设有导流面141，可以减小水下监测机器人100在水中运动时受到的阻力，从而提高水下监测机器人100的抗水流能力，水下监测机器人100运动更平稳，适应性更强，有效满足高流速输水隧洞内异物情况的在线监测需求。

在一些具体实施例中，进一步设置外壳14的外形为流线形，以流线形结构覆盖住车架13及其所承载的设备，进一步减小阻力和提高抗流能力。通过设置外壳14和履带行走机构11，可以实现水下监测机器人100抗2.8m/s水流流速。

在一些实施例中，车架13上设有多个安装接口，监测设备2和履带行走机构11分别通过安装接口安装在车架13上。通过设置多个安装接口，多个安装接口可以用于安装多种监测设备2，安装接口还可以根据使用需求改装，水下监测机器人100具备高可扩展性，可以根据需求搭载机械手、水下相机、高精度扫描仪、水流检测设备等不同的执行功能模块，使用更方便灵活。

具体地，如图4和图5所示，车架13采用简洁的框架结构，车架13包括多根纵梁131和多根横梁132，中间的纵梁131为各个功能模块提供安装接口，两侧的纵梁131提供履带行走机构11的安装接口；横梁132和纵梁131承受弯曲、扭转、拉压等载荷。

在一些具体实施例中，如图4和图6所示，履带行走机构11包括驱动轮111、引导轮112、托带轮113、支重轮114、履带115、履带张紧装置116以及缓冲机构117；传动机构12包括从液压动力机构3的输出轴至驱动轮111的传动部件，例如可以采用传统成熟的行星齿轮减速传动方式。

在一些实施例中，如图2、图3、图6和图7所示，液压动力机构3包括电力液压动力源31、液压执行装置32、液压油舱33和控制阀34，电力液压动力源31与液压执行装置32和液压油舱33通过液压管路连接，控制阀34设置在液压管路上；液压执行装置32包括液压马达321，液压马达321与履带行走机构11通过传动机构12传动连接。

在本实施例中，电力液压动力源31将电力转换为液压动力，用于驱动液压动力机构3中的液压油流动，例如电力液压动力源31可以是液压泵；液压执行装置32为液压动力机构3的功能执行元件，液压执行装置32与电力液压动力源31通过液压管路连接；液压油舱33储存有液压油，液压油舱33与电力液压动力源31和液压执行装置32通过液压管路连接；控制阀34设置在液压管路上，用于控制液压油在电力液压动力源31、液压执行装置32及液压油舱33之间的流动；液压动力机构3通过控制电力液压动力源31和控制阀34向液压执行装置32提供液压油，驱动各个液压执行装置32动作，以完成水下监测机器人100要实现的工作和工况。液压执行装置32包括液压马达321，电力液压动力源31通过控制阀34配合向液压马达321供应液压油，驱动液压马达321转动，液压马达321转动驱动履带行走机构11运动，从而实现水下监测机器人100的行走功能。液压动力机构3确保水下监测机器人100在工作时动作平稳、准确，水下监测机器人100可同时完成需求动作而不互相影响，整体有较高的操作性能。

具体地，如图7所示，图7为液压动力机构3的工作原理图。电力液压动力源31包括第一液压泵311和第二液压泵312，控制阀34包括换向阀341、梭阀342和溢流阀343，液压马达321包括左行走马达3211和右行走马达3212；第一液压泵311和第二液压泵312流出的液压油经第一换向阀341a提供给左行走马达3211、经第二换向阀341b提供给右行走马达3212，左行走马达3211和右行走马达3212为水下监测机器人100的履带行走机构11提供驱动力，第一换向阀341a控制左行走马达3211的正反转及停止，第二换向阀341b控制右行走马达3212的正反转及停止。梭阀342和制动器35为左行走马达3211和右行走马达3212起到保险作用，溢流阀343起到安全溢流作用，可以对液压回路实现自动锁死和过载保护作用。例如，当没有液压油提供给左行走马达3211时，左制动器35a处于抱死状态，将左行走马达3211锁死，起到刹车作用，防止履带115移动；当有液压油提供给左行走马达3211时，无论是正转还是反转，进入左行走马达3211之前的液压油都会经左梭阀342a流入左制动器35a内，使左制动器35a的油缸活塞后退，履带115得以行走。

在一些实施例中，第一液压泵311和第二液压泵312为变量泵，通过内部液压缸控制斜盘角度，调整第一液压泵311和第二液压泵312的排量，从而满足履带行走机构11低、中、高三种不同的行走速度。

在一些具体实施例中，电力液压动力源31包括恒压恒功率式柱塞泵，可以根据前端液压执行装置32使用的压力自动改变柱塞泵流量，以起到保护电力液压动力源31的电机、防止电机超负荷工作、延长电机使用寿命的作用。

在一些实施例中，如图1至图3所示，水下监测机器人100还包括机械臂装置4，机械臂装置4连接在移动本体1上，监测设备2安装在机械臂装置4上；如图7所示，液压执行装置32还包括机械臂升降马达322，机械臂升降马达322与机械臂装置4传动连接，用于驱动机械臂装置4升降运动。机械臂装置4的升降运动控制与履带行走机构11的行走运动控制方式类似，不再赘述。

具体地，电力液压动力源31还包括第三液压泵313；机械臂升降马达322还连接有单向调速机构和液压互锁机构，保证机械臂装置4工作安全性。

在一些具体实施例中，驱动履带行走机构11所需最大流量为40L/min、压力为16MPa，驱动机械臂装置4所需最大流量为10L/min、压力为16MPa，从而水下监测机器人100的液压动力机构3所需实际工作流量为50L/min。

在一些实施例中，如图2和图3所示，各液压执行装置32安装于密封的水下液控舱36内，液压油舱33采用水下补偿式液压油箱，液压动力机构3具有较好的水下抗压能力，适用于高水深环境，满足大水深输水隧洞内异物情况的在线监测需求。

在一些实施例中，如图8所示，离合装置121包括主动半轴1211、被动半轴1212、从动齿轮1213和液压缸1214，主动半轴1211通过从动齿轮1213与液压马达321的输出轴传动连接，被动半轴1212与履带行走机构11的驱动轮111同轴固定连接，主动半轴1211与被动半轴1212沿轴向依次设置；液压缸1214与主动半轴1211连接，用于驱动主动半轴1211沿轴向平移运动，以使主动半轴1211与被动半轴1212轴向对接或者分离。

当离合装置121通电时，液压缸1214驱动主动半轴1211与被动半轴1212对接，液压马达321驱动从动齿轮1213转动，从动齿轮1213带动主动半轴1211转动，主动半轴1211带动被动半轴1212转动，被动半轴1212带动驱动轮111转动，驱动轮111驱动履带115移动，实现履带行走机构11行走。当离合装置121断电时，液压缸1214自动驱动主动半轴1211与被动半轴1212分离，从而使液压马达321与履带行走机构11的传动断开。

在一些实施例中，如图2和图3所示，水下监测机器人100还包括电气控制设备5，电气控制设备5包括控制元器件、强电控制器、变压器以及多个密封舱51，多个密封舱51均安装在移动本体1上，控制元器件、强电控制器和变压器分别密封安装在不同的密封舱51内。

在本实施例中，控制元器件、强电控制器和变压器集成设置在移动本体1上，电气控制设备5具备各类型电压输出、电压电流实时监测、异常情况下的自主电气保护及抗环境干扰等能力，用于为水下监测机器人100提供电动力、电气控制集成及保护；通过设置密封舱51分别密封安装控制元器件、强电控制器和变压器，密封舱51内部充压实现内外压力平衡，抗水压能力强，水下监测机器人100适用于高水深环境，满足大水深输水隧洞内异物情况的在线监测需求。同时，通过将控制元器件、强电控制器和变压器分别密封安装在不同密封舱51内，形成分舱控制，减少高压对低压的干扰，使水下监测机器人100运行时，强电电压不会影响到控制元器件的正常使用功能，稳定性和可靠性更高，确保水下监测机器人100顺利完成输水隧洞内的在线监测作业。

具体地，密封舱51包括变压器舱511、高压电气舱512及低压电气舱513，变压器安装在变压器舱511内，所有控制元器件均安装在低压电气舱513中，高压电气舱512中只安装强电控制器，高压电气舱512输入380V电压，低压电气舱513输入220V电压；变压器与强电控制器电连接，低压电气舱513内的低压继电器与高压电气舱512内的高压继电器电连接。

在一些具体实施例中，通过密封舱51设计，可以实现水下监测机器人100抗50m水深压力。

在一些实施例中，水下监测机器人100还包括状态检测模块、通信模块和控制模块；状态检测模块包括深度检测装置、速度检测装置、水流速度检测装置及姿态检测装置中的至少一种；控制模块通过通信模块与液压动力机构3、监测设备2、状态检测模块以及远程控制台通讯连接。

在本实施例中，状态检测模块搭载在水下监测机器人100的移动本体1上，用于水下监测机器人100自身状态检测及环境信息获取，主要包括深度检测、速度检测、流速检测及自身姿态获取；控制模块用于水下监测机器人100本体控制及数据采集，实现行走驱动、数据采集、能源供应及对辅助设备控制等功能，保证监测功能的实现；通信模块用于水下监测机器人100与远程控制台之间进行通讯，以及实现水下监测机器人100的各功能模块之间的通讯，通过通信模块实现数据传输。

在一些具体实施例中，深度检测装置采用高精度深度传感器(精度大于0.1m)，姿态检测装置采用三轴倾角姿态传感器。

在一些具体实施例中，控制模块采用嵌入式控制装置和数据存储模块。

在一些实施例中，如图2和图3所示，水下监测机器人100还包括抗拉电缆6，抗拉电缆6与移动本体1相连接，抗拉电缆6用于水下监测机器人100的供电和数据传输，并且能够通过抗拉电缆6拖拽水下监测机器人100。

在本实施例中，抗拉电缆6连接移动本体1，用于水下监测机器人100的供电和数据传输，抗拉电缆6具备一定的抗拉能力，不易被拉断，抗拉电缆6跟随水下监测机器人100的行走同步收卷或放卷，确保抗拉电缆6安全，实现水下监测机器人100的稳定供电和信息传输，水下监测机器人100通过抗拉电缆6可以与远程控制台实时传输信息，供操作人员查看操作，从而可以实现输水隧洞内的在线视频监测及轮廓扫描。同时，抗拉电缆6能够承受拖拽水下监测机器人100需求的拉力，通过收卷抗拉电缆6能够拖拽监测机器人100移动，从而在紧急情况下可以通过抗拉电缆6将水下监测机器人100拖拽回收，避免水下监测机器人100遗留在输水隧洞内成为异物，无需停水人工回收，不影响供水，不存在安全性问题。

具体地，抗拉电缆6的抗拉力大于或者等于预设拉力，预设拉力等于水下监测机器人100在水平地面上的最大静摩擦力与安全系数的乘积，安全系数大于3。根据运动学原理可知，要实现拖拽水下监测机器人100移动，要求抗拉电缆6拖拽水下监测机器人100的拉力大于水下监测机器人100的最大静摩擦力，即抗拉电缆6的抗拉力要大于水下监测机器人100的最大静摩擦力；但由于输水隧洞长时间使用后内壁会有海生物、沉沙、淤泥等异物沉积，水下监测机器人100在输水隧洞内的最大静摩擦力难以确定。因此，通过设置抗拉电缆6的抗拉力大于或者等于预设拉力，预设拉力等于水下监测机器人100在水平地面上的最大静摩擦力与安全系数的乘积，安全系数大于3，也就是说，抗拉电缆6的抗拉力大于3倍的水下监测机器人100在水平地面上的最大静摩擦力，可以确保抗拉电缆6能够承受拖拽水下监测机器人100所需的拉力，有效保证抗拉电缆6可以顺利将水下监测机器人100拖拽回收，避免水下监测机器人100发生严重故障时遗留在输水隧洞内成为异物而影响输水隧洞使用功能。

进一步地，安全系数的取值范围为5-7之间，有利于兼顾抗拉电缆6的强度和成本。

在一些具体实施例中，水下监测机器人100在水平地面上的最大静摩擦力为1300kg左右；抗拉电缆6采用高强度钢丝铠装电缆，实现动力供应和信息传输，抗拉电缆6的抗拉力大于或者等于8000kg，即安全系数约为6.15。

在一些具体实施例中，抗拉电缆6的长度大于2.5KM，通过抗拉电缆6可以实现2.5KM长距离输水隧洞内异物情况的在线监测作业。

在一些实施例中，如图2和图3所示，电气控制设备5还包括分线盒52，抗拉电缆6连接至移动本体1后与分线盒52连接；分线盒52的电缆与变压器电连接，通过分线盒52将电信号输出至变压器，电信号经过变压器后输出380V电压至高压电气舱512，经高压电气舱512输出一部分380V电压供液压动力机构3的18.5KW电机使用，输出一部分220V电压至低压电气舱513，供水下监测机器人100的各个功能模块使用；分线盒52的光纤与控制元器件连接，光纤等控制信号输出至控制元器件，另外220V电压通过低压电气舱513内的低压继电器后输出至高压电气舱512中的高压继电器，从而使低压电气舱513中的控制元器件能够控制移动本体1的所有功能。

在一些具体实施例中，变压器设计总功率为20KVA，在不影响热变量的情况下转换为实际使用功率为80％，也就是24KW。水下电机额定功率为18.5KW，水下监测机器人100中其余所有元器件总功率为5KW，变压器输出功率能够满足移动本体1的正常工作需求。

在一些具体实施例中，抗拉电缆6中设有光纤，水下监测机器人100与远程控制台之间通过光纤进行通讯，整个通讯过程为全双工交互通讯，接收和发送数据流程一致。当进行交互通讯时，水下监测机器人100各功能模块的电信号先转换成以太网信号，然后通过光纤交换机将以太网信号转换通过光纤传输到远程控制台处；远程控制台再通过光纤交换机将信息分解成以太网信号，即可得到设备信息，远程控制台实现整个系统的远程操控，包括指令发送及数据显示。优选地，抗拉电缆6中设有多根光纤，部分光纤作为备用通信线路，确保通信顺畅，避免单光纤通信因外界原因造成通信故障。

在一些具体实施例中，如图9所示，抗拉电缆6包括动力缆61和信号缆62，动力缆61包括四条高压电缆，高压电缆为高压6KV电缆，满足水下监测机器人100所需功率和电压的使用，并有一定的冗余性。信号缆62为四芯铠装光纤，采用光纤传输信号，信号缆62内共有四条光纤，其中两条处于实时工作状态，另外两条备用，信号缆62采用冗余设计，提高信号传输的可靠性。抗拉电缆6内部填充柔性填充物63，优选凯夫拉材质，动力缆61和信号缆62围绕填充物63布置；外部依次包裹2吨抗拉编织层64、TPU(聚氨酯弹性体)隔离层65、6吨抗拉层66及TPU护套层67，抗拉层66使用凯夫拉材质。抗拉电缆6采用多层隔离式结构，满足系统功能要求，并减少动力缆61对信号缆62的干扰；抗拉电缆6总直径控制在26±0.5mm，卷绕后体积不至于过大，方便使用运输。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水下监测机器人，其特征在于，包括：

移动本体，包括履带行走机构和传动机构，所述传动机构与所述履带行走机构相连接，所述传动机构包括离合装置；

监测设备，安装在所述移动本体上；

液压动力机构，安装在所述移动本体上，并与所述传动机构相连接，所述液压动力机构为所述履带行走机构提供驱动力；

其中，所述离合装置被配置为在断电时分离，以使所述液压动力机构与所述履带行走机构相脱离。

2.根据权利要求1所述的水下监测机器人，其特征在于，所述移动本体还包括车架和外壳，所述外壳罩设在所述车架上，并与所述车架围成安装空间，所述履带行走机构、所述传动机构、所述液压动力机构和所述监测设备均安装在所述车架上；且所述外壳的前端和后端均设有导流面。

3.根据权利要求2所述的水下监测机器人，其特征在于，所述车架上设有多个安装接口，所述监测设备和所述履带行走机构分别通过所述安装接口安装在所述车架上。

4.根据权利要求1所述的水下监测机器人，其特征在于，所述液压动力机构包括电力液压动力源、液压执行装置、液压油舱和控制阀，所述电力液压动力源与所述液压执行装置和所述液压油舱通过液压管路连接，所述控制阀设置在所述液压管路上，所述液压执行装置包括液压马达，所述液压马达与所述履带行走机构通过所述传动机构传动连接。

5.根据权利要求4所述的水下监测机器人，其特征在于，所述水下监测机器人还包括机械臂装置，所述机械臂装置连接在所述移动本体上，所述监测设备安装在所述机械臂装置上；所述液压执行装置还包括机械臂升降马达，所述机械臂升降马达与所述机械臂装置传动连接。

6.根据权利要求1所述的水下监测机器人，其特征在于，所述水下监测机器人还包括电气控制设备，所述电气控制设备包括控制元器件、强电控制器、变压器以及多个密封舱，多个所述密封舱均安装在所述移动本体上，所述控制元器件、所述强电控制器和所述变压器分别密封安装在不同的所述密封舱内。

7.根据权利要求1所述的水下监测机器人，其特征在于，所述水下监测机器人还包括状态检测模块、通信模块和控制模块；所述状态检测模块包括深度检测装置、速度检测装置、水流速度检测装置及姿态检测装置中的至少一种；所述控制模块通过所述通信模块与所述液压动力机构、所述监测设备、所述状态检测模块以及远程控制台通讯连接。

8.根据权利要求1所述的水下监测机器人，其特征在于，所述监测设备包括水下摄像机和水下三维扫描设备。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的水下监测机器人，其特征在于，所述水下监测机器人还包括抗拉电缆，所述抗拉电缆与所述移动本体相连接，所述抗拉电缆用于所述水下监测机器人的供电和数据传输，并且能够通过所述抗拉电缆拖拽所述水下监测机器人。

10.根据权利要求9所述的水下监测机器人，其特征在于，所述抗拉电缆的抗拉力大于或者等于预设拉力，所述预设拉力等于所述水下监测机器人在水平地面上的最大静摩擦力与安全系数的乘积，所述安全系数大于3。