一种龙门框架行车式水下作业机器人的制作方法

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种龙门框架行车式水下作业机器人。

背景技术：

目前国内外的打捞水下机器人虽然能打捞，但还是没有人工打捞效率高，灵活程度上还不能完全替代人工。一般性的水下机器人采用浮体材料调节自身比重，使整体既不上浮也不下降，这样在海底作业时就没有附着力，机械手动作时因反作用力造成本体漂移致使定位不准。同时因为水下地形复杂，水下机器人很难找到合适平坦的落脚点，加上水下不规则的海底暗流，更加难以保持机器人的工作平衡，需要反复调节对准，造成了机器人效率很低，只能打捞比较贵重的物体，一般局限在科研、军事领域。申请号201310539070.X的发明专利申请公开了一种沉浮控制装置及多工况可沉浮海参搜索捕捞器，其有沉浮控制装置、行走转向装置、悬浮运动控制装置、捕捉装置等组成，其可以通过机械臂抓取海参等海底物品，然其机械臂太长，受水流和自重平衡的影响，本体难以在海底稳定固定，造成作业不稳，机械手对不准目标，同时由于作业区为圆形区域，可能会造成捕捞死角。在海底落脚固定时，不适应复杂地形，不能够改变落脚区域，造成打捞效率上不去。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种海底定位牢固、能够提高工作效率，同时控制方便、沉浮快捷高效的水下作业机器人。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种龙门框架行车式水下作业机器人，包括支撑定位装置、沉浮及行走控制装置、龙门框架、高压水泵、控制系统、纵驱动梁、横驱动梁、拾取装置以及摄像头，所述支撑定位装置位于龙门框架下部，在龙门框架四角边缘处；所述沉浮控制装置及行走装置位于位于龙门框架四角外部；所述控制系统置于龙门框架四角内部，其与龙门框架横梁平行；所述拾取装置于龙门框架内部，可沿纵驱动梁以及横驱动梁自由移动，所述摄像头置于龙门框架横梁底部两侧。

上述龙门框架行车式水下作业机器人，所述支撑定位装置包括支撑支脚、液压缸；所述液压缸分别置于龙门框架的四只支腿上，支撑支脚位于液压缸底部。

上述龙门框架行车式水下作业机器人，所述支撑支脚截面形状可以为圆形、半圆形、椭圆形、方形等。

上述龙门框架行车式水下作业机器人，所述沉浮及行走控制装置包括沉浮箱、高压喷水嘴，所述沉浮箱分别置于龙门框架四角外部，沉浮箱内置有充气气囊；所述高压喷水嘴分别置于沉浮箱的上部和下部，并分别按照三维直角坐标系，在三维六个方向上分别设置；高压喷水嘴通过电磁控制阀与高压水泵连接。

上述龙门框架行车式水下作业机器人，所述高压喷嘴在沉浮箱上部和下部分别设置两组，在相同方向上高压喷水嘴联动设置。

上述龙门框架行车式水下作业机器人，所述拾取装置设置在纵驱动梁与横驱动梁上，包含拾取器、液压缸、收集箱、吸水泵等，所述纵驱动梁与横驱动梁刚性连接，所述拾取装置设置在横驱动梁上，横驱动梁设置于纵驱动梁上。

上述龙门框架行车式水下作业机器人，所述横驱动梁与纵驱动梁刚性连接可以为卡扣式连接、螺栓连接、销轴连接。

上述龙门框架行车式水下作业机器人，所述拾取器可以为伸缩吸管、机械手的一种或者两种。

上述龙门框架行车式水下作业机器人，所述高压水泵为龙门框架行车式水下作业机器人提供动力，包括三维6个方向移动、沉浮、液压缸伸缩、机械手运动等。

上述龙门框架行车式水下作业机器人，所述龙门框架采用不锈钢或碳纤维材料，其龙门框架内部为中空管结构。

本发明的有益效果是，本发明的龙门框架行车式水下作业机器人将多个沉浮及行走控制装置并列安装在龙门框架上，通过控制系统实现多个沉浮及行走控制装置同步联动，拾取装置放置在龙门框架上，根据需要进行纵向和横向移动；增大了拾取面积，同时上下移动采用了沉浮箱和高压喷嘴双系统升降，使升降和改变捕捞地点更加方便，支撑定位装置可以稳定的固定在海床上，支撑支脚可以设置为不同形状，根据地形调节液压缸伸出长度，适应海底地形，保证与海底有效贴合。更显著的是采用高压水泵一种最环保的液压动力，不用担心采用液压介质泄露污染海水问题，实现低成本完成高复杂的系统动力集成。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明；

图1本是发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例支撑定位装置的局部放大示意图；

图3是本发明实施例沉浮及行走控制装置的局部放大示意图及相应剖视图；

图4是本发明实施例拾取装置的局部放大示意图。

具体实施方式

如图1所述，一种龙门框架行车式水下作业机器人，包括支撑定位装置1、沉浮及行走控制装置2、龙门框架3、高压水泵4、控制系统5、纵驱动梁6、横驱动梁7、拾取装置8以及摄像头9，所述支撑定位装置1位于龙门框架3下部，在龙门框架3四角边缘处；所述沉浮控制装置及行走装置2位于位于龙门框架3四角外部；所述控制系统置于龙门框架四角内部，其与龙门框架横梁平行；所述拾取装置8于龙门框架3内部，可沿纵驱动梁以及横驱动梁自由移动，所述摄像头置于龙门框架横梁底部两侧。本发明实施例横驱动梁7与纵驱动梁6刚性连接为卡扣式连接，优化地本发明实施例的连接也可以为螺栓连接、销轴连接。本发明实施例的龙门框架采用不锈钢或碳纤维材料，其龙门框架内部为中空管结构。

本发明实施例将摄像头置于龙门框架横梁底部两侧，事实上，本实施例的摄像头可以根据拾取的需要，选择合适的位置，依据的原则是能够清楚的看清海底地形。

如图2所述，支撑定位装置1包括支撑支脚11、液压缸12；所述液压缸12分别置于龙门框架3的四只支腿上，支撑支脚11位于液压缸12底部。支撑支脚11可以设置为不同形状，根据地形调节液压缸12杠杆伸出长度，适应海底地形，保证与海底有效贴合。本发明实施例的支撑支脚截面形状优化地为圆形，优化地支撑支脚11截面形状也可以为半圆形、椭圆形、方形等，可以根据海底地形的需要变更不同的支脚，并不局限于上述形状。

如图3所示，所述沉浮及行走控制装置2包括沉浮箱21、高压喷水嘴22，所述沉浮箱21分别置于龙门框架四角外部，沉浮箱21内置有充气气囊23；所述高压喷水嘴22分别置于沉浮箱的上部和下部，并分别按照三维直角坐标系，在三维六个方向上分别设置；高压喷水嘴22通过电磁控制阀24与高压水泵4连接。本发明的高压喷嘴22在沉浮箱上部和下部分别设置两组，在相同方向上高压喷水嘴22联动设置。本发明将多个沉浮及行走控制装置2并列安装在龙门框架3上，通过控制系统实现多个沉浮及行走控制装置2同步联动，同时可以根据需要进行纵向和横向移动；上下移动时采用了沉浮箱21和高压喷嘴22双系统升降，使升降和改变捕捞地点更加方便，同时高压喷嘴22设置了六个方向，可以通过高压喷嘴22的开关移动龙门框架，在工作时，高压喷嘴22一直向上喷水，增加了向下的压力，使装置稳定的固定在海床上。

如图4所示，所述拾取装置8设置在纵驱动梁6与横驱动梁7上，包含拾取器81、液压缸82、收集箱83、吸水泵84等，所述纵驱动梁6与横驱动梁7刚性连接，所述拾取装置8设置在横驱动梁7上，横驱动梁7设置于纵驱动梁6上。本发明实施例的拾取器为伸缩吸管，用伸缩吸管拾取海参，优化地拾取器81也可以为机械手，同时也可以根据需要采取同时用伸缩吸管和机械手来完成拾取工作。

本发明的高压水泵4为龙门框架行车式水下作业机器人提供动力，包括三维6个方向移动、沉浮、液压缸伸缩、机械手运动等。

本发明将多个沉浮及行走控制装置2并列安装在龙门框架3上，通过控制系统实现多个沉浮及行走控制装置2同步联动，拾取装置8放置在龙门框架上，根据需要进行纵向和横向移动；上下移动采用了沉浮箱21和高压喷嘴22双系统升降，使升降和改变捕捞地点更加方便，同时高压喷嘴22设置了六个方向，可以通过高压喷嘴22的开关移动龙门框架3，在工作时，高压喷嘴22一直向上喷水，增加了向下的压力，使支撑定位装置1稳定的固定在海床上，支撑支脚11可以设置为不同形状，根据地形调节液压缸12伸出长度，适应海底地形，保证与海底有效贴合。更显著的是采用高压水泵4一种最环保的液压动力，既解决了沉浮箱21充放水调节浮力、高压喷嘴22采用喷水推进来改变三维六个移动方向、控制支腿液压缸12缸杆伸出长度来适应地面和给机械手提供动力等多个问题，不用担心采用液压介质泄露污染海水问题，实现低成本完成高复杂的系统动力集成。

工作时将工作船抛锚固定，在船尾首先将脐带缆慢慢放开，支撑支脚11缩回呈最短状态，顺流施放水下机器人，控制前进高压喷水嘴22喷水驱动机器人前行，将拖缆尽量绷紧，电缆全部松开后，打开电磁阀向沉浮箱21注压载水，水下机器人下沉时保持四个角注水均衡，刚没过水面时停止注水，打开向上喷水嘴22电磁阀门，向上喷水推动整台设备下沉。在下沉过程中，如果有海流或偏重影响，四个脚位倾斜程度不一样，控制板上的位置传感器会控制每个喷嘴的开关时间，让下沉慢的一端向上喷水时间长喷水量多一些，让下沉快的一端向上喷水时间短喷水量少一些，保持一个动态的平衡，工作完毕上升过程中反之亦然。接近海底时，通过摄像头进行观察，如果落脚位置周围不合适，可调整左右喷嘴移动一下位置再降。第一个脚落地后，控制板上的位置传感器会发出检测信号，调整支撑支脚11伸出合适长度，所有支撑支脚11固定后向上高压喷水嘴22继续喷水，给整个龙门框架3施加向下压力，将龙门框架比较牢固的固定在水底。然后控制拾取器8沿纵驱动梁6与横驱动梁7开始搜寻，发现目标后驱动拾取装置8移至目标上方，控制液压缸82驱动拾取器81伸缩吸管或机械手打捞目标。将框架内的所有目标打捞完毕后，喷嘴改为向下喷水，此时设备浮起一定高度，收放电缆一段合适距离，可落下重复以上动作。多次重复后水下机器人移至船体，整个通道内就打捞完毕。此时起锚将船体沿水流横向移动一个工作位置，就可开始重新打捞循环。期间如果货物偏重，可通过打开沉浮箱21排水阀排水调节浮力。超重后请及时浮起卸货。

气囊充气气压根据水深来调整，工作水深越大，预充气体也相应越大，防止因水太深时压缩气压力小导致无法排水。上升困难时可以采用向下喷水和气囊排水增加浮力并举方法。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。