可调液下作业机器人的制作方法

1.本实用新型属于液下特种作业设备技术领域，具体涉及一种可调液下作业机器人，特别适合在内河湖水下、下水道、海水等多种液体环境下进行采捕、维护维修、打捞等作业的装置。


背景技术：

2.液下作业指在液体环境的液面以下进行相关作业，一般而言采用专业设备进行时，相关设备由于需要处于浸没状态而对相应的设备质量提出较高的要求，从而使得这些设备都较为昂贵，具有极高的购置、使用和维护成本。液下作业可以包括水下(包括淡水、咸水以及污水等环境)、油下、腐蚀液下(如酸液、碱液等环境下)等多种复杂高要求条件下进行的作业。
3.以水下打捞为例，水下打捞就是打捞沉没于水中物体的工程，通常在进行水下甚至深海钻井时，偶尔会出现钻头断裂或掉落在水底的情况，这时就需要潜水员潜入水底进行观察和探索，做出相应的措施配合将钻头取出，重量小一些的物体则可以直接由潜水员带出。现有打捞钻头或者其他物体的方法主要存在以下不足：
4.(1)安全性差，需要潜水员进入到深水中进行摸索，给潜水员的人身安全带来很大的风险。
5.(2)可视性差，在深水尤其是浑水的状态下，潜水员一般会携带照明设备进入水中进行勘察，由于水中悬浮物的影响，照明和摄像效果极差，使潜水员的工作效率大大下降，同时，潜水员在水中待的时间越长，风险也越高。
6.(3)潜水员在水下看不到所拍摄的图像，需要水面指挥潜水员调整其拍摄的角度、位置、方向等，由于潜水员水下作业环境的特殊性，不易像在陆地上一样方便调节，因此很难获得所需的图像资料。
7.(4)操作难度高，在远程操作作业中，需要满足不同地形环境、不同作业对象等的要求，机器人自身的适应能力有待提高。
8.同样的，现行水下捕捞作业，如海产捕捞等同样存在着前述的问题，严重地影响了海产捕捞的效率和安全性。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的在于提供可调液下作业机器人，结构简单，操作便利性好，通过设置的调节满足可以在作业时调节箱体高度，而适应不同作业阶段或者不同地形等的作用需求。
10.本实用新型公开的可调液下作业机器人，其机体包括机架、内空腔且具有操作窗口的箱体、设置于箱体中的机械臂以及连接到机架的调节装置，操作窗口连通到内空腔，机械臂上包括有用于执行作业的工作部，箱体在行程方向活动地设置于机架内，调节装置包括行程装置，行程装置包括在其行程方向具有移动能力的行程部，行程部连接到箱体，通过
行程部的设置与移动，实现箱体在行程方向的位置调节，而满足作业或者移动或者避障等方面的需求。优选地，箱体内还可以设置用于在箱体的内空腔内提供排除了液体(这里的液体指该可调液下作业机器人所限定的工作环境的液体，比如水下工作时就是指水等)的作业空间的隔离结构，这一改进进一步地可以降低液下作业对设备的要求，有效地了设备使用和维护的成本。
11.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，行程装置还包括用于限制行程部行程的限制部，限制部上具有供行程部配合移动的活动区。
12.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，限制部为具有柱形内腔的缸体结构，行程部包括配合设置在缸体结构内腔中的活塞结构，活塞结构连接到箱体。
13.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，行程部还包括延伸结构，延伸结构一段连接到活塞结构，另一端连接到箱体。
14.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，行程装置为包括缸体和活塞结构的气缸或者油缸。
15.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，机架与箱体在配合连接处还设置有活动限制部，活动限制部包括设置于机架或者箱体上的轨道部以及对应地配合轨道部设置的具有依据轨道部活动的行走部，行走部对应于轨道部设置于箱体或机架上。
16.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，轨道部在其行程末端还设置有用于限制行走部的安全部。
17.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，安全部为凸出轨道部表面的安全销。
18.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，行走部为活动连接到箱体或机架上的行走轮。
19.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，机体还包括用于调节机器人液下浮力大小的变容装置。优选地，变容装置包括可压缩放大改变体积的气囊。
20.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，气囊连接有用于向气囊充气或排气的通气结构。
21.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，通气结构包括高压气罐以及排气管，高压气罐以及排气管上均还设置有用于控制高压气罐向气囊充气以及排气管排气的控制阀。
22.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种改进，可调液下作业机器人还包括用于驱动其行走的移动装置，该移动装置与箱体连接。优选的，移动装置包括设置于箱体上的履带式行走机构或轮式行走机构(这里的轮除了包括常规意义的轮外还包括其它异形轮结构)或螺旋桨行走机构或泵喷行走机构等。
附图说明
23.为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，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。
24.图1是本申请的可调液下作业机器人的一种实施方式的结构示意图；
25.图2是本申请的可调液下作业机器人的又一种实施方式的正向结构示意图；
26.图3是图2实施方式的结构示意图；
27.图4是图2实施方式的底部示意图。
具体实施方式
28.以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
29.以下展示了本方案在沉底作业时的工作状态,当然这种展示并不表明本方案仅适用于沉底工作状态。
30.本实用新型公开的可调液下作业机器人的一种实施方式，
31.本实用新型公开的可调液下作业机器人，其机体可以包括机架，机架主要在这里起到了承载框架的作用，用于将机器人的主要功能部件限定(包括直接地连接到或者彼此之间间接地以近似串联的形式连接到)机架上，比如在机架上限定箱体(此时箱体内的机械臂就相当于间接地连接到机架上)、行走机构(履带轮等)、探测装置(如摄像机等)、控制装置(如机载plc等)等功能结构，这里就不一一的举例和限定，只要能够满足本方案对于机器人功能的实现即可，各种满足要求现有方案可以依据需要而增减；
32.内空腔且具有操作窗口的箱体，操作窗口连通到内空腔，机械臂上包括有用于执行作业的工作部，箱体其主体可以为一个中空的箱型结构，以提供机器人的机械臂作业的操作空间，通过该操作空间为机器人作业提供良好的工作环境；
33.而为了满足不同状态下的机器人的运行需求，如图1所示的，比如在工作状态下，可以将箱体的操作窗口的高度调低，也就是降低箱体的高度，以尽可能地位机械臂提供干燥良好的作业环境，在示例中也就是可以尽可能多的排除干涉作业的水，而在完成当前区域的作业后，为了机器人移动的便利，比如规避未满足采捕要求的海产等，需要将箱体提升高度，从而便于机器人快速便利地转移位置等多种情形下。为了满足这些情形，机器人的箱体还可以设置连接到机架的调节装置，箱体在行程方向(行程方向指箱体为满足需求而进行移动的方向，举例则可以如图2所示的情形下平行纸面的方向)活动地设置于机架内，调节装置包括行程装置，行程装置包括在其行程方向具有移动能力的行程部，行程部连接到箱体，在需要时行程部受控地带动该箱体进行运动，通过行程部的设置与移动，实现箱体在行程方向的位置调节，而满足作业或者移动或者避障等方面的需求。优选地，箱体内还可以设置用于在箱体的内空腔内提供排除了液体(这里的液体指该可调液下作业机器人所限定的工作环境的液体，比如水下工作时就是指水等)的作业空间的隔离结构，这一改进进一步地可以降低液下作业对设备的要求，有效地了设备使用和维护的成本。
34.在上述方案中，为了满足箱体在行程方向受运行，也就是行程部其引导箱体运行的能力受限，行程装置就还可以设置用于限制行程部行程的限制部，限制部上具有供行程部配合移动的活动区，从而使得行程部在限制部所限定的范围内移动，这就使得箱体或者行程部在运行当中不易发生脱轨等，而保障运行的高效和高质量。优选的，限制部可以为具有柱形内腔的缸体结构，行程部包括配合设置在缸体结构内腔中的活塞结构，活塞结构连
接到箱体。进一步优选的，行程部还可以设置延伸结构(延伸结构可以为连接活塞与箱体的连杆结构)，延伸结构一段连接到活塞结构，另一端连接到箱体。为了满足这一要求，行程装置可以为具有缸体和活塞结构的气缸或者油缸。
35.在上述方案中，机架与箱体在配合连接处还可以设置有活动限制部，用以将箱体限制到机架上，使得箱体可以在机架所限制的范围内进行运行，活动限制部可以包括设置于机架或者箱体上的轨道部以及对应地配合轨道部设置的具有依据轨道部活动的行走部，行走部对应于轨道部设置于箱体或机架上，这就使得箱体可以依托轨道部和行走部之间的配合在机架所限定的范围(行程)内进行适当的运行。优选的，行走部为活动连接到箱体或机架上的行走轮，从而使得行走轮在轨道部上运行，从而支持箱体在行程范围内运行。为了满足运行的安全，轨道部在其行程末端还可以设置有用于限制行走部的安全部，用以在行程末端限制行走部如行走轮的继续行走，从而保证设备运行的安全性。优选的，安全部为凸出轨道部表面的安全销。
36.以海底捕捞为例(在进行其它作业时，如下陈述的技术方案展示的相近功能同样是能够实现的)，该设备包括内空腔且具有操作窗口的箱体01，箱体01安置于机架021所形成的空间内，机架具有横梁、纵梁以及竖梁，通过三者的组合连接形成了如图1所示的安装容纳箱体的结构，横梁上设置有油缸022，油缸022其基座部分连接到横梁上，而起活塞部分则连接到箱体上(这里可以为通过活塞直接连接，也可以为通过连接到活塞的连接进行连接)，箱体和机架之间活动连接，使得箱体能够在图1所示的竖向进行一定程度的移动，比如可以在竖梁上设置滑轨，对应地在箱体上设置于滑轨配合的行走轮，行走轮的基座安装到箱体上，此时行走轮可以沿滑轨滑行，这一滑行过程就是对箱体可动的行程的限定，在沉底作业时，如机器人到达海底的作业区域后，先控制(这里的控制可以由人工远程操控，也可以由plc等设备自行控制，至于行走轮的移动可以为通过电机驱动，电机受远程控制装置如控制开关或者plc的指令控制)行走轮向下行走，使得箱体下移更贴近海底而使机械臂获得更好的作业空间，在完成本区域的操作后，反向操作，使箱体上移，从而使得机器人可以通过履带行走装置进行移动，获得新的作业区域。此时箱体01可以为一个在底部设置有开口型的操作窗口的方形箱柜结构或者圆柱形箱柜结构或者其它形态的结构。
37.为了观察海底的作业环境，机器人上还可以设置如摄像机、摄像头、照相机等用于在采集海底视频图像信号的设备，其可以设置于箱体01内或者箱体01外侧特别是设置在外侧时则应当至少设置于操作窗口附近位置从而将操作窗口所提供的操作界面纳入信号采集的视窗范围，从而辅助液下作业确定采捕对象的位置。当然摄像机等也可以设置于其它位置，比如设置在前后左右方向用于在作业装置液下移动时对环境如障碍物等进行观察，从而为操作提供便利。
38.用于在箱体01的内空腔内提供排除了液体的作业空间的隔离结构，这里的隔离可以为物理隔离如通过设置的隔离板、隔离罩等，也可以通过多相界面如水气界面、油水界面等多种方式实现隔离；作为如图2中展示的箱体01部分的一种可能方案，在这里实施时可以为在开口位于底部而其它位置全封闭(目的是为了在其它位置获得良好的气密性)的箱体01，从而在下海捕捞时，先将开口向下并向内空腔充入足够量的空气，这个过程可以在作业装置下降过程中不断进行(如通过水面设施或者岸基设施如压缩空气泵通过气管等进行供气，这里的气管或者气泵上可以设置有用于控制气体输入的控制阀；当然也可以通过内置
于内空腔中的高压气瓶在下降过程中受控地放气，而气瓶的设置在空腔内任何位置或者空腔外的任何位置并无特殊要求，能实现本处功能即可，这里气瓶所形成的输气管路上同样可以设置有前述功能的控制阀)，从而在到大作业深度时，箱体01内扔具有足够的空气形成的作业空间；
39.为了进线作业，设置于箱体01中的机械臂05，其上设置有用于执行作业的工作部06，此时由于由空气填充的作业空间的存在，机械臂05其主体可以在作业空间内，而无需进行较强的针对性防护设计，比如实施以浸没为标志的防水、防腐蚀等，作业时箱体01可以是沉底的，此时下开口直接贴合到海底而绝大部分机械臂05直接位于空气填充的作业空间内；当然箱体01也可以通过控制悬浮力而在与海底距离适当的情况下悬浮的，此时机械臂05就可以从这里的开口所形成的供机械臂05探出作业的操作窗口部分，如工作部的机械手或者切割刀等全部或者部分探入海底进行海产拾捡捕捞作业，当然此时由于如水作业的部分视部件的情形决定是否需要采用高防水等级的设计(这种设计可以从结构、材料等各种角度进行考虑，这也适用于本方案在其它部分的陈述)；
40.为了满足在不同液深条件如不同深度的海底条件下的作业，本方案在实施时可以通过调节调深装置来实现该设备的重量与浮力状态的调整，从而满足在不同条件下的作业要求。优选的，针对这种调深装置可以采用在机体上合理地挂设配重块(如在箱体外壁上以挂钩形式挂载配重铅块等方式)的形式实现对作业装置所受到的重力与浮力的平衡而满足不同深度的作业需要。在图1和图3中展示了配重块在箱体上设置的一种情形，其以组合单元的形式装配于位于箱体顶部的配重座上，每个配重单元(如一个铅块)可以通过螺钉连接的方式可拆卸地安装到配重座上，从而满足在为了应对不同海深区域作业时对配重的要求，比如在大深度作业时，可以选择在配重座设置较多配重单元以增强整体重量的情形，而在低海深区域作业时，则反之，减少整体重量。此外，为了满足这种调节功能，还可以采用体积调深装置，也就是在机体上，如箱体上设置具有充气膨胀/放气收缩能力的一个或者多个气囊，在作业装置沉入海底的过程中不断释放一个或者多个气囊的气体从而使得气囊体积收缩，而满足高深度下对作业装置作业的要求，而在需要上浮时则向气囊中充气，增强作业装置的浮力，这里的充气可以通过海面载具设置的高压气泵通过气管向气囊通气，这里的充气也可以采用设置到箱体的高压气瓶受控实现。而放气则可以在气囊上设置放气管路受控地实现。需要注意的时，为了控制充放气，在相应的管路如高压气泵的出口或者与其连通的通气管上以及放气管路上均设置有接受控制的控制阀，这里的控制可以由操作人员通过有线的形式远程进行，也可以为机载计算机依据预设指令自行控制。
41.在包括而不限于上述方案中，作业装置的箱体01在设计时视需求还具有如图意外的其它形态，只要能够满足箱体01在工作状态时为半封闭的，通过操作窗口获得一个良好的工作空间即可，比如同样通过充入气体获取。
42.在包括而不限于上述方案中，工作部包括机械手或者切割刀或者其它作业工具如焊接设备修补设备等，由于这些工作部在本方案的实施过程中可以实现不探入液面下进行作业，如沉底或者平台作业时，可以通过将箱体01调整到合适的位置而可以实现对工作空间内液体的充分排除，从而满足作业要求，如将传统高要求的水下焊接改变为气体氛围下作业。优选地，为了实现机械臂05的操作或者工作部的操控，其各自还可以设置有用于向工作部和机械臂05提供动力的动力设备。通过这里动力设备实现机械臂05的调整或者运行，
这里的运行可以为自动作业也可以为受控作业，而这些动力设备可以为电机(如电机带动切割刀进行切割作业)或者气缸或者液压缸等(如气缸或者液压缸驱动机械臂05运动或者机械手的爪进行运动等)。
43.在包括而不限于上述方案中，可调液下作业机器人还包括用于驱动其行走或者升降的移动装置，该移动装置与箱体01连接。移动装置包括设置于箱体01上的履带式行走机构或轮式行走机构等。也可以为设置有若干组不同的螺旋桨推进器，如图1中展示了在竖向提供推力的竖向推进螺旋桨071以及用于在横向变向的横向变向螺旋桨072，图中横向变向螺旋桨072各自提供的推进力方向可以不一致，而竖向推进螺旋桨071提供的推力的方向则是平行的，从而使得机器人在液下的操作更具有灵活性。
44.如图1
‑
图4中，所展示的一种海底捕捞装置，箱体01其在行走方向两侧设置有一对履带行走装置04，箱体背部形成有调深装置03，其可以由为可充放气的气囊结构，并且可以设置于机架上方(如图2
‑
4所示的情形)，也可以安装到履带行走装置04的上方，比如通过护板等连接到机架侧部的对应位置(如图1所示的倾斜)，以在平衡性、动力、浮力、操控性等方面均恰到好处，箱体内由空气形成工作环境，由电机驱动履带行走，箱体01上还设置有摄像头021，其摄像头可以用于监视作业方向，如图2所示工作空间以及工作窗口所在位置，从而为箱体01的内空腔中的机械臂05的作业提供便利，从而实现自动捡拾海产或者操控者远程视频控制捡拾等作业，该拾取作业可以由图2所示的机械臂05操作的机械爪进行，机械爪061由设置于其基部的驱动气缸062实现捡取。当然，图中并未展示用于输入气体的气源，如连接气管或者气瓶等，这些方案都是可以实现的，这里就不一一限制。
45.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
46.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。