一种水下机器人

1.本技术涉及机器人技术领域，具体涉及一种水下机器人。


背景技术：

2.水下机器人广泛应用于替代人类潜水员完成各种水下任务，例如水下采样，水下操作等。现有的水下机器人大多为矩形推进器布局，将机械臂或夹爪安装在机器人前部，其主要抓取或操作方向为机器人的前进正方向，当被抓取或操作物体位于水底时，现有的水下机器人受限于先天结构上的不足，无法以效率最高的方式进行抓取或操作。


技术实现要素：

3.本实用新型主要解决的技术问题是：现有水下机器人对位于水底的物体的抓取或操作效率低的问题。
4.第一方面，一种实施例中提供一种水下机器人，包括：
5.平台装置，所述平台装置的底部具有连接结构；
6.工作装置，所述工作装置设置于平台装置的下方，所述工作装置与所述连接结构连接，所述工作装置用于进行水下工作；以及
7.推进器组件，所述推进器组件与所述平台装置连接，所述推进器组件围绕所述工作装置排布，所述推进器组件用于驱动所述平台装置在水下运动；
8.所述推进器组件包括旋转叶轮，所述旋转叶轮设置于平台装置的中部，所述旋转叶轮与所述平台装置转动连接，所述旋转叶轮的轴心线与平台装置的轴心线重合，所述旋转叶轮用于驱动平台装置绕其轴心线转动。
9.一种实施例中，所述推进器组件包括若干个第一推进器和第二推进器，所述第一推进器的推进方向与所述平台装置的轴心线平行，所述第二推进器的推进方向与所述平台装置的轴心线垂直。
10.一种实施例中，所述推进器组件包括三个第一推进器，三个所述第一推进器围绕所述平台装置的轴心线成三角形排布；所述推进器组件包括三个第二推进器，三个所述第二推进器围绕所述平台装置的轴心线成三角形排布。
11.一种实施例中，所述平台装置包括安装架，所述安装架包括若干条侧边，所述侧边首尾依次连接并围合，所述安装架的顶点均具有第一安装位，所述安装架的侧边的中点均具有第二安装位，所述第一推进器与第一安装位一一对应连接，所述第二推进器与第二安装位一一对应连接。
12.一种实施例中，所述安装架成三角形，所述安装架的三个顶点均具有第一安装位，所述安装架的三条边的中点均具有第二安装位，所述第一推进器与第一安装位一一对应连接，所述第二推进器与第二安装位一一对应连接。
13.一种实施例中，所述连接结构包括连接块和连接板，所述连接块沿连接板的周向设有多个，所述连接块的一侧与安装架连接，另一侧与连接板连接，所述连接板用于与工作
装置连接。一种实施例中，所述平台装置还包括安装板和壳体，所述安装板沿安装架的周向设置，所述壳体盖设于所述安装架和安装板，用以在壳体内部形成安装腔体。
14.一种实施例中，所述壳体上设有流体通道，所述流体通道的一端与第一推进器连通，另一端与外界连通。
15.一种实施例中，所述工作装置包括机械臂组件、摄影设备和/或采样设备。
16.一种实施例中，所述机械臂组件包括机械臂主体和夹爪装置，所述机械臂主体的一侧与连接结构连接，另一侧与夹爪装置连接，所述夹爪装置包括指根基座、至少两个夹爪手指和至少两个软体驱动单元；
17.所述指根基座具有连接部和承载部，所述连接部用于与所述连接结构连接；所述夹爪手指的一端与指根基座的承载部铰接；每个夹爪手指对应与至少一个软体驱动单元连接，所述软体驱动单元用于与流体源连通，其能够在流体压力的作用下伸展和折叠，以便驱动所述夹爪手指绕其与指根基座的铰接处转动，从而夹持或释放物体。
18.依据上述实施例的水下机器人，包括平台装置、工作装置和推进器组件。平台装置的底部具有连接结构，工作装置设置于平台装置的下方，工作装置与连接结构连接，工作装置用于进行水下工作。推进器组件包括旋转叶轮，旋转叶轮设置于平台装置的中部，旋转叶轮与所述平台装置转动连接，旋转叶轮的轴心线与平台装置的轴心线重合，旋转叶轮用于驱动平台装置绕其轴心线转动。推进器组件与平台装置连接，推进器组件围绕工作装置排布，推进器组件用于驱动平台装置在水下运动。由于工作装置设置于平台装置的下方，方便于水下机器人对水底的物体进行抓取或操作，有利于提升水下机器人对水底的物体进行抓取和操作时的工作效率。
附图说明
19.图1为本技术一种实施例中水下机器人的结构示意图；
20.图2为本技术一种实施例中水下机器人的底部的结构示意图；
21.图3为本技术一种实施例中水下机器人的结构示意图；
22.图4为本技术一种实施例中水下机器人仿生运动的示意图；
23.图5为本技术一种实施例中水下机器人的动力构型的结构示意图；
24.图6a-图6f为本技术一种实施例中水下机器人的运动状态的示意图。
25.附图标记：100、平台装置；110、连接结构；111、连接块；112、连接板；120、安装架；130、安装板；140、壳体；141、流体通道；200、工作装置；210、夹爪装置；211、指根基座；212、夹爪手指；213、软体驱动单元；220、机械臂主体；300、推进器组件；310、第一推进器；320、第二推进器；330、旋转叶轮。
具体实施方式
26.下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分
被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
27.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
28.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
29.本实施例提供一种水下机器人。
30.请参考图1-4，该水下机器人包括平台装置100、工作装置200和推进器组件300。
31.平台装置100的底部具有连接结构110，工作装置200设置于平台装置100的下方，工作装置200与连接结构110连接，工作装置200用于进行水下工作。推进器组件300与平台装置100连接，推进器组件300围绕工作装置200排布，推进器组件300用于驱动平台装置100在水下运动。
32.由于工作装置200设置于平台装置100的下方，一方面，方便于水下机器人对水底(海底)的物体进行抓取或操作，使得水下机器人对位于海底的物品的抓取或操作的灵活度更高，有利于提升水下机器人对水底的物体进行抓取和操作时的工作效率。另一方面，使得水下机器人无需坐底即可对水底的物品进行抓取或操作，减少了工作时对海底环境的影响。
33.请参考图2和5，一种实施例中，推进器组件300包括若干个第一推进器310和第二推进器320，第一推进器310的推进方向与平台装置100的轴心线平行，第二推进器320的推进方向与平台装置100的轴心线垂直，第一推进器310和第二推进器320均围绕平台装置100的轴心线排布。
34.平台装置100包括安装架120，安装架120包括若干条侧边，侧边首尾依次连接并围合，安装架120的顶点均具有第一安装位，安装架120的侧边的中点均具有第二安装位，第一推进器310与第一安装位一一对应连接，第二推进器320与第二安装位一一对应连接。
35.请参考图2和5，一种实施例中，推进器组件300包括三个第一推进器310，第一推进器310的推进方向与平台装置100的轴心线平行，三个第一推进器310围绕平台装置100的轴心线成三角形排布。
36.通过第一推进器310提供水下机器人在竖直方向上运动的动力，由于第一推进器310围绕平台装置100的轴心线和工作装置200排布，有利于提高平台装置100运动时的稳定性和工作装置200工作时的稳定性。
37.请参考图2和5，一种实施例中，推进器组件300包括三个第二推进器320，第二推进器320的推进方向与平台装置100的轴心线垂直，三个第二推进器320围绕平台装置100的轴心线成三角形排布。
38.通过第二推进器320提供水下机器人在水平方向上运动的动力，由于第二推进器320围绕平台装置100的轴心线和工作装置200排布，有利于提高平台装置100运动时的稳定性和工作装置200工作时的稳定性。具体的，第一推进器310和第二推进器320可以选用螺旋
桨推进器或无轴泵喷推进器。
39.需要说明的是，本实施例中的三角形构型均为等边三角形，等边三角形的构型有利于水下机器人保持平衡，也有利于简化后续的控制。但是，在其他实施例中，出于特定的工作需求，三角形构型也可以设置成等腰三角形或其他合适的三角形构型。
40.请参考图2和5，一种实施例中，水下机器人还包括旋转叶轮330，旋转叶轮330设置于平台装置100的中部，旋转叶轮330与平台装置100转动连接，旋转叶轮330的轴心线与平台装置100的轴心线重合，旋转叶轮330用于驱动平台装置100绕其轴心线转动。
41.由于旋转叶轮330的轴心线与平台装置100的轴心线重合，当旋转叶轮330转动时，能够为平台装置100绕其轴心线的转动提供动力。具体的，旋转叶轮330可以选用电机或其他合适的动力源驱动。
42.请参考图1-4，一种实施例中，平台装置100包括安装架120，推进器组件300包括三个第一推进器310和三个第二推进器320，安装架120成三角形，安装架120的三个顶点均具有第一安装位，安装架120的三条边的中点均具有第二安装位，第一推进器310与第一安装位一一对应连接，第二推进器320与第二安装位一一对应连接。
43.在其他实施例中，也可以将第一推进器310与第二安装位一一对应连接，将第二推进器320与第一安装位一一对应连接。具体的，第一推进器310和第二推进器320与安装架120间可以采用刚性连接。
44.需要说明的是，本实施例中采用三个第一推进器310和三个第二推进器320，第一推进器310和第二推进器320均成三角形排布，这种优化布局以最简洁的结构使得水下机器人能够实现实时全向的运动，也能够保证水下机器人的负载能力。但这并不表示第一推进器310和第二推进器320数量和排布方式唯一，在其他实施例中，出于增加负载能力、增大推进动力等需求，也可以设置更多数量的第一推进器310和第二推进器320，第一推进器310和第二推进器320也可以成四边形或以其他合适的方式排布。
45.请参考图6a-6f，一种实施例中，水下机器人实现各个方向运动和转动的示意图如下。
46.请参考图6a，当旋转叶轮330沿箭头a所示的方向转动，带动水下机器人绕平台装置100的轴心线转动，即，带动水下机器人沿箭头a所示的方向转动。请参考图6b，当三个第二推进器320分别沿箭头b1、b2和b3所示的方向推进时，带动水下机器人沿箭头b运动。请参考图6c，当两个第一推进器310分别沿箭头c1和c2所示的方向推进时，带动水下机器人沿箭头c所示的方向转动。请参考图6d，当三个第二推进器320分别沿箭头d1、d2和d3所示的方向推进时，带动水下机器人沿箭头d所示的方向运动。请参考图6e，当两个第一推进器310分别沿箭头e1和e2所示的方向推进时，带动水下机器人箭头e所示的方向转动。请参考图6f，当三个第一推进器310沿箭头f所示的方向推进时，带动水下机器人沿箭头f所示的方向运动。
47.需要说明的是，图6a-6f中，用于表示推进器推进方向的箭头，如箭头b1、b2和b3等标示为单向箭头，而用于表示水下机器人运动方向的箭头，如箭头a-f等采用了双向箭头。这是出于方便区分的目的，并不表示推进器的推进方向仅仅是单向箭头所示的方向，推进器的推进方向也可以是与单向箭头相反的方向。即，在实际应用场景中，当推进器的推进方向与单向箭头所示的方向相同时，带动水下机器人沿其双向箭头的一个方向运动，当推进器的推进方向与单向箭头所示的方向相反时，带动水下机器人沿其双向箭头的另一个方向
运动。
48.请参考图1-4，一种实施例中，平台装置100还包括安装板130和壳体140，安装板130沿安装架120的周向设置，壳体140盖设于安装架120和安装板130，用以在壳体140内部形成安装腔体。
49.通过安装板130、壳体140和安装架120围成安装腔体，安装腔体内的物品不易受到水流的扰动，因此可以在安装腔体内安装控制设备、能源设备等。
50.请参考图1-4，一种实施例中，壳体140为半球状，第一推进器310和第二推进器320位于壳体140的下方，且围绕壳体140的轴心线排布，使得水下机器人形成仿生水母的构型。
51.仿生水母的构型使得水下机器人的重心落在壳体140的轴心线上，而第一推进器310和第二推进器320围绕重心设置，有利于水下机器人保持平衡，同时壳体140的形状有利于降低水下机器人的流阻系数。使得水下机器人具有低流阻系数和高推进效率的优点。具体的，请参考图4，水下机器人可以模仿水母的运动方式行进，在运动前先调整至前进姿态，然后沿箭头g所示的方向接近目的地，到达目的地后再恢复至正常姿态。在运动过程中，依靠三个第一推进器310来产生主推进力，第二推进器320用来辅助机器人保持前进姿态。
52.请参考图1-3，一种实施例中，壳体140上设有流体通道141，流体通道141的一端与第一推进器310连通，另一端与外界连通。
53.由于增加了流体通道141，流体通道141对第一推进器310推进时的水流的流向起到导向作用。
54.请参考图1-3，一种实施例中，连接结构110包括连接块111和连接板112，连接块111沿连接板112的周向设有多个，连接块111的一侧与安装架120连接，另一侧与连接板112连接，连接板112用于与工作装置200连接。
55.由于增加了连接块111和连接板112，使得工作装置200能够安装在平台装置100的下方，并位于平台装置100的轴心线上。
56.请参考图1-3，一种实施例中，工作装置200包括机械臂组件、摄影设备和/或采样设备。
57.在其他实施例中，工作装置200还可以根据水下机器人的具体工作需要，灵活设置为其他功能性的装置或设备。
58.请参考图1-3，一种实施例中，机械臂组件包括夹爪装置210和机械臂主体220，机械臂主体220的一侧与连接结构110连接，另一侧与夹爪装置210连接，夹爪装置210包括指根基座211、至少两个夹爪手指212和至少两个软体驱动单元213。指根基座211具有连接部和承载部，连接部用于与连接结构110连接。夹爪手指212的一端与指根基座211的承载部铰接。每个夹爪手指212对应与至少一个软体驱动单元213连接，软体驱动单元213用于与流体源连通，其能够在流体压力的作用下伸展和折叠，以便驱动夹爪手指212绕其与指根基座211的铰接处转动，从而夹持或释放物体。具体的，机械臂主体220与连接板112的底面连接，机械臂主体220的轴心线与平台装置100的轴心线重合。
59.通过软体驱动单元213驱动夹爪手指212运动，可以实现对水底物品的抓取或操作。同时软体驱动单元213对环境的适应性强，工作稳定性高，适合于水下工作。夹爪装置210采用软体驱动单元213驱动，有利于提升水下机器人对复杂环境的适应能力和水下机器人工作的稳定性。
60.以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。