一种多功能作业型水下机器人的制作方法

本发明设计一种水下机器人，具体设计一种多功能作业型水下机器人。

背景技术：

在我国，水下作业主要是依赖于人和简单的潜水器，复杂、危险的海洋环境对人的生命安全造成很大的威胁，而国家对海洋资源的开发力度又不断加大，这就必须需要一种新的智能化的机器设备来代替人去执行海下作业任务，水下机器人就此产生。水下机器人为水底作业型的，主要贴地爬行工作模式，简称海底捞。海底采矿、打捞飞机黑匣子、海底打捞海洋生物如海参、海螺、鲍鱼、贝壳类都属于沉在海底的物体，因为礁石、海草等的存在，只能采用探摸打捞的方式。但现有的机器人不能够很好的固定，受海流或自身动作反作用的影响而发生漂移。

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，提供一种水下机器人，具有海底准确定位；打捞方便，范围大的特点，同时能够动态调节浮力，且越野能力强。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种多功能作业型水下机器人，包括拾取装置、驱动装置、摄像及照明装置、沉浮装置、行走装置以及壳体，所述拾取装置置于壳体顶部，壳体四角及尾部置有驱动装置；所述沉浮装置分布置于壳体四角以及两侧；所述摄像及照明装置固定在拾取装置以及壳体上；所述行走装置置于壳体的下部。

进一步地，所述拾取装置包括与采集筐配合使用的机械手以及设置与壳体上部的吸滤箱，所述机械手包括机械抓手以及与机械抓手相连接的机械臂，所述机械臂为液压结构，液压缸为气动式或液动式，所述机械抓手可以为挖斗或者手钳；所述吸滤箱包括滤箱本体、吸水泵以及吸管、箱盖，其吸水泵置于滤箱本体下部凸起的底部、吸管通过吸滤箱、箱盖形成的空间于吸水泵相连通。

进一步地，所述驱动装置包括分别置于壳体四角的4个垂直推进螺旋桨以及置于壳体后侧的2个水平推进螺旋桨。

进一步地，所述沉浮装置包括一具有压缩气囊的压载水罐以及设置于垂直推进螺旋桨之间的浮力块；所述压缩气囊通过电磁阀与高压水泵相连接；所述浮力块分别置于上部壳体的左右两侧。

进一步地，所述行走装置包括一履带式的履带底盘，所述履带底盘包括一镂空的履带导向架，在履带导向架上置有滑动导条。

进一步地，摄像及照明装置包括设置于机械手上配套使用的摄像头、照明灯以及设置于壳体前侧配套使用的多个摄像头、照明灯。

进一步地，还包括设置于壳体内的主控仓、进水阀模块、电池仓、副控仓、出水阀模块、高压潜水泵。

本发明的水下机器人，具有海底准确定位；打捞方便，范围大的特点，同时能够动态调节浮力，且越野能力强。

附图说明

图1本发明实施例多功能作业型水下机器人的结构示意图；

图2本发明实施例多功能作业型水下机器人去除壳体上部的结构示意图；

图3本发明实施例多功能作业型水下机器人驱动装置履带底盘的结构示意图；

图4本发明实施例多功能作业型水下机器人吸滤箱的结构示意图；

图5本发明实施例多功能作业型水下机器人压载水罐的结构示意图；

图6本发明实施例多功能作业型水下机器人飞行爬升状态图；

图7本发明实施例多功能作业型水下机器人飞行盘升状态图；

图8本发明实施例多功能作业型水下机器人仰视状态图；

图9本发明实施例多功能作业型水下机器人附身探摸状态图；

图10本发明实施例多功能作业型水下机器人爬坡状态图。

具体实施方式

如图所示，一种多功能作业型水下机器人，包括拾取装置1、驱动装置2、摄像及照明装置3、沉浮装置4、行走装置5以及壳体6，所述拾取装置1置于壳体6顶部，壳体6四角及尾部置有驱动装置2；所述沉浮装置4分布置于壳体6四角以及两侧；所述摄像及照明装置3固定在拾取装置1以及壳体6上；所述行走装置5置于壳体1的下部。

进一步地，所述拾取装置1包括与采集筐11配合使用的机械手12以及设置与壳体6上部的吸滤箱13，所述机械手12包括机械抓手121以及与机械抓手121相连接的机械臂122，所述机械臂122为液压结构，液压缸为气动式或液动式，所述机械抓手121可以为挖斗或者手钳；所述吸滤箱13包括滤箱本体131、吸水泵132以及吸管133、吸管连接板134、箱盖135，其吸水泵132置于滤箱本体131下部凸起的底部、吸管133通过吸管连接板134于吸水泵132相连通。

进一步地，所述驱动装置2包括分别置于壳体6四角的4个垂直推进螺旋桨21、22、23、24以及置于壳体后侧的2个水平推进螺旋桨25、26；所述螺旋桨均可以单独作用，螺旋桨均正反两个方向旋转并且可以单独任意调速。

进一步地，所述沉浮装置4包括一具有压缩气囊411的压载水罐41以及设置于垂直推进螺旋桨21、22、23、24之间的浮力块42；所述压缩气囊411通过电磁阀与进水阀模块14、出水阀模块15相连接；所述浮力块42分别置于上部壳体6的左右两侧。该沉浮装置4可单独控制每个含气量以控制水下机器人保持任意姿态，并且根据载货量来动态调整上下浮力大小。

进一步地，所述行走装置5包括一履带式的履带底盘51，所述履带底盘51包括一镂空的履带导向架52，在履带导向架52上置有滑动导条53。该履带底盘51通过链条传动结构增大了离地间隙。行走装置5还包括驱动器54、驱动箱壳55、驱动小链轮56、驱动链条57、被动大连轮58、履带轮轴59、履带轮50等组成。

进一步地，摄像及照明装置3包括设置于机械手12上配套使用的摄像头31、照明灯32和设置于壳体6前侧配套使用的摄像头31、照明灯32。

进一步地，还包括设置于壳体6内的主控仓7、进水阀模块8、电池仓9、副控仓10、出水阀模块11、高压潜水泵12，所述主控仓7置有姿态陀螺仪。

水下机器人设四个垂直推进器21、22、23、24和两个较大水平推进器25、26，水下飞行状态时能够实现六个自由度运动，三个平移运动即进退、升降和侧移；三个回转运动即转向、俯仰和横摇。设计通过四个垂直的推进器21、22、23、24反向推进使其顶向履带方向，使履带能够牢固贴合在海床、任意斜坡或船壳上。同时当前面出现较大礁石或较大障碍物时，可以通过控制垂直推进器21、22、23、24组合来实现爬升、垂直升降、横摇来越障。当水平运动时，主要靠水平布置的两大较大水平推进器25、26来实现。

让四个垂直推进器21、22、23、24向上喷水，形成一个压向履带底盘51的反作用力，可以使履带可靠的贴紧海底或斜坡面，甚至翻转过来贴紧船底，这样驱动履带，可以很可靠的让履带带动水下机器人左右前后及转弯运动。

压载水罐11可以根据货物情况，动态调节本身浮力（压载水罐41里设压缩气囊411），根据入水深度，可以充放不同气压的气体，来适用水下的压力、压载水。在海底随着捕捞物的增加，在水里的浮力会越来越小，遇到较大的坡度或障碍物时就会吃力，这是可以打开电磁阀，压缩气囊411就会排除适量的压载水，补偿货物的重量，继续使水下机器人保持零浮力，这样水下机器人可以继续灵活的运动，直至满载为止。

采用压缩气囊411还有两个好处：一是压缩气囊411里的压缩气与压载水进行隔离，不会因为水下机器人姿态翻转造成排气不排水现象，无论什么姿态，排除的都是压载水。和普通的水柜相比，它里面没有气囊，那么翻转状态时，打开水阀就会排出较轻的压缩气，而将压载水留在水柜里，这样导致水下机器人不但不能上浮，反而加速下沉。二是根据工作水深，可以充放不同气压的压缩气，始终保持压缩气囊411内压载水高出外界合适的工作水压。气压太低，压缩气囊411气体顶不动外界水压，压载水排不出去，上浮就会失效。压缩气囊411气压太高会增加成本，甚至毁坏气囊水阀等。压载水罐壳体41、压缩气囊411、气囊盖412、进水阀413、排水阀414。通过控制压缩气囊411、进水阀413、排水阀414可以很好地控制水下机器人的重量，进而很好地控制载货量。

同时可根据需要，分开单独调节压载水罐41压载水的多少，可以保持水下机器人在水里的不同姿态。在主控仓7里设置一个姿态陀螺仪71，感受姿态变化角，任意设定参数。如让左前角翘起，可以使左前角的压载水罐41压载水较少，其余三个不变；再比如将机尾抬起，机头下沉状态，整个机身在水中呈竖直状态，那么可以将前两个压载水罐11充水较多，后端两个压载水罐41充水较少，当水下机器人在水中运动时，受压载水罐41调节浮力、推进器推力及水流的综合作用下，水下机器人可以在水下做出多种动作。

采用水压传动的优点是随地取材，不存在泄漏污染，压力介质为水，结构为开式循环，不工作时内外压力平衡，工作时内外压小，工作区域可随意深海浅海；而油压传动必须采用闭式循环，压力介质为液压油，一旦泄露会造成水域污染，不工作时内外压力平衡，工作时内外压大，越是深海越明显，深海是很容易损坏。其实深海生物都是水压平衡的专家，它们身体都是柔软的结构，内外压相互抵消压力可以为零，它们就感觉不到压力。

机械抓手121抓并不限于图示模式，可以更换成挖斗、手钳等多种作业工具。

机械手12配置在设备顶端，可以设计的较长一些，这样旋转操作时就不收空间限制，打捞采集的活动区域就大一些，生产效率就高很多。在海底处于飞行状态时，可以旋转到后端背着前进，减少迎水面；当在海底打捞，再旋转和展开进行操作。

吸管133前端固定在机械抓手121上，跟随机械手12移动和旋转，轻小或柔软的物体可启动吸滤功能来采集。块状较重的物体可以通过机械抓手121抓取后放在采集筐11里面。采集筐11上盖通过液压缸驱动来开闭。

以前结构的水下机器人，特别采用模拟摄像头技术，通讯模式受视频传输量的限制，像素低，因此摄像头尽量少设计摄像头，尽量增加摄像头的旋转功能，以达到全景的效果，比如只设计一个一个单眼，通过加装旋转装置来获得全景效果。而现在数字传输模式的提升，大像素高清数字网络技术的发展，采用多个镜头进行画面切换成为简单事情。一般的镜头旋转有两种：一种是将镜头和旋转部件封闭在一个透明的罩子里，这种透明罩子做的比较大，耐压力也较大；另一种是将镜头单独封闭在一个小透明壳里，防水的旋转电机带动镜头旋转，这样防水密封部分压力就转移到外面的电机上。无论哪种结构，机械运动件增加的成本远远大于电子器材增加的成本，而且电子件体积可以相比机械件做的小，减小水里的阻力和压力，使用寿命也可靠。