水下爬壁机器人的制作方法

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种水下爬壁机器人。

背景技术：

水下机器人是水下作业重要的终端设备，按行动方式分为浮游式、爬行式、复合式等。爬行式水下机器人可以携带检测、清洗、钻孔、切割等工作模块进行水下工作。目前水下爬壁机器人结构复杂，而且行走不灵活。在吸附方面采用磁力、真空等吸附方式，这些吸附方式不能适应水下复杂环境及不同材料的被吸附面。

技术实现要素：

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，现有水下机器人结构复杂、不灵活、吸附功能易受外界环境影响。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种水下爬壁机器人，包括：主框架、控制装置、行走机构、吸附机构，所述主框架包括：两个侧向导流板分布在机器人两侧中部位置，两个纵向导流板分布在机器人前后侧的中部位置，四个导流板外侧呈弧形，所述两个侧向导流板分别安装在所述两个侧梁外侧，两个纵向导流板分别安装在两个前梁外侧；两个纵向导流件，所述两个纵向导流件安装在机器人前后的上端，外侧呈弧形，所述两个纵向流件分别安装在所述两个侧梁上，所述两个纵向导流件之间固定有上盖；所述两个前梁固定在中支撑梁上，所述两个侧梁固定在侧支撑梁上；所述中支撑梁与侧支撑梁采用防锈铝合金材料加工而成，两者固定在一起形成十字形；四个导流板和把手的握杆都使用聚丙烯材料加工而成，前梁、侧梁、纵向导流件均使用玻璃微珠浮力材料加工而成。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述主框架还包括：两个把手，所述把手的握杆方向平行于机器人的前后轴线方向，固定在位于其下方的两个侧梁上；所述两个把手的握杆使用聚丙烯材料加工而成，两个握杆都高于所述上盖。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述两个侧向导流板、两个纵向导流板下部均安装有超声波探头。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述两个侧向导流板、两个纵向导流板下部均开有三个通孔，三个通孔呈中间对称分布，每个孔内都安装有一只超声波探头。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述两个纵向导流板上均开有摄像头安装孔，孔四周开倒角以增大摄像头视角，孔内安装有摄像头。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述两个侧向导流板中的一个或两个上安装有两只指示灯，两只指示灯呈红绿两种颜色，依靠两种颜色交替闪烁的频率传递机器人的信息；两纵向导流板11两侧均开有长圆形照明安装孔，孔内安装有高亮度照明灯。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述控制装置包括两密封电控箱，安装在两侧梁上，可与上位机通信；所述密封电控箱的外表面位于两侧导流板之内。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，安装在四个导流板孔内的器件均低于导流板表面高度。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述行走机构包括位于所示两个侧梁前后两端下方的四组行走轮及各自的控制模块。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，每个控制模块包括行走驱动模块、转向模块，所述行走驱动模块控制行走轮转速及正反转，转向模块控制行走轮独立转向。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述吸附机构包括螺旋桨背推，分布在以四组行走轮为支撑的区域之间矩形区域内，在所述上盖上有与螺旋桨背推位置、大小相对应的开孔，所述螺旋桨的高度低于开孔的高度。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述中支撑梁与侧支撑梁上设置有备用螺纹孔，用于安装检测、清洗、钻孔、切割功能模块。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述浮力构件包括位于所述两个前梁下方的两个前浮力件、两个侧梁下方的两个侧浮力件，前浮力件、侧浮力件均使用玻璃微珠浮力材料加工而成。

对于上述水下爬壁机器人，在一种可能的实现方式中，所述两个侧浮力件底部开有安装孔，每个孔中安装有底部超声波换能器。

有益效果

通过采用轻质材料制作所述主框架，有效减轻机器人整体重量，增加了机器人在水中的浮力，相比于传统的机器人需要复杂的浮力装置，简化了机器人整体结构，更加紧凑。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1示出本发明的整体结构示意图。

图2示出本发明的地面结构示意图。

附图标记列表

1.螺旋桨背推 2.上盖 3.把手 4.密封电控箱 5.侧向导流板 6.指示灯 7.行走轮 8.转向模块 9.照明安装孔 10.摄像头安装孔 11.纵向导流板 12.纵向导流件 13.侧向超声波探头 14.侧梁 15.前梁 16.前浮力件 17.纵向超声波探头 18.侧浮力件 19.底部超声波探头 20.中支撑梁 21.行走驱动模块 22.侧支撑梁

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

图1-2示出根据本发明一实施例的水下爬壁机器人的结构示意图。如图1、2所示，该机器人主要包括：主框架，控制装置，行走机构，吸附机构，浮力构件。

其中，所述主框架包括：两个把手3，两个把手3对称分布在机器人的两侧，供人员搬抬机器人用；把手3的握杆方向平行于机器人前后方向的轴线，两个把手3固定在位于其下方的两个侧梁14上，两个握杆都高于所述上盖2。两个侧向导流板5分布在机器人两侧中部位置，两个纵向导流板11安装在机器人前后的中间位置，四个导流板都使用聚丙烯材料加工而成，外侧呈弧形，既可以减小水流阻力，又可以承受机器人侧面的冲击伤害。两侧向导流板5安装在两侧梁14外侧，两纵向导流板11安装在两前梁15外侧。两个纵向导流件12，两个纵向导流件12安装在机器人前后的上端，外侧呈弧形，可以减小机器人行走时水的阻力，两纵向流件12安装在两侧梁14上。两纵向导流件12中间固定有上盖2，上盖2中间开有出线孔，可供线缆从机器人内部伸出。两前梁15固定在中支撑梁20上，两侧梁14固定在侧支撑梁22上。中支撑梁20与侧支撑梁22采用防锈铝合金材料加工而成，两者用螺钉安装在一起形成十字形，作为机器人整体的连接与支撑。

四个导流板都使用聚丙烯材料加工而成，中支撑梁20与侧支撑梁22采用防锈铝合金材料加工而成，前梁15、侧梁14、两纵向导流件12均使用玻璃微珠浮力材料加工而成。有效减轻机器人整体重量，增加了机器人在水中的浮力，使机器人整体在水中保持微正浮力状态。

两侧向导流板5下部均开有三个通孔，三个通孔呈中间对称分布，每个孔内都安装有一只侧向超声波探头13；两纵向导流板11下部均开有三个通孔，三个通孔呈中间对称分布，每个孔内都安装有一只纵向超声波探头17。侧向超声波探头13和纵向超声波探头17可分别探测侧向和前后方向的障碍物，壁面机器人行走时发生碰撞。

两侧向导流板5中的一个或两个上安装有两只指示灯6，两只指示灯呈红绿两种颜色，可以通过两种颜色的不同交替闪烁的频率传递机器人的信息。两纵向导流板11两侧均开有长圆形照明安装孔9，孔内安装有高亮度照明灯。两纵向导流板11中间均开有摄像头安装孔10，孔四周开倒角以增大摄像头视角，倒角可以为30°。前后两摄像头分别安装在两纵向导流板11中间的摄像头安装孔10中，用于拍摄水下画面传给上位机。安装在四个导流板内的器件均低于导流板表面高度，防止外部撞击导流板时受到伤害。

所述中支撑梁20与侧支撑梁22上设置有备用螺纹孔，可以附加检测、清洗、钻孔、切割等功能模块。

其中，所述控制装置包括两密封电控箱4，分别安装在两侧梁14上，左右各一个呈对称分布在机器人两侧。电控箱内部安装有机器人所有需要防水的电子器件，包括主控电路板、电机控制器、电源分配器等，可与上位机通信。密封电控箱4内设置有漏水检测装置，如果箱内漏水可以向上位机报警。

其中，所述行走机构包括四组行走轮7及各自的控制模块，所述四组行走轮7分别位于所述两个侧梁14前后两端的下方，每个控制模块包括行走驱动模块21、转向模块8。所述行走驱动模块21包括驱动电机、减速器、漏水检测装置等，可以实现转速及正反转的独立控制。转向模块8包括驱动电机、减速器、漏水检测装置等，可以实现各自±90°独立转向。四组行走轮独立控制，且结构简单，转向灵活。

其中，所述吸附机构包括四组螺旋桨背推1，分布在以四组行走轮为支撑的区域之间的矩形的四个顶点处，或者位于矩形区域四条边的中间。每一组螺旋桨背推1连接各自的驱动电机且单独受控，在爬壁的过程中，通过四组螺旋桨转动搅动水流产生垂直于壁面的推力，使机器人吸附在壁面上爬行。在所述上盖2上有与螺旋桨背推位置、大小相对应的开孔，所述螺旋桨的高度低于开孔的高度。

其中，所述浮力构件包括两前梁15下方的前浮力件16、两侧梁14下方的侧浮力件18，用于增加机器人在水中的浮力。两侧浮力件18底部开有安装孔，每个孔中安装有底部超声波换能器19，用于测量机器人底盘与吸附面之间的距离。前浮力件16、侧浮力件18均使用玻璃微珠浮力材料加工而成，有效减轻机器人整体重量，增加了机器人在水中的浮力，使机器人整体在水中保持微正浮力状态。

这样，通过采用轻质材料制作所述主框架，有效减轻机器人整体重量，增加了机器人在水中的浮力，相比于传统的框架式机器人，在整体解结构上更加紧凑，重量更轻。并且通过设置多个超声波换能器探测障碍物，壁面机器人行走时发生碰撞，另外，导流板表面高度高于内部部件、把手位置、把手高度和行走轮的设计，都可以防止外部撞击时机器人内部部件受到伤害，增加了安全性。采用四组单独受控的行走轮结构简单，转向灵活，利于在水下复杂的环境中行走。四组螺旋桨背推在机器人爬壁的过程中，使机器人吸附在壁面上爬行，相比于磁力、真空等吸附方式更适合水下复杂的环境。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。