水下机器人及水下机器人系统的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种水下机器人及水下机器人系统。

背景技术：

随着海洋工程日益增多，水下作业需求越来越大。仅依靠人力和简单的潜水设备难以面对复杂且危险的海底环境。水下机器人可以代替人去执行各种海底作业。传统的水下机器人上升和下降过程中的动力通常靠螺旋桨提供，导致整个水下机器人的耗能较大。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种低耗能的水下机器人及水下机器人系统。

一种水下机器人，包括机器人本体，还包括：第一固定装置，固定在所述机器人本体上，用于固定目标作业设备；浮力舱，固定在所述机器人本体的顶部，用于提供浮力；浮力平衡装置，固定在所述机器人本体上；所述浮力平衡装置用于调整所述水下机器人的重量，以使得所述水下机器人和所述目标作业设备的重力之和大于所述浮力舱的浮力；以及动力装置，固定在所述机器人本体上，用于提供所述水下机器人进行水平和垂直运动所需的动力。

上述水下机器人，通过第一固定装置固定目标作业设备，目标作业设备用于执行目标作业任务。浮力舱设置在机器人本体的顶部，用于提供浮力。浮力平衡装置可以对水下机器人的重量进行调整，以使得水下机器人和目标作业设备的重力之和大于浮力舱提供的浮力，从而使得在水下机器人下降过程中无需动力装置一直提供动力，降低了能耗。

在其中一个实施例中，所述浮力平衡装置包括固定在所述机器人本体上的固定单元以及重量单元；所述固定单元上设置有多个固定区域；每一个固定区域用于固定一个重量单元。

在其中一个实施例中，所述重量单元为铅块。

在其中一个实施例中，所述机器人主体包括底板以及固定在所述底板上的主体框架；所述浮力舱固定在所述主体框架的顶部；所述浮力平衡装置、所述动力装置和所述第一固定装置均固定在所述底板上。

在其中一个实施例中，所述动力装置包括水平推进单元；所述水平推进单元包括四个水平螺旋桨推进器；所述四个水平螺旋桨推进器对称分布在所述主体框架上。

在其中一个实施例中，所述动力装置包括垂直推进单元；所述垂直推进单元包括垂直螺旋桨推进器；所述浮力舱的中间位置设置有通孔；所述垂直螺旋桨推进器位于所述通孔内且与所述主体框架固定连接。

在其中一个实施例中，所述底板上还固定有第二固定装置，所述第二固定装置用于将所述水下机器人固定在目标作业区域。

在其中一个实施例中，所述底板上还固定有：探照灯，用于提供水下作业所需的光源；以及摄像装置，用于进行水下拍摄以获取目标作业区域的环境信息。

一种水下机器人系统，包括：如前述任一实施例所述的水下机器人；作业船，包括船体以及设置在所述船体上的船载控制装置、船载动力装置以及起吊装置；以及中继装置，通过线缆将所述水下机器人与所述起吊装置连接；所述线缆为由信号缆、动力缆和金属链绞合而成的线缆；所述信号缆用于实现所述船载控制装置和所述水下机器人之间的信号传输；所述动力缆用于实现所述船载动力装置和所述水下机器人之间的动力传输。

在其中一个实施例中，所述中继装置包括信号放大装置；所述信号放大装置用于对所述信号缆传输的信号进行放大处理。

附图说明

图1为一实施例中的水下机器人的结构示意图；

图2为一实施例中的水下机器人系统的结构框图；

图3为一实施例中的水下机器人系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为一实施例中的水下机器人的结构示意图。该水下机器人100包括机器人本体110、第一固定装置(图中未示)、浮力舱120、浮力平衡装置130以及动力装置140。

机器人本体110用于固定水下机器人100的各部件。在本实施例中，机器人本体110包括底板112和主体框架114。主体框架114固定在底板112上。主体框架114为立方体框架。由于主体框架114为开放式结构(也即非封闭结构)，可以降低水流对水下机器人100的影响，从而提高水下机器人100工作的稳定性。主体框架114上还设置有用于加装其他功能部件的固定支架116，以方便扩展水下机器人的功能。

第一固定装置设置在底板112上。第一固定装置用于固定目标作业设备10。目标作业设备10为用于执行当前任务的设备。因此，目标作业设备10可以根据实际工作要求选择不同的设备。

浮力舱120固定在主体框架114的顶部。浮力舱120用于提供水下机器人100上升所需的部分浮力。浮力舱120提供的浮力大小固定，且大于水下机器人100本身的重力。

浮力平衡装置130固定在机器人本体上，用于调整水下机器人100的重量，以使得水下机器人100和目标作业设备的重力之和大于浮力舱120所能提供的浮力。浮力平衡装置130只需要确保水下机器人100和目标作业设备的重力之和略大于浮力舱120的浮力即可。因此在水下机器人100下降过程中，动力装置140无需一直提供下降所需的动力；而在上升过程中，动力装置140只需要提供一点点升力即可实现水下机器人100的上浮，从而大大降低耗能。浮力平衡装置130包括固定在底板112上的固定单元(图中未示)和重量单元132。固定单元上设置有多个固定区域，每个固定区域用于固定一个重量单元132。重量单元132的个数可以根据需要平衡的力的大小来确定。重量单元132可以为铅块等密度较大且耐腐蚀的质量块。

动力装置140固定在机器人本体110上，用于提供水下机器人100进行水平和垂直运动所需的动力。在本实施例中，动力装置140包括水平推行单元和垂直推进单元。其中，水平推进单元包括四个水平螺旋桨推进器142。四个水平螺旋桨推进器142对称分布在主体框架114上。具体地，四个水平螺旋桨推进器142分别设置在主体框架114的四根立柱上，呈“X”型分布。水平推进单元用于提供水下机器人100水平移动过程所需的动力。垂直推进单元包括垂直螺旋桨推进器144。在本实施例中，浮力舱120的中间位置处设置通孔122。垂直螺旋桨推进器144固定在主体框架114上且位于通孔122内。垂直螺旋桨推进器144用于提供水下机器人100上升或者下降所需的动力，从而轻松控制机器人的沉浮。螺旋桨推进器通过电机带动叶片旋转产生推力进而为机器人提供动力。

上述水下机器人100，通过第一固定装置固定目标作业设备10，目标作业设备10用于执行目标作业任务。浮力舱120设置在机器人本体110的顶部，用于提供浮力。浮力平衡装置130可以对水下机器人100的重量进行调整，以使得水下机器人100和目标作业设备的重力之和大于浮力舱120提供的浮力，从而使得在水下机器人100下降过程中无需动力装置140一直提供动力，降低了能耗。

在本实施例中，上述水下机器人100还包括第二固定装置150、摄像装置160和探照灯170。第二固定装置150固定在底板112且位于主体框架114外侧。第二固定装置150用于将水下机器人100固定在目标作业区域，从而确保水下机器人100在作业期间不会因为水流等外界影响而发生移位。第二固定装置150可以为机械臂装置。摄像装置160包括摄像头和声呐相机，用于进行水下拍摄以获取目标作业区域的环境信息。探照灯170和摄像装置160均固定在底板112上。探照灯170用于提供水下作业所需的光源。在一实施例中，底板112上还可以固定有作业设备。作业设备用于完成常见的水下作业任务。例如，作业设备可以为机械臂装置180。

本实用新型还提供一种水下机器人系统。图2为一实施例中的水下机器人系统的结构框图，图3为一实施例中的水下机器人系统的结构示意图。参见图2和图3，该水下机器人系统包括前述实施例中的水下机器人100，还包括作业船200和中继装置300。

作业船200包括船体210以及设置在船体210上的船载控制装置(图中未示)、船载动力装置(图中未示)和起吊装置220。船载控制装置可以与远程终端进行数据通信，从而实现远程控制。船载控制装置用于通过信号缆发送控制信号给水下机器人100并接收水下机器人100回传的各种数据信号。船载动力装置用于提供整个系统工作所需的动力，并通过动力缆将动力传输至水下机器人100，给水下机器人100提供动力。起吊装置220通过中继装置300与水下机器人100连接。

中继装置300通过线缆310实现作业船200和水下机器人100之间的连接。在本实施例中，线缆310由信号缆、动力缆和金属链绞合而成，从而使得线缆310既能够传输信号和动力，还能够承受水下机器人100以及作业设备的重量。中继装置300包括收放线装置320。在本实施例中，中继装置300内还设置有信号放大装置(图中未示)。信号放大装置用于对信号缆中传输的信号进行放大处理，以满足深海作业信号传输距离大的传输需求，并减少线缆310对水下机器人100的运动的干扰。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。