一种负压式级联水下爬壁机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，特别是一种负压式级联水下爬壁机器人。

背景技术：

我国的大坝、桥梁经历了过去三十多年的快速建设期，当前已进入维护期，对于水下建筑结构，有大量的检测需求。目前，水下结构常用的检测手段是采用人工蛙人的方式进行检测，存在着作业危险系数大，费用高，并且数据不全面等问题。另一种常通过观测型ROV水下机器人(即遥控无人潜水器)进行检测，但是ROV水下机器人在水中处于悬浮状态，很难保持稳定的姿态，无法有效稳定地采集数据，尤其是在有一定流速的环境下，更是无法作业，而通常的桥梁结构中，都会有一定的水流。因此，针对大坝、桥梁的水下结构的有效观测，是当前水下检测领域的一个难点。正是因为技术的限制，目前很多水下结构处于长期没有检测的状态，存在极大的安全隐患，因此急需设计一种新型、有效的水下检测设备对相关水下结构进行可靠检测。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种负压式级联水下爬壁机器人，结构稳定、安全可靠，通过涡流附压，使机器人能够在水下稳定地吸附于建筑体表面，并通过驱动组件在建筑体表面自由移动，从而实现稳定地观测。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种负压式级联水下爬壁机器人，包括结构本体、驱动组件、涡流吸盘、仪器搭载接口、水下控制系统、系缆、水面控制系统和检测仪器，所述结构本体上设置有驱动组件、涡流吸盘、仪器搭载接口和水下控制系统，所述驱动组件、涡流吸盘和仪器搭载接口分别与水下控制系统连接，所述结构本体、仪器搭载接口、水下控制系统均经系缆与水面控制系统连接，所述仪器搭载接口与检测仪器连接。

前述的负压式级联水下爬壁机器人，所述水下控制系统包括主控板、电机驱动器和深度传感器，其中电机驱动器和深度传感器设置于主控板上，所述电机驱动器和深度传感器均与水面控制系统连接，所述驱动组件和涡流吸盘均连接有电机驱动器，所述主控板还与仪器搭载接口连接。

前述的负压式级联水下爬壁机器人，所述系缆包括动力线缆和通信线缆，所述结构本体经动力线缆与水面控制系统连接，所述水下控制系统和仪器搭载接口经通信线缆分别与水面控制系统连接。

前述的负压式级联水下爬壁机器人，所述水面控制系统包括系缆收放装置、数据接收处理系统和电源，所述系缆收放装置、数据接收处理系统均与电源连接，所述结构本体经动力线缆与系缆收放装置连接，所述电机驱动器、深度传感器、仪器搭载接口经通信线缆与数据接收处理系统连接，所述主控板经通信线缆与电源连接并对板上其他模块进行供电控制。

前述的负压式级联水下爬壁机器人，所述水下控制系统还包括存储模块，所述存储模块设置于主控板上，所述存储模块与仪器搭载接口连接。

前述的负压式级联水下爬壁机器人，所述水下控制系统还包括无线传输模块，所述无线传输模块设置于主控板上，所述无线传输模块分别与数据接收处理系统、电机驱动器和存储模块连接。

前述的负压式级联水下爬壁机器人，所述水下控制系统还包括蓄电池，所述蓄电池与主控板连接。

前述的负压式级联水下爬壁机器人，所述结构本体包括密封部、围挡部和柔性裙边，所述围挡部设置于密封部下方，所述柔性裙边设置于围挡部下方，所述水下控制系统设置于密封部中，所述驱动组件和涡流吸盘设置于密封部下方，且驱动组件和涡流吸盘外周环绕设置有围挡部和柔性裙边。

前述的负压式级联水下爬壁机器人，所述驱动组件包括驱动电机和履带，所述驱动电机固定于密封部下方，所述驱动电机连接有电机驱动器，所述履带经驱动电机驱动。

前述的负压式级联水下爬壁机器人，所述涡流吸盘包括水密电机、涡轮浆和柔性吸附面，所述水密电机固定于密封部下方，所述水密电机连接有电机驱动器，所述柔性吸附面为圆筒状，所述柔性吸附面固定于水密电机下方，所述涡轮浆同轴设置在柔性吸附面中间并与水密电机连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：

1)本实用新型提供一种负压式级联水下爬壁机器人，结构稳定、安全可靠，通过涡流附压，使机器人能够在水下稳定地吸附于建筑体表面，并通过驱动组件在建筑体表面自由移动，从而实现稳定地观测；

2)通过在机器人的结构本体上设置仪器搭载接口，从而可以安装不同的监测仪器和传感器，从而实现一台机器人采集检测不同信息，从而一机多用，节省了检测成本；

3)通过在机器人内部集成深度传感器，从而对机器人的下潜深度进行掌控，从而精准地对水下建筑体进行相应深度的检测；通过在机器人内部集成电机驱动器，从而控制驱动组件和涡流吸盘中电机的转速，从而实现爬壁机器人爬行速度和爬行位置的控制；

4)通过将结构本体与动力线缆连接，从而防止爬壁机器人因意外松脱导致的损坏或遗失；而通过系缆收放装置能够方便地将爬壁机器人收回，并且提高了爬壁机器人的收放效率和安全系数；通过将电机驱动器、深度传感器、仪器搭载接口分别经通信线缆与水面控制系统连接，使得水面控制系统能通过通信线缆对水下控制系统进行控制，进而控制爬壁机器人的运动，也使得水面控制系统能够对仪器搭载接口连接的检测仪器、传感器检测的数据信息进行接收和分析处理；

5)通过在机器人内部集成存储模块，从而对仪器搭载接口连接的检测仪器和传感器进行信息存储，便于后期对数据的调取和分析；通过在机器人内部集成无线传输模块，从而能将存储器中的信息通过蓝牙、WIFI等无线传输模式传递给数据接收处理系统，从而避免了数据传输的单一，此外也使得数据接收处理系统能够对爬壁机器人进行远程无线控制；通过在机器人内部集成蓄电池，实现对机器人内部各种模块的供电，从而配合存储模块、无线传输模块，摆脱系缆的约束，远程无线控制爬壁机器人的运动，并进行数据的收集存储和传递；

6)通过将水下控制系统设置于水密封电子舱这类的密封部中，保护了水下控制系统中的模块和器件，从而使得爬壁机器人更加经久耐用；其中围挡部和柔性裙边环绕设置在驱动组件和涡流吸盘四周，对驱动组件和涡流吸盘形成了保护，减少了水流的干扰，其中柔性裙边材质柔软还有利于爬壁机器人吸附在建筑物墙体上，对涡流吸盘负压吸附建筑物墙体提供了稳定的环境；

7)通过将驱动组件设置为驱动电机和履带的形式使得爬壁机器人在建筑物墙体的爬行更加稳定，配合电机驱动器后爬壁机器人的移动效果更好；

8)通过设置涡流吸盘使得爬壁机器人能够稳定吸附在建筑体的墙体上，配合电机驱动器后对于墙壁的吸附力能够更好地控制，从而更好地配合驱动组件的爬行效果。

附图说明

图1是本实用新型的连接关系示意图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3也是本实用新型的结构示意图。

附图标记的含义：1-结构本体，2-驱动组件，3-涡流吸盘，4-仪器搭载接口，5-水下控制系统，6-系缆，7-水面控制系统，8-主控板，9-电机驱动器，10-深度传感器，11-动力线缆，12-通信线缆，13-系缆收放装置，14-数据接收处理系统，15-电源，16-存储模块，17-无线传输模块，18-蓄电池，19-密封部，20-围挡部，21-柔性裙边，22-驱动电机，23-履带，24-水密电机，25-涡轮浆，26-柔性吸附面，27-检测仪器。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

本实用新型的实施例1：一种负压式级联水下爬壁机器人，构成如图1-图3所示，包括结构本体1、驱动组件2、涡流吸盘3、仪器搭载接口4、水下控制系统5、系缆6、水面控制系统7和检测仪器27，所述结构本体1上设置有驱动组件2、涡流吸盘3、仪器搭载接口4和水下控制系统5，所述驱动组件2、涡流吸盘3和仪器搭载接口4分别与水下控制系统5连接，所述结构本体1、仪器搭载接口4、水下控制系统5均经系缆6与水面控制系统7连接，所述仪器搭载接口4与检测仪器27连接，所述检测仪器27可以是各种仪器和传感器，能对水下建筑体进行各种检测。

所述水下控制系统5包括主控板8、电机驱动器9和深度传感器10，其中电机驱动器9和深度传感器10设置于主控板8上，所述电机驱动器9和深度传感器10均与水面控制系统7连接，所述驱动组件2和涡流吸盘3均连接有电机驱动器9，所述主控板8还与仪器搭载接口4连接。

所述系缆6包括动力线缆11和通信线缆12，所述结构本体1经动力线缆11与水面控制系统7连接，所述水下控制系统5和仪器搭载接口4经通信线缆12分别与水面控制系统7连接。

所述水面控制系统7包括系缆收放装置13、数据接收处理系统14和电源15，所述系缆收放装置13、数据接收处理系统14均与电源15连接，所述结构本体1经动力线缆11与系缆收放装置13连接，所述电机驱动器9、深度传感器10、仪器搭载接口4经通信线缆12与数据接收处理系统14连接，所述主控板8经通信线缆12与电源15连接并对板上其他模块进行供电控制，通过在爬壁机器人内部集成深度传感器10，从而对爬壁机器人的下潜深度进行了掌控，从而精准地对水下建筑体进行相应深度的检测。

所述结构本体1包括密封部19、围挡部20和柔性裙边21，所述围挡部20可以是水密封电子舱，所述围挡部20设置于密封部19下方，所述柔性裙边21设置于围挡部20下方，所述水下控制系统5设置于密封部19中，所述驱动组件2和涡流吸盘3设置于密封部19下方，且驱动组件2和涡流吸盘3外周环绕设置有围挡部20和柔性裙边21；通过将水下控制系统5设置于水密封电子舱这类的密封部19中，保护了水下控制系统5中的模块和器件，从而使得爬壁机器人更加经久耐用；其中围挡部20和柔性裙边21环绕设置在驱动组件2和涡流吸盘3四周，对驱动组件2和涡流吸盘3形成了保护，减少了水流的干扰，对涡流吸盘3负压吸附建筑物墙体提供了稳定的环境。

所述驱动组件2包括驱动电机22和履带23，所述驱动电机22固定于密封部19下方，所述驱动电机22为防水电机，所述驱动电机22连接有电机驱动器9，所述履带23经驱动电机22驱动，电机驱动器9能够有效控制驱动组件2中驱动电机22的转速，从而控制爬壁机器人爬行速度，其中履带23只是驱动组件2的一种可选模式，履带23可以更换成包括滚轮、万向轮、滚筒等可实现爬壁机器人移动的部件。

所述涡流吸盘3包括水密电机24、涡轮浆25和柔性吸附面26，所述水密电机24为防水电机，所述水密电机24固定于密封部19下方，所述水密电机24连接有电机驱动器9，所述柔性吸附面26为圆筒状，所述柔性吸附面26固定于水密电机24下方，所述涡轮浆25同轴设置在柔性吸附面26中间并与水密电机24连接，电机驱动器9能够有效控制驱动组件2中驱动电机22的转速，从而控制爬壁机器人对水下建筑体的吸附效果。

实施例2：一种负压式级联水下爬壁机器人，构成如图1-图3所示，包括结构本体1、驱动组件2、涡流吸盘3、仪器搭载接口4、水下控制系统5、系缆6、水面控制系统7和检测仪器27，所述结构本体1上设置有驱动组件2、涡流吸盘3、仪器搭载接口4和水下控制系统5，所述驱动组件2、涡流吸盘3和仪器搭载接口4分别与水下控制系统5连接，所述结构本体1、仪器搭载接口4、水下控制系统5均经系缆6与水面控制系统7连接，所述仪器搭载接口4与检测仪器27连接，所述检测仪器27可以是各种仪器和传感器，能对水下建筑体进行各种检测。

所述水下控制系统5包括主控板8、电机驱动器9和深度传感器10，其中电机驱动器9和深度传感器10设置于主控板8上，所述电机驱动器9和深度传感器10均与水面控制系统7连接，所述驱动组件2和涡流吸盘3均连接有电机驱动器9，所述主控板8还与仪器搭载接口4连接。

所述系缆6包括动力线缆11和通信线缆12，所述结构本体1经动力线缆11与水面控制系统7连接，所述水下控制系统5和仪器搭载接口4经通信线缆12分别与水面控制系统7连接，所述通信线缆12与水下控制系统5和仪器搭载接口4通过接口可拆卸连接。

所述水面控制系统7包括系缆收放装置13、数据接收处理系统14和电源15，所述系缆收放装置13、数据接收处理系统14均与电源15连接，所述结构本体1经动力线缆11与系缆收放装置13连接，所述动力线缆11与结构本体1可拆卸连接，所述电机驱动器9、深度传感器10、仪器搭载接口4经通信线缆12与数据接收处理系统14连接，所述主控板8经通信线缆12与电源15连接并对板上其他模块进行供电控制，所述通信线缆12与电机驱动器9、深度传感器10、仪器搭载接口4、主控板8通过接口可拆卸连接，通过在爬壁机器人内部集成深度传感器10，从而对爬壁机器人的下潜深度进行了掌控，从而精准地对水下建筑体进行相应深度的检测。

所述水下控制系统5还包括存储模块16，所述存储模块16设置于主控板8上，所述存储模块16与仪器搭载接口4连接，从而对仪器搭载接口4连接的检测仪器27进行信息存储，便于后期对数据的调取和分析。

所述水下控制系统5还包括无线传输模块17，所述无线传输模块17至少包含WIFI模块和蓝牙模块中的至少一种，所述无线传输模块17设置于主控板8上，所述无线传输模块17分别与数据接收处理系统14、电机驱动器9和存储模块16连接，线传输模块避免了数据传输的单一，此外也使得数据接收处理系统14能够对爬壁机器人进行远程无线控制，在使用无线模式时，可将系缆6去除，也可保留以提升爬壁机器人在水下的安全系数。

所述水下控制系统5还包括蓄电池18，所述蓄电池18与主控板8连接，从而实现对爬壁机器人内部各种模块的供电，从而配合存储模块16、无线传输模块17，摆脱系缆6的约束，远程无线控制爬壁机器人的运动，并进行数据的收集存储和传递。

所述结构本体1包括密封部19、围挡部20和柔性裙边21，所述围挡部20可以是水密封电子舱，所述围挡部20设置于密封部19下方，所述柔性裙边21设置于围挡部20下方，所述水下控制系统5设置于密封部19中，所述驱动组件2和涡流吸盘3设置于密封部19下方，且驱动组件2和涡流吸盘3外周环绕设置有围挡部20和柔性裙边21；通过将水下控制系统5设置于水密封电子舱这类的密封部19中，保护了水下控制系统5中的模块和器件，从而使得爬壁机器人更加经久耐用；其中围挡部20和柔性裙边21环绕设置在驱动组件2和涡流吸盘3四周，对驱动组件2和涡流吸盘3形成了保护，减少了水流的干扰，对涡流吸盘3负压吸附建筑物墙体提供了稳定的环境。

所述驱动组件2包括驱动电机22和履带23，所述驱动电机22固定于密封部19下方，所述驱动电机22为防水电机，所述驱动电机22连接有电机驱动器9，所述履带23经驱动电机22驱动，电机驱动器9能够有效控制驱动组件2中驱动电机22的转速，从而控制爬壁机器人爬行速度，其中履带23只是驱动组件2的一种可选模式，履带23可以更换成包括滚轮、滚筒等可实现爬壁机器人移动的部件。

所述涡流吸盘3包括水密电机24、涡轮浆25和柔性吸附面26，所述水密电机24为防水电机，所述水密电机24固定于密封部19下方，所述水密电机24连接有电机驱动器9，所述柔性吸附面26为圆筒状，所述柔性吸附面26固定于水密电机24下方，所述涡轮浆25同轴设置在柔性吸附面26中间并与水密电机24连接，电机驱动器9能够有效控制驱动组件2中驱动电机22的转速，从而控制爬壁机器人对水下建筑体的吸附效果。

本实用新型的工作原理：本实用新型是通过将结构本体1、驱动组件2、涡流吸盘3、仪器搭载接口4、水下控制系统5、系缆6、水面控制系统7和检测仪器27等部件有机组装成一种结构稳定、安全可靠的负压式级联水下爬壁机器人，从而通过涡流附压，使爬壁机器人能够在水下稳定地吸附于建筑体表面，并通过驱动组件2在建筑体表面自由移动，从而实现稳定地观测。本爬壁机器人是通过水面控制系统7对电机驱动器9进行控制，进而控制水密电机24和驱动电机22的转动，从而控制爬壁机器人对水下建筑体墙体的吸附或者移动，其中水密电机24带动涡轮浆25转动从而配合柔性吸附面26形成一定的负压，从而吸附在水下建筑体的墙体上，其中驱动电机22带动履带23使得爬壁机器人在建筑体表面自由移动，待爬壁机器人移动到特定深度或特定位置后通过仪器搭载接口4连接的检测仪器27对水下建筑体进行检测；其中水面控制系统7对电机驱动器9的控制分为有线和无线两种控制模式，其中有线模式是通过通信线缆12对电机驱动器9进行控制，无线模式是通过无线传输模块17中的蓝牙或WIFI对电机驱动器9进行控制；在使用无线模式时，可将系缆6去除，其中蓄电池18能起到和电源15一样的对其他模块单元供电的效果；通过在爬壁机器人内部集成深度传感器10，从而对爬壁机器人的下潜深度进行掌控，从而精准地对水下建筑体进行相应深度的检测；通过将结构本体1与动力线缆11连接，从而防止爬壁机器人因意外松脱导致的损坏或遗失；而通过系缆收放装置13能够方便地将爬壁机器人收回，并且提高了爬壁机器人的收放效率和安全系数；通过将电机驱动器9、深度传感器10、仪器搭载接口4分别经通信线缆12与水面控制系统7连接，使得水面控制系统7能通过通信线缆12对水下控制系统5进行控制，进而控制爬壁机器人的运动，也使得水面控制系统7能够对仪器搭载接口4连接的检测仪器27检测的数据信息进行接收和分析处理；通过在爬壁机器人内部集成存储模块16，从而对仪器搭载接口4连接的检测仪器27进行信息存储，便于后期对数据的调取和分析；通过在爬壁机器人内部集成无线传输模块17，从而能将存储器中的信息通过蓝牙、WIFI等无线传输模式传递给数据接收处理系统14，从而避免了数据传输的单一，此外也使得数据接收处理系统14能够对爬壁机器人进行远程无线控制；通过在爬壁机器人内部集成蓄电池18，实现对爬壁机器人内部各种模块的供电，从而配合存储模块16、无线传输模块17，摆脱系缆6的约束，远程无线控制爬壁机器人的运动，并进行数据的收集存储和传递；通过将水下控制系统5设置于水密封电子舱这类的密封部19中，保护了水下控制系统5中的模块和器件，从而使得爬壁机器人更加经久耐用；其中围挡部20和柔性裙边21环绕设置在驱动组件2和涡流吸盘3四周，对驱动组件2和涡流吸盘3形成了保护，减少了水流的干扰，对涡流吸盘3负压吸附建筑物墙体提供了稳定的环境。