一种水下投放和打捞机器人的制作方法

本实用新型涉及海洋工程技术，属于水下打捞技术领域，具体涉及一种水下投放和打捞机器人。

背景技术：

随着人类的科技水平发展生产力的进步，尤其是在陆地资源短缺、人口膨胀、环境恶化等问题的日益严峻的现状下，沿海国家纷纷把目光投向海洋，加快了对海洋的开发和利用。海洋资源主要包括食物资源和矿物资源，开发海洋食物资源的方向是寻找新的经济利用对象和发展人工养殖事业。海洋已成为人类食物蛋白质的重要供应场所，海水可以淡化，从海水中可以提取氯、钠、镁等化学元素及稀有元素和放射性元素，从海底可以开采出大量石油、天然气、煤、铁、锰等多种金属及砂矿，利用潮汐等动力资源发电、海底空间的利用(核废料的堆积和储存等)、预测天气和控制气候的变化，发展海上交通等。

在对海洋资源的开发和利用过程中，由于水下环境恶劣危险，在深海区域进行海底勘探、货物打捞以及释放充气气囊和探测设备时由于海底压力较大，无法排遣潜水员进行操作，因此，需要使用水下机器人进行海底物体的打捞以及在开展船体打捞时快速释放充气气囊和释放探测设备。

水下机器人的工作方式是由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业。目前，主要分为有缆水下机器人(ROV)和无缆水下机器人(AUV)两类，其中由于 ROV占据水下无人潜器的绝大多数，所以通常情况下水下机器人也泛指有缆水下机器人，即 ROV。ROV因为可实时响应、扩展性强、减少潜水员下水危险性等特点，使得其显示了很大的水下工作潜力。随着产品技术和质量的不断提升，目前ROV已经广泛用于海洋石油、水下检测、搜救打捞等方面。打捞搜救是一项极为复杂的工程，涉及的领域极多。其中ROV主要工作就是代替潜水员在水下进行水下搜索、视频观测和打捞救助辅助等工作。

目前使用的水下机器人还存在着结构复杂，不易控制，稳定性差的缺点，尤其是在水下机器人的打捞部件的设计中，这一情况更为明显，在海底较为恶劣的环境下，结构复杂、误操作率高，故障率高，效率低等问题成为制约水下机器人规模化使用的瓶颈。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水下投放和打捞机器人，该水下投放和打捞机器人可以快速地打捞海底物体和释放充气气囊、探测设备，具有结构简单、控制灵活、故障率低等功能优点。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种水下投放和打捞机器人，主要包括：释放和回收装置、水下机器人和夹持装置，所述释放和回收装置通过钢丝缆绳与所述水下机器人的顶部相连，所述水下机器人的下部设置有所述夹持装置；

所述释放和回收装置包括第一伺服电机、联轴器、钢丝缆绳、钢丝缆绳收放器、立式轴承座支架和水下机器人释放和回收支撑架构成，所述第一伺服电机与所述联轴器相连，所述联轴器连接所述钢丝缆绳收放器的一端，所述钢丝缆绳收放器的另一端连接所述立式轴承座支架，所述第一伺服电机和所述立式轴承座支架固定连接在所述水下机器人释放和回收支撑架上，所述钢丝缆绳缠绕在所述钢丝缆绳收放器上；

所述水下机器人包括水下机器人主体设备存放舱、探照灯、摄像头、ROV推进器和压载块，水下机器人主体设备存放舱上部通过所述钢丝缆绳与所述钢丝缆绳收放器相连，所述探照灯、所述摄像头、所述ROV推进器和所述压载块都设置在所述水下机器人主体设备存放舱外壁；

所述夹持装置由第二伺服电机、横梁、门形框架、夹持部组成，所述横梁连接在所述水下机器人主体设备存放仓的中间下部，所述横梁下部与所述门形框架上部铰接，所述第二伺服电机设置在所述横梁上，并通过第一缆绳连接所述门形框架的两侧外壁，可实现所述门形框架相对于所述横梁左右摆动；所述夹持部包括固定夹片、活动夹片、动力装置，所述固定夹片设置在所述门形框架上，所述活动夹片上部与所述固定夹片转动连接，在转动连接处还设置有弹簧，使所述活动夹片和固定夹片保持弹性闭合状态，所述动力装置设置在所述门形框架上，并为所述活动夹片提供转动的动力。

上述技术方案中，所述动力装置包括第一电动伸缩杆、第一轴承滑轮和第二缆绳，所述第一电动伸缩杆固定设置在所述固定夹片相对一侧的门形框架上，所述该侧的门形框架下端设置有第一轴承滑轮，所述第二缆绳一端连接所述第一电动伸缩杆的下端，另一端通过所述第一轴承滑轮后固定连接在所述活动夹片上。

上述技术方案中，所述水下投放和打捞机器人还设置有充气装置，所述充气装置包括充气泵、充气软管、第二电动伸缩杆和气门转换气嘴构成，所述充气泵设置在所述水下机器人释放和回收支撑架上，所述充气泵的气体出口连接所述充气软管，该充气软管沿着所述释放和回收装置中的所述钢丝缆绳布置，所述充气软管的最下端固定在所述固定夹片的内壁上，并与所述气门转换气嘴相连，所述气门转换气嘴上端的转换开关与电动伸缩杆下端相连。

上述技术方案中，所述夹持装置包括左端第二伺服电机、右端第二伺服电机、左端第一缆绳和右端第一缆绳，所述左端第二伺服电机安装在所述横梁的左端并连接所述左端第一缆绳，该左端第一缆绳另一端通过设置在所述横梁左端下部的第二轴承滑轮连接至所述门形框架的左侧，所述右端第二伺服电机安装在所述横梁的右端连接所述右端第一缆绳，该第一缆绳另一端通过设置在所述横梁右端下部的第三轴承滑轮连接至所述门形框架的右侧。

上述技术方案中，所述横梁中间下部设置有第一U型板，所述门形框架顶部设置有第二 U型版，所述第一U型板与第二U型板通过螺尾柱销配合实现铰接。

上述技术方案中，所述门形框架与所述第一缆绳之间通过设置在所述门形框架外侧的环形定位销进行连接。

上述技术方案中，所述固定夹片和所述活动夹片内侧设置有锯齿状突起。

上述技术方案中，所述水下机器人主体设备存放舱中还设置有所述水下机器人的信号接收模块、所述ROV推进器的控制设备和电池。

上述技术方案中，所述探照灯、所述摄像头和所述ROV推进器设置在所述水下机器人主体设备存放舱的前后两端，所述压载块设置在所述水下机器人主体设备存放舱的顶部。

上述技术方案中，在所述横梁和所述门形框架之间设置有方便线路通过的钢丝软管。

上述技术方案中，所述第一缆绳和第二缆绳为尼龙材质，所述充气软管为PU软管，所述PU软管通过橡胶圈固定在所述钢丝缆绳上，所述固定夹片和活动夹片采用不锈钢材质制成。

本实用新型的优点和有益效果为：

1.所述释放和回收装置包括第一伺服电机、联轴器、钢丝缆绳、钢丝缆绳收放器、立式轴承座支架和水下机器人释放和回收支撑架构成，可以实现水下机器人的快速释放和回收，具有操作简单、稳定性好和收放速度快等优点。

2.水下机器人包括水下机器人主体设备存放舱、探照灯、ROV推进器和压载块等。水下机器人主体设备存放舱中含有水下机器人的接收模块、推进器的控制设备、电池、前后端摄像头以及其他设备，摄像头和探照灯的安装方便操作人员寻找水下物体，压载块的加入可以根据水深实时调节水下机器人的重量，便于水下机器人向更深的区域航行。水下机器人艏部和尾部同时安装两台ROV推进器可提高水下机器人的航行速度以及便于机器人在水下保持平衡。水下机器人顶部与钢丝缆绳相连，具有释放和回收方便的特点。

3.所述夹持装置由第二伺服电机、横梁、门形框架、夹持部组成，当水下机器人到达指定区域附近时，小幅度调节门形框架使所述夹持部摆动调整位置，避免了使用ROV推进器调节水下机器人大幅度运动的情况，便于定位打捞水下物体和释放充气气囊或探测设备，避免不断调节水下机器人在水下来回移动的时间，提高了打捞效率。

4.所述夹持部的张开和闭合由电动伸缩杆控制，便于打捞和释放物体，节省人力、物力和提高了操作效率。所述固定夹片和所述活动夹片内部设置有锯齿状突起，有效地减少了物体的脱落。此外，在所述横梁和所述门形框架之间设置有方便线路通过的钢丝软管，便于线路的通过，实现了门形框架的任意转动，避免了电线的缠绕。

5.充气装置的使用使充气气囊的充气和释放更加方便，自动化程度更高，操作效率更快，解决了水下自由充气和释放充气气囊的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例2的整体效果图，

图2是本实用新型实施例2的水下机器人及夹持装置的整体效果图，

图3是本实用新型实施例2的夹持装置的整体效果图，

图4是本实用新型实施例2的动力装置的整体效果图，

图5是本实用新型实施例2的固定夹片的整体效果图。

其中：

1：第一伺服电机，2：联轴器，3：钢丝缆绳,4：钢丝缆绳收放器，5：立式轴承座支架， 6：充气泵，7：PU软管，8：水下机器人释放和回收支撑架，9：压载块，10：第一缆绳，11：水下机器人主体设备存放舱，12：橡胶圈，13：探照灯,14：ROV推进器，15：第二缆绳， 16：第一轴承滑轮，17：钢丝软管，18-1：固定夹片，18-2：活动夹片，19：第二伺服电机， 20：钢丝软管接头，21：螺尾柱销，22：第一电动伸缩杆，23：环形定位销，24：气门转换气嘴，25：门形框架，26：横梁，27：第二轴承滑轮，28：第三轴承滑轮，29：第二电动伸缩杆，30：弹簧。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1

一种水下投放和打捞机器人，主要包括：释放和回收装置、水下机器人和夹持装置，所述释放和回收装置通过钢丝缆绳与所述水下机器人的顶部相连，所述水下机器人的下部设置有所述夹持装置；

所述释放和回收装置包括第一伺服电机功率800w、联轴器、钢丝缆绳直径0.008m、钢丝缆绳收放器0.06m额定起重量100kg跨度1m、立式轴承座支架及水下机器人释放和回收支撑架构成，所述第一伺服电机与所述联轴器相连，所述联轴器连接所述钢丝缆绳收放器的一端，所述钢丝缆绳收放器的另一端连接所述立式轴承座支架，所述第一伺服电机和所述立式轴承座支架固定连接在所述水下机器人释放和回收支撑架上，所述钢丝缆绳缠绕在所述钢丝缆绳收放器上；所述水下机器人释放和回收支撑架由扁钢制成，外形尺寸长1.2m，宽0.5m。

所述水下机器人包括水下机器人主体设备存放舱、探照灯、摄像头、ROV推进器和压载块，水下机器人主体设备存放舱上部通过所述钢丝缆绳与所述钢丝缆绳收放器相连，所述探照灯、所述摄像头和所述ROV推进器设置在所述水下机器人主体设备存放舱的前后两端，所述压载块设置在所述水下机器人主体设备存放舱的顶部，其中ROV推进器设置在在水下机器人主体设备存放舱的底部四角，每个角落各设置有一个ROV推进器，共设置4个。所述摄像头分辨率为700电视线(TV Lines)，所述探照灯设置在在水下机器人主体设备存放舱的底部四角和顶部四角，每个角落各设置有一个，共设置8个白色超高亮LED灯。水下机器人主体设备存放舱内部还设置有所述水下机器人的信号接收模块、所述ROV推进器的控制设备和 200Ah的电池，为水下机器人提供工作时的电能，续航时间可达到5h。所述水下机器人安装完成后(除去压载块)的外形尺寸为0.5m×0.25m×0.25m，重量为20kg，最大工作水深100m，最大前进速度1m/s，功率500W。

所述夹持装置由功率200W的第二伺服电机、横梁的长×宽×厚：0.4m×0.1m×0.02m、门形框架，所述门型框架侧板的长×宽×厚：0.18m×0.18m×0.02m、夹持部组成，所述横梁连接在所述水下机器人主体设备存放仓的中间下部，所述横梁中间下部设置有第一U型板，所述门形框架顶部设置有第二U型版，所述第一U型板与第二U型板通过螺尾柱销配合实现铰接。所述夹持装置包括左端第二伺服电机、右端第二伺服电机、尼龙材质的左端第一缆绳和尼龙材质的右端第一缆绳，所述左端第二伺服电机安装在所述横梁的左端并连接所述左端第一缆绳，该左端第一缆绳另一端通过设置在所述横梁左端下部的第二轴承滑轮连接至所述门形框架的左外侧的环形定位销，所述右端第二伺服电机安装在所述横梁的右端连接所述右端第一缆绳，该第一缆绳另一端通过设置在所述横梁右端下部的第三轴承滑轮连接至所述门形框架的右外侧的环形定位销。可实现所述门形框架相对于所述横梁左右摆动；所述夹持部包括固定夹片、活动夹片、动力装置，所述固定夹片和活动夹片都为长×宽×厚：0.1m×0.1m ×0.02m，铝材质制成，所述固定夹片设置在所述门形框架上，所述活动夹片上部与所述固定夹片转动连接，在转动连接处还设置有弹簧，使所述活动夹片和固定夹片保持弹性闭合状态，弹簧的一端连接活动夹片的内侧上部另一端连接固定夹片的内侧上部，所述动力装置设置在所述门形框架上，并为所述活动夹片提供转动的动力；所述动力装置包括电第一动伸缩杆(电压12V，功率10W，伸缩行程0.15m)、第一轴承滑轮和第二缆绳(直径0.003m)，所述第一电动伸缩杆固定设置在所述固定夹片相对一侧的门形框架上，所述该侧的门形框架下端设置有第一轴承滑轮，所述第二缆绳一端连接所述第一电动伸缩杆的下端，另一端通过所述第一轴承滑轮后固定连接在所述活动夹片上。所述固定夹片和所述活动夹片内侧设置有锯齿状突起。在所述横梁和所述门形框架之间设置有方便线路通过的钢丝软管(直径0.02m，长度 0.15m)。

实施例2

实施例1中的一种水下投放和打捞机器人已经可以实现可以快速地打捞海底物体探测设备等功能，为了拓展实施例1的应用环境，实现在海底快速给充气气囊充气并释放的功能，在实施例1的基础上增加充气装置。

在实施例1技术方案的基础上，所述水下投放和打捞机器人还设置有充气装置，所述充气装置包括400W充气泵、PU材质的直径0.01m充气软管、第二电动伸缩杆(电压12V，功率10W，伸缩行程0.15m)和气门转换气嘴构成，所述充气泵设置在所述水下机器人释放和回收支撑架上，所述充气泵的气体出口连接所述充气软管，该充气软管沿着所述释放和回收装置中的所述钢丝缆绳布置，所述充气软管的最下端固定在所述固定夹片的内壁上，并与所述气门转换气嘴相连，所述气门转换气嘴上端的转换开关与电动伸缩杆下端通过一根尼龙缆绳相连。在所述横梁和所述门形框架之间设置有方便线路通过的钢丝软管，将第一电动伸缩杆的控制线、第二电动伸缩杆的控制线和充气软管安装在所述钢丝软管中，所述PU充气软管上端通过橡胶圈固定在所述钢丝缆绳上

使用实施例2的水下投放和打捞机器人投放打捞沉船气囊的过程为：在沉船气囊投放之前，将水下机器人释放和回收支撑架固定在船舶一侧，然后，将气囊的充气嘴固定在气门转换气嘴内，同时，将无气体的气囊放在固定夹片和活动夹片之间，利用该夹持部将气囊固定住。固定完成后开始调节第一伺服电机将水下机器人和沉船气囊缓慢投放到水下，在投放的过程中，操作人员通过水下机器人中的摄像头寻找沉船地点。同时，打开ROV推进器，便于水下机器人向沉船地缓慢移动。待搜索到沉船后，缓慢调节ROV推进器，寻找合适的沉船气囊投放点。待沉船气囊到达合适的位置后，控制第一电动伸缩杆，打开活动夹片，同时，打开充气泵，利用充气泵向沉船气囊内充气。通过水下机器人中的摄像头观察沉船气囊是否达到合适程度。在达到合适的程度后，控制第二电动伸缩杆拉动气门转换气嘴上的转换开关，将沉船气囊与气门转换气嘴分离，使沉船气囊位于沉船内。此时，打开第一伺服电机，将水下机器人回收上来，开始下一个沉船气囊的投放。若投放其他设备，操作过程相似。若开展水下物体的打捞，操作过程也基本相似，在寻找到需要打捞的目标物时，控制第一电动伸缩杆，将活动夹片打开，同时，调节ROV推进器，使打捞物进入夹持部，进入后再次调节第一电动伸缩杆，使夹持部闭合，将打捞物固定在夹持部内。固定完成后，调节第一伺服电机，将水下机器人回收上来，得到需要打捞的物体。

实施例3

一种水下投放和打捞机器人，主要包括：释放和回收装置、水下机器人和夹持装置，所述释放和回收装置通过钢丝缆绳与所述水下机器人的顶部相连，所述水下机器人的下部设置有所述夹持装置；

所述释放和回收装置包括第一伺服电机功率1000w、联轴器、钢丝缆绳直径0.008m、钢丝缆绳收放器0.06m额定起重量150kg跨度1.5m、立式轴承座支架及水下机器人释放和回收支撑架构成，所述第一伺服电机与所述联轴器相连，所述联轴器连接所述钢丝缆绳收放器的一端，所述钢丝缆绳收放器的另一端连接所述立式轴承座支架，所述第一伺服电机和所述立式轴承座支架固定连接在所述水下机器人释放和回收支撑架上，所述钢丝缆绳缠绕在所述钢丝缆绳收放器上；所述水下机器人释放和回收支撑架由扁钢制成，外形尺寸长1.5m，宽0.5m。

所述水下机器人包括水下机器人主体设备存放舱、探照灯、摄像头、ROV推进器和压载块，水下机器人主体设备存放舱上部通过所述钢丝缆绳与所述钢丝缆绳收放器相连，所述探照灯、所述摄像头和所述ROV推进器设置在所述水下机器人主体设备存放舱的前后两端，所述压载块设置在所述水下机器人主体设备存放舱的顶部，其中ROV推进器设置在在水下机器人主体设备存放舱的底部四角，每个角落各设置有一个ROV推进器，共设置4个。所述摄像头分辨率为700电视线(TV Lines)，所述探照灯设置在在水下机器人主体设备存放舱的底部四角和顶部四角，每个角落各设置有一个，共设置8个白色超高亮LED灯。水下机器人主体设备存放舱内部还设置有所述水下机器人的信号接收模块、所述ROV推进器的控制设备和 200Ah的电池，为水下机器人提供工作时的电能，续航时间可达到5h。所述水下机器人安装完成后(除去压载块)的外形尺寸为0.5m×0.25m×0.25m，重量为30kg，最大工作水深120m，最大前进速度1m/s，功率500W。

所述夹持装置由功率200W的第二伺服电机、横梁的长×宽×厚：0.4m×0.1m×0.02m、门形框架，所述门型框架侧板的长×宽×厚：0.18m×0.18m×0.02m、夹持部组成，所述横梁连接在所述水下机器人主体设备存放仓的中间下部，所述横梁中间下部设置有第一U型板，所述门形框架顶部设置有第二U型版，所述第一U型板与第二U型板通过螺尾柱销配合实现铰接。所述夹持装置包括左端第二伺服电机、右端第二伺服电机、尼龙材质的左端第一缆绳和尼龙材质的右端第一缆绳，所述左端第二伺服电机安装在所述横梁的左端并连接所述左端第一缆绳，该左端第一缆绳另一端通过设置在所述横梁左端下部的第二轴承滑轮连接至所述门形框架的左外侧的环形定位销，所述右端第二伺服电机安装在所述横梁的右端连接所述右端第一缆绳，该第一缆绳另一端通过设置在所述横梁右端下部的第三轴承滑轮连接至所述门形框架的右外侧的环形定位销。可实现所述门形框架相对于所述横梁左右摆动；所述夹持部包括固定夹片、活动夹片、动力装置，所述固定夹片和活动夹片都为长×宽×厚：0.12m×0.12m ×0.02m，铝材质制成，所述固定夹片设置在所述门形框架上，所述活动夹片上部与所述固定夹片转动连接，在转动连接处还设置有弹簧，使所述活动夹片和固定夹片保持弹性闭合状态，弹簧的一端连接活动夹片的内侧上部另一端连接固定夹片的内侧上部，所述动力装置设置在所述门形框架上，并为所述活动夹片提供转动的动力；所述动力装置包括电第一动伸缩杆(电压12V，功率10W，伸缩行程0.2m)、第一轴承滑轮和第二缆绳(直径0.003m)，所述第一电动伸缩杆固定设置在所述固定夹片相对一侧的门形框架上，所述该侧的门形框架下端设置有第一轴承滑轮，所述第二缆绳一端连接所述第一电动伸缩杆的下端，另一端通过所述第一轴承滑轮后固定连接在所述活动夹片上。所述固定夹片和所述活动夹片内侧设置有锯齿状突起。在所述横梁和所述门形框架之间设置有方便线路通过的钢丝软管(直径0.02m，长度 0.15m)。

所述水下投放和打捞机器人还设置有充气装置，所述充气装置包括500W充气泵、PU材质的直径0.01m充气软管、第二电动伸缩杆(电压12V，功率10W，伸缩行程0.15m)和气门转换气嘴构成，所述充气泵设置在所述水下机器人释放和回收支撑架上，所述充气泵的气体出口连接所述充气软管，该充气软管沿着所述释放和回收装置中的所述钢丝缆绳布置，所述充气软管的最下端固定在所述固定夹片的内壁上，并与所述气门转换气嘴相连，所述气门转换气嘴上端的转换开关与电动伸缩杆下端通过一根尼龙缆绳相连。在所述横梁和所述门形框架之间设置有方便线路通过的钢丝软管，将第一电动伸缩杆的控制线、第二电动伸缩杆的控制线和充气软管安装在所述钢丝软管中，所述PU充气软管上端通过橡胶圈固定在所述钢丝缆绳上

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。