水下机器人的制作方法

本实用新型涉及一种水下机器人，尤其涉及一种在断电情况下能够自动从水中浮起以方便回收的履带式水下机器人。

背景技术：

现有技术中的水下机器人(remotelyoperatedvehicles，rov)按照其在水下的运动方式不同，可分为浮游式无人潜水器、拖拽式无人潜水器、爬行式无人潜水器和附着式无人浅水器。履带式水下机器人是爬行式无人潜水器的一种。履带式水下机器人按照其自身的净浮力状态可以有两种运行方式。其一是履带式水下机器人在水中近似处于零浮力状态，依靠垂直推进器的推力机器人既可以在水底爬行行走，亦可以浮游观察。该种方式的履带机器人运动方式更加灵活，但其适合在水流相对较小的场合应用。当水流较大时，履带式水下机器人很难稳定在固定位置进行观察和作业。另一种形式是履带机器人在水中呈较大的负浮力状态，依靠设备自身的重量与地面产生较大的摩擦阻力，水流很大时也不会将设备推动，履带式水下机器人依然可以稳定在水底进行观察和作业。该种方式的缺点在于当发生故障时，水下机器人沉没在水底，难以回收。尤其是设备进入隧洞等封闭场合作业时，给设备的回收造成很大困难。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种水下机器人，以至少实现水下机器人在发生故障(例如断电)时能够从水中自动浮起。

根据本实用新型的一个实施例，提供了一种水下机器人，包括：主体；设置于主体上的具有固定体积的第一气体容器；设置于主体上的体积可变的第二气体容器；连通第一气体容器和第二气体容器的通道；用于控制通道开闭的开关元件；当开关元件处于关闭时，通道关闭，第一气体容器和第二气体容器不发生气体流动，第二气体容器的体积恒定不变；当开关元件处于开启状态时，通道打开，第一气体容器的气体流向第二气体容器，以使得第二气体容器的体积增大。由于第一气体容器的体积不变，第二气体容器的体积增大(即水下机器人整体的体积增加)，同时水下机器人的整体重量不变，因此第一气体容器的气体流向第二气体容器使得水下机器人整体所受的浮力增大，从而使得浸没在水中的水下机器人上浮(到水面)，以方便回收。

根据本实用新型的一个实施例，开关元件为电磁阀；第一气体容器具有第一气体通道；第二容器具有第二气体通道；电磁阀包括：连接第一气体通道和第二气体通道的磁性阀体；以及设置于阀体内的电磁元件；当通电时，电磁元件封闭第一气体通道和/或第二气体通道，使得第一气体通道和第二气体通道之间无气体流通；当断电时，第一气体通道和/或第二气体通道连通，以使得第一气体容器的气体流向第二气体容器。这样的构造使得一旦在水中正常工作(即处于通电状态下)的水下机器人故障(即断电)时，第一气体通道与第二气体通道连通，即第一气体容器与第二气体容器连通，第一气体容器的气体流向第二气体容器。如上所述，第一气体容器的气体流向第二气体容器使得水下机器人整体所受的浮力增大，从而使得浸没在水中的水下机器人上浮。

根据本实用新型的一个实施例，在通电状态下，电磁元件吸附在阀体的第一端上以封闭第一气体通道；在断电状态下，电磁元件与阀体的第一端分离，使得第一气体通道和第二气体通道连通。

根据本实用新型的一个实施例，在通电状态下，电磁元件吸附在阀体的第二端上以封闭第二气体通道；在未通电状态下，电磁元件与阀体的第二端分离，使得第一气体通道和第二气体通道连通。

根据本实用新型的一个实施例，电磁元件包括两个子元件，在通电状态下，两个子元件分别吸附在阀体的第一端和阀体的第二端上以封闭第一气体通道和第二气体通道；在断电状态下，两个子元件与阀体的第一端和阀体的第二端分离，使得第一气体通道和第二气体通道连通。通电状态下第一气体通道和第二气体通道都封闭进一步确保了密封性，即水下机器人正常工作时第一气体容器的气体不会流向第二气体容器；同时提高了整体装置的容错性，在电磁元件的两个子元件之一发生故障损坏的情况下，另一个子元件单独工作，仍能确保整体装置的正常运行(即通电状态下第一气体通道和第二气体通道不连通、断电状态下第一气体通道和第二气体通道连通)。

根据本实用新型的一个实施例，开关元件为电磁阀；电磁阀包括：设置在通道内壁上的磁性挡块；以及设置在磁性挡块一侧的电磁元件，其中当通电时，电磁元件吸附在磁性挡块上以封闭通道，第一气体容器和第二气体容器不发生气体流通；当断电时，电磁元件与磁性挡块分离，使得通道打开，以使得第一气体容器的气体流向第二气体容器。

根据本实用新型的一个实施例，开关元件为电磁阀；第一气体容器具有第一气体通道；电磁阀包括：连接第一气体通道和第二气体容器的磁性阀体；以及设置于阀体内的电磁元件；当通电时，电磁元件封闭第一气体通道和/或第二气体容器，使得第一气体通道和第二气体容器之间无气体流通；当断电时，第一气体通道和第二气体容器连通，以使得第一气体容器的气体流向第二气体容器。

根据本实用新型的一个实施例，开关元件为电磁阀；第二气体容器具有第二气体通道；电磁阀包括：连接第一气体容器和第二气体通道的磁性阀体；以及设置于阀体内的电磁元件；当通电时，电磁元件封闭第一气体容器和/或第二气体通道，使得第一气体容器和第二气体通道之间无气体流通；当断电时，第一气体容器和第二气体通道连通，以使得第一气体容器的气体流向第二气体容器。

根据如上所述的本实用新型的多个实施例，电磁元件为电磁铁。电磁铁仅在通电的情况下具有磁性从而吸附在电磁阀的磁性阀体(或磁性挡块)上，因此电磁铁能够在通电时封闭第一气体通道和/或第二气体通道(或封闭通道)，使得第一气体通道和第二气体通道之间无气体流通；在断电时使得第一气体通道和/或第二气体通道连通(或打开通道)，以使得第一气体容器的气体流向第二气体容器。

根据本实用新型的一个实施例，水下机器人还包括：设置于主体上的用于容纳电磁阀的密封舱。密封舱能够将容纳在其内部的电磁阀与外界环境(例如，水)等隔离开，并且在水下机器人的工作期间能够防止电磁阀与外界环境直接接触而损坏。

本实用新型的有益技术效果在于：当本实用新型所述的水下机器人在水中正常工作(通电)时，开关元件关闭，第一气体容器和第二气体容器不发生气体流动，第一气体容器的体积不变；当水下机器人发生故障情况(断电)时，开关元件打开，第一气体容器的气体流向第二气体容器，以使得第二气体容器的体积增大。由于水下机器人的整体重量不变，因此第一气体容器的气体流向第二气体容器使得水下机器人整体所受的浮力增大(大于水下机器人的自重)，从而使得浸没在水中的水下机器人上浮(到水面)，以方便回收。

附图说明

图1为根据本实用新型的一个实施例的水下机器人的立体图；

图2为根据本实用新型的一个实施例的开关元件的示意图；

图3为根据本实用新型的另一个实施例的开关元件的示意图；

图4为根据本实用新型的又一个实施例的开关元件的截面示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本实用新型的实施例。应当理解的是，以下所述仅为本实用新型的示例，并且并不对本实用新型构成任何限定。各实施例之间可相互组合以形成未在以下描述或未在附图中明确示出的其他实施例。

现参考图1，示出了根据本实用新型的一个实施例的水下机器人10的立体图。在该实施例中，水下机器人10为履带式水下机器人，该履带式水下机器人在正常工作时处于负浮力状态(即，完全浸没在水中时所受的浮力小于自重)。如图所示，水下机器人10包括主体18，具有固定体积的第一气体容器12安装在主体18两侧，体积可变的第二气体容器14安装在主体18的顶部，开关元件16设置在连通第一气体容器12和第二气体容器14的通道20上并且用于控制通道20的开闭。

当开关元件16处于关闭时，通道20被封闭，第一气体容器12和第二气体容器14不发生气体流动，第二气体容器14的体积恒定不变；当开关元件16处于开启状态时，通道20打开，第一气体容器12的气体流向第二气体容器14，以使得第二气体容器14的体积增大。由于第一气体容器12的体积不变，第二气体容器14的体积增大(即水下机器人10整体的体积增加)，同时水下机器人10的整体重量不变，因此第一气体容器12的气体流向第二气体容器14使得水下机器人10整体所受的浮力增大，从而使得浸没在水中的水下机器人10上浮(到水面)，以方便回收。

在图示的实施例中，第一气体容器12、第二气体容器14、开关元件16以及通道20的数量均为两个，并且这些部件采用基本上对称的结构(例如，两个第一气体容器12设置在主体18两侧，两个第二气体容器14设置在主体18顶部并且相对于主体18的中心对称)，这样的结构使得一旦开关元件16打开、第一气体容器12的气体流向第二气体容器14使得第二气体容器14体积增大时，两个基本对称的第二气体容器14保证水下机器人10所受的增加的浮力也基本对称，在上浮期间保证了水下机器人10的稳定(即在在水中上浮期间不会翻转等)。应当理解的是，在本实用新型的其他实施例中，第一气体容器12、第二气体容器14、开关元件16、通道20的数量、位置、安装方式等可根据实际需要或情况而发生变化，这些变化都在本实用新型的范围之内，并且并不对本实用新型构成限定。

在图1示出的实施例中，第一气体容器12为高压气瓶，优选地，该高压气瓶由碳纤维制成。例如，第一气体容器12可为安全压力30mpa、开裂压力85mpa的镀膜碳纤维高压气瓶。相比于金属(例如，钢、铝等)材料制成的高压气瓶，碳纤维高压气瓶重量更小、使用更安全(例如，碳纤维气瓶不会如钢瓶一样，在发生故障容易爆炸)，进一步地，由于碳纤维相对于金属是电的不良导体，因此在水下使用更加安全。此外，在该实施例中，第二气体容器14为气囊。例如，第二气体容器14为橡胶制成的圆筒状气囊，气囊的长度优选地略小于水下机器人10的主体18的宽度(如图所示)，这样的构造避免了水下机器人10在工作期间气囊的两端伸出水下机器人10的主体18之外、与外界发生接触、摩擦或碰撞而发生损坏。气囊和高压气瓶通过通道20连通，开关元件16控制通道20的开闭。进一步地，在水下机器人10正常工作期间，开关元件16关闭，封闭通道20，高压气瓶和气囊之间不发生气体流通，此时气囊中无气体，并且基本上贴附于水下机器人10的主体18的顶部；当水下机器人10发生故障断电时，开关元件16开启，通道20打开(能够允许气体流通)，由于正常状态下(即水下机器人10正常工作期间)高压气瓶中的气压远大于气囊中的气压(在描述的实施例中，水下机器人10正常工作时气囊中无气体，即可以视作气压为0)，因此高压气瓶中的气体可通过通道20迅速流向气囊，使气囊“充气”体积变大，从而使得气囊所受的浮力增加。在该实施例中，气囊安装在水下机器人10的主体18的顶部，因此“充气”的气囊能够带动水下机器人10整体上浮，从而在水下机器人10发生故障时使得水下机器人10自动浮起到水面，以便于人员从水面对水下机器人10进行回收和后续的维修工作。

在一些情况下，水下机器人10在涵洞中工作。涵洞为两端具有水流入口和出口、其余部分为封闭的结构。在这样的情况下，若水下机器人10发生故障，如上所述的，开关元件16打开，使得第一气体容器12的气体流向第二气体容器14，使得水下机器人10上浮到水面，随涵洞中的水流漂流出涵洞的水流出口，并且在出口处进行回收。

现参考图2和图3，在图示的实施例中，开关元件16为电磁阀；第一气体容器12具有第一气体通道20a；第二容器具有第二气体通道20b；电磁阀包括：连接第一气体通道20a和第二气体通道20b的磁性阀体16a；以及设置于阀体16a内的电磁元件16b；当通电时，电磁元件16b封闭第一气体通道20a和/或第二气体通道20b，使得第一气体通道20a和第二气体通道20b之间无气体流通；当断电时，第一气体通道20a和/或第二气体通道20b连通，以使得第一气体容器12的气体流向第二气体容器14。这样的构造使得一旦在水中正常工作(即处于通电状态下)的水下机器人10故障(即断电)时，第一气体通道20a与第二气体通道20b连通，即第一气体容器12与第二气体容器14连通，第一气体容器12的气体流向第二气体容器14。如上所述，第一气体容器12的气体流向第二气体容器14使得水下机器人10整体所受的浮力增大，从而使得浸没在水中的水下机器人10上浮。

应当理解的是，在此，通过电磁阀的阀体16a连接的第一气体通道20a和第二气体通道20b可视为如上所述的实施例中的“通道”，第一气体通道20a和第二气体通道20b之间能否发生气体流通可视作通道的开闭。

更具体地，在图2示出的实施例中，阀体16a的第一端与第一气体通道20a连接、第二端与第二气体通道20b连接。在通电状态下，电磁元件16b吸附在阀体16a的第一端上以封闭第一气体通道20a；在断电状态下，电磁元件16b与阀体16a的第一端分离，使得第一气体通道20a和第二气体通道20b连通。在这样的结构中，仅需电磁阀的阀体16a的第一端具有磁性，从而在通电状态下，电磁元件16b吸附在阀体16a的第一端上。此外，电磁元件16b吸附在阀体16a的第一端上的一侧的形状应与阀体16a的第一端互相匹配(例如，均为平滑表面)，从而确保第一气体通道20a完全密封。为了进一步确保密封性，还可在电磁阀的阀体16a的第一端上设置密封元件(未示出)，例如，设置在电磁元件16b周围由橡胶制成的密封环。

现参考图3，示出了本实用新型的另一个实施例。阀体16a的第一端与第一气体通道20a连接、第二端与第二气体通道20b连接。在示出的实施例中，在通电状态下，电磁元件16b吸附在阀体16a的第二端上以封闭第二气体通道20b；在未通电状态下，电磁元件16b与阀体16a的第二端分离，使得第一气体通道20a和第二气体通道20b连通。类似地，在这样的结构中，仅需电磁阀的阀体16a的第二端具有磁性，从而在通电状态下，电磁元件16b吸附在阀体16a的第二端上。此外，电磁元件16b吸附在阀体16a的第二端上的一侧的形状应与阀体16a的第二端互相匹配(例如，均为平滑表面)，从而确保第二气体通道20b完全密封。为了进一步确保密封性，还可在电磁阀的阀体16a的第二端上设置密封元件，例如，设置在电磁元件16b周围由橡胶制成的密封环。

此外，根据本实用新型的一个实施例，电磁元件16b还可包括两个子元件，在通电状态下，两个子元件分别吸附在阀体16a的第一端和阀体16a的第二端上以分别封闭第一气体通道20a和第二气体通道20b；在断电状态下，两个子元件与阀体16a的第一端和阀体16a的第二端分离，使得第一气体通道20a和第二气体通道20b连通。同理如上，两个子元件分别吸附在阀体16a的第一端和第二端的形状应与阀体16a的第一端和第二端互相匹配，从而确保第一气体通道20a和第二气体通道20b完全密封。了进一步确保密封性，还可在电磁阀的阀体16a的两端上设置密封元件，例如，设置在两个子元件周围由橡胶制成的密封环。通电状态下第一气体通道20a和第二气体通道20b都封闭更进一步地确保了密封性(即水下机器人10正常工作时第一气体容器12的气体不会流向第二气体容器14)；同时提高了整体装置的容错性、减少了整体装置故障的概率，在电磁元件16b的两个子元件之一发生故障损坏的情况下，另一个子元件单独工作仍能确保整体装置的正常运行(即通电状态下第一气体通道20a和第二气体通道20b不连通、断电状态下第一气体通道20a和第二气体通道20b连通)。

现参考图4，在示出的实施例中，开关元件16为电磁阀；电磁阀包括：设置在通道20内壁上的磁性挡块16c；以及设置在磁性挡块16c一侧的电磁元件16b，其中当通电时，电磁元件16b吸附在磁性挡块16c上以封闭通道20；当断电时，电磁元件16b与磁性挡块16c分离，使得通道20打开。具体地，在该实施例中，通道20为基本上圆柱形的管路，磁性挡块16c为设置在通道20内壁上的圆环状结构，该圆环状结构的中心孔用于磁性挡块16c两侧之间的气体流通。应当注意的是，圆环状的磁性挡块16c的外径与通道20的内径相等，并且电磁元件16b吸附在磁性挡块16c上时能够完全覆盖并且封闭磁性挡块16c的中心孔。优选地，电磁元件16b为基本上圆形的结构，并且该圆的半径小于通道20的内径、大于磁性挡块16c的中心孔的半径，从而确保通电时电磁元件16b吸附在磁性挡块16c上时能够完全覆盖且封闭中心孔(即封闭通道)20，第一气体容器12和第二气体容器14不发生气体流通；断电时电磁元件16b与磁性挡块16c分离，使得通道20打开，使得第一气体容器12的气体流向第二气体容器14，如上所述，第一气体容器12的气体流向第二气体容器14使得第二气体容器14体积变大，从而使得水下机器人10上浮。

根据本实用新型的另一个实施例，开关元件为电磁阀；第一气体容器具有第一气体通道；电磁阀包括：连接第一气体通道和第二气体容器的磁性阀体；以及设置于阀体内的电磁元件；当通电时，电磁元件封闭第一气体通道和/或第二气体容器，使得第一气体通道和第二气体容器之间无气体流通；当断电时，第一气体通道和第二气体容器连通，以使得第一气体容器的气体流向第二气体容器。

根据本实用新型的又一个实施例，开关元件为电磁阀；第二气体容器具有第二气体通道；电磁阀包括：连接第一气体容器和第二气体通道的磁性阀体；以及设置于阀体内的电磁元件；当通电时，电磁元件封闭第一气体容器和/或第二气体通道，使得第一气体容器和第二气体通道之间无气体流通；当断电时，第一气体容器和第二气体通道连通，以使得第一气体容器的气体流向第二气体容器。

在如上所述的两个实施例中，构造为电磁阀的开关元件并非设置为连接在第一气体通道和第二气体通道之间(如此前描述的实施例)，而是设置在第一气体通道和第二气体容器(的气体出口)/第一气体容器(的气体出口)和第二气体通道之间，这样的构造省略了第一气体通道/第二气体通道，能够简化整体结构、减少制造和维修的成本。

应当理解的是，如上两个实施例中构造成电磁阀的开关元件的结构(即，阀体、电磁元件等)与之前描述的实施例中的开关元件16等同或基本等同，即电磁元件在通电的情况下能够吸附在第一气体通道/第二气体通道一侧的阀体上或第一气体容器/第二气体容器(的气体出口)上，以使得第一气体容器和第二气体容器之间无气体流通；在断电时使得第一气体容器和第二气体容器连通，使得第一气体容器的气体流向第二气体容器。应当注意的是，在电磁元件通电时吸附在第一气体容器/第二气体容器(的气体出口)的实施例中，第一气体容器/第二气体容器(的气体出口)应当构造成具有磁性，以使得电磁元件在通电时能够吸附在其上。

根据如上所述的本实用新型的多个实施例，电磁元件16b为电磁铁。电磁铁仅在通电的情况下具有磁性从而吸附在电磁阀的磁性阀体16a(或磁性挡块16c)上，因此电磁铁能够在通电时封闭第一气体通道20a和/或第二气体通道20b(或封闭通道)，使得第一气体通道20a和第二气体通道20b之间无气体流通；在断电时使得第一气体通道20a和/或第二气体通道20b连通(或打开通道)，以使得第一气体容器12的气体流向第二气体容器14。

根据本实用新型的一个实施例，水下机器人10还包括：设置于主体18上的用于容纳电磁阀的密封舱。密封舱能够将容纳在其内部的电磁阀与外界环境(例如，水)等隔离开，并且在水下机器人10的工作期间能够防止电磁阀与外界环境直接接触而损坏。

综上所述，当本实用新型所述的水下机器人在水中正常工作(通电)时，开关元件(例如，连接在第一气体通道和第二气体通道之间的电磁阀)关闭，第一气体容器和第二气体容器不发生气体流动，第一气体容器的体积不变；当水下机器人发生故障情况(断电)时，开关元件(例如，连接在第一气体通道和第二气体通道之间的电磁阀)打开，第一气体容器的气体流向第二气体容器，以使得第二气体容器的体积增大。由于水下机器人的整体重量不变，因此第一气体容器的气体流向第二气体容器使得水下机器人整体所受的浮力增大(大于水下机器人的自重)，从而使得浸没在水中的水下机器人上浮(到水面)，以方便回收。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域中的技术人员来说，本实用新型可以有各种修改和变化。凡在本实用新型的主旨和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。