一种多用途水下作业机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多功能水下作业机器人，包括机器人主架、动力系统、探测系统、清污系统、控制系统。机器人采用履带式推进方式，稳定性较轮式高，抓地力强，实现原地任意角度转向；机体采用框架式结构，较传统金属机身重量轻，构体灵活，易改进，成本低；清洗模式较传统抽水清洗，具有不换水，自动化程度高，效率高，节省功耗的特点；可用于军事勘察，水下监测；海洋输油管道检查；跨江、跨河管道检查、船体检修、船底探查、航道排障、港口作业、钻井平台水下结构检修；水下考古、水下沉船考察等。
【专利说明】一种多用途水下作业机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及水下作业机器人领域，特别是一种集水下探测、水下采集、水下清污等功能于一体的多用途水下作业机器人。
【背景技术】
[0002]无人遥控潜水器，也称水下机器人。它的工作方式是: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。
[0003]目前水下作业机器人的主要有这样几个发展趋势:一是水深普遍加深，向深海发展；二是操纵控制系统多采用大容量计算机，实施处理资料和进行数字控制；三是潜水器上的机械手采用多功能，力反馈监控系统:四是增加推进器的数量与功率，以提高其顶流作业的能力和操纵性能。
[0004]美国新近研究水下作业机器人，实现吸收海水中热量提供电力，从事人类难以达到的远距离，深海作业，并实现多点测探任务。
[0005]日本的NZ-77L机器人可进行水下作业，清洗泳池，可清洗水池底部。可自动运行，无需人为操控。采用轮式结构，着地面积小，运动效率低，水吞吐效率低，机器人笨重，需人力上浮。
[0006]目前公开的一些水下作业机器人体积和重量比较大，作业功能都比较单一，不能综合的运用，适用性差，针对当前的不足，本发明提供了一种集多种功能于一体的，重量轻、使用方便的多用途水下作业机器人。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是:面对水下作业的迫切需要和当前水下作业机器人的不足，提供一种多用途水下作业机器人，不仅在结构上具有突出的优
点，而且集多种功能于一体，可以用于水下探测、水下产物采集、采矿，水体污染过滤清理，管道维护等领域。
[0008]本发明采用的技术方案是:
本发明包括机器人主架、动力系统、探测系统、清污系统、控制系统。机器人主架主要有质量较轻的空心管组成；动力系统主要有运动部分、转向部分和潜浮动力部分组成，运动部分主要有履带式驱动装置和推进器组成，转向部分主要由四个推进器6实现，潜浮动力部分主要有两个氟利昂充气气囊11和推进器12组成；探测系统主要有高清全角度的摄像头14和传输模块组成；清污系统主要有滚筒20和收集孔箱23组成。
[0009]机器人主架采用连杆和多通相互链接的方式，框架22由玻璃钢杆组合而成。该种主架机械强度高，工艺成熟。便于总体布局，有足够的空间留给后续开发。
[0010]驱动履带采用四轮履带结构，驱动电机29通过电机固定架28安装在主架的主管18上，驱动电机29输出轴与主动链轮9连接，从动链轮5和辅助链轮7、8都与主架主管18上固定的轴通过轴承连接；四个推进器6通过连接架10安装在主架四角上的外侧立管3上；机器人的行走方式履带4和推进器6结合的方式，行走稳定可实现原地360°转弯，灵活自如且控制简单，当在水底行走时，气囊11不充气，气囊11不提供浮力，自重使履带4与池底产生摩擦力，如果摩擦力不足可以通过垂直推进器12增加压力，提高摩擦力，如果在水中浮动行走时，气囊11适当充气，提供浮力，机器人通过四个推进器6行走。此种方式与单纯利用水下推进器6行走的机器人相比，效率高，控制灵活稳定，配合水下推进器6可以在水面和水下自由运动。
[0011]氟利昂充气气囊11位于外侧立管3外侧的上部，通过电磁阀13来控制充气和放气；垂直推进器12通过安装架固定在内侧立管15的上端。上浮时，根据重量的不同采用不同的上浮方式，当上浮重量较轻时，直接采用推进器12推动上浮；当上浮的重量较大时则采用氟利昂气囊11上浮方式或氟利昂气囊11和推进器12结合的上浮方式，需要时后侧也会适当加装气囊。气囊有阀体可控充气或放弃，充气速度可控，电磁阀13位于内侧立管15的上端。
[0012]清污系统中滚筒20位于机器人的前侧，通过电机I和固定转轴19安装在主架的横管上，驱动电机I通过电机固定架2安装在主架横管上，采集矿物和海产时利用硬结构拨条的滚筒，清洗时采用带有刷子的滚筒；收集箱23采用孔箱结构，主要有位于孔箱23上方的电机25驱动齿轮26，通过齿轮26和位于主架内侧立管15上的27齿条啮合来完成收集箱的上下运动；为了保证上下的稳定性，采用导轨导套导向，导套17位于收集箱23的两侧，导轨16位于内层立管15的内层。
[0013]高清摄像头14安装在内侧立管15的上方，主要用于将水底的信息记录并反馈到水上的控制台。
[0014]机器人配有浮上型电源电线和数据传输线，从根本上杜绝了致绕线事故的发生，控制采用自动和人工控制的两种方式。
[0015]本发明实现的技术优势是:该机器人多模式运行方式，较单模式机器人，水下作业应用范围广；采用履带式推进方式，稳定性较轮式高，抓地力强，实现原地任意角度转向；机体采用框架式结构，较传统金属机身重量轻，构体灵活，易改进，成本低；清洗模式较传统抽水清洗，具有不换水，自动化程度高，效率高，节省功耗的特点；水下六自由度三维运动，装有防水摄像头，水下图像实时传输，较平面式运动机器人，行动灵活，便于视频采集和监测。
[0016]可用于军事勘察，水下监测；海洋输油管道检查；跨江、跨河管道检查、船体检修、船底探查、航道排障、港口作业、钻井平台水下结构检修；水下考古、水下沉船考察等；清洗模块单独开发用于成泳池，水池，水箱的清洗。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是机器人主要结构图(前侧)
图2是机器人主要结构图(后侧)
其中:1.滚筒电机2.电机固定架3.外侧立管4.履带5.从动链轮6.行动推进器7.辅助链轮一 8.辅助链轮二 9.主动链轮10.安装架11.氟利昂气囊12.垂直推进器13.电磁阀14.摄像头15.内侧立管16.导轨17.导套18.主架主管19.连接转轴20.滚筒21.管件接头22.横管23.孔箱24.孔箱上板25.升降电机26.齿轮27.齿条28.电机固定架29.驱动电机。
【具体实施方式】
[0018]本发明所述机器人的主要技术指标是:爬行速度:1.2m/s ;长*宽*高:590*590*590 (mm)；最大潜深:7m推进器功率:220W ;额定总功率:240W ;收集器提升速度:0.3m/s ;有效载荷:5kg ;勘测范围:5米；抽水泵功率:150W ;过滤网孔密度:400目/
平方厘米。
[0019]该机器人可用于军事勘察，水下监测；海洋输油管道检查；跨江、跨河管道检查、船体检修、船底探查、航道排障、港口作业、钻井平台水下结构检修；水下考古、水下沉船考察等；清洗模块单独开发用于成泳池，水池，水箱的清洗。
[0020]该机器人具有多模式多功能，模块独立可单独开发，可用于军事、民用等众多行业，有着广泛的市场需求。较同类产品，成本低廉，有较大利润空间和市场竞争力。
【权利要求】
1.一种多用途水下作业机器人，包括机器人主架、动力系统、探测系统、清污系统、控制系统；其中，机器人主架主要由质量较轻的空心管组成；动力系统主要由运动部分、转向部分和潜浮动力部分组成，运动部分主要由履带式驱动装置和推进器组成，转向主要靠四个推进器(6)实现，潜浮动力部分主要由两个氟利昂充气气囊(11)和推进器(12)组成；探测系统主要由高清全角度的摄像头(14)和传输模块组成；清污系统主要由滚筒(20)和收集孔箱(23)组成。
2.根据权利要求1所述的多用途水下作业机器人，其特征在于:机器人主架采用连杆和多通相互链接的方式，框架(22)由玻璃钢杆组合而成。
3.根据权利要求2所述的多用途水下作业机器人，其特征在于:驱动履带采用四轮履带结构，驱动电机(29)通过电机固定架(28)安装在主架的主管(18)上，驱动电机(29)输出轴与主动链轮(9)连接，从动链轮(5)和辅助链轮(7)、(8)_都与主架主管(18)上固定的轴通过轴承连接。
4.根据权利要求3所述的多用途水下作业机器人，其特征在于:四个推进器(6)通过连接架(10)安装在主架四角上的外侧立管(3)上；机器人的行走方式履带(4)和推进器(6)结合的方式，行走稳定可实现原地360°转弯，灵活自如且控制简单，当在水底行走时，气囊(11)不充气，气囊(11)不提供浮力，自重使履带(4)与池底产生摩擦力，如果摩擦力不足可以通过垂直推进器(12)增加压力，提高摩擦力，如果在水中浮动行走时，气囊(11)适当充气，提供浮力，机器人通过四个推进器(6)行走；此种方式与单纯利用水下推进器(6)行走的机器人相比，效率高，控制灵活稳定，配合水下推进器(6)可以在水面和水下自由 。
5.根据权利 要求4所述的多用途水下作业机器人，其特征在于:氟利昂充气气囊(11)位于外侧立管(3)外侧的上部，通过电磁阀(13)来控制充气和放气。
6.根据权利要求5所述的多用途水下作业机器人，其特征在于:垂直推进器(12)通过安装架固定在内侧立管(15)的上端；上浮时，根据重量的不同采用不同的上浮方式，当上浮重量较轻时，直接采用推进器(12)推动上浮；当上浮的重量较大时则采用氟利昂气囊(11)上浮方式或氟利昂气囊(11)和推进器(12)结合的上浮方式，需要时后侧也会适当加装气囊；气囊有阀体可控充气或放弃，充气速度可控，电磁阀(13)位于内侧立管(15)的上端。
7.根据权利要求6所述的多用途水下作业机器人，其特征在于:清污系统中滚筒(20)位于机器人的前侧，通过电机(I)和固定转轴(19)安装在主架的横管上，驱动电机(I)通过电机固定架(2)安装在主架横管上，采集矿物和海产时利用硬结构拨条的滚筒，清洗时采用带有刷子的滚筒。
8.根据权利要求7所述的多用途水下作业机器人，其特征在于:收集箱(23)采用孔箱结构，主要有位于孔箱(23)上方的电机(25)驱动齿轮(26)，通过齿轮(26)和位于主架内侧立管(15)上的(27)齿条啮合来完成收集箱的上下运动；为了保证上下的稳定性，采用导轨导套导向，导套(17)位于收集箱(23)的两侧，导轨(16)位于内层立管(15)的内层。
9.根据权利要求1所述的多用途水下作业机器人，其特征在于:高清摄像头14安装在内侧立管15的上方，主要用于将水底的信息记录并反馈到水上的控制台，且机器人配有浮上型电源电线和数据传输线，从根本上杜绝了致绕线事故的发生，控制采用自动和人工控制的两种方式。
10.根据权利要求1所述的多用途水下作业机器人，其特征在于:机器人的主要技术指标是:爬行速度:1.2m/s ;长*宽*高:590*590*590 (mm)；最大潜深:7m推进器功率:220W ;额定总功率:240W ;收集器提升速度:0.3m/s ;有效载荷:5kg ;勘测范围:5米；抽水泵功率:150W ;过 滤网孔密度:400目/平方厘米。
【文档编号】B63C11/52GK103818533SQ201210463884
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年11月18日 优先权日:2012年11月18日
【发明者】王也 申请人:上海市浦东新区知识产权保护协会