框架式水下机器人的制作方法

本实用新型属于水下机器人技术领域，具体涉及一种框架式水下机器人。

背景技术：

我国海洋水域资源丰富，无论是水产养殖还是海洋资源开发均需要水下作业，目前，水下作业主要是依赖于人和简单的潜水器，复杂、危险的水下环境对人的生命安全造成很大的威胁。水产养殖业具有较好的发展前景，水产养殖中常需水下作业，国家对海洋资源的开发力度不断加大，海洋资源开发工程日益增加，水下管道、电缆等逐渐增多，这就必须需要一种新的智能化的机器设备来代替人去执行海下作业任务，水下机器人就此产生。

水下机器人的种类繁多，按其用途可分为军事、工业、科学考察或探险、救生等。就其外观结构而言，有整体式(亦称流线式)和开架式(亦称框架式)两种。顾名思义，整体式结构是将水下机器人所包含的大部分仪器、设备封装在一种流线型的壳体内；而框架式结构是将上述器件分别固装在一个特殊设计的框架(载体)上，允许它们直接与水接触。目前，国内外的各种框架式水下机器人的框架均很难拆卸、体积大的整体结构。框架式水下机器人可广泛应用于海洋生态调查、海洋工程、渔业养殖、科研教学等多个领域。这种具有固定结构和尺寸的水下机器人框架一般都是针对某种专门用途设计的，如果机器人的用途改变，原有的框架一般都不能使用，造成很大的浪费。目前军用的水下机器人类型较多，用于军事、资源开发的水下机器人一般结构复杂，装载多样化的仪器设备，因此，重量较大，需要设置专用的浮力舱，结构整体较为复杂，不适合一般民用养殖、管道检测使用。

针对以上问题，中国申请CN200420063756.2公开一种水下机器人的组合式框架结构，由基本构件和各种附件组成，基本构件连接圆管、弯头、三通和螺栓组装的主框架为长方体，附件包括U形拉近装置、双孔轴线平行卡具、双孔轴线正交卡具、三孔可转向卡具以及圆盘夹具，三通具有中分式结构，即在两孔轴线组成的平面内中分成两半，每半上都带有凸缘、上面加工出连接用的螺栓孔，所有附件也具有中分式结构。这种框架结构可以采用模块式安装，因此水下机器人的结构可以灵活调整，有效避免了机器人用途改变时，原有框架不可继续使用造成的浪费，然而这种框架结构的框架主体由多种零散部件圆管、弯头和三通组成，整体结构可靠性、稳定性不足，承载力有限。

鉴于此，需要设计结构更加可靠的框架式水下机器人，以满足多种水下作业需要，是水下机器人开发中的重要课题。

此外，市场上的大部分水下机器人采用输电电缆进行外部供电，而输电线缆的长距离连接给水下机器人的运动带来不便，而且一般使用高压电，不安全；基于安全性和实用性的考虑，设计自带低压电池的水下机器人对于设计便于携带的小型化水下机器人具有重要意义。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的民用水下机器人的承载框架整体结构可靠性、稳定性不足，承载力有限和需要外部供电，安全性和运动力不足的问题，本实用新型提供了一种框架式水下机器人。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种框架式水下机器人，包括主框架、运动单元、密封舱和电池仓，所述主框架包括两个侧板、一个顶板和四根连接棒，所述侧板为部分区域镂空的长方形板，相对设置的两侧板通过固定在四角处的连接棒围成矩形框架，所述顶板固定在所述侧板长边的上边缘处，从而构成矩形框架的顶面；

所述运动单元包括固定在主框架的后端的两个水平推进器和固定在主框架中部的两个垂直推进器，各所述水平推进器通过第一支架分别固定在一个侧板上，各所述垂直推进器通过第一支架分别固定在一个侧板上；

所述密封舱固定在主框架中部、两个垂直推进器之间，密封舱包括仓体、透明的半球罩和密封舱后盖，仓体为与侧板长边平行设置的圆筒，半球罩和密封舱后盖分别通过一个环形的压盖固定在仓体的前端和后端；

各所述压盖的上、下侧具有对称的延伸部，延伸部上具有通孔，所述密封舱通过穿过该通孔的螺栓分别固定在四根连接棒上，以保证密封舱的平衡和稳定；

所述电池仓有两个，相互平行的两个电池仓均垂直固定在主框架底面的连接棒下方，电池仓包括半球状的电池仓前端和中空圆柱形的电池仓筒体和电池仓后盖，每个电池仓通过两个第二支架固定在两根连接棒上。

进一步地，本实用新型所述的框架式水下机器人中，所述密封舱的半球罩中还安装有双向摄像头，仓体中固定有基板，所述双向摄像头通过U形支架固定在基板上；

密封舱中还具有电路板，所述电路板固定在基板上。

进一步地，本实用新型所述的框架式水下机器人中，所述主框架的前端还包括两个LED灯，各所述LED灯分别通过一个第三支架固定在一个侧板上。

进一步地，本实用新型所述的框架式水下机器人中，所述第一支架、第二支架和第三支架结构相同，均包括上卡箍和下卡箍，所述下卡箍包括C形卡箍部和矩形的支座，上卡箍和C形卡箍部形状对称，共同组成环形的固定卡箍，上卡箍和C形卡箍部的接头处具有相对设置的连接通孔，通过穿过该连接通孔的螺栓紧固并调节固定卡箍；

所述C形卡箍部和支座加工一体，且C形卡箍部和支座之间的连接部的横截面为弧形，以减小水流阻力；

所述支座的边缘处具有用于固定支座的支座通孔。

进一步地，本实用新型所述的框架式水下机器人中，所述密封舱后盖上安装有多个空心螺钉，其中一个所述空心螺钉中安装有水深水压传感器，其余空心螺钉供电路连接线穿过；

所述密封舱后盖中央还具有过电缆孔，所述过电缆孔中安装有用于连接通信电缆的水密接头。

进一步地，本实用新型所述的框架式水下机器人中，所述电池仓筒体的中部安装有电池，所述电池仓后盖中央具有过线孔，电池通过穿过过线孔和空心螺钉的电线与密封舱中的电路板电连接；

密封舱中的电路板与水平推进器、垂直推进器、双向摄像头、LED灯和水深水压传感器电连接，控制水平推进器、垂直推进器、双向摄像头、LED灯和水深水压传感器的运行。

进一步地，本实用新型所述的框架式水下机器人中，所述顶板的顶面中央处还具有提手。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的框架式水下机器人可用于水下搜索、检测水下管道和水下养殖，采用轻质且可靠性高的框架结构为主框架，将所需仪器部件通过模块化的组合形式进行合理的组装，有效减少机器人的整体体积和质量；密封舱和电池仓同时起到浮力舱的作用，因此不需要专门设置一个浮力舱，进一步精简了机器人的体积和结构；此外，主框架的底部设置对称的两个电池仓，不仅可以克服输电线缆外部供电安全性不足的问题，还提高了机器人运动的灵活性。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本框架式水下机器人的立体结构图。

图2是本框架式水下机器人的主框架立体结构图。

图3是本框架式水下机器人的部分拆解结构立体图。

图4是本框架式水下机器人的主视图(前端)。

图5是本框架式水下机器人的仰视图。

图6是本框架式水下机器人的后视图(后端)。

图7是本框架式水下机器人的密封舱的主视图(前端)。

图8是本框架式水下机器人的第一支架/第二支架/第三支架结构示意图。

图9是本框架式水下机器人的密封舱中的基板、电路板结构示意图。

图10是本框架式水下机器人的密封舱中的电路板的电路图。

图中：1-主框架、11-侧板、12-顶板、121-提手、13-连接棒、2-密封舱、21-仓体、22-透明的半球罩、23-密封舱后盖、231-空心螺钉、232-水深水压传感器、233-电缆孔、24-压盖、25-延伸部、26-通孔、27-基板、3-电池仓、31-电池仓前端、32-电池仓筒体、33-电池仓后盖、34-第二支架、35-过线孔、4-水平推进器、41-第一支架、5-垂直推进器、6-双向摄像头、61-U形支架、7-LED灯、71-第三支架、81-上卡箍、82-C形卡箍部、83-支座、84-接头、85-连接部、86-支座通孔。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1：

为了解决现有技术中存在的民用水下机器人的承载框架整体结构可靠性、稳定性不足，承载力有限和需要外部供电，安全性和运动力不足的问题，本实施例提供一种如图1～图5所示的框架式水下机器人，其包括主框架1、运动单元、密封舱2和电池仓3。主框架1为铝合金材质，其具有如图2所示的结构，包括两个侧板11、一个顶板12和四根连接棒13，侧板11为部分区域镂空的长方形板，相对设置的两侧板11通过固定在四角处的连接棒13围成矩形框架，顶板12固定在侧板11长边的上边缘处，从而构成矩形框架的顶面。侧板11部分镂空可以有效的减少机器人运动时的阻力，镂空区域的形状可以任意设计，为了便于加工，本实施例中采用如图1和图2中的形状。连接棒端部具有螺纹盲孔，侧板上对应位置处也具有螺纹孔，通过螺栓依次穿过侧板上的螺纹孔和连接棒上的螺纹盲孔实现固定。

运动单元为水下机器人的运动提供动力，使得机器人在远程操控箱的控制之下在水下自由的前后、左右、上下移动。如图3所示，运动单元具体包括固定在主框架1的后端的两个水平推进器4和固定在主框架1中部的两个垂直推进器5，各水平推进器4通过第一支架41分别固定在一个侧板11上，各垂直推进器5通过第一支架41分别固定在一个侧板11上。第一支架中的环形的固定卡箍，固定在推进器的中部，以保持平衡。

水平推进器和垂直推进器可以选择相同型号的市售推进器，根据需要的下潜深度，选购推进器的型号，例如本实施例中选择的是NS-W500CNX型水下推进器。该推进器工作电压为DC-24V，可以推动机器人下潜30米～200米，可提供正推力5kg，反推力3.5kg，从而带动机器人前进或后退。

如图5所示，密封舱2采用圆筒状亚克力管制作，其固定在主框架1中部、两个垂直推进器5之间，密封舱安装在整个主框架的中央位置，可以更好的保持机器人整体的平衡。具体而言，密封舱2包括仓体21、透明的半球罩22和密封舱后盖23，仓体21为与侧板11长边平行设置的亚克力材质的圆筒，半球罩22和密封舱后盖23分别通过一个环形的压盖24固定在仓体21的前端和后端。为了增加密封舱的密封性在密封舱后盖23和仓体21之间还设置有一个法兰，法兰与密封舱后盖23和仓体21之间通过密封垫进行静密封，以此进一步提高密封性。

如图6～图7所示，密封舱后盖23上安装有多个空心螺钉231，其中一个空心螺钉231中安装有水深水压传感器232，其余空心螺钉231供电路连接线穿过；密封舱后盖23中央还具有过电缆孔233，过电缆孔233中安装有用于连接通信电缆的水密接头。水深水压传感器，可以使用本领域常用的各种类型的水深水压传感器，本实施例中选用的是MS5837型传感器，该传感器是高分辨率I2C接口压力传感器，可实现高精度水深测量，水深测量分辨率高达2mm。

密封舱2的半球罩22中还安装有双向摄像头6，仓体21中固定有基板27，双向摄像头6通过U形支架61固定在基板27上；密封舱2中还具有电路板，电路板固定在基板27上。基板采用本领域常规方式，用L形支架固定在密封舱仓体中。在密封舱内部还设置有一个温湿度传感器，用于检测密封舱内的温湿度，以便操控人员随时撞我密封舱的状态。

电路板上的控制器及控制电路可以通过通信电缆与岸上操控箱进行通信，根据指令控制机器人进行水下作业。密封舱中的电路板和基板的安装结构如图9所示，电路板上的控制电路均采用现有电路模块，具体电路图如图10所示。

前、后两端的压盖24的上、下侧具有对称的两个延伸部25，延伸部25上具有通孔26，密封舱2通过穿过该通孔26的螺栓分别固定在四根连接棒13上，以保证密封舱的平衡和稳定。

如图3～5所示，电池仓3有两个，相互平行的两个电池仓3均垂直固定在主框架1底面的连接棒13下方，电池仓3包括半球状的电池仓前端31和中空圆柱形的电池仓筒体32和电池仓后盖33，每个电池仓3通过两个第二支架34固定在两根连接棒13上。电池仓前端31和中空圆柱形的电池仓筒体是一体化加工而成的，可以是亚克力管材或者采用轻质的铝合金管材制作，电池仓前端设计成半球状可以减小前进时的水流阻力。为了便于更换电池，电池仓后盖与电池仓筒体之间为可拆卸的螺纹连接，增加密封垫，提高可靠性和密封性。

电池仓筒体32的中部安装有电池，电池仓后盖33中央具有过线孔35，电池通过穿过过线孔35和空心螺钉231的电线与密封舱2中的电路板电连接；密封舱2中的电路板与水平推进器4、垂直推进器5、双向摄像头6、LED灯7和水深水压传感器232电连接，控制水平推进器4、垂直推进器5、双向摄像头6、LED灯7和水深水压传感器232的运行。

如图3所示，主框架1的前端还包括两个LED灯7，各LED灯7分别通过一个第三支架71固定在一个侧板11上。在水下一定深度进行作业时，光线不足，为了保证双向摄像头的影响采集需要LED灯提供充足的光线。此处的LED灯可以选购本领域常用的各种型号的水下LED灯，如本实施例中所使用的是ROVMAKER的水下照明灯，可以在水下100米的水压下使用，提供充足的光线。工作电压DC 8～35V，功率15W，亮度：1500lumens，PWM范围：1100-1900μs；LED灯芯寿命：5000h。

第一支架41、第二支架34和第三支架71结构相同，均具有如图8所示的结构，具体包括上卡箍81和下卡箍，下卡箍包括C形卡箍部82和矩形的支座83，上卡箍81和C形卡箍部82形状对称，共同组成环形的固定卡箍，上卡箍81和C形卡箍部82的接头84处具有相对设置的连接通孔，通过穿过该连接通孔的螺栓紧固并调节固定卡箍；C形卡箍部82和支座83加工一体，且C形卡箍部82和支座83之间的连接部85的横截面为弧形，以减小水流阻力；支座83的边缘处具有用于固定支座的支座通孔86。

为了便于携带，在顶板12的顶面中央处还具有提手121。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术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，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。