一种仿鱼鳔水草剪切装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及水下机器人的技术领域，特别是涉及一种仿鱼鳔水草剪切装置及其使用方法。


背景技术：

2.水下作业不仅是一种比较费体力的劳动，且伴随着较大的危险和不确定性。天气变暖，河道内水草繁殖旺盛，容易堵塞下游河道，影响排水，如果水草太多，还会影响水内溶氧量，造成水体缺氧，鱼和其他生物生存会受影响。现阶段，河道水草清理以人工打捞为主，配合船只清理，劳动强度高，清理效率低，为了提高水下作业效率，仿生鱼鳔机器人应运而生。


技术实现要素：

3.本发明为了提高水下机器人的工作效率、提供一种新型的水草处理办法，提出一种仿鱼鳔水草剪切装置及其使用方法，用以实现高效率的水下工作，方便快捷的剪除水草。
4.为实现上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
5.第一方面，本发明提供一种仿鱼鳔水草剪切装置，包括底部车架、驱动轮、被动轮、驱动轮驱动组件、箱体安装板、气筒和剪切组件，所述驱动轮通过驱动轮驱动组件与所述底部车架连接，被动轮通过轴与轴承安装在底部车架上；驱动轮驱动组件用于驱动驱动轮滚动，底部车架上安装有箱体安装板，箱体安装板的上方设置气筒安装板，气筒安装板上安装气筒；底部车架的一端设有剪切组件，用于对水下水草进行剪切。
6.一种可能的技术方案中，所述驱动轮驱动组件包括安装在箱体安装板上的减速器下箱体，减速器下箱体的内部设有第一驱动机构，第一驱动机构上安装有第一驱动机构输出齿轮，第一驱动机构输出齿轮与减速器输入轴输入齿轮啮合，减速器输入轴输入齿轮与减速器输入轴输出齿轮安装在减速器输入轴上；减速器输入轴在靠近减速器输出轴端加工有套筒，减速器输出轴通过间隙配合插入所述套筒中，中间轴输入齿轮与中间轴输出齿轮安装在中间轴上，减速器输入轴输出齿轮与中间轴输入齿轮啮合，中间轴输出齿轮与减速器输出轴齿轮啮合，减速器输出轴伸出所述减速器下箱体并通过过盈配合安装有推进用螺旋桨；减速器输出轴的前端连接换向主动锥齿轮，且主动锥齿轮与换向从动锥齿轮啮合，换向从动锥齿轮安装在驱动轮驱动轴上，所述驱动轮驱动轴与所述减速器输出轴互相垂直；驱动轮驱动轴的两侧设置驱动轮减速器输入齿轮，驱动轮减速器输入齿轮与驱动轮减速器输出齿轮啮合，驱动轮通过驱动轮联轴器与驱动轮减速器输出齿轮相连。
7.一种可能的技术方案中，被动轮配合被动轮轴承安装在被动轮纵轴上，被动轮纵轴通过销接垂向与被动轮横轴连接在一起，转向锁定杆通过过盈配合插在被动轮纵轴与气筒安装板之间。
8.一种可能的技术方案中，所述箱体安装板的两侧分别设置推进器安装板，所述推进器安装板均设置上升用推进器和转向用推进器，所述推进器安装板与所述气筒安装板固
定连接。
9.一种可能的技术方案中，所述气筒的内部通过筒壁滑动配合设置调节板，气筒靠近所述调节板的一端开设通孔。
10.一种可能的技术方案中，所述剪切组件包括运动刀片和固定刀片，底部车架上设置往复直线驱动结构，运动刀片与往复直线驱动结构连接，与安装在底部车架上的固定刀片接触并产生相对滑动，以产生剪切力。
11.一种可能的技术方案中，所述往复直线驱动结构包括安装在底部车架上的丝杆滑台滑轨，丝杆滑台运动电机总成在丝杆滑台滑轨上周期性滑动，丝杆滑台运动电机总成上固定有移动块，移动块通过连杆连接运动刀片。
12.一种可能的技术方案中，所述减速器下箱体的上方固定有电池与控制零件箱体。
13.一种可能的技术方案中，所述气筒安装板上设置有水下照明灯。
14.第二方面，本发明提供一种仿鱼鳔水草剪切装置的使用方法，是根据任一项上述仿鱼鳔水草剪切装置实现的，驱动轮驱动组件驱动驱动轮前进或后退，而带动整体仿鱼鳔水草剪切装置前进或后退，通过气筒控制机体重力与机体所受到的浮力相平衡，通过剪切组件对水下水草进行剪切。
15.与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明创新地设计了仿鱼鳔结构，利用鱼鳔气筒系统平衡整体重力，使用驱动轮驱动组件实现整体装置的运动，利用推进器实现上下浮动和转向，利用第一驱动机构经传动机构及减速装置带动主推进叶片及车轮前进，因此装置既可以像鱼一样在水中游，也可以在水底行走。当装置在水下移动过程中，一旦发现水草，就可以打开剪切组件，高效完成水草切割工作，再配合多艘打捞船，打捞上岸，完成水草的清理工作，工作效率高，减轻工人体力劳动，避免危险的产生。同时本装置的功能可以拓展，实现水底探测，水底打捞，水下搜救巡视等多种功能。
附图说明
16.图1是本发明的一个实施例的立体结构示意图。
17.图2是本发明的一个实施例尾部传动机构示意图。
18.图3是本发明的一个实施例箱体内部结构示意图。
19.图4是本发明的一个实施例前端剪切功能件示意图。
20.图5是本发明的一个实施例气筒装配线架图。
21.图6是本发明的一个实施例轴承及轴类零件安装示意图。
22.图中：1、运动刀片；2、丝杆滑台箱体；3、底部车架；4、连杆；5、被动轮；6、被动轮轴承；7、被动轮纵轴；8、转向锁定杆；9、被动轮横轴；10、气筒安装板；11、水下照明灯；12、气筒；13、电池与控制零件箱体；14、上升用推进器；15、推进器安装板；16、转向用推进器；17、驱动轮联轴器；18、减速器箱体盖；19、推进用螺旋桨；20、减速器下箱体；21、减速器输出轴；22、换向箱上箱体；23、换向箱下箱体；24、驱动轮驱动轴；25、驱动轮减速器箱体；26、驱动轮减速器箱体盖；27、驱动轮；28、驱动轮减速器输入齿轮；29、驱动轮减速器输出齿轮；30、换向主动锥齿轮；31、换向从动锥齿轮；32、减速器输入轴；33、减速器输出轴齿轮；34、中间轴输出齿轮；35、中间轴；36、减速器输入轴输出齿轮；37、中间轴输入齿轮；38、减速器输入轴输入齿轮；39、第一驱动机构输出齿轮；40、第一驱动机构；41、箱体安装板；42、固定刀片；
43、固定杆；44、移动块；45、丝杆滑台运动电机总成；46、丝杆滑台滑轨；47、调节板。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
24.如图1所示，本发明的仿鱼鳔水草剪切装置，包括底部车架3、驱动轮27、被动轮5、驱动轮驱动组件、箱体安装板41、气筒12和剪切组件，所述驱动轮27通过驱动轮驱动组件与所述底部车架3连接，被动轮5通过轴与轴承安装在底部车架3上；驱动轮驱动组件用于驱动驱动轮27滚动，底部车架3上安装有箱体安装板41，箱体安装板41的上方设置气筒安装板10，气筒安装板10上安装气筒12；底部车架3的一端设有剪切组件，用于对水下水草进行剪切。
25.本发明的一个实施例中，如图1、图2、图3、图6所示，所述驱动轮驱动组件包括安装在箱体安装板41上的减速器下箱体20，减速器下箱体20的顶部设置减速器箱体盖18，减速器下箱体20的内部设有第一驱动机构40，第一驱动机构40上安装有第一驱动机构输出齿轮39，第一驱动机构输出齿轮39与减速器输入轴输入齿轮38啮合，减速器输入轴输入齿轮38与减速器输入轴输出齿轮36安装在加工有键槽的减速器输入轴32上；减速器输入轴32在靠近减速器输出轴21端加工有套筒，减速器输出轴21通过间隙配合插入所述套筒中，在减速器下箱体20上位于套筒位置加工有轴承座，在安装轴承后，减速器输入轴32与减速器输出轴21相对位置稳定，减速器输入轴32的转动不会影响减速器输出轴21的转动，可各自稳定运转；中间轴输入齿轮37与中间轴输出齿轮34安装在加工有键槽的中间轴35上，中间轴35除在减速器下箱体20箱壁上有固定以外，减速器下箱体20在中间轴35中部位置加工有轴承底座，在安装轴承后可使得中间轴35稳定运转；减速器输入轴输出齿轮36与中间轴输入齿轮37啮合，中间轴输出齿轮34与减速器输出轴齿轮33啮合，减速器输出轴21伸出所述减速器下箱体20并通过过盈配合安装有推进用螺旋桨19；减速器输出轴21的前端连接换向主动锥齿轮30，且主动锥齿轮30与换向从动锥齿轮31啮合，换向从动锥齿轮31安装在驱动轮驱动轴24上，所述驱动轮驱动轴24与所述减速器输出轴21互相垂直；主动锥齿轮30和换向从动锥齿轮31的外侧安装由换向箱上箱体22和换向箱下箱体23组成的换向箱；驱动轮驱动轴24的两侧设置驱动轮减速器输入齿轮28，驱动轮减速器输入齿轮28与驱动轮减速器输出齿轮29啮合，驱动轮减速器输入齿轮28和驱动轮减速器输出齿轮29的外侧安装驱动轮减速器箱体25，驱动轮减速器箱体25一侧设置驱动轮减速器箱体盖26，驱动轮减速器箱体25与驱动轮减速器箱体盖26上留有安装滚动轴承的位置，使得驱动轮减速器箱体25与驱动轮驱动轴24位置固定，驱动轮27通过驱动轮联轴器17与驱动轮减速器输出齿轮29相连；第一驱动机构输出齿轮39与减速器输入轴输入齿轮38啮合，将第一驱动机构40所输出的动力传送给减速器输入轴32；减速器输入轴输出齿轮36与中间轴输入齿轮37啮合，将减速器输入轴32的动力传送给中间轴35；中间轴输出齿轮34与减速器输出轴齿轮33啮合，将中间轴35动力传送给减速器输出轴21；推进用螺旋桨19安装在减速器输出轴21上，故减速器输出轴21与推进用螺旋桨19一起转动，提供前进用推进力；换向主动锥齿轮30与减速器输出轴21连接，且主动锥齿轮30与换向从动锥齿轮31啮合，将减速器输出轴21的动力传送给驱动轮驱动轴24；驱动轮减速器输入齿轮28与驱动轮减速器输出齿轮29啮合，将驱动轮驱动轴24动力传
送给驱动轮联轴器17；驱动轮联轴器17与驱动轮27一起旋转，带动机体向前进；其中，第一驱动机构40可采用电动机，类似的，也可采用液压马达等任意适合的驱动机构；第一驱动机构40型号及参数由小车具体尺寸大小及所需要的速度确定；选用齿轮传动，上述齿轮除锥齿轮外均为圆柱直齿齿轮，齿轮与轴之间连接可使用普通平键键连接，齿轮轴向位置可使用轴套固定；本发明采用中间轴二级变速机构，一改两根轴一对齿轮只可以实现一级减速的缺点，使用三根轴和两对齿轮实现二级减速，转向使用一对推进器直接进行，取代导流板转向，控制精准简单。前进与后退仅需改变第一驱动机构的转动方向；类似的，本发明中由减速器输入轴32、中间轴35和减速器输出轴32组成的三轴两对齿轮二级减速组组成的主减速器与由驱动轮减速器输入齿轮28和驱动轮减速器输出齿轮29组成的驱动轮减速器内也可采用带传动实现无级减速效果；也可使用链传动完成。
26.本发明的一个实施例中，被动轮5配合被动轮轴承6安装在被动轮纵轴7上，被动轮纵轴7通过销接垂向与被动轮横轴9连接在一起，转向锁定杆8通过过盈配合插在被动轮纵轴7与气筒安装板10之间，防止前轮发生偏摆，导致行进方向发生偏差。
27.本发明的一个实施例中，所述箱体安装板41的两侧分别设置推进器安装板15，两个所述推进器安装板15均使用螺钉对称安装上升用推进器14和转向用推进器16，所述推进器安装板15与所述气筒安装板10固定连接；上升用推进器14和转向用推进器16可以一并在前进时工作，提供前进用动力，以获得更进一步的速度提升，上升用推进器14和转向用推进器16采用现有技术中的水下推进器即可，例如可采用t200水下推进器。
28.本发明的一个实施例中，如图1与图5所示，气筒12可以使用金属扎带安装在气筒安装板10上，所述气筒12的内部通过筒壁滑动配合设置调节板47，气筒12的筒壁部分区域设置滑槽，调节板47将气筒12内腔分为较大容积与较小容积的两个空间，气筒12靠近所述调节板47的一端开设通孔，水可以通过通孔流入气筒容积较小端，仅保留容积较大端提供浮力。如果工作区域水较为深，为防止帕斯卡原理导致空气段容积较大段被压缩，每次下水前，调整调节板47在气筒12的位置，在容积较小端装满水后将气孔堵住，使得小车整体重力略大于小车整体在水中所受的浮力f浮＜g，可以实现机体重力与机体所受的浮力相平衡，从而使机体可以通过动力机构实现各种运动。
29.本发明的一个实施例中，所述剪切组件包括运动刀片1和固定刀片42，底部车架3上设置往复直线驱动结构，运动刀片1与往复直线驱动结构连接，与安装在底部车架3上的固定刀片42接触并产生相对滑动，以产生剪切力。
30.本发明的一个实施例中，如图4所示，所述往复直线驱动结构包括安装在底部车架3上的丝杆滑台滑轨46，丝杆滑台运动电机总成45在丝杆滑台滑轨46上周期性滑动，丝杆滑台运动电机总成45上固定有移动块44，移动块44通过连杆4连接运动刀片1，丝杆滑台滑轨46、丝杆滑台运动电机总成45和移动块44及部分连杆4被包围在丝杆滑台箱体2内，固定刀片42通过螺栓连接在固定杆43上，固定杆43通过过盈配合垂直安装在底部车架3上，运动刀片1和固定刀片42均为横向锯齿形；采用丝杆滑台机构带动移动块往复直线运动实现剪切功能，类似的，本发明也可采用直线往复伸缩两杆机构或凸轮连杆代替；也可采用液压马达带动液压杆完成；也可采用电动伸缩杆代替。
31.本发明的一个实施例中，所述减速器下箱体20的上方固定有电池与控制零件箱体13。
32.本发明的一个实施例中，所述气筒安装板10上设置有水下照明灯11，优选地，水下照明灯11可以添加摄像头模块以实现水下可视化作业。
33.本发明一个实施例的仿鱼鳔水草剪切装置的使用方法，分为以下工作模式：
34.前进方式：第一驱动机构40在获得前进命令后开始工作，第一驱动机构输出齿轮39与减速器输入轴输入齿轮38啮合，将第一驱动机构40所输出的动力传送给减速器输入轴32，减速器输入轴输出齿轮36与中间轴输入齿轮37啮合，将减速器输入轴32的动力传送给中间轴35，中间轴输出齿轮34与减速器输出轴齿轮33啮合，将中间轴35动力传送给减速器输出轴21，推进用螺旋桨19安装在减速器输出轴21上，故减速器输出轴21与推进用螺旋桨19一起转动，提供前进用推进力，换向主动锥齿轮30与减速器输出轴21连接，且换向主动锥齿轮30与换向从动锥齿轮31啮合，将减速器输出轴21的动力传送给驱动轮驱动轴24，驱动轮减速器输入齿轮28与驱动轮减速器输出齿轮29啮合，将驱动轮驱动轴24动力传送给驱动轮联轴器17，驱动轮联轴器17与驱动轮27一起旋转，带动机体向前进，上升用推进器14和转向用推进器16可以一并在前进时工作，提供前进用动力，以获得更进一步的速度提升。
35.后退方式：第一驱动机构40在获得倒退命令后开始工作，传动过程与前进相同，所有齿轮与轴类零件旋转方向均与前进相反。
36.使上浮与下潜动作可以平稳实现的方式：如图1与图5所示，水可以通过通孔流入气筒容积较小端，仅保留容积较大端提供浮力。如果工作区域水较为深，为防止帕斯卡原理导致空气段容积较大段被压缩，每次下水前，调整调节板47在气筒12的位置，在容积较小端装满水后将气孔堵住，使得小车整体重力略大于小车整体在水中所受的浮力f浮＜g。
37.上浮方式：如图1所示，对称安装在机体两侧推进器安装板15的四个上升用推进器14在获得上浮命令后开始工作，提供向上运动的动力。
38.转向方式：对称安装在机体两侧推进器安装板15的四个上升用推进器14在获得上浮命令后开始工作，使机体离开水底，之后，对称安装在机体两侧推进器安装板15的两个转向用推进器16根据转向命令的方向决定哪一侧的转向用推进器工作：如需要左转，右侧转向用推进器16得电工作；如需要右转，左侧转向用推进器16得电工作。
39.剪切工作方式：如图4与图1所示，丝杆滑台运动电机总成45在得到剪切命令后开始运转，丝杆滑台运动电机总成45在丝杆滑台滑轨46上周期性滑动，丝杆滑台运动电机总成45带着移动块44一起运动，运动刀片1与安装在底部车架3上的固定刀片42接触并产生相对滑动，以产生剪切力剪短所需要剪断的东西。
40.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。