一种观测型水下机器人的可俯仰头部的制作方法

1.本实用新型属于水下机器人技术领域，具体涉及一种观测型水下机器人的可俯仰头部。


背景技术：

2.观测型水下机器人(rov)装载有水下摄像机、声纳、水下照明灯等观测设备，可用于查找江、河、湖、海的各种堤坝的裂缝、破损等质量问题，还可用于观测水底地形、地貌或搜寻水下沉物，观测设备通常设置在流线型rov的头部位置。
3.在水下机器人悬停对目标进行近距离观察识别时，为获得更准确全面的水下图像信息，观测设备需要在rov纵截面较大范围的角度内进行俯仰动作，目前，主要通过在流线型rov的头部设置能够独立进行俯仰的照明灯，水下摄像机和声纳实现俯仰观测，即每个观测设备均配套设置有其独立的俯仰机构，从而导致机器人体积较大、质量重且成本高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种观测型水下机器人的可俯仰头部，集成两个以上观测设备于一体，通过一个俯仰机构进行驱动，结构简单、体积小、阻力小、重量轻，成本低。
5.本实用新型是通过下述技术方案实现的：
6.一种观测型水下机器人的可俯仰头部，包括：固定外壳、俯仰体、俯仰机构和两个以上观测设备；
7.固定外壳的尾部与外围框架固定连接，固定外壳的头部为半球形结构，且半球形结构上设置有径向通槽；俯仰体嵌设在固定外壳的径向通槽内，且固定外壳的内壁与俯仰体之间设有空腔；
8.俯仰机构固定在固定外壳的内壁，且位于所述空腔内；俯仰机构上设置有俯仰轴；俯仰轴与俯仰体连接，俯仰轴旋转能够带动俯仰体进行相对于固定外壳的俯仰运动，且在俯仰体俯仰运动过程中，俯仰体的外壁面始终与固定外壳的头部相互衔接配合形成半球形；
9.两个以上观测设备固定设置在俯仰体内部，且俯仰体上设置有与观测设备相对的观测窗口；
10.两个以上观测设备以及俯仰机构均独立密封设置。
11.进一步的，俯仰体包括内部安装架和俯仰外壳；内部安装架同轴固定设置在俯仰外壳内，两个以上观测设备固定设置在内部安装架上；
12.俯仰外壳为鼓形壳体，鼓形为将球形分别沿两个相互平行的平面切割两个球缺后余下结构的形状，俯仰外壳ⅰ的外壁可与固定外壳的头部相互衔接配合形成半球形。
13.进一步的，内部安装架包括两个安装架侧板和一个以上安装架横板；
14.安装架侧板为圆形板，两个安装架侧板同轴相对设置，安装架横板均设置在两个
安装架侧板之间，每个安装架横板的两端分别与两个安装架侧板一一对应连接；当安装架横板为两个以上时，安装架横板沿安装架侧板的任意一个径向顺次排列；观测设备固定设置在安装架横板上。
15.进一步的，安装架横板的数量为三个，观测设备包括两个照明灯、一个摄像机和声纳，摄像机设置在中间的安装架横板上，两个照明灯设置在一侧的安装架横板上，声纳设置在另一侧的安装架横板上。
16.进一步的，俯仰外壳的两端均设置有开口；安装架侧板的中间设置有定位孔；
17.内部安装架的两个安装架侧板分别与俯仰外壳的两个端面同轴相对，每个安装架侧板与其同侧的俯仰外壳的端部固定连接；
18.俯仰机构的俯仰轴穿过与其同侧的俯仰外壳端部的开口后，与内部安装架的一个安装架侧板的定位孔孔轴配合，内部安装架能够与俯仰轴同步旋转。
19.进一步的，令安装架侧板上与俯仰机构的俯仰轴孔轴配合的定位孔为定位孔ⅰ，定位孔ⅰ为优弧弓形；俯仰轴端部的横截面也为优弧弓形；
20.俯仰机构的俯仰轴伸出于定位孔ⅰ至安装架侧板的内侧，俯仰轴的端部设置有外螺纹，盖形螺母在安装架侧板的内侧与伸出的俯仰轴端部螺纹连接；
21.另一个安装架侧板与同侧的固定外壳的内壁之间通过支撑轴连接，且支撑轴与俯仰轴同轴设置；令该安装架侧板上的定位孔为定位孔ⅱ，支撑轴的一端通过紧固件与固定外壳固定连接，另一端穿过同侧的俯仰外壳端部的开口和安装架侧板的定位孔ⅱ后，设置有盖形螺母；支撑轴与定位孔ⅱ之间通过轴承连接。
22.进一步的，定位孔ⅰ和定位孔ⅱ均为优弧弓形，仰轴端依次穿过定位孔ⅰ和定位孔ⅱ后，与固定外壳通过轴承连接；仰轴端上设置限位结构对内部安装架进行轴向限位。
23.进一步的，令壳体a为两端开口的圆柱形壳体与半球形壳体同轴对接且一体成型的结构，且上述圆柱形壳体的外径a等于上述半球形壳体端面的外径b；固定外壳为在壳体a的半球形所在端面加工径向通槽后形成的壳体结构；
24.俯仰外壳外壁面的最大直径c与上述半球形壳体端面的外径b相等；俯仰外壳嵌设在固定外壳的径向通槽内。
25.进一步的，俯仰外壳由两部分组成，每个部分为半鼓形结构，所述半鼓形结构为将俯仰外壳沿经过轴线的切面切割形成的单个部分的结构。
26.进一步的，内部安装架均采用铝板；俯仰外壳的材料采用纤维增强塑料。
27.有益效果：
28.(1)本实用新型将两个以上观测设备集成固定设置在俯仰体内部，俯仰体嵌设在固定外壳的径向通槽内，仅通过一个俯仰机构的俯仰轴与俯仰体连接，俯仰轴旋转能够带动俯仰体进行相对于固定外壳的俯仰运动，从而实现水下观测，结构简单，体积小、重量轻，成本低；
29.此外，两个以上观测设备集成固定设置在俯仰体内部，俯仰体和固定外壳能够对观测设备进行保护，免受意外碰撞；
30.此外，俯仰体的外壁面与固定外壳的头部相互衔接配合形成半球形，且可俯仰头部通过固定外壳的尾部与外围框架固定连接，使得可俯仰头部整体的外壁面光滑，相较于有附体的结构，可有效减小rov航行的迎流阻力，降低俯仰机构的负载，提高工作效率。
31.此外，本实用新型两个以上观测设备以及俯仰机构10分别独立密封，以保证水下的正常工作；独立密封使得每个观测设备或者俯仰机构均为一个独立的模块，便于每个模块的安装以及维修更换。
32.(2)本实用新型俯仰体包括内部安装架和俯仰外壳；俯仰外壳的外壁可与固定外壳的头部相互衔接配合形成半球形，以减小迎流阻力，降低俯仰机构的负载，提高工作效率；内部安装架同轴固定设置在俯仰外壳内，两个以上观测设备固定设置在内部安装架上，通过内部安装架的设置，可将观测设备稳定固定在俯仰体内部，以免运动过程中发生位移，造成不能实现观测或设备损坏的后果。
33.(3)本实用新型俯仰轴的端部设置有外螺纹，盖形螺母在安装架侧板的内侧与伸出于定位孔ⅰ的俯仰轴端部螺纹连接；另一个安装架侧板与同侧的固定外壳的内壁之间通过支撑轴连接，支撑轴的一端通过紧固件与固定外壳固定连接，另一端穿过同侧的俯仰外壳端部的开口和安装架侧板的定位孔ⅱ后，设置有盖形螺母；两个盖形螺母的设置能够对俯仰体进行轴向限位，从而将俯仰体的轴向位置与固定外壳固定，以保证俯仰体的正常俯仰；
34.此外，安装架侧板上与俯仰机构的俯仰轴孔轴配合的定位孔为优弧弓形；俯仰轴端部的横截面也为优弧弓形；既可以实现俯仰轴带动俯仰体同步旋转的目的，又能够在俯仰轴的端部加加工外螺纹，设置盖形螺母，实现对俯仰体的轴向限位。
35.(4)本实用新型固定外壳为在壳体a的半球形所在端面加工径向通槽后形成的壳体结构；所述壳体a为两端开口的圆柱形壳体与半球形壳体同轴对接且一体成型的结构；通过将固定外壳设置成该种形状，固定外壳的头部可与俯仰外壳衔接配合使得可俯仰头部的头部形状为半球形；尾部为圆柱形；整体形成流线型结构，可进一步降低迎流阻力，降低俯仰机构的负载，提高工作效率。
36.(5)本实用新型俯仰外壳由两部分组成，每个部分为半鼓形结构，以便于内部安装架及其内部的观测设备的安装和维修。
37.(6)本实用新型内部安装架均采用铝板；俯仰外壳的材料采用纤维增强塑料，均为质量轻的材料，能够降低俯仰机构的负载，提高俯仰灵活性，提高水下观测效率。
附图说明
38.图1是可俯仰头部外部结构示意图；
39.图2是可俯仰头部内部安装架与观测设备组合示意图；
40.图3是可俯仰头部正视图；
41.图4是图3的a-a剖视图。
42.其中，1-俯仰外壳，2-固定外壳，3-安装架侧板，4-安装架横板，5-照明灯，6-摄像机，7-声纳，8-支撑轴，9-盖形螺母，10-俯仰机构。
具体实施方式
43.下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
44.本实施例提供了一种观测型水下机器人的可俯仰头部，参见附图1-4，包括：固定外壳2、俯仰体、俯仰机构10和两个以上观测设备；
45.固定外壳2的尾部与外围框架固定连接，固定外壳2的头部为半球形结构，且半球形结构上设置有径向通槽；俯仰体嵌设在固定外壳2的径向通槽内，且固定外壳2的内壁与俯仰体之间设有空腔；
46.俯仰机构10固定在固定外壳2的内壁，且位于所述空腔内；俯仰机构10上设置有俯仰轴；俯仰轴与俯仰体连接，俯仰轴旋转能够带动俯仰体进行相对于固定外壳2的俯仰运动，且在俯仰体俯仰运动过程中，俯仰体的外壁面始终与固定外壳2的头部相互衔接配合形成半球形；
47.两个以上观测设备固定设置在俯仰体内部，且俯仰体上设置有与观测设备相对的观测窗口，以实现观测设备的观测功能。
48.两个以上观测设备以及俯仰机构均独立密封设置；形成独立的模块单元。
49.本实施例中两个以上观测设备集成设置在俯仰体内，利用一个俯仰机构10带动俯仰体旋转，从而带动俯仰体内的所有观测设备同步旋转，实现水下观测，结构简单，体积小、重量轻，成本低；
50.其中，俯仰体包括内部安装架和俯仰外壳1；内部安装架固定设置在俯仰外壳1内，两个以上观测设备固定设置在内部安装架上；
51.参见附图2，内部安装架包括两个安装架侧板3和一个以上安装架横板4；
52.安装架侧板3为圆形板，圆形板的中间设置有定位孔，圆形板的边沿处沿圆周设置有连接孔，其余部分设置有减重孔；两个安装架侧板同轴相对设置，安装架横板4均设置在两个安装架侧板3之间，每个安装架横板4的两端分别与两个安装架侧板3一一对应连接；当安装架横板4为两个以上时，安装架横板4沿安装架侧板3的任意一个径向顺次排列；观测设备固定设置在安装架横板4上；
53.具体实施例中，采用三个安装架横板4；观测设备包括两个照明灯5、一个摄像机6和声纳7，摄像机6设置在中间的安装架横板4上，两个照明灯5设置在一侧的安装架横板4上，声纳7设置在另一侧的安装架横板4上。
54.内部安装架均采用铝板。
55.参见附图1和4，俯仰外壳1为鼓形壳体，鼓形为将球形分别沿两个相互平行的平面切割两个球缺后余下结构的形状；鼓形壳体的两端均设置有开口；
56.设置在俯仰外壳1内的内部安装架的两个安装架侧板3分别与俯仰外壳1的两个端面同轴相对，通过紧固件固定连接安装架侧板3的连接孔和与其同侧的俯仰外壳1的端部，从而使俯仰外壳1与内部安装架相对固定形成俯仰体；
57.俯仰外壳1采用质量轻、强度高、易成形、价格低的纤维增强塑料(玻璃钢)材料。
58.进一步的，俯仰外壳1由两部分组成，每个部分为半鼓形结构，即将俯仰外壳1沿经过轴线的切面切割形成的单个部分的结构；以便于内部安装架及其内部的观测设备的安装和维修。
59.参见附图1和4，令壳体a为两端开口的圆柱形壳体与半球形壳体同轴对接且一体成型的结构，且上述圆柱形壳体的外径a等于上述半球形壳体端面的外径b；固定外壳2为在壳体a的半球形所在端面加工径向通槽后形成的壳体结构；
60.俯仰外壳1外壁面的最大直径c与上述半球形壳体端面的外径b相等；俯仰外壳1嵌设在固定外壳2的径向通槽内，俯仰外壳1的外壁面与固定外壳2衔接配合使得可俯仰头部
的头部形状为半球形；
61.参见附图4，俯仰机构10的俯仰轴穿过与其同侧的俯仰外壳1端部的开口后，与内部安装架的一个安装架侧板3的定位孔孔轴配合，且伸出至安装架侧板3的内侧，俯仰轴的端部设置有外螺纹，盖形螺母9在安装架侧板3的内侧与伸出的俯仰轴端部螺纹连接；令安装架侧板3上与俯仰机构10的俯仰轴孔轴配合的定位孔为定位孔ⅰ，定位孔ⅰ为优弧弓形；俯仰轴端部的横截面也为优弧弓形，从而能够实现内部安装架与俯仰轴的同步旋转；
62.另一个安装架侧板3与同侧的固定外壳2的内壁之间通过支撑轴8连接，且支撑轴8与俯仰轴同轴设置；令该安装架侧板3上的定位孔为定位孔ⅱ，支撑轴8的一端通过紧固件与固定外壳2固定连接，另一端穿过同侧的俯仰外壳1端部的开口和安装架侧板3的定位孔ⅱ后，设置有盖形螺母9；支撑轴8与定位孔ⅱ之间通过轴承连接；两个盖形螺母9对内部安装架进行轴向限位。
63.或者，当两个安装架侧板3的定位孔ⅰ和定位孔ⅱ之间没有障碍物时，定位孔ⅰ和定位孔ⅱ可均为优弧弓形，仰轴端依次穿过定位孔ⅰ和定位孔ⅱ后，与固定外壳3通过轴承连接；仰轴端上设置轴肩等限位结构对内部安装架进行轴向限位。
64.工作原理：
65.俯仰机构10上电后，俯仰机构10的俯仰轴可进行双向旋转，俯仰轴与内部安装架孔轴配合连接，同步转动，从而带动内部安装架上的观测设备进行同步俯仰运动，实现水下观测。
66.综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，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。

技术特征：
1.一种观测型水下机器人的可俯仰头部，其特征在于，包括：固定外壳、俯仰体、俯仰机构和两个以上观测设备；固定外壳的尾部与外围框架固定连接，固定外壳的头部为半球形结构，且半球形结构上设置有径向通槽；俯仰体嵌设在固定外壳的径向通槽内，且固定外壳的内壁与俯仰体之间设有空腔；俯仰机构固定在固定外壳的内壁，且位于所述空腔内；俯仰机构上设置有俯仰轴；俯仰轴与俯仰体连接，俯仰轴旋转能够带动俯仰体进行相对于固定外壳的俯仰运动，且在俯仰体俯仰运动过程中，俯仰体的外壁面始终与固定外壳的头部相互衔接配合形成半球形；两个以上观测设备固定设置在俯仰体内部，且俯仰体上设置有与观测设备相对的观测窗口；两个以上观测设备以及俯仰机构均独立密封设置。2.如权利要求1所述一种观测型水下机器人的可俯仰头部，其特征在于，俯仰体包括内部安装架和俯仰外壳；内部安装架同轴固定设置在俯仰外壳内，两个以上观测设备固定设置在内部安装架上；俯仰外壳为鼓形壳体，鼓形为将球形分别沿两个相互平行的平面切割两个球缺后余下结构的形状，俯仰外壳ⅰ的外壁可与固定外壳的头部相互衔接配合形成半球形。3.如权利要求2所述一种观测型水下机器人的可俯仰头部，其特征在于，内部安装架包括两个安装架侧板和一个以上安装架横板；安装架侧板为圆形板，两个安装架侧板同轴相对设置，安装架横板均设置在两个安装架侧板之间，每个安装架横板的两端分别与两个安装架侧板一一对应连接；当安装架横板为两个以上时，安装架横板沿安装架侧板的任意一个径向顺次排列；观测设备固定设置在安装架横板上。4.如权利要求3所述一种观测型水下机器人的可俯仰头部，其特征在于，安装架横板的数量为三个，观测设备包括两个照明灯、一个摄像机和声纳，摄像机设置在中间的安装架横板上，两个照明灯设置在一侧的安装架横板上，声纳设置在另一侧的安装架横板上。5.如权利要求3所述一种观测型水下机器人的可俯仰头部，其特征在于，俯仰外壳的两端均设置有开口；安装架侧板的中间设置有定位孔；内部安装架的两个安装架侧板分别与俯仰外壳的两个端面同轴相对，每个安装架侧板与其同侧的俯仰外壳的端部固定连接；俯仰机构的俯仰轴穿过与其同侧的俯仰外壳端部的开口后，与内部安装架的一个安装架侧板的定位孔孔轴配合，内部安装架能够与俯仰轴同步旋转。6.如权利要求5所述一种观测型水下机器人的可俯仰头部，其特征在于，令安装架侧板上与俯仰机构的俯仰轴孔轴配合的定位孔为定位孔ⅰ，定位孔ⅰ为优弧弓形；俯仰轴端部的横截面也为优弧弓形；俯仰机构的俯仰轴伸出于定位孔ⅰ至安装架侧板的内侧，俯仰轴的端部设置有外螺纹，盖形螺母在安装架侧板的内侧与伸出的俯仰轴端部螺纹连接；另一个安装架侧板与同侧的固定外壳的内壁之间通过支撑轴连接，且支撑轴与俯仰轴同轴设置；令该安装架侧板上的定位孔为定位孔ⅱ，支撑轴的一端通过紧固件与固定外壳固定连接，另一端穿过同侧的俯仰外壳端部的开口和安装架侧板的定位孔ⅱ后，设置有盖
形螺母；支撑轴与定位孔ⅱ之间通过轴承连接。7.如权利要求5所述一种观测型水下机器人的可俯仰头部，其特征在于，定位孔ⅰ和定位孔ⅱ均为优弧弓形，仰轴端依次穿过定位孔ⅰ和定位孔ⅱ后，与固定外壳通过轴承连接；仰轴端上设置限位结构对内部安装架进行轴向限位。8.如权利要求2-7任意一项所述一种观测型水下机器人的可俯仰头部，其特征在于，令壳体a为两端开口的圆柱形壳体与半球形壳体同轴对接且一体成型的结构，且上述圆柱形壳体的外径a等于上述半球形壳体端面的外径b；固定外壳为在壳体a的半球形所在端面加工径向通槽后形成的壳体结构；俯仰外壳外壁面的最大直径c与上述半球形壳体端面的外径b相等；俯仰外壳嵌设在固定外壳的径向通槽内。9.如权利要求2-7任意一项所述一种观测型水下机器人的可俯仰头部，其特征在于，俯仰外壳由两部分组成，每个部分为半鼓形结构，所述半鼓形结构为将俯仰外壳沿经过轴线的切面切割形成的单个部分的结构。10.如权利要求2-7任意一项所述一种观测型水下机器人的可俯仰头部，其特征在于，内部安装架均采用铝板；俯仰外壳的材料采用纤维增强塑料。

技术总结
本实用新型公开了一种观测型水下机器人的可俯仰头部，包括：固定外壳、俯仰体、俯仰机构和两个以上观测设备；固定外壳的尾部与外围框架固定连接，俯仰体嵌设在固定外壳的头部，俯仰机构固定在固定外壳的内壁，俯仰机构上设置有俯仰轴；俯仰轴与俯仰体连接，俯仰轴旋转能够带动俯仰体进行相对于固定外壳的俯仰运动，俯仰体的外壁面始终与固定外壳的头部相互衔接配合形成半球形；两个以上观测设备固定设置在俯仰体内部；本实用新型结构简单，体积小、重量轻，成本低、迎流阻力小。迎流阻力小。迎流阻力小。


技术研发人员：金碧霞 詹传明 周俊
受保护的技术使用者：宜昌测试技术研究所
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/6/28