一种海洋工程用水下探测机器人

1.本发明属于水下机器人技术领域，具体是一种海洋工程用水下探测机器人。


背景技术：

2.水下机器人是一种工作于水下的极限作业机器人，水下机器人按照使用方式可以分为载人潜水器hov、自治水下机器人auv、和有缆遥控机器人rov三类。
3.其中hov体积庞大、造价高昂、危险系数较高，运动不灵活，在实际中较少使用,多数载人潜水器应用于科学研究；其中rov采用脐带缆为动力和数据的传输提供了便捷，但脐带缆也一定程度上限制了rov的活动范围，同时脐带缆的断裂也有会造成机器人的丢失；而auv具有活动范围广、潜水深度大、可穿梭进入复杂结构、无需水面支持等优点，代表了水下机器人技术的发展方向。
4.由于auv依靠内置的控制系统来自我控制，auv容易受外界水流干扰导致行驶路径出现较大偏差。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种抗水流干扰能力强的海洋工程用水下探测机器人。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
7.一种海洋工程用水下探测机器人，包括本体，本体内设有安装腔和上浮腔，安装腔位于上浮腔的上方，安装腔内从左到右依次设有控制面板、蓄电池、执行机构和动力机构；蓄电池位于本体的中心处；
8.执行机构包括蠕动泵的壳体，壳体外壁上固定连接有驱动件，驱动件的输出轴穿过壳体并同轴连接有呈y型的转动块，转动块位于壳体内，转动块上转动配合有若干滚轮，且滚轮与壳体内壁间隙配合；
9.壳体内放置有挤压管，挤压管位于滚轮和壳体之间，壳体两侧分别开有第一换水口和第二换水口，第一换水口和第二换水口与挤压管连通；
10.挤压管的两端均连通有三相电磁阀，三相电磁阀与控制面板电连接；
11.挤压管通过三相电磁阀分别连通有第一连接管和第二连接管，第一连接管和第二连接管远离三相电磁阀的一端均贯穿本体，且第一连接管位于第二连接管的上方；
12.动力机构包括电机，电机的输出轴同轴连接有转轴，转轴贯穿本体一侧，且转轴上固定连接有若干扇叶；
13.上浮腔内从上到下依次设有压缩空气罐和储水罐，压缩空气罐与储水罐之间连通有导气管，导气管上连通有第一电磁阀；
14.储水罐底部连通有排水管，排水管远离储水罐的一端贯穿本体底部，且排水管上连通有第二电磁阀；
15.所述第一电磁阀和第二电磁阀的常态为常闭状态，且第一电磁阀和第二电磁阀与控制面板电连接；
16.本体底部和本体远离动力机构的一外侧壁上固定连接有摄像头，本体底部还固定连接有照明灯，照明灯位于摄像头的一侧，且摄像头和照明灯与控制面板电连接；
17.本体两侧固定连接有若干压力传感器，压力传感器位于第一连接管和第二连接管的一侧，压力传感器包括从上到下设有第一传感器、第二传感器和第三传感器；压力传感器与控制面板电连接。
18.采用上述方案后实现了以下有益效果：(1)在机器人通过执行机构进行轨迹调整过程中，执行机构内的挤压管、第一连接管和第二连接管构成一个完整的闭合管道，保持了机器人内部的密封性。
19.(2)执行机构内闭合管道的液体具有可逆性，便于执行机构反复调整左右两侧的液体喷出量，便于对机器人的行驶轨迹进行调整。
20.(3)控制面板接收到发出的行驶路线命令后，控制面板通过第一传感器、第二传感器和第三传感器获取外界水流的变化数据，控制面板将第一传感器、第二传感器和第三传感器的变化数据进行分别比较，控制面板通过控制驱动件的转动方向，以及控制三通电磁阀连接第一连接管或第二连接管，从而喷出水流做出相应的运动调整，使机器人行驶在正确的路线上，提高抗水流干扰能力。
21.进一步，本体顶部中心处固定连接有提手，提手呈流线型。
22.有益效果：流线型的提手能减少水流阻力，便于机器人在水中行驶，节约能源；通过提手便于人移动本体。
23.进一步，本体顶部还固定连接有若干警示灯，警示灯位于提手的两侧，且警示灯与控制面板电连接。
24.有益效果：控制面板通过控制警示灯的开闭，便于船上的人注意到机器人，尤其是在夜间的时候，便于回收机器人。
25.进一步，本体内还设有用于重力平衡的配重块，配重块位于本体远离动力机构的一侧。
26.有益效果：配重块能平衡本体两端的重力，使机器人在水中能保持相对水平，便于机器人在水中行驶。
27.进一步，安装腔和上浮腔之间设有隔板分割，隔板与本体固定连接。
28.有益效果：隔板将安装腔和上浮腔进行隔断，减少安装腔和上浮腔内的物体相互影响。
29.进一步，控制面板、蓄电池、执行机构和动力机构与本体之间设有若干支撑架，控制面板、蓄电池、执行机构和动力机构通过支撑架固定连接在本体上，压缩空气罐和储水罐也通过支撑架固定连接在本体上。
30.有益效果：支撑架能在物体与本体之间提供一个空腔，便于控制面板、蓄电池、执行机构和动力机构工作时进行散热；同时支撑架能适应物体的形状，便于将本体内的物体固定在本体上。
31.进一步，本体两侧开有若干放置槽，放置槽内固定连接有气囊，气囊内放置有干冰块；气囊连通有进水管，进水管远离气囊的一端贯穿本体，进水管远离气囊的一端并位于气囊的上方，进水管内连通有第三电磁阀，所述第三电磁阀的常态为常闭状态，第三电磁阀与控制面板电连接；
32.本体上设有用于遮挡放置槽的挡板，挡板顶部两侧固定连接有安装轴，挡板通过安装轴与本体转动配合；挡板和放置槽靠近气囊的一侧均固定连接有保温层。
33.有益效果：保温层能减缓气囊内的干冰块在不使用过程中的融化速度，便于气囊收纳于放置槽内。
34.所述控制面板还设有悬浮控制模式，控制面板执行悬浮控制模式时，控制面板会启动第三电磁阀，使外界海水通过进水管进入气囊内，气囊内的干冰块吸收海水的热量融化为二氧化碳气体，二氧化碳气体使气囊膨胀，从而推开推板，膨胀的气囊从推板处伸出；
35.本体两侧膨胀的气囊能为本体提供一个侧向浮力，使本体更加平稳的漂浮在水中，便于机器人本体上的摄像头进行拍照探测工作；同时，气囊能辅助提供浮力，在探测结束后，便于机器人本体更加快速的上升，减少上浮时间，便于回收机器人本体。
36.进一步，安装轴上套设有扭簧，挡板通过扭簧与本体构成弹簧式合页机构，扭簧一端与挡板固定连接，扭簧另一端与本体固定连接，且扭簧与安装轴转动配合。
37.有益效果：在气囊未伸出本体时，本体通过扭簧便于将挡板贴合在本体上，便于本体在水中行驶；在气囊伸出本体过程中，形变的扭簧预释放弹力，使挡板压出膨胀的气囊，使气囊不易受外界水流影响而随之晃动，使本体更加平稳的漂浮在水中，便于机器人本体上的摄像头进行拍照探测工作。
附图说明
38.图1为本发明实施例水下探测机器人的示意图。
39.图2为本发明实施例水下探测机器人的主视图。
40.图3为本发明实施例水下探测机器人的俯视图。
41.图4为图2的a-a的剖视图。
42.图5为图3的局部b的放大图。
具体实施方式
43.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
44.说明书附图中的附图标记包括：本体1、支撑架10、提手11、警示灯12、蓄电池13、控制面板14、配重块15、压缩空气罐16、储水罐17、导气管18、第一电磁阀181、排水管19、第二电磁阀191、压力传感器2、第一传感器21、第二传感器22、第三传感器23、转轴3、扇叶31、电机32、摄像头4、照明灯5、蠕动泵6、驱动件60、转动块601、滚轮602、第一连接管61、第二连接管62、第一换水口63、第二换水口64、三相电磁阀65、挡板7、进水管71、安装轴72、气囊73、第三电磁阀74。
45.实施例基本如附图1所示：一种海洋工程用水下探测机器人，包括本体1，本体1内设有安装腔和上浮腔，安装腔位于上浮腔的上方，安装腔内从左到右依次焊接有控制面板14、蓄电池13、执行机构和动力机构；蓄电池13位于本体1的中心处，蓄电池13与执行机构和动力机构电连接；
46.执行机构包括蠕动泵6的壳体，壳体外壁上螺栓固定连接有驱动件60，驱动件60为电机，驱动件60的输出轴穿过壳体并同轴卡接有呈y型的转动块601，转动块601位于壳体内，转动块601上转动配合有若干滚轮602，且滚轮602与壳体内壁间隙配合；
47.壳体内放置有挤压管，挤压管位于滚轮602和壳体之间，壳体两侧分别开有第一换水口63和第二换水口64，第一换水口63和第二换水口64与挤压管连通；
48.挤压管的两端均连通有三相电磁阀65，三相电磁阀65与控制面板14电连接；
49.挤压管通过三相电磁阀65分别连通有第一连接管61和第二连接管62，第一连接管61和第二连接管62远离三相电磁阀65的一端均贯穿本体1，且第一连接管61位于第二连接管62的上方；
50.动力机构包括电机32，电机32的输出轴同轴焊接有转轴3，转轴3贯穿本体1一侧，且转轴3上焊接有若干扇叶31；
51.上浮腔内从上到下依次焊接有压缩空气罐16和储水罐17，压缩空气罐16上连通有进气端口，储水罐17上连通有进水端口，压缩空气罐16与储水罐17之间连通有导气管18，导气管18上连通有第一电磁阀181；
52.储水罐17底部连通有排水管19，排水管19远离储水罐17的一端贯穿本体1底部，且排水管19上连通有第二电磁阀191；
53.所述第一电磁阀181和第二电磁阀191的常态为常闭状态，且第一电磁阀181和第二电磁阀191与控制面板14电连接；
54.本体1底部和本体1远离动力机构的一外侧壁上螺栓固定连接有摄像头4，本体1底部还螺栓固定连接有照明灯5，照明灯5位于摄像头4的一侧，且摄像头4和照明灯5与控制面板14电连接；
55.本体1两侧粘接有若干压力传感器2，压力传感器2位于第一连接管61和第二连接管62的一侧，压力传感器2包括从上到下设有第一传感器21、第二传感器22和第三传感器23；压力传感器2与控制面板14电连接。
56.具体实施过程如下：
57.所述压力传感器2包括探头本体、膜片和压电元件，当探头本体上的膜片受到外界紊乱水流扰动的施压时，膜片将被测压力传递给压电元件，压电元件输出与被测压力成比例的电信号，压电元件再通过电线将电信号传递给控制面板14。
58.所述控制面板14，在一定的时间内，基于压力传感器2测量的电信号的最大值和最小值转化为第一传感器21、第二传感器22和第三传感器23对应的水流压力，其中第一传感器21所测的水流压力为f1，第二传感器22所测的水流压力为f2，第三传感器23所测的水流压力为f3。
59.控制面板14首先将本体1左侧的第一传感器21、第二传感器22和第三传感器23所受总水流压力f4与本体1右侧的第一传感器21、第二传感器22和第三传感器23所受总水流压力f5进行比较；若f4大于f5，控制面板14则控制驱动件60进行逆时针转动，驱动件60的输出轴带动转动块601在壳体内进行逆时针转动，转动块601通过滚轮602在挤压管上进行滚动，从而连接不断的推送挤压挤压管内的液体；将外界的液体通过本体1左侧的第一连接管61或第二连接管62运输至本体1右侧的第一连接管61或第二连接管62，使执行机构的水流从本体1右侧喷出；若f4小于f5，控制面板14则控制驱动件60进行顺时针转动，同理可得，使执行机构的水流通过第一连接管61或第二连接管62从本体1左侧喷出。
60.在f4大于f5或f4小于f5时，以f4大于f5为例，控制面板14再将f2分别与f1和f3进行对比，控制面板14首先计算f2与f1和f3之间的差值，f2与f1之间的差值为f1，f2与f3之间
的差值为f2。
61.控制面板14再将f1和f2与设定的阈值进行比较，若f1小于或等于阈值且f2小于或等于阈值，控制面板14则根据f4和f5之间相差值f’按比例控制驱动件60的转速，控制执行机构的水流的流速，从而产生相应的冲击力，控制面板14控制三通电磁阀同时连通第一连接管61和第二连接管62，使执行机构的水流从本体1右侧喷出。
62.若f1大于阈值，控制面板14则计算f1和f3之间相差值按比例控制驱动件60的转速，控制执行机构的水流的流速，从而产生相应的冲击力，控制面板14控制三通电磁阀连通第二连接管62，使执行机构的水流从本体1右侧的第二连接管62喷出。
63.若f2大于阈值，控制面板14则计算f1和f3之间相差值控制驱动件60的转速，控制执行机构的水流的流速，从而产生相应的冲击力，控制面板14控制三通电磁阀连通第一连接管61，使执行机构的水流从本体1右侧的第一连接管61喷出；若f4等于f5，则终止。
64.控制面板14首先通过比较本体1两侧的水流压力大小，使执行机构喷出的水流朝向相反的一侧，再比较同一侧压力传感器2的水流压力大小，使执行机构做出的调整更加的准确，使机器人能喷出水流做出相应的运动调整，使机器人行驶在正确的路线上，提高抗水流干扰能力，便于机器人本体上的摄像头4进行拍照探测工作。
65.实施例2
66.与上述实施例不同之处在于，本体1顶部中心处焊接有提手11，提手11呈流线型。
67.具体实施过程如下：流线型的提手11能减少水流阻力，便于机器人在水中行驶，节约能源；通过提手11便于人通过工具抓住本体1进行移动。
68.实施例3
69.与上述实施例不同之处在于，本体1顶部还粘接有若干警示灯12，警示灯12位于提手11的两侧，且警示灯12与控制面板14电连接。
70.具体实施过程如下：控制面板14通过控制警示灯12的开闭，便于船上的人注意到机器人，尤其是在夜间的时候，便于回收机器人。
71.实施例4
72.与上述实施例不同之处在于，本体1内还设有用于重力平衡的配重块15，配重块15位于本体1远离动力机构的一侧。
73.具体实施过程如下：配重块15能平衡本体1两端的重力，使机器人在水中能保持相对水平，便于机器人在水中行驶。
74.实施例5
75.与上述实施例不同之处在于，安装腔和上浮腔之间设有隔板分割，隔板与本体1一体成型。
76.具体实施过程如下：隔板将安装腔和上浮腔进行隔断，减少安装腔和上浮腔内的物体相互影响。
77.实施例6
78.与上述实施例不同之处在于，控制面板14、蓄电池13、执行机构和动力机构与本体1之间设有若干支撑架10，控制面板14、蓄电池13、执行机构和动力机构通过支撑架10焊接在本体1上，压缩空气罐16和储水罐17也通过支撑架10焊接在本体1上。
79.具体实施过程如下：支撑架10能在物体与本体1之间提供一个空腔，便于控制面板
14、蓄电池13、执行机构和动力机构工作时进行散热；同时支撑架10能适应物体的形状，便于将本体1内的物体固定在本体1上。
80.实施例7
81.与上述实施例不同之处在于，本体1两侧开有若干放置槽，放置槽内粘接有气囊73，气囊73内放置有干冰块；气囊73连通有进水管71，进水管71远离气囊73的一端贯穿本体1，进水管71远离气囊73的一端并位于气囊73的上方，进水管71内连通有第三电磁阀74，所述第三电磁阀74的常态为常闭状态，第三电磁阀74与控制面板14电连接；
82.本体1上设有用于遮挡放置槽的挡板7，挡板7顶部两侧一体成型有安装轴72，挡板7通过安装轴72与本体1转动配合；挡板7和放置槽靠近气囊73的一侧均粘接有保温层。
83.具体实施过程如下：保温层能减缓气囊73内的干冰块在不使用过程中的融化速度，便于气囊73收纳于放置槽内。
84.所述控制面板14还设有悬浮控制模式，控制面板14执行悬浮控制模式时，控制面板14会启动第三电磁阀74，使外界海水通过进水管71进入气囊73内，气囊73内的干冰块吸收海水的热量融化为二氧化碳气体，二氧化碳气体使气囊73膨胀，从而推开推板，膨胀的气囊73从推板处伸出；
85.本体1两侧膨胀的气囊73能为本体1提供一个侧向浮力，使本体1更加平稳的漂浮在水中，便于机器人本体上的摄像头4进行拍照探测工作；同时，气囊73能辅助提供浮力，在探测结束后，便于机器人本体更加快速的上升，减少上浮时间，便于回收机器人本体。
86.实施例8
87.与上述实施例不同之处在于，安装轴72上套设有扭簧，挡板7通过扭簧与本体1构成弹簧式合页机构，扭簧一端与挡板7固定连接，扭簧另一端与本体1固定连接，且扭簧与安装轴72转动配合。
88.具体实施过程如下：在气囊73未伸出本体1时，本体1通过扭簧便于将挡板7贴合在本体1上，便于本体1在水中行驶；在气囊73伸出本体1过程中，形变的扭簧预释放弹力，使挡板7压出膨胀的气囊73，使气囊73不易受外界水流影响而随之晃动，使本体1更加平稳的漂浮在水中，便于机器人本体上的摄像头4进行拍照探测工作。
89.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种海洋工程用水下探测机器人，其特征在于：包括本体，本体内设有安装腔和上浮腔，安装腔位于上浮腔的上方，安装腔内从左到右依次设有控制面板、蓄电池、执行机构和动力机构；执行机构包括蠕动泵的壳体，壳体外壁上固定连接有驱动件，驱动件的输出轴穿过壳体并同轴连接有呈y型的转动块，转动块位于壳体内，转动块上转动配合有若干滚轮，且滚轮与壳体内壁间隙配合；壳体内放置有挤压管，挤压管位于滚轮和壳体之间，壳体两侧分别开有第一换水口和第二换水口，第一换水口和第二换水口与挤压管连通；挤压管的两端均连通有三相电磁阀，三相电磁阀与控制面板电连接；挤压管通过三相电磁阀分别连通有第一连接管和第二连接管，第一连接管和第二连接管远离三相电磁阀的一端均贯穿本体，且第一连接管位于第二连接管的上方；动力机构包括电机，电机的输出轴同轴连接有转轴，转轴贯穿本体一侧，且转轴上固定连接有若干扇叶；上浮腔内从上到下依次设有压缩空气罐和储水罐，压缩空气罐与储水罐之间连通有导气管，导气管上连通有第一电磁阀；储水罐底部连通有排水管，排水管远离储水罐的一端贯穿本体底部，且排水管上连通有第二电磁阀；所述第一电磁阀和第二电磁阀的常态为常闭状态，且第一电磁阀和第二电磁阀与控制面板电连接；本体底部和本体远离动力机构的一外侧壁上固定连接有摄像头，本体底部还固定连接有照明灯，照明灯位于摄像头的一侧，且摄像头和照明灯与控制面板电连接；本体两侧固定连接有若干压力传感器，压力传感器位于第一连接管和第二连接管的一侧，压力传感器包括从上到下设有第一传感器、第二传感器和第三传感器；压力传感器与控制面板电连接。2.根据权利要求1所述的海洋工程用水下探测机器人，其特征在于：本体顶部中心处固定连接有提手，提手呈流线型。3.根据权利要求2所述的海洋工程用水下探测机器人，其特征在于：本体顶部还固定连接有若干警示灯，警示灯位于提手的两侧，且警示灯与控制面板电连接。4.根据权利要求1所述的海洋工程用水下探测机器人，其特征在于：本体内还设有用于重力平衡的配重块，配重块位于本体远离动力机构的一侧。5.根据权利要求1所述的海洋工程用水下探测机器人，其特征在于：安装腔和上浮腔之间设有隔板分割，隔板与本体固定连接。6.根据权利要求1所述的海洋工程用水下探测机器人，其特征在于：控制面板、蓄电池、执行机构和动力机构与本体之间设有若干支撑架，控制面板、蓄电池、执行机构和动力机构通过支撑架固定连接在本体上，压缩空气罐和储水罐也通过支撑架固定连接在本体上。7.根据权利要求1所述的海洋工程用水下探测机器人，其特征在于：本体两侧开有若干放置槽，放置槽内固定连接有气囊，气囊内放置有干冰块；气囊连通有进水管，进水管远离气囊的一端贯穿本体，进水管远离气囊的一端并位于气囊的上方，进水管内连通有第三电磁阀，第三电磁阀与控制面板电连接；
本体上设有用于遮挡放置槽的挡板，挡板顶部两侧固定连接有安装轴，挡板通过安装轴与本体转动配合；挡板和放置槽靠近气囊的一侧均固定连接有保温层。8.根据权利要求7所述的海洋工程用水下探测机器人，其特征在于：安装轴上套设有扭簧，挡板通过扭簧与本体构成弹簧式合页机构，扭簧一端与挡板固定连接，扭簧另一端与本体固定连接，且扭簧与安装轴转动配合。

技术总结
本发明公开了水下机器人技术领域的一种海洋工程用水下探测机器人，包括本体，本体内设有安装腔和上浮腔，安装腔位于上浮腔的上方，安装腔内从左到右依次设有控制面板、蓄电池、执行机构和动力机构；上浮腔内从上到下依次设有压缩空气罐和储水罐；本体两侧固定连接有若干压力传感器，压力传感器包括从上到下设有第一传感器、第二传感器和第三传感器；压力传感器与控制面板电连接；机器人在水下行驶过程中，通过压力传感器获取外界水流的变化数据，控制面板基于变化数据从而控制执行机构喷出水流做出相应的运动调整，使机器人行驶在正确的路线上，提高抗水流干扰能力。提高抗水流干扰能力。提高抗水流干扰能力。


技术研发人员：潘剑飞 洪岳 王璨 张宙 陈凯文
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/6/28