一种具备紧急上浮功能的水下机器人

1.本实用新型属于水下机器人技术领域，尤其是涉及一种具备紧急上浮功能的水下机器人。


背景技术：

2.水下机器人又称水下无人机，主要用以水下探索拍摄；现有的水下机器人主要分为两大类：一类是无缆水下机器人，另一类是带缆线的水下机器人。
3.其中，无缆水下机器人虽然活动范围大、灵活性好，但当遇到各种突发事件而发生故障时会直接沉底而无法回收，给使用者造成巨大的损失；
4.而带缆线的水下机器人虽然可以通过拉动缆线将水下机器人强制带出水面进行回收，但在实际使用过程中，缆线容易缠绕于水中的植物、石头等杂物上，强制拉动缆线可能会导致水下机器人与杂物发生碰撞而受损，得不偿失；因此很有必要设计一款具备紧急上浮功能的水下机器人。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.本实用新型提供了一种具备紧急上浮功能的水下机器人，可以在遇到紧急情况时，快速脱离缆线并上浮，解决了背景技术中提到的问题。
7.(二)技术方案
8.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
9.一种具备紧急上浮功能的水下机器人，包括机器人本体、连接件、线缆和锁紧机构；所述机器人本体内置有控制单元；所述连接件可拆卸地安装于所述机器人本体上；所述线缆固定连接于所述连接件上；所述锁紧机构安装于所述机器人本体上，所述控制单元与所述锁紧机构电性连接，以驱使所述锁紧机构锁紧或松开所述连接件。
10.优选地，所述机器人本体内部设有驱动腔，所述驱动腔腔壁上设有接通外界的卡口；所述连接件上设有与所述卡口滑动配合的卡块，且所述卡块可贯穿所述卡口至所述驱动腔内；所述锁紧机构安装于所述驱动腔内并可锁紧或松开所述卡块。
11.优选地，所述锁紧机构包括电磁铁和锁杆，所述驱动腔在所述卡口旁侧设有固定板，所述卡块上设有锁孔；所述锁杆可滑动地安装于所述固定板上，且所述锁杆的第一端上设有磁块；所述电磁铁安装于所述固定板旁侧并对应所述磁块设计，且所述电磁铁还与所述控制单元电性连接；所述电磁铁断电时，所述磁块与所述电磁铁相吸附，以驱使所述锁杆的第一端卡入所述锁孔内；所述电磁铁通电时，所述磁块与所述电磁铁相排斥，以驱使所述锁杆的第一端脱离所述锁孔。
12.优选地，所述锁紧机构还包括弹性件，所述锁杆的第二端上设有挡块；所述弹性件套设于所述锁杆上，且所述弹性件一端连接所述挡块，所述弹性件另一端连接所述固定板；所述电磁铁通电排斥所述磁块时，所述弹性件拉伸蓄能。
13.优选地，所述弹性件为弹簧。
14.优选地，还包括气囊和微型充气泵；所述气囊设置于所述机器人本体上，所述微型充气泵设置于所述驱动腔内并通过软管连接所述气囊，且所述微型充气泵还与所述控制单元电性连接。
15.优选地，还包括推出机构，所述推出机构安装于所述驱动腔内并与所述控制单元电性连接，所述气囊设置于所述驱动腔内并安装于所述所述推出机构上，所述推出机构可以驱使所述气囊贯穿所述卡口至外界。
16.优选地，所述推出机构包括支架、载板和气缸，所述支架安装于所述卡口旁侧，所述气缸安装于所述支架上并与所述控制单元电性连接，且所述气缸的伸缩轴对应所述卡口；所述载板安装于所述气缸的伸缩轴上；所述气囊折叠放置于所述载板上；启动所述气缸可驱使所述载板和气囊贯穿所述卡口至外界。
17.优选地，还包括防水罩，所述防水罩安装于所述驱动腔内，并将所述锁紧机构和所述推出机构围合在内。
18.(三)有益效果
19.本实用新型提供的一种具备紧急上浮功能的水下机器人，通过设计连接件用于连接线缆和机器人本体，使得机器人本体在水下工作遇到故障时可以进行回收，避免机器人本体遗失；通过设计锁紧机构用于锁紧或松开连接件，使得在遇到紧急情况，例如线缆缠绕水中杂物时，机器人本体可以脱离线缆束缚独立运行并上浮，有效地解决了强制回收导致机器人本体受损的问题。
附图说明
20.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制,在附图中：
21.图1示出了本实用新型的整体结构示意图一；
22.图2示出了图1中a处的放大图；
23.图3示出了本实用新型的整体结构示意图二；
24.图4示出了图3的剖视图a-a；
25.图5示出了图4中b处的放大图；
26.图6示出了本实用新型整体结构的分解示意图；
27.图7示出了本实用新型的部分结构示意图一；
28.图8示出了图7中c处的放大图；
29.图9示出了本实用新型的部分结构示意图二；
30.图10示出了图9中d处的放大图；
31.图11示出了本实用新型的连接件和锁紧机构的结构示意图；
32.图12示出了本实用新型的气囊、推出机构和微型充气泵的结构示意图。
33.图中：1机器人本体、10驱动腔、11卡口、12固定板、2连接件、21卡块、210锁孔、3线缆、4锁紧机构、41电磁铁、410铁芯、42锁杆、420磁块、421挡块、43弹性件、5气囊、6微型充气泵、7推出机构、71支架、72载板、73气缸、8防水罩、80通孔。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.参阅附图1-附图5，一种具备紧急上浮功能的水下机器人，包括机器人本体1、连接件2、线缆3和锁紧机构4；机器人本体1内置有控制单元；连接件2可拆卸地安装于机器人本体1上；线缆3固定连接于连接件2上；锁紧机构4安装于机器人本体1上，控制单元与锁紧机构4电性连接，以驱使锁紧机构4锁紧或松开连接件2。
36.具体的，一般情况下，锁紧机构4锁紧连接件2，使得线缆3与机器人本体1相固定，此时，若是入水的机器人本体1发生断电或电路故障等问题而导致无法运行，则使用者可以直接通过线缆3回收水中的机器人本体1；
37.当机器人本体1未发生故障，但是遇到线缆3与水中的杂物发生缠绕会其他紧急情况时，强制拉动线缆3进行回收可能会导致机器人本体1发生碰撞而受损；因此，使用者应当在机器人本体1的电量耗费完毕之前，遥控控制单元驱使锁紧机构4松开连接件2，使得机器人本体1脱离线缆3的束缚；然后再向控制单元发送指令使机器人本体1自动上浮出水面进行回收。
38.综上，本实用新型通过设计连接件2用于连接线缆3和机器人本体1，使得机器人本体1在水下工作遇到故障时可以进行回收，避免机器人本体1遗失；通过设计锁紧机构4用于锁紧或松开连接件2，使得在遇到紧急情况，例如线缆3缠绕水中杂物时，机器人本体1可以脱离线缆3束缚独立运行并上浮，有效地解决了强制回收导致机器人本体1受损的问题。
39.参阅附图1-附图5，机器人本体1内部设有驱动腔10，驱动腔10腔壁上设有接通外界的卡口11；连接件2上设有与卡口11滑动配合的卡块21，且卡块21可贯穿卡口11至驱动腔10内；锁紧机构4安装于驱动腔10内并可锁紧或松开卡块21。
40.具体的，往机器人本体1上安装线缆3时，先将卡块21对齐卡口11并滑入至驱动腔10内，然后通过控制单元驱使锁紧机构4锁紧卡块21即可；当需要解除线缆3对机器人本体1的束缚时，通过控制单元驱使锁紧机构4松开卡块21，然后扯动线缆3或是直接遥控控制单元驱使机器人本体1移动，使得卡块21脱离卡口11即可。
41.其中，锁紧机构4安装于驱动腔10内的设置，使得机器人本体1外观更简洁，且能将锁紧机构4保护在内，避免水下生物撞击锁紧机构4，提高其使用寿命和运行稳定性。
42.参阅附图4-附图11，本实用新型实施例中的锁紧机构4包括电磁铁41和锁杆42，驱动腔10在卡口11旁侧设有固定板12，卡块21上设有锁孔210；锁杆42可滑动地安装于固定板12上，且锁杆42的第一端上设有磁块420；电磁铁41安装于固定板12旁侧并对应磁块420设计，且电磁铁41还与控制单元电性连接；电磁铁41断电时，磁块420与电磁铁41相吸附，以驱使锁杆42的第一端卡入锁孔210内；电磁铁41通电时，磁块420与电磁铁41相排斥，以驱使锁杆42的第一端脱离锁孔210。
43.具体的，电磁铁41属于现有技术，现有的电磁铁41一般自带有铁芯410，铁芯410通电时产生磁性，铁芯410断电时失去磁性，但由于铁芯410由铁材料制成，因此其在断电时可以与磁块420相互吸附；使用者通过控制单元给电磁铁41通电和断电，即可使得电磁铁41的
铁芯410排斥或吸附锁杆42上的磁铁，使得锁杆42的第一端卡入或脱离锁孔210，以锁紧或松开卡块21。
44.需要注意的是，锁紧机构4的种类多样，除上述设计外，还可以采用丝杆电机或电动缸；例如，将丝杆电机或电动缸的伸缩轴与锁孔210对应，使用者通过控制丝杆电机或电动缸的伸缩轴卡入或脱离锁孔210，即可锁紧或松开卡块21，由于类似结构较多，本实用新型中对此不做限定。
45.但是，相对于其他结构设计而言，本实用新型实施例中的电磁铁41和锁杆42的设计，仅在需要解除线缆3束缚时给电磁铁41通电，更为省电，可以有效地降低电池的负担；而丝杆电机或电动缸灯结构，则一般需要时刻保持通电，导致机器人本体1的内置电池负担过大。
46.另一方面，在断电时，锁杆42通过磁块420与电磁铁41磁吸，此时若是使用适当的力度也可以强制拨动锁杆42脱离锁孔210，方便后期维护或单独更换受损的电磁铁41或锁杆42；而若设计成丝杆电机或电动缸，则需整体更换，导致维护成本过高。
47.参阅附图4-附图11，进一步的，考虑到电磁铁41的铁芯410与锁杆42上的磁块420之间的磁吸力较弱，机器人本体1在水下工作过程中，磁块420可能会脱离电磁铁41而使得锁杆42的第一端脱离锁孔210，导致卡块21存在脱离卡口11的问题；为避免这一问题的发生，本实用新型中，锁紧机构4还包括弹性件43，锁杆42的第二端上设有挡块421；弹性件43套设于锁杆42上，且弹性件43一端连接挡块421，弹性件43另一端连接固定板12。
48.具体的，电磁铁41断电时，弹性件43处于初始状态，并为锁杆42提供支撑力，使得锁杆42可以更稳定地置于锁孔210内；电磁铁41通电排斥磁块420时，带动锁杆42远离锁孔210，此过程中，弹性件43拉伸蓄能，待电磁铁41再次断电后，弹性件43释能恢复，并快速带动锁杆42卡接锁孔210。
49.其中，安装连接件2时，在将卡块21伸入驱动腔10的过程中，当卡块21位于电磁铁41和磁块420之间时会起到阻磁作用，导致电磁铁41无法正常地排斥磁块420，此时，在弹性件43的复位作用下，锁杆42的第一端会抵接卡块21，直至锁孔210对齐锁杆42时，锁杆42可以快速地贯穿锁孔210；此过程中，会产生异响，提示使用者连接件2已经安装完毕。
50.综上，弹性件43的设计，一方面可以避免机器人本体1工作时锁杆42脱离锁孔210，提高锁杆42的稳定性；一方面可以使得锁杆42具备快速复位的趋势，并可以起到提示安装的作用，方面连接件2的安装。
51.进一步的，弹性件43的种类多样，例如可以采用橡胶套、弹簧等，本实用新型中优先采用造价成本更低的弹簧。
52.参阅附图2-附图5，考虑到线缆3缠绕于水中杂物上时，机器人本体1存在电量不足的问题，此时即使解除锁紧机构4对连接件2的限制，机器人本体1在上浮过程中也可能将剩余电量耗费完毕，导致其无法顺利上浮至水面上而沉底；为解决这一问题，本实用新型中还包括气囊5和微型充气泵6；气囊5设置于机器人本体1上，微型充气泵6设置于驱动腔10内并通过软管(图示未给出)连接气囊5，且微型充气泵6还与控制单元电性连接。
53.具体的，当使用者发现机器人本体1内置的电池电量不足时，可以通过控制单元启动微型充气泵6，微型充气泵6向气囊5供气，使得气囊5扩张具备上浮的能力，从而带动机器人本体1浮出水面。
54.其中，由于气囊5为一次性耗材，因此在实际使用过程中，使用者一般需要遇到较为紧急的情况，例如在机器人本体1发生故障，或是线缆3本缠绕时机器人本体1电量不足时使用。
55.综上，气囊5和微型充气泵6的设计，使得机器人本体1在一些特殊情况下也能顺利上浮，进一步地降低了机器人本体1丢失的可能性。
56.参阅附图5和附图10，进一步的，考虑到气囊5若是安装于机器人本体1外，则容易受到腐蚀，为此本实用新型中还包括推出机构7，推出机构7安装于驱动腔10内并与控制单元电性连接，气囊5设置于驱动腔10内并安装于推出机构7上，推出机构7可以驱使气囊5贯穿卡口11至外界。
57.具体的，一般情况下，气囊5置于驱动腔10内，可以免受侵蚀，保证气囊5的使用寿命；当遇到紧急情况时，通过控制单元启动推出机构7经气囊5推出驱动腔10，接着通过控制单元启动微型充气泵6向气囊5泵送气体，使得气囊5在机器人本体1外侧扩张即可。
58.参阅附图5-附图12，本实用新型中，推出机构7包括支架71、载板72和气缸73，支架71安装于卡口11旁侧，气缸73安装于支架71上并与控制单元电性连接，且气缸73的伸缩轴对应卡口11；载板72安装于气缸73的伸缩轴上；气囊5折叠放置于载板72上；启动气缸73可驱使载板72和气囊5贯穿卡口11至外界。
59.具体的，一般情况下，气囊5和推出机构7均置于驱动腔10内，且连接件2的卡块21封闭卡口11，可以避免水体溢入驱动腔10内接触气囊5；
60.使用过程中，当且仅当锁紧机构4松开卡块21时，才能通过控制启动气缸73，此时气缸73驱使载板72沿卡口11方向移动，即可将气囊5推出外界，接着通过控制单元启动微型充气泵6即可。
61.综上，由于推出机构7和锁紧机构4安装在同一部位，结构紧凑，可以减少对驱动腔10的占用，为机器人本体1的其他内置部件腾出安装空间；且气囊5和卡块21共用同一卡口11，而无需再机器人本体1的其他部位设置开口和防水塞，可以有效地节约成本并提高驱动腔10的密封性。
62.需要注意的是，考虑到机器人本体1在水下时，若是卡块21脱离卡口11，水体会从卡口11处流入，若是锁紧机构4采用的是电磁铁41，则水体可能会起到阻磁的作用，导致电磁铁41通电也无法正常排斥磁块420，此时锁杆42可能会返回原位或置于卡口11中间阻挡载板72，导致气囊5无法被顺利推出外界；因此气缸73的启动时机十分关键，气缸73应当在锁杆42脱离锁孔210后，且卡块21脱离卡口11前启动，此时驱动腔10依然处于封闭状态，水体无法进入驱动腔10内，气缸73可以驱使载板72抵接并推动卡块21脱离卡口11，从而使得气囊5被顺利地推出外界；且此过程中，气缸73还能起到驱使连接件2脱离机器人本体1的作用，十分方便。
63.还需要注意的是，由于气囊5为一次性耗材，因此气囊5一般是通过胶水粘贴于载板72上，并通过软管连接微型充气泵6，因此气囊5使用后，使用者将其拆下，并重新粘贴新的未扩张的气囊5即可。
64.特别地，关于控制单元，其属于现有技术，在水下机器人领域中，控制单元做为控制中心，用于控制机器人本体1自带的涡轮、相机等部件的运行；而通过控制单元控制锁紧机构4、推出机构7和微型充气泵6运行的技术，也十分常见，固本实用新型中对其具体电路
结构不做进一步阐述。
65.参阅附图4-附图7，考虑到当连接件2的卡块21脱离卡口11时，水体会从卡口11流入驱动腔10内，为了避免水体沾染机器人本体1的其他内置与驱动腔10内零件，本实用新型中还包括防水罩8，防水罩8安装于驱动腔10内，并将锁紧机构4和推出机构7围合在内；当水体从卡口11处流入驱动腔10内时，被防水罩8所阻挡。
66.需要注意的是，由于微型充气泵6安装于防水罩8外，因此驱动腔10内有足够的气体供微型充气泵6抽送至气囊5内；且为了使得微型充气泵6可以顺利给气囊5充气，防水罩8上还应当设置有供软管通过的通孔80，通孔80与软管连接处需涂抹防水胶做防水处理；另外，为了避免机器人本体1在正常使用过程中，水体溢入防水罩8内，卡块21或卡口11处可以做防水处理，例如在卡块21或卡口11处安装防水垫圈(图示未给出)。
67.还需要说明的是，尽管已经示出和描述了本技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种具备紧急上浮功能的水下机器人，包括机器人本体(1)，所述机器人本体(1)内置有控制单元；其特征在于，还包括：连接件(2)，所述连接件(2)可拆卸地安装于所述机器人本体(1)上；线缆(3)，所述线缆(3)固定连接于所述连接件(2)上；锁紧机构(4)，所述锁紧机构(4)安装于所述机器人本体(1)上，所述控制单元与所述锁紧机构(4)电性连接，以驱使所述锁紧机构(4)锁紧或松开所述连接件(2)。2.根据权利要求1所述的一种具备紧急上浮功能的水下机器人，其特征在于，所述机器人本体(1)内部设有驱动腔(10)，所述驱动腔(10)腔壁上设有接通外界的卡口(11)；所述连接件(2)上设有与所述卡口(11)滑动配合的卡块(21)，且所述卡块(21)可贯穿所述卡口(11)至所述驱动腔(10)内；所述锁紧机构(4)安装于所述驱动腔(10)内并可锁紧或松开所述卡块(21)。3.根据权利要求2所述的一种具备紧急上浮功能的水下机器人，其特征在于，所述锁紧机构(4)包括电磁铁(41)和锁杆(42)，所述驱动腔(10)在所述卡口(11)旁侧设有固定板(12)，所述卡块(21)上设有锁孔(210)；所述锁杆(42)可滑动地安装于所述固定板(12)上，且所述锁杆(42)的第一端上设有磁块(420)；所述电磁铁(41)安装于所述固定板(12)旁侧并对应所述磁块(420)设计，且所述电磁铁(41)还与所述控制单元电性连接；所述电磁铁(41)断电时，所述磁块(420)与所述电磁铁(41)相吸附，以驱使所述锁杆(42)的第一端卡入所述锁孔(210)内；所述电磁铁(41)通电时，所述磁块(420)与所述电磁铁(41)相排斥，以驱使所述锁杆(42)的第一端脱离所述锁孔(210)。4.根据权利要求3所述的一种具备紧急上浮功能的水下机器人，其特征在于，所述锁紧机构(4)还包括弹性件(43)，所述锁杆(42)的第二端上设有挡块(421)；所述弹性件(43)套设于所述锁杆(42)上，且所述弹性件(43)一端连接所述挡块(421)，所述弹性件(43)另一端连接所述固定板(12)；所述电磁铁(41)通电排斥所述磁块(420)时，所述弹性件(43)拉伸蓄能。5.根据权利要求4所述的一种具备紧急上浮功能的水下机器人，其特征在于，所述弹性件(43)为弹簧。6.根据权利要求2所述的一种具备紧急上浮功能的水下机器人，其特征在于，还包括气囊(5)和微型充气泵(6)；所述气囊(5)设置于所述机器人本体(1)上，所述微型充气泵(6)设置于所述驱动腔(10)内并通过软管连接所述气囊(5)，且所述微型充气泵(6)还与所述控制单元电性连接。7.根据权利要求6所述的一种具备紧急上浮功能的水下机器人，其特征在于，还包括推出机构(7)，所述推出机构(7)安装于所述驱动腔(10)内并与所述控制单元电性连接，所述气囊(5)设置于所述驱动腔(10)内并安装于所述推出机构(7)上，所述推出机构(7)可以驱使所述气囊(5)贯穿所述卡口(11)至外界。8.根据权利要求7所述的一种具备紧急上浮功能的水下机器人，其特征在于，所述推出机构(7)包括支架(71)、载板(72)和气缸(73)，所述支架(71)安装于所述卡口(11)旁侧，所述气缸(73)安装于所述支架(71)上并与所述控制单元电性连接，且所述气缸(73)的伸缩轴对应所述卡口(11)；所述载板(72)安装于所述气缸(73)的伸缩轴上；所述气囊(5)折叠放置于所述载板(72)上；启动所述气缸(73)可驱使所述载板(72)和气囊(5)贯穿所述卡口(11)
至外界。9.根据权利要求7所述的一种具备紧急上浮功能的水下机器人，其特征在于，还包括防水罩(8)，所述防水罩(8)安装于所述驱动腔(10)内，并将所述锁紧机构(4)和所述推出机构(7)围合在内。

技术总结
一种具备紧急上浮功能的水下机器人，包括机器人本体、连接件、线缆和锁紧机构；机器人本体内置有控制单元；连接件可拆卸地安装于机器人本体上；线缆固定连接于连接件上；锁紧机构安装于机器人本体上，控制单元与锁紧机构电性连接，以使锁紧机构锁紧或松开连接件；使用时，锁紧机构锁紧连接件，使得线缆与机器人本体相固定，方便使用者通过线缆回收水中的机器人本体；当线缆与水中的杂物发生缠绕时，通过控制单元驱使锁紧机构松开连接件，使得机器人本体脱离线缆的束缚，然后再向控制单元发送指令使其自动上浮进行回收；因此，该水下机器人既带有线缆，又能在遇到紧急情况上浮，有效地解决了机器人本体使用时遗失或强制回收时受损的问题。问题。问题。


技术研发人员：张凌志 胡榆彬 孟凡琳 邹严 王航宇
受保护的技术使用者：黑龙江工程学院
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/6/7