本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，特別是指一種水下檢測機器人。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代工程檢測技術(shù)趨于完善的今天，水下檢測雖然已有發(fā)展，但依然面臨著水下環(huán)境惡劣，危險系數(shù)大，人員無法到達(dá)，不確定因數(shù)過多的困難。而在水下建筑工程如橋墩大壩的檢測又直接關(guān)系著人們的生命財產(chǎn)安全。因此發(fā)展一種水下機器人代替人類實現(xiàn)水下檢測的任務(wù)就變得十分重要，而現(xiàn)役水下機器人大多有著各自的局限性。

目前，水下檢測機器人鄰域中，主要研究的方向有三個:仿生式水下機器人，滑翔式水下機器人，以及推進(jìn)式水下機器人。在這三種方式中，仿生式水下機器具有良好的水動力特性，但對環(huán)境的抗干擾能力弱?；枋剿聶C器人，具有能耗小航程大等優(yōu)點，但動力不足。推進(jìn)式水下機器人，通過主體上安裝數(shù)個螺旋槳推進(jìn)器，或水平設(shè)置或垂直設(shè)置，其噪聲大擾動大。采用這些機器人都難以完成現(xiàn)代水下檢測對機器人提出的大范圍，長時間，抗干擾性好，動力強，靈活方便，在特殊位置懸停作業(yè)等一系列要求。

因此，為解決以上問題，需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)了水下航行、浮潛、回轉(zhuǎn)、定常滑翔與自主避障的多功能的一體化的水下檢測機器人，該水下檢測機器人采用滑翔推進(jìn)和螺旋槳推進(jìn)的結(jié)合推進(jìn)方式，具有良好的動力性、抗干擾性，且能耗小、航程大、安全性好、生存系數(shù)高、性能穩(wěn)定、靈活方便、可以長時間大范圍的實施檢測作業(yè)的優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有水下檢測機器人所存在的缺陷，提出一種水下檢測機器人，該水下檢測機器人采用滑翔推進(jìn)和螺旋槳推進(jìn)的結(jié)合推進(jìn)方式，實現(xiàn)了水下航行、浮潛、回轉(zhuǎn)、定?；枧c自主避障的多功能的一體化，具有良好的動力性、抗干擾性，且能耗小、航程大、安全性好、生存系數(shù)高、性能穩(wěn)定、靈活方便的優(yōu)點，可以在水下長時間大范圍的實施檢測作業(yè)。

本發(fā)明的水下檢測機器人，包括機器人主體；所述機器人主體內(nèi)設(shè)有檢測倉、轉(zhuǎn)向控制倉、浮力調(diào)節(jié)倉、重心調(diào)節(jié)倉、電源倉和控制倉；所述檢測倉內(nèi)設(shè)有用于對周圍環(huán)境進(jìn)行掃描的測距聲納和前視聲納；所述控制倉內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)可接收所述測距聲納和前視聲納發(fā)出的信號并控制所述機器人主體進(jìn)行避障動作；

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)向控制倉內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)，所述轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)包括至少兩個轉(zhuǎn)向推進(jìn)器、固定連接于兩轉(zhuǎn)向推進(jìn)器之間的連接軸以及用于驅(qū)動所述連接軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)向伺服電機；

進(jìn)一步，所述浮力調(diào)節(jié)倉內(nèi)設(shè)有氣囊、用于向所述氣囊充氣或吸氣的氣缸、與所述氣缸配合的活塞以及用于驅(qū)動所述活塞動作的浮力調(diào)節(jié)伺服電機，所述活塞桿為絲桿，所述絲桿上通過螺紋配合有以軸向限位的方式設(shè)置于浮力調(diào)節(jié)倉內(nèi)的螺母，所述浮力調(diào)節(jié)伺服電機通過驅(qū)動所述螺母轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對活塞運動的控制；

進(jìn)一步，所述重力調(diào)節(jié)倉內(nèi)設(shè)有重心調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述重心調(diào)節(jié)機構(gòu)包括水平調(diào)節(jié)電機、圓周調(diào)節(jié)電機以及可沿水平方向滑動并能繞水平方向轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置的偏心滑塊；所述水平調(diào)節(jié)電機通過絲桿螺母機構(gòu)驅(qū)動所述偏心滑塊沿水平方向滑動；所述圓周調(diào)節(jié)電機通過行星齒輪機構(gòu)驅(qū)動所述偏心滑塊繞水平方向轉(zhuǎn)動；

進(jìn)一步，所述偏心滑塊固定連接于所述絲桿螺母機構(gòu)的螺母，所述水平調(diào)節(jié)電機通過二級減速齒輪副驅(qū)動所述絲桿螺母機構(gòu)的絲桿轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)所述偏心滑塊的水平滑動；所述絲桿螺母機構(gòu)的絲桿作為行星輪軸與所述行星齒輪機構(gòu)的行星輪轉(zhuǎn)動配合，所述行星齒輪機構(gòu)的齒圈固定于所述重心調(diào)節(jié)倉內(nèi)，所述圓周調(diào)節(jié)電機通過一級減速齒輪副驅(qū)動以可離合的方式驅(qū)動行星齒輪機構(gòu)的太陽輪轉(zhuǎn)動；

進(jìn)一步，所述機器人主體內(nèi)還設(shè)有傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)包括：攝像機，所述攝像機設(shè)置于所述機器人主體前端并信號連接于所述控制系統(tǒng)，用于將采集的圖像數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)上傳至水面上的控制中心；高度計，所述高度計用于實時測量水下機器人所處的高度，且該高度計信號連接于所述控制系統(tǒng)，用于將采集的高度數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)上傳至水面上的控制中心；電子羅盤，所述電子羅盤用于測量水下機器人的艏向角、縱傾角和橫搖角，且該電子羅平信號連接于所述控制系統(tǒng)，用于將所獲得的方位數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)上傳至水面的控制中心；超聲波探測儀，所述超聲波探測儀設(shè)置于機器人主體前端，用于對水下建筑體的內(nèi)部的進(jìn)行探傷；該該超聲波探測儀信號連接于所述控制系統(tǒng)，用于將所獲得的裂紋裂縫數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)上傳至水面上的控制中心；

進(jìn)一步，所述水下機器人主體的橫向兩側(cè)對稱分列設(shè)置有至少兩對垂直推進(jìn)器；

進(jìn)一步，所述水下機器人主體橫向兩側(cè)設(shè)置有用于容納所述氣囊的氣囊倉，所述氣囊倉設(shè)有進(jìn)水口，所述氣囊的口部連通于所述氣缸的出氣口；

本發(fā)明的水下檢測機器人還包括固定于機器人主體兩側(cè)的水平滑翔翼，所述機器人主體尾部設(shè)有水平螺旋推進(jìn)器；

本發(fā)明的水下檢測機器人還包括可漂浮于水面的浮標(biāo)通訊系統(tǒng)，所述浮標(biāo)通訊系統(tǒng)通過有線通信的方式與所述傳感系統(tǒng)信號連接，所述浮標(biāo)通訊系統(tǒng)用于將傳感系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)與圖像通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞到水面控制中心進(jìn)行實時分析處理。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的水下檢測機器人包括機器人主體，所述機器人主體內(nèi)設(shè)有位于前部的檢測倉和轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)倉，位于中部的浮力控制倉和重心調(diào)節(jié)倉，以及位于后部的電源和控制倉，所述檢測倉內(nèi)設(shè)有聲納組件，聲納組件實時探測水下環(huán)境，傳送水下環(huán)境信息至控制倉中控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)水下環(huán)境信息向機器人的運動機構(gòu)輸出運動控制指令，所述控制倉通過所述浮標(biāo)線纜連接所述水面浮標(biāo)通信系統(tǒng)，接收水面的遠(yuǎn)程控制指令，并上傳水下的視頻信息和傳感數(shù)據(jù)，所述機器人主體兩側(cè)對稱設(shè)置有兩對垂直推進(jìn)器，所述機器人主體與所述垂直推進(jìn)器通過設(shè)置在機器人兩側(cè)的氣囊倉固定連接在一起，所述氣囊倉外側(cè)中部設(shè)置有一水平滑翔翼，所述機器人主體尾部水平分布有螺旋槳推進(jìn)器，所述機器人主體前部垂直分布著兩個聯(lián)動的轉(zhuǎn)向推進(jìn)器，所述滑翔翼，浮力控制倉，重心調(diào)節(jié)倉的配合實現(xiàn)機器人的回轉(zhuǎn)運動和定?；柽\動；通過螺旋槳推進(jìn)器與垂直推進(jìn)器實現(xiàn)水下航行、浮潛運動；通過轉(zhuǎn)向推進(jìn)器實現(xiàn)機器人水下靈活轉(zhuǎn)向；的通過浮標(biāo)系統(tǒng)實現(xiàn)水下控制系統(tǒng)與水面控制中心的實時信號與圖像傳送和接收；通過聲納探測實現(xiàn)自主避障。從而實現(xiàn)本水下機器人的水下航行、浮潛、回轉(zhuǎn)、定?；枧c自主避障的功能，使本機器人具有能耗小、航程大、安全性好、生存系數(shù)高、性能穩(wěn)定、噪聲低、動作靈活、續(xù)航時間長等優(yōu)點。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的水下檢測機器人的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的重心調(diào)節(jié)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的浮力調(diào)節(jié)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的水下檢測機器人整體控制示意圖。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明的水下檢測機器人的總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本發(fā)明的水下檢測機器人，包括機器人主體；所述機器人主體內(nèi)設(shè)有檢測倉1、轉(zhuǎn)向控制倉103、浮力調(diào)節(jié)倉、重心調(diào)節(jié)倉7、電源倉和控制倉10；所述檢測倉1內(nèi)設(shè)有用于對周圍環(huán)境進(jìn)行掃描的測距聲納20和前視聲納22；所述控制倉10內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)可接收所述測距聲納20和前視聲納22發(fā)出的水下環(huán)境信號并控制所述機器人主體進(jìn)行避障動作，測距聲納20能夠?qū)λ聶C器人周圍的環(huán)境進(jìn)行掃描，形成圖像和距離數(shù)據(jù)傳送至控制系統(tǒng)，提前對障礙物進(jìn)行預(yù)測，從而提前轉(zhuǎn)向或懸停，實現(xiàn)水下機器人的自主避障；

本實施例中，所述轉(zhuǎn)向控制倉103內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)，所述轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)包括至少兩個轉(zhuǎn)向推進(jìn)器13、固定連接于兩轉(zhuǎn)向推進(jìn)器13之間的連接軸14以及用于驅(qū)動所述連接軸14轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)向伺服電機16，兩轉(zhuǎn)向推進(jìn)器13以可在水平面內(nèi)同步轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置于轉(zhuǎn)向控制倉103，通過控制轉(zhuǎn)向推進(jìn)器13的轉(zhuǎn)動以對水下機器人的前進(jìn)方向進(jìn)行控制，在轉(zhuǎn)向控制倉103中，轉(zhuǎn)向伺服電機16帶動轉(zhuǎn)向減速齒輪轉(zhuǎn)動，減速齒輪進(jìn)而帶動一組錐齒輪副轉(zhuǎn)動，錐齒輪副的從動齒輪傳動配合于連接軸14上，進(jìn)而帶動連接軸14轉(zhuǎn)動，而轉(zhuǎn)向推進(jìn)器13固定于連接軸14，因此，轉(zhuǎn)向伺服電機16可最終帶動兩轉(zhuǎn)向推進(jìn)器13同步轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)水下機器人的轉(zhuǎn)向，為防止水進(jìn)入轉(zhuǎn)向倉內(nèi)，可在轉(zhuǎn)向連接軸14上設(shè)置密封圈，從而安全可靠的實現(xiàn)水下機器人的靈活轉(zhuǎn)向。

本實施例中，所述浮力調(diào)節(jié)倉內(nèi)設(shè)有氣囊8、用于向所述氣囊8充氣或吸氣的氣缸、與所述氣缸配合的活塞57以及用于驅(qū)動所述活塞57動作的浮力調(diào)節(jié)伺服電機55，所述活塞57桿51為絲桿，所述絲桿上通過螺紋配合有以軸向限位的方式設(shè)置于浮力調(diào)節(jié)倉內(nèi)的螺母38，所述浮力調(diào)節(jié)伺服電機通過驅(qū)動所述螺母38轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對活塞57運動的控制，在浮力控制倉10中，浮力調(diào)節(jié)伺服電機55可通過一對減速齒輪副54帶動轉(zhuǎn)動配合于基座44上的傳動軸轉(zhuǎn)動，傳動軸通過兩個推力滾子軸承可轉(zhuǎn)動支撐于基座44上，傳動軸上傳動配合有一主動錐齒輪53，作為活塞57桿51的絲桿上配合有一作為螺母38的從動錐齒輪52，該從動錐齒輪52中心孔具有內(nèi)螺紋并通過該內(nèi)螺紋與絲桿配合，絲杠可帶動活塞57水平移動，該絲桿可繞活塞57中心線轉(zhuǎn)動，絲桿通過擋板與螺釘連接在活塞57上?；钊?7周圍固定有橡膠密封圈58，用于防止氣體在壓縮過程中的泄漏，在氣缸內(nèi)壁設(shè)有2個限位傳感器56，當(dāng)活塞57在一定進(jìn)入傳感器限定的距離時，會產(chǎn)生停止信號，在氣缸的右端還有兩個開口，開口處連接兩個氣囊8，氣囊8置于機器人主體邊上的氣囊8腔中，氣囊8腔邊上還開有4個進(jìn)水孔2，通過電機的轉(zhuǎn)動就可以實現(xiàn)水下機器人浮力的調(diào)節(jié)。

本實施例中，所述重力調(diào)節(jié)倉內(nèi)設(shè)有重心調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述重心調(diào)節(jié)機構(gòu)包括水平調(diào)節(jié)電機、圓周調(diào)節(jié)電機42以及可沿水平方向滑動并能繞水平方向轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置的偏心滑塊35；所述水平調(diào)節(jié)電機通過絲桿螺母38機構(gòu)驅(qū)動所述偏心滑塊35沿水平方向滑動；所述圓周調(diào)節(jié)電機42通過行星齒輪機構(gòu)驅(qū)動所述偏心滑塊35繞水平方向轉(zhuǎn)動，本實施例中，重心調(diào)節(jié)倉7內(nèi)設(shè)置有滑桿34，偏心滑塊35滑動配合于所述滑桿34上，水平調(diào)節(jié)電機通過絲桿螺母38機構(gòu)帶動所述偏心滑塊35沿滑桿34縱向往復(fù)滑動，圓周調(diào)節(jié)電機42用于帶動行星齒輪機構(gòu)的太陽輪40轉(zhuǎn)動，行星齒輪機構(gòu)的行星輪軸可帶動偏心滑塊35繞滑桿34轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對水下機器人的重心進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本實施例中，所述偏心滑塊35固定連接于所述絲桿螺母38機構(gòu)的螺母38，所述水平調(diào)節(jié)電機通過二級減速齒輪副32驅(qū)動所述絲桿螺母38機構(gòu)的絲桿轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)所述偏心滑塊35的水平滑動；所述絲桿螺母38機構(gòu)的絲桿作為行星輪軸與所述行星齒輪機構(gòu)的行星輪轉(zhuǎn)動配合，所述行星齒輪機構(gòu)的齒圈41固定于所述重心調(diào)節(jié)倉7內(nèi)，所述圓周調(diào)節(jié)電機42通過一級減速齒輪副43驅(qū)動以可離合的方式驅(qū)動行星齒輪機構(gòu)的太陽輪40轉(zhuǎn)動，(電機42與太陽輪40之間的傳動鏈中可設(shè)置牙嵌離合器45實現(xiàn)可離合)；在重心調(diào)節(jié)倉7中，水平調(diào)節(jié)伺服電機30固定安裝在重心調(diào)節(jié)倉7內(nèi)的基座44上，重心調(diào)節(jié)倉7內(nèi)還固定設(shè)置有與絲桿平行的中間軸31，絲桿以可繞中間軸31轉(zhuǎn)動的方式支承在中間軸31上，伺服電機通過二級減速增矩齒輪副帶動絲桿自轉(zhuǎn)，絲桿的自轉(zhuǎn)將帶動與偏心滑塊35固定連接的螺母38沿絲桿軸向運動，從而對偏心滑塊35與絲桿的相對位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，行星齒輪機構(gòu)的齒圈41與中間軸31保持同軸，絲桿作為行星輪軸與行星輪配合，當(dāng)行星齒輪機構(gòu)的太陽輪40在圓周調(diào)節(jié)電機42的帶動下轉(zhuǎn)動時，作為行星輪軸的絲桿將繞太陽輪40公轉(zhuǎn)，因此，螺母38也將繞太陽輪40軸線進(jìn)行公轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)偏心滑塊35的圓周轉(zhuǎn)動，綜上所速，重心調(diào)節(jié)機構(gòu)可以靈活方便的實現(xiàn)重心的水平調(diào)節(jié)和圓周方向調(diào)節(jié)，進(jìn)而使水下機器人產(chǎn)生俯仰運動和回轉(zhuǎn)運動或者平衡。

本實施例中，所述機器人主體內(nèi)還設(shè)有傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)包括：攝像機19，所述攝像機19設(shè)置于所述機器人主體前端并信號連接于所述控制系統(tǒng)，用于將采集的圖像數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)上傳至水面上的控制中心23；高度計17，所述高度計17用于實時測量水下機器人所處的高度，且該高度計17信號連接于所述控制系統(tǒng)，用于將采集的高度數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)上傳至水面上的控制中心23；電子羅盤18，所述電子羅盤18用于測量水下機器人的艏向角、縱傾角和橫搖角，且該電子羅平信號連接于所述控制系統(tǒng)，用于將所獲得的方位數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)上傳至水面的控制中心23；超聲波探測儀，所述超聲波探測儀設(shè)置于機器人主體前端，用于對水下建筑體的內(nèi)部的進(jìn)行探傷；該該超聲波探測儀信號連接于所述控制系統(tǒng)，用于將所獲得的裂紋裂縫數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)上傳至水面上的控制中心23。

本實施例中，所述水下機器人主體的橫向兩側(cè)對稱分列設(shè)置有至少兩對垂直推進(jìn)器9；垂直推進(jìn)器9的設(shè)置使得水下機器人可以實現(xiàn)快速的上升和下潛，具有更高的機動性，更好的抗干擾性，同時滿足了機器人對在特殊位置懸停作業(yè)等一系列要求。

本實施例中，所述水下機器人主體橫向兩側(cè)設(shè)置有用于容納所述氣囊8的氣囊倉5，所述氣囊倉5設(shè)有進(jìn)水口，所述氣囊8的口部連通于所述氣缸的出氣口。

本實施例的水下檢測機器人還包括固定于機器人主體兩側(cè)的水平滑翔翼6，所述機器人主體尾部設(shè)有水平螺旋推進(jìn)器11，滑翔翼6的設(shè)置配合了浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使水下機器人可以實現(xiàn)低能耗下的定?；柽\動，而螺旋槳推進(jìn)器在水下航行，可以實現(xiàn)機器人的快速航行，同時在機器人做滑翔運動時，也可以加快機器人的運動。這也大大提高了機器人滑翔的機動性。

本發(fā)明的水下檢測機器人還包括可漂浮于水面的浮標(biāo)通訊系統(tǒng)12，所述浮標(biāo)通訊系統(tǒng)12通過有線通信的方式與所述傳感系統(tǒng)信號連接，所述浮標(biāo)通訊系統(tǒng)12用于將傳感系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)與圖像通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞到水面控制中心23進(jìn)行實時分析處理，從而實現(xiàn)了水下與水上數(shù)據(jù)的實時通信、監(jiān)控和處理。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。