CN115042945B - 一种海底打捞用观察机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海底打捞用观察机器人，主要涉及水下作业工具领域。一种海底打捞用观察机器人，包括壳体，所述壳体前端设置透明罩体，所述透明罩体内设置摄像头，所述壳体外侧呈圆周均匀开设至少五个履带槽，所述履带槽内设置履带轮组，所述履带轮组外侧张紧履带，有且仅有两条履带与地面相接触；所述履带外侧线性均匀设置外咬合齿，所述壳体内侧设置与履带一一对应的驱动齿轮，所述壳体中心设置与驱动齿轮相配合的蜗杆，所述蜗杆一端设置蜗杆驱动装置，所述壳体后端设置牵引电缆。本发明的有益效果在于：本发明能够适应海底的复杂地形，不存在倾覆危险。

Description

一种海底打捞用观察机器人

技术领域

本发明主要涉及水下作业工具领域，具体是一种海底打捞用观察机器人。

背景技术

每年因为天气原因、人为因素等造成货物沉入海底，因为地质灾害、年久失修等原因造成堤坝混凝土块沉入海底的事故频发，对于其中有价值的部分，进行海底打捞作业是很有必要的。由于水下地质环境较为复杂，在进行打捞作业前，需要对水下情况进行细致的调查，绘制出建议的水下地势情况，以为后续的打捞作业提供数据支持。

目前对于水下的调查，主要通过雷达探测以及水下机器人探索两种方式相结合的办法，雷达探测能够绘制出一定区域内宏观的地理走势，水下机器人的影响则能够帮助确定沉积物的具体位置、状态等。

目前的水下机器人或采用桨叶驱动，或采用落地式结构，利用轮组或者履带驱动，其中利用桨叶驱动的机器人悬浮在水底一段距离进行观测，桨叶的转动会带起泥沙，对观测造成影响。而在水下落地式的机器人则因为速度较慢，又无桨叶的搅动，可以观察的更为清晰。但是这种机器人需要面对复杂的水底环境，容易在水底发生卡住、倾覆等问题，使用效果不好。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种海底打捞用观察机器人，它四周均具有履带支撑，能够适应海底的复杂地形，不存在倾覆危险。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种海底打捞用观察机器人，包括壳体，所述壳体呈流线型子弹状，所述壳体前端设置透明罩体，所述透明罩体内设置摄像头，所述透明罩体后端设置防水的控制腔，所述控制腔内设置控制模块，所述壳体外侧呈圆周均匀开设至少五个履带槽，所述履带槽内设置履带轮组，所述履带轮组外侧张紧履带，所述履带截面为圆弧形，有且仅有两条履带与地面相接触；所述履带外侧线性均匀设置外咬合齿，所述壳体内侧设置与履带一一对应的驱动齿轮，所述壳体中心设置与驱动齿轮相配合的蜗杆，所述蜗杆一端设置蜗杆驱动装置，所述摄像头、蜗杆驱动装置均与控制器电连接，所述壳体后端设置牵引电缆。

所述壳体内设置朝向感应传感器，所述朝向感应传感器与控制器电连接。

所述朝向感应传感器为电子陀螺仪传感器。

所述朝向感应传感器包括感应腔、导电滑环以及重力触点，所述导电滑环内壁上呈圆周均匀设置若干向导电电路，所述重力触点转动设置在感应腔内，且所述重力触点的转动轴与导电滑环同心设置，所述重力触点与导电滑环内壁相接触。

所述朝向感应传感器包括感应腔、若干接触传感器以及重力球，多个所述接触传感器在感应腔内壁上呈圆周均匀分布，所述重力球即设置在感应腔内。

所述蜗杆末端与壳体通过球头连接，所述壳体内中部设置角度调节电机，所述角度调节电机的电机轴上设置调节盘，所述调节盘后侧沿半径方向设置电推杆，当所述电推杆处于伸展状态时，所述电推杆前端处于调节盘圆心处，所述电推杆的推杆前端与蜗杆前端球头连接，所述蜗杆驱动装置设置在蜗杆末端，所述蜗杆驱动装置与蜗杆末端通过万向联轴节连接。

所述电推杆前端设置弹簧杆，所述弹簧杆设置在推杆与球头之间。

所述调节盘后侧中心设置定位环，所述电推杆前端与定位环相适应。

所述履带内侧设置内咬合齿，所述履带轮组的各个轮子外壁上设置与内咬合齿相配合的轮齿，所述驱动齿轮与外咬合齿相配合。

所述牵引电缆末端与壳体之间设置导电旋转接头。

对比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明在机器人壳体的外侧圆周均匀设置若干履带，在机器人运行时，必有两条履带同时接触地面。在机器人发生翻转后，依然能够保证履带与地面的接触，使机器人仍然能够正常运行，从而使机器人适应海底的复杂环境。本机器人采用履带驱动在海底移动，并无桨叶的设置，履带本身转速较慢，不会对水流造成较大的扰动，因而使水底的浑浊有限，能够更好的进行海底观测。

本机器人为了节省电量消耗，同时减少对于水流的扰动，仅与地面接触的两条履带处于运行状态，从而能够更好的完成水底探测活动。

附图说明

图1是本发明立体视角结构示意图；

图2是本发明主视状态结构示意图；

图3是本发明左视状态结构示意图；

图4是本发明图3的B-B方向局部剖视结构示意图；

图5是本发明履带驱动结构第一视角结构示意图；

图6是本发明履带驱动结构第二视角结构示意图；

图7是本发明履带驱动结构第三视角结构示意图；

图8是本发明蜗杆水平状态结构示意图；

图9是本发明蜗杆下沉状态结构示意图；

图10是本发明图2的A部局部放大结构示意图；

图11是本发明朝向传感器一种结构示意图；

图12是本发明朝向传感器另一种结构示意图；

图13是本发明蜗杆同时驱动两个驱动齿轮的结构示意图；

图14是本发明蜗杆驱动单个驱动齿轮的结构示意图。

附图中所示标号：1、壳体；2、摄像头；3、履带轮组；4、履带；5、驱动齿轮；6、蜗杆；7、蜗杆驱动装置；9、角度调节电机；11、透明罩体；12、控制腔；13、履带槽；41、外咬合齿；42、内咬合齿；81、感应腔；82、导电滑环；83、重力触点；84、接触传感器；85、重力球；91、调节盘；92、电推杆；93、弹簧杆；94、定位环。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例1：

本实施例提供一种海底打捞用观察机器人，包括壳体1，壳体1内通过轻质合金焊接骨架进行支撑，壳体1采用轻质合金板材或者碳纤维板材，壳体1与骨架进行密封防水安装。所述壳体1呈流线型子弹状，该种流线型的设计能够使本观察机器人在水下行驶时阻力更小。同时该种结构为后续环绕式履带安装提供了结构基础。

所述壳体1前端安装透明罩体11，透明罩体11与壳体1密封安装。所述透明罩体11采用半球形结构，在壳体1的顶部接触地面时，壳体1会由于重心不稳而倾倒，避免因为头部着地而无法移动。所述透明罩体11内安装摄像头2，摄像头2用于观测水底环境，为海底打捞提供清楚的视频数据支持。透明罩体11可以保证摄像头2的稳定运行，防止摄像头2受到海水的侵蚀。所述透明罩体11后端具有防水的控制腔12，该控制腔12与透明罩体11采用隔板隔断。所述控制腔12内安装控制模块，控制模块作为本装置各电器元件的控制部件。

具体的，所述壳体1外侧呈圆周均匀开设至少五个履带槽13，本实施例中以五个履带槽13的开设为例，每个所述履带槽13内均转动安装履带轮组3，履带轮组3包括前后两端的张紧轮以及中部的若干支撑轮，本实施例中，两个张紧轮分别位于履带4的两端，对履带4进行张紧，而本实施例中仅采用一个支撑轮对履带4中部进行支撑，该支撑轮位于两个张紧轮连线的的中心处。所述履带轮组3外侧张紧履带4，通过履带4在海底驱动机器人前进，摩擦力更强，通过性也更好。具体的，所述履带4截面为圆弧形，五条履带的截面弧形在同一圆周上，从而在两条履带4对机器人进行支撑时，能够确保履带4与底面的接触。与其相对应的，所述张紧轮以及支撑轮侧壁为与履带4内壁相配合的弧形。所述履带4内侧具有内咬合齿42，所述履带轮组3的各个轮子外壁上具有与内咬合齿42相配合的轮齿，所述张紧轮与支撑轮均通过轮齿与内咬合齿42的配合完成对履带4的支撑，使履带4能够稳定的被驱动。更为具体的，所述履带4采用橡胶材质，由于履带4为弧形，将其张紧在弧形的张紧轮上后，可以保证履带4的稳定性，防止履带4松脱。

需指出的是，在机器人的运行过程中，有且仅有两条履带4与地面相接触。所述履带4外侧线性均匀布置外咬合齿41，所述壳体1内侧设置与履带4一一对应的驱动齿轮5。驱动齿轮5与履带4外侧的外咬合齿41相啮合，通过驱动齿轮5可以带动履带4的转动，从而驱动机器人在水下的运行。多个所述驱动齿轮5均被同一驱动装置进行驱动。具体的，所述壳体1中心转动安装与驱动齿轮5相配合的蜗杆6，其中所述蜗杆6末端与壳体1通过球头转动连接，所述蜗杆6末端设置蜗杆驱动装置7，所述蜗杆驱动装置7为蜗杆电机，蜗杆电机与蜗杆6末端通过万向联轴节连接。具体的，所述蜗杆6末端的球头底部设置延伸杆，延伸杆与蜗杆6同轴，所述延伸杆即为与蜗杆电机相连接的部位。所述壳体1内中部安装角度调节电机9，角度调节电机9采用伺服电机。所述角度调节电机9的电机轴上固定连接调节盘91，所述调节盘91前侧沿半径方向安装电推杆92，所述电推杆92的末端朝向外侧。当所述电推杆92处于伸展状态时，所述电推杆92前端处于调节盘91圆心处。所述电推杆92的推杆前端安装球头座，所述球头座与蜗杆6前端球头连接。所述角度调节电机9可以驱动调节盘91十等分转动，使蜗杆6能够在分别与五个驱动齿轮5啮合位置、移动到两个相邻驱动齿轮5之间与两个驱动齿轮5啮合的位置，从而可以使蜗杆6能够对单个驱动齿轮5驱动，也可对相邻的两个驱动齿轮5同时驱动。具体的，当所述角度调节电机9受到控制模块的控制驱动调节盘91转动，使电推杆92转动到朝向位于底部的单个驱动齿轮5时，所述控制模块控制电推杆92回缩一定距离，使蜗杆6与处于底部的该单个驱动齿轮5啮合，蜗杆驱动装置7驱动蜗杆6转动，进而利用与其啮合的单个驱动齿轮5带动单个履带4转动，使机器人与地面接触的两条履带4中仅仅一条被驱动，通过蜗杆驱动装置7的正转或者反转完成对单条履带正转或反转的驱动，进而实现机器人的左转或右转。当所述角度调节电机9受到控制模块的控制调节盘91转动，驱动电推杆92转动到位于下方的两个驱动齿轮5之间时，所述控制模块控制电推杆92继续回缩一定的距离，使蜗杆6与两个驱动齿轮5同时啮合，从而通过驱动齿轮5带动两个履带4同时转动，利用蜗杆驱动装置7的正转或反转带动与地面接触的两条履带4同时正转或同时反转，完成机器人的前进或者后退。

所述电推杆92能够完成两段行程的位移，其中第一段行程能够实现蜗杆6与单个驱动齿轮5的啮合，第二段行程能够实现蜗杆6与两侧驱动齿轮5的同时啮合。在具体的驱动过程中，所述电推杆92可始终保持在第一段行程与第二段行程之间的切换，而不必完全伸展使蜗杆6水平，所述蜗杆6在慢速转动过程中完成与单个驱动齿轮5的啮合与分离。

更为具体的，所述电推杆92前端安装弹簧杆93，所述弹簧杆93安装在推杆与球头之间。所述弹簧杆93可作为缓冲，当电推杆92拉动蜗杆6与驱动齿轮5相啮合时，弹簧杆93可作为缓冲部件，防止蜗杆6与驱动齿轮5啮合过硬而锁死。

所述调节盘91前端中心具有定位环94，当所述电推杆92伸展到最大状态时，所述电推杆92前端与定位环94相抵触，从而实现对电推杆92行程的定位与限位。

与其相配合的，所述壳体1内设置朝向感应传感器，所述朝向感应传感器与控制器电连接。本实施例中，所述朝向感应传感器为电子陀螺仪传感器。所述感应传感器能够检测到机器人的哪一面朝下，从而通过控制器控制角度调节电机9转动相应的角度，使蜗杆6转动到与底部两个驱动齿轮5相啮合的位置，电推杆92带动蜗杆6下沉，通过蜗杆驱动装置7的驱动使驱动齿轮5转动，进而驱动底部与地面接触的履带4转动，完成机器人的运行。当需要机器人转向时，只需要利用控制模块控制电推杆92移动到第一行程段位置，随后控制模块驱动角度调节电机9转动，使蜗杆6仅仅与底面的一个驱动齿轮5相啮合，使该侧的履带4正转或反转，完成机器人的左右转向。

通过以上的结构设计，可以使得仅仅与地面接触的两条履带4可以受到驱动，从而降低了驱动装置7的负载。通过该结构设计，还使得其他三条履带4不再对水流进行扰动，从而减少了水底泥沙被水流带起对视野的影响。

具体的，所述壳体1的后端与前端一样，也优选为球形端面，从而防止机器人后端着地后稳定站立而卡住。半球形的端面使机器人很难竖直站立，在重心不稳下极容易翻倒重新呈现两条履带4着地的情况，从而实现对机器人的驱动。所述壳体1后端安装牵引电缆。所述牵引电缆末端与壳体1之间设置导电旋转接头。导电旋转接头可保证机器人与电缆的转动导通，即便机器人发生翻转，也不会对牵引电缆造成扭曲，提高机器人的实用性，延长牵引电缆的使用寿命。

实施例2：

针对实施例1，本实施例中仅仅在朝向感应传感器的设置上有所区别。本实施例采用导电滑环82为主体组建了一个导体结构的朝向检测机构，该机构包括感应腔81、导电滑环82以及重力触点83，所述导电滑环82内壁上呈圆周均匀设置若干向导电电路，导电电路的设置数量与壳体1外侧的履带4一致，导电电路设置在每两个相邻履带4之间。所述重力触点83转动设置在感应腔81内，且所述重力触点83的转动轴与导电滑环82同心设置。所述重力触点83为偏心结构，重力触点83的较重一端与导电滑环82内壁相接触。当机器人翻倒时，重力触点83在重力作用下会发生转动使较重一端始终朝向下方，此时翻转到底部的导电电路被重力触点83导通，此时电信号即传递到控制模块，控制模块即能判断出哪两个履带4着地，即可进而控制角度调节电机9转动使蜗杆6转动到相应位置，从而与此时位于下方的两个履带4的驱动齿轮5啮合进行驱动。

实施例3：

针对实施例2，本实施例中提供了另一种的朝向感应传感器的组合结构。本实施例中所述朝向感应传感器包括感应腔81、若干接触传感器84以及重力球85，多个所述接触传感器84在感应腔81内壁上呈圆周均匀分布。所述接触传感器84与壳体1外侧的履带4一致，接触传感器84设置在每两个相邻履带4之间。所述重力球85设置在感应腔81内，重力球85在重力作用下始终保持着与感应腔81处于底部位置的侧壁相接触，当机器人翻倒时，重力球85在重力作用下重新与感应腔81处于底部位置的侧壁接触，此时重力球85触发刚好处于底部的接触传感器84，接触传感器84将电信号传递到控制模块，控制模块即能判断出哪两个履带4着地，即可进而控制角度调节电机9转动使蜗杆6转动到相应位置，从而与此时位于下方的两个履带4的驱动齿轮5啮合进行驱动。

以上实施例给出了本装置的几种实现方法，基于此，本机器人在运行时，根据时间顺序的运行步骤为：朝向感应传感器始终保持着检测状态，一旦机器人发生翻转，朝向感应传感器即可将信号传递到控制模块。控制模块即控制角度调节电机9顺时针转动相应角度，利用调节盘91带动电推杆92转动，使电推杆92转动到此时处于底部的两个驱动齿轮5之间，随后电推杆92收缩，拉动蜗杆6下沉，使蜗杆6在转动中与两个驱动齿轮5相啮合，通过蜗杆驱动装置7带动蜗杆6转动，从而带动驱动齿轮5转动，进而驱动两个履带4转动，实现机器人的前进或后退。当机器人需要左转或者右转时，只需要向控制模块发送信号，控制模块控制电推杆92伸展脱离与两个驱动齿轮5的啮合，随后控制模块控制调节电机9转动36度，电推杆92伸展一定行程使蜗杆6与左侧履带的驱动齿轮5啮合，利用蜗杆驱动装置7带动蜗杆6正转或反转，从而带动驱动齿轮5正转或反转，进而驱动左侧履带4前进或后退，实现机器人的右转或左转。

Claims (9)

1.一种海底打捞用观察机器人，包括壳体（1），其特征在于：所述壳体（1）呈流线型子弹状，所述壳体（1）前端设置透明罩体（11），所述透明罩体（11）内设置摄像头（2），所述透明罩体（11）后端设置防水的控制腔（12），所述控制腔（12）内设置控制模块，所述壳体（1）外侧呈圆周均匀开设至少五个履带槽（13），所述履带槽（13）内设置履带轮组（3），所述履带轮组（3）外侧张紧履带（4），所述履带（4）截面为圆弧形，有且仅有两条履带（4）与地面相接触；所述履带（4）外侧线性均匀设置外咬合齿（41），所述壳体（1）内侧设置与履带（4）一一对应的驱动齿轮（5），所述壳体（1）中心设置与驱动齿轮（5）相配合的蜗杆（6），所述蜗杆（6）一端设置蜗杆驱动装置（7），所述蜗杆（6）末端与壳体（1）通过球头连接，所述壳体（1）内中部设置角度调节电机（9），所述角度调节电机（9）的电机轴上设置调节盘（91），所述调节盘（91）后侧沿半径方向设置电推杆（92），当所述电推杆（92）处于伸展状态时，所述电推杆（92）前端处于调节盘（91）圆心处，所述电推杆（92）的推杆前端与蜗杆（6）前端球头连接，所述蜗杆驱动装置（7）设置在蜗杆（6）末端，所述蜗杆驱动装置（7）与蜗杆（6）末端通过万向联轴节连接，所述摄像头（2）、蜗杆驱动装置（7）均与控制器电连接，所述壳体（1）后端设置牵引电缆。

2.根据权利要求1所述的一种海底打捞用观察机器人，其特征在于：所述壳体（1）内设置朝向感应传感器，所述朝向感应传感器与控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的一种海底打捞用观察机器人，其特征在于：所述朝向感应传感器为电子陀螺仪传感器。

4.根据权利要求2所述的一种海底打捞用观察机器人，其特征在于：所述朝向感应传感器包括感应腔（81）、导电滑环（82）以及重力触点（83），所述导电滑环（82）内壁上呈圆周均匀设置若干导电电路，所述重力触点（83）转动设置在感应腔（81）内，且所述重力触点（83）的转动轴与导电滑环（82）同心设置，所述重力触点（83）与导电滑环（82）内壁相接触。

5.根据权利要求2所述的一种海底打捞用观察机器人，其特征在于：所述朝向感应传感器包括感应腔（81）、若干接触传感器（84）以及重力球（85），多个所述接触传感器（84）在感应腔（81）内壁上呈圆周均匀分布，所述重力球（85）设置在感应腔（81）内。

6.根据权利要求1所述的一种海底打捞用观察机器人，其特征在于：所述电推杆（92）前端设置弹簧杆（93），所述弹簧杆（93）设置在推杆与球头之间。

7.根据权利要求1所述的一种海底打捞用观察机器人，其特征在于：所述调节盘（91）后侧中心设置定位环（94），所述电推杆（92）前端与定位环（94）相适应。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种海底打捞用观察机器人，其特征在于：所述履带（4）内侧设置内咬合齿（42），所述履带轮组（3）的各个轮子外壁上设置与内咬合齿（42）相配合的轮齿，所述驱动齿轮（5）与外咬合齿（41）相配合。

9.根据权利要求1所述的一种海底打捞用观察机器人，其特征在于：所述牵引电缆的末端与壳体（1）之间设置导电旋转接头。

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