一种可悬浮履带式多功能水下机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可悬浮履带式多功能水下机器人，其包括底盘、集物箱、浮力机构和作业模块，底盘的底部设有履带式行走机构，集物箱设置在底盘上，且集物箱的前部和尾部分别设有作业模块和推进机构，作业模块为机械手臂，可实现抓取、控制吸水管位姿、维修等多种功能，推进机构由一对螺旋桨组成，既可以实现水平方向的前进和转向，同时可以为集物箱制造低压区从而吸入海底资源，浮力机构包括多个浮力调整气囊，实现对装置的升沉进行主动控制、从而，可悬浮履带式多功能水下机器人能同时够实现水下漂浮运动和坐底式行进，本实用新型专利技术可在恶劣海况中自行到达工作海域，进行下潜与上浮和海底作业，缩短了作业周期，提高作业安全性。

A suspended multi functional underwater vehicle

The utility model discloses a suspended caterpillar multi-functional underwater vehicle, which comprises a chassis, a collecting box, a buoyancy mechanism and a working module. A crawler-type walking mechanism is arranged at the bottom of the chassis, a collecting box is arranged on the chassis, and a working module and a propulsion mechanism are respectively arranged at the front and rear parts of the collecting box. The manipulator arm can grasp, control the position and posture of the suction pipe, repair and other functions. The propulsion mechanism consists of a pair of propellers, which can realize the horizontal direction of forward and steering. At the same time, the low-pressure area can be made for the collecting box to absorb seabed resources. The buoyancy mechanism includes a number of buoyancy adjustment airbags to achieve the device. The multi-functional underwater vehicle with suspended crawler can achieve both underwater floating motion and bottom-sitting traveling by active control of heave. The utility model can reach the working sea area by itself in harsh sea conditions, carry out submarine and floating and submarine operations, shorten the operation cycle and improve the operation safety.

【技术实现步骤摘要】
一种可悬浮履带式多功能水下机器人
本技术涉及海底集矿
，尤其涉及一种可悬浮履带式多功能水下机器人。
技术介绍
随着人类社会经济和工业的飞速发展，对矿产资源的需求也逐渐增加，为了解决陆地资源日益枯竭的问题，人们开始把视线投向了海洋。海洋面积占地球表面积的71％，除了海洋石油气资源和海滨矿砂之外，海底还蕴藏着储量巨大、极具商业开采价值的多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等金属矿产资源。这些矿物中富含镍、钴、铜、锰及金、银金属等，总储量分别高出陆上相应储量的几十倍到几千倍。除此之外，海底还有海参等珍贵水产品、琥珀等矿产资源。2013年我国又正式获得一块太平洋富钴结壳矿区。显然，深海矿产资源的开发必须依赖深海采矿装备进行。2015年5月19日公布的《中国制造2025》为“制造强国”战略指明了方向，把“海洋工程装备及高科技船舶”归为重点突破的十大战略领域之一，着重进行先进海洋工程装备的研发和国有化。随着现代计算机技术的发展和自动化控制在制造业的普及，产品的智能化，多功能化也成为了必然的趋势。海洋工程作业具有作业环境复杂、作业精度要求高的特点，因此，实现作业装备的智能化、自动化与多动能化能够有效应对复杂的作业环境、提高作业生产率，从而降低人力成本，对海洋资源的的合理开发有着重要的意义。现有的海底集矿设备存在以下缺点：1)、不具备悬浮、漂浮能力，工作时需要额外配置母船进行投放与回收，成本较高，效率低下。2)、只能进行贴底作业，由于只配有履带机构而没有浮力设备，在工作时只能依靠履带等设备在海底进行三自由度运动。遇到陡坡等海底地形时需要强大的功率才能行进，容易烧坏主机，降低系统的可靠性。遇到复杂多变的海底地形时不能自由地调整姿态，易触碰障碍物，对集矿设备造成一定的损坏。3)、水下拍摄困难。由于现有的海底集矿设备结构笨重，若要对海底环境进行详细的、全方位多角度的拍摄，需要安装多个水下摄像头，对海底集矿设备结构布局有着很高的要求，也加大了设备设计时的难度，提高了人力物力的投入。4)、由于没有配备机械手臂，因此无法清理障碍物，只能吸取平坦海底的矿石，当有石块或者其他杂物压在待吸取物上时必须选择放弃作业，强行作业易损伤集矿头。
技术实现思路
本技术主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种无需配置母船进行投放和回收，能够在水下实现六自由度运动，有效地避开障碍物；实现水下大角度拍摄，探测海底地形，寻找合适的矿区；具备在矿区作业时清理石块等障碍物的能力，提高吸矿的效率和质量的可悬浮履带式多功能水下机器人。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本技术提供的可悬浮履带式多功能水下机器人，其包括底盘、集物箱、浮力机构和控制机构，所述底盘的底部设有行走机构，所述集物箱设置在所述底盘上，且所述集物箱的前部和尾部分别设有作业模块和推进机构，所述作业模块用于采集矿物并输送至所述集物箱中，所述浮力机构包括多个浮力调整气囊，多个所述浮力调整气囊沿所述集物箱的顶部横向对称分布，以及所述控制机构分别与所述行走机构、作业模块、推进机构和浮力调整气囊相连接。进一步地，所述浮力调整气囊包括气囊本体和隔膜，所述隔膜设置在所述气囊本体的内部中间位置处，且将所述气囊本体的内腔分割成第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和第二腔体上均设有双向气阀，所述双向气阀与所述控制机构相连接。进一步地，所述气囊本体采用尼龙材料制作而成。进一步地，所述作业模块包括海底适应性集矿器、吸水管和多个进矿口，多个所述进矿口设置在所述集物箱的前部，且与所述集物箱相连通，所述海底适应性集矿器经所述吸水管与所述进矿口相连接。进一步地，所述进矿口上还设有伸缩调节机构，所述伸缩调节机构与所述吸水管相连接，且用于调节所述吸水管的伸缩长度。进一步地，所述推进机构包括对称设置在所述集物箱尾部两侧的螺旋桨，两个所述螺旋桨还分别与两个所述驱动电机相连接，所述集物箱的内部还设有滤网。进一步地，所述集物箱的前部还设有水平平台，所述水平平台上设有机械手臂，所述机械手臂具有六个自由度，且所述机械手臂的悬臂端连接有机械爪和/或照相机。进一步地，所述集物箱上装有定位仪以及姿态传感器，所述姿态传感器包括三轴陀螺仪和三轴加速度计。本技术的有益效果在于：(1)、采用了浮力调整气囊构成了浮力机构，可以通过控制双向气阀的开启关闭改变浮力机构的进气量，从而获得不同的浮力，使得机器人能够在水中漂浮或是悬浮作业；与传统的海底集矿设备相比，本技术在工作前后无需配饰母船进行投放与回收，缩短了作业时间与任务周期，大大降低了人力物力成本。(2)、浮力调整气囊的数量有多个，且沿集物箱的顶部横向对称分布，而且浮力调整气囊的内部中间设有隔膜，将浮力调整气囊平均分为第一腔体和第二腔体，通过横向或者纵向进气量的差异，浮力调整气囊在横向以及纵向获得大小不同的浮力，从而实现水下机器人的横摇与纵摇运动，从而使本技术能够实现水下六自由度的运动，能够更加灵活有效地避开障碍物，减小碰撞与磨损。(3)、通过两个驱动电机分别控制两个螺旋桨的转速，在悬浮或是漂浮状态下，螺旋桨通过正转、反转或是差速转动实现前进以及转向功能，在水下工作时能够更加灵活地应对海底地形、环境载荷。(4)、利用螺旋桨高速转动形成强大的抽吸力将矿物通过海底适应性集矿器吸出，且抽吸力可以通过调整螺旋桨转速来控制，该设计将动力装置与工作装置结合为一体，无需额外的工作泵吸取矿物，大大地减小了本技术的重量，也使得该海底集矿机器人较传统集矿设备能够存储运输更多的矿石。(5)、安装了具有六个自由度的机械手臂，能够在水下在任意位置以任意姿态进行工作。机械手臂前段安装有机械爪/或照相机，其能根据实际作业需求实时更换，实现水下全方位、大角度拍摄，也可以清理障碍物，以便海底适应性集矿器高效的吸取矿石，在海底作业时碰到故障也能自行维修。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术的可悬浮履带式多功能水下机器人的结构示意图；图2是本技术的可悬浮履带式多功能水下机器人的另一角度的结构示意图；图3是本技术的可悬浮履带式多功能水下机器人的浮力机构的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的优选实施例进行详细阐述，以使本技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。本技术的基本构思在于：根据海底集矿作业的特点，通过将浮力机构、作业模块、海底适应性集矿器以及机械手臂等系统的多功能化集成以及协同作业，提高海底采矿的效率，并且提高应对复杂的海底地形、洋流载荷与作业工况的能力。参阅图1-3所示，本技术的可悬浮履带式多功能水下机器人，其包括底盘1、集物箱2、浮力机构3和控制机构4，底盘1的底部设有行走机构5，集物箱2设置在底盘1上，且集物箱2的前部和尾部分别设有作业模块6和推进机构7，作业模块6用于采集矿物并输送至集物箱2中，浮力机构3包括多个浮力调整气囊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可悬浮履带式多功能水下机器人，其特征在于，包括底盘、集物箱、浮力机构和控制机构，所述底盘的底部设有行走机构，所述集物箱设置在所述底盘上，且所述集物箱的前部和尾部分别设有作业模块和推进机构，所述作业模块用于采集矿物并输送至所述集物箱中，所述浮力机构包括多个浮力调整气囊，多个所述浮力调整气囊沿所述集物箱的顶部横向对称分布，以及所述控制机构分别与所述行走机构、作业模块、推进机构和浮力调整气囊相连接。

【技术特征摘要】
1.一种可悬浮履带式多功能水下机器人，其特征在于，包括底盘、集物箱、浮力机构和控制机构，所述底盘的底部设有行走机构，所述集物箱设置在所述底盘上，且所述集物箱的前部和尾部分别设有作业模块和推进机构，所述作业模块用于采集矿物并输送至所述集物箱中，所述浮力机构包括多个浮力调整气囊，多个所述浮力调整气囊沿所述集物箱的顶部横向对称分布，以及所述控制机构分别与所述行走机构、作业模块、推进机构和浮力调整气囊相连接。2.如权利要求1所述的可悬浮履带式多功能水下机器人，其特征在于，所述浮力调整气囊包括气囊本体和隔膜，所述隔膜设置在所述气囊本体的内部中间位置处，且将所述气囊本体的内腔分割成第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和第二腔体上均设有双向气阀，所述双向气阀与所述控制机构相连接。3.如权利要求2所述的可悬浮履带式多功能水下机器人，其特征在于，所述气囊本体采用尼龙材料制作而成。4.如权利要求1-3任一项所述的可悬浮履带式多功能水下机器人，其特征在于，所述作业模...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国成，肖龙飞，吴泽仁，陈思益，施涤凡，李清炀，马昭，赵伟杰，张明元，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：新型
国别省市：上海,31