一种作业级水下机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种海洋浅水监测、作业设备，更具体地涉及一种作业级水下机器人。该机器人利用设计的多个波纹管平衡总成结构，改变设备浮心位置及浮力大小，实现俯仰、横滚运动及沉浮运动，可保持水下潜浮状态，相比同类可进行浮力调节的水下机器人，去除了笨重、复杂的压缩结构，同时兼具调节精确、调节量大、反应快的特点。该机器人应用于水产养殖领域，满足对网箱实行全天候的水下监控，并能检测网箱的破损情况、网箱内部饵料的剩余情况、进行病体水产采样、检测水温水质参数的变化等多种需求，具有很高的设备使用频率和很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种作业级水下机器人
本专利技术涉及一种海洋浅水监测、作业设备，更具体地涉及一种作业级水下机器人。
技术介绍
中国专利技术专利申请公开说明书CN200910220204公开了一种水下机器人用双向排油式浮力调节装置，这种装置由直流电机驱动一个双向齿轮泵，通过双向齿轮泵的正、反转实现皮囊排油或回油，从而调节水下机器人的浮力；但是，这种方案受限于充油、排油时皮囊外形变化具有不稳定性，无法调节浮心位置。中国专利技术专利申请公开说明书CN201510679709公开了一种水下机器人用自排油式浮力调节装置，该装置采用液压方案，通过蓄能器，实现皮囊主动排油被动回油，同样存在无法浮心位置调节的问题。中国专利技术专利申请公开说明书CN201710211900公开了一种水下机器人用自适应浮力微标定集散系统，该系统利用电机驱动使球囊缩机构形变实现浮力的微标定，可通过多个装置控制浮心位置；但是，这一方案结构复杂，相对浮力改变量微小。水下机器人可分为观察级和作业级。观察级ROV本体尺寸和重量较小，负荷较低，搭载有摄像头，常用于水下视频监测，设备可扩展能力弱，功能较为单一。作业级ROV主要用于水下施工、公安消防、科研等领域，可搭载液压或电动水下机械手，能进行水下打捞、水下施工水下抓取、水下采样、水下标记等水下作业，但往往设备体积庞大，工作噪声大，设备操作复杂且造价高昂。
技术实现思路
本专利技术为解决上述存在的至少一种技术缺陷，设计一种作业级水下机器人。该机器人利用设计的多个波纹管平衡总成结构，改变设备浮心位置及浮力大小，实现俯仰、横滚运动及沉浮运动，可保持水下潜浮状态，相比同类可进行浮力调节的水下机器人，去除了笨重、复杂的压缩结构，同时兼具调节精确、调节量大的特点。该机器人应用于水产养殖领域，满足对网箱实行全天候的水下监控，并能检测网箱的破损情况、网箱内部饵料的剩余情况、进行病体水产采样、检测水温水质参数的变化等多种需求，具有很高的设备使用频率和很好的应用前景。本专利技术的技术方案是：一种作业级水下机器人，机器人通过脐带电缆与上位机连接，机器人设有机架，机架顶部设有浮体，机架的两侧设有推进器，机架内设有控制系统、平衡装置、探测装置，所述推进器、平衡装置、探测装置与控制系统电连接，其中平衡装置包括若干个平衡总成、缓冲罐，平衡总成包括波纹管平衡器，波纹管平衡器设有驱动机构，缓冲罐分别设于机架两侧并通过气体缓冲导管与波纹管平衡器连通，驱动机构通过线缆管道与控制系统电连接。该机器人在水下进行作业时，上位机通过脐带电缆控制该机器人的控制系统实现该机器人的行动。当机器人下沉时，控制系统控制波纹管平衡器内的驱动机构驱动波纹管平衡器进行直线伸缩运行，将波纹管平衡器内的空气通过气体缓冲导管排放到缓冲罐，使机器人的浮力大小保持不变，保持较为稳定的定深状态，在此基础上，上位机可以通过控制系统控制机器人的平衡装置、推进器实现俯仰、横滚及沉浮运动，可保持水下潜浮状态，相比同类可进行浮力调节的水下机器人，去除了笨重、复杂的压缩结构，同时兼具浮力控制精度高、反应迅速的特点。本机器人应用于网箱养殖领域具有水下作业能耗低、噪声小、对水下生物干扰小的优点。进一步，波纹管平衡器包括波纹管以及波纹管两端的上法兰、下法兰，波纹管的两端止口处分别设有法兰上盖、法兰下盖，法兰上盖、法兰下盖均用密封橡胶圈与波纹管的两端止口加固形成封闭腔。波纹管平衡器中的波纹管通过上法兰、下法兰、法兰上盖、法兰下盖形成一个密封的封闭腔，保持波纹管平衡器内的气压稳定，便于控制机器人的浮力。进一步，法兰上盖与上法兰、法兰下盖与下法兰之间均设有尼龙垫圈。增强密封性，保持波纹管平衡器封闭腔内的气密性和防水性，以免驱动机构因渗水烧坏。进一步，驱动机构设于封闭腔内，驱动机构为带编码器的电动推杆，驱动机构的两端分别通过销钉与法兰上盖、法兰下盖连接，法兰上盖设有两个孔分别连接气体缓冲管道和线缆管道。这种设计使驱动机构在直线上驱动波纹管进行伸缩运动，提高控制精度，保持封闭腔变形稳定。控制系统通过线缆管道与驱动机构电连接，法兰上盖的气体缓冲管道连接缓冲罐，将封闭腔内的空气排到缓冲罐储存。进一步，机架设有顶板、底板，底板与顶板之间设有若干导向杆、支架，导向杆、支架沿轴向竖直设置，导向杆环绕支架均匀分布并穿过上法兰和下法兰的孔位。顶板、底板通过螺栓与机架进行固定，导向杆、支架通过螺栓固定于顶板和底板之间，导向杆呈圆周环绕支架均布并穿过平衡总成上法兰、下法兰的孔位，导向杆引导平衡总成进行伸缩运动，提高该机器人的控制精度。进一步，导向杆穿过上法兰、下法兰的孔位内均设有套筒，套筒与法兰孔通过铝合金垫片紧固，套筒内设有铜轴套，铜轴套与导向杆同轴配合。铝合金垫片用于限制套筒在波纹管的法兰孔位中的轴向位移，套筒用于补偿波纹管中法兰孔位的空隙，提高螺栓密封性能，套筒内的铜轴套与导向杆同轴配合，用于平衡总成与导向杆之间的运动润滑。进一步，顶板、底板上均设有若干个预留孔位，预留孔位上设有配重块。顶板、底板上均留有多个预留孔位，用于固定配重块，通过选择合适的浮体及调整配重块数目及位置使机器人调整为零浮力状态，调整机器人重心位置，使重心处于机架几何中心所在垂线上，提高机器人的控制精度。进一步，控制系统包括电子仓，电子仓设于支架内，电子仓内设有电控装置、电流传感器、六轴姿态传感器，电流传感器、六轴姿态传感器均与电控装置电连接，电控装置通过线缆管道与驱动机构电连接，电子仓外设有若干组接头，探测装置、推进器通过接头与电控装置电连接，电控装置通过脐带电缆与上位机连接。电子仓为防水密封结构，上位机通过电子仓的电控装置采集六轴姿态传感器的数据来进行对驱动机构、推进器进行控制，实现对机器人的行动控制，机器人通过探测装置实现对水下环境的监测和作业，其中电流传感器用于检测各个驱动器、推进器的电流大小，监测机器人内部设备的运转状况。进一步，控制系统还设有温湿度传感器、压力传感器，温湿度传感器、压力传感器均设于法兰上盖并通过线缆管道与电控装置电连接。温湿度传感器检测检测驱动机构是否发生故障，平衡总成内的封闭腔是否发生漏水，压力传感器检测平衡总成内封闭腔的压力值变化。进一步，探测装置设有水质传感器、水压传感器、摄像头、照明机构、云台、水下作业设备，水质传感器、水压传感器、摄像头、照明机构均设于机架上，云台通过螺栓固定于机架的底板边缘下，水下作业设备搭载在云台上。上述设备用于采集及辅助采集水下图像及水质信息，通过电子仓进行数据处理后通过脐带电缆传输至上位机。本专利技术的有益效果是：利用设计的若干个平衡总成，改变机器人的浮心位置及浮力大小，实现机器人的俯仰、横滚及沉浮运动，使机器人保持水下潜浮状态，相比同类可进行浮力调节的水下机器人，该机器人去除了笨重、复杂的压缩结构，同时兼具浮力控制精度高、反应迅速的特点。本机器人应用于网箱养殖领域具有低功耗、能长期稳定地进行网箱养殖视频监测、多种水质检测及轻度水下作业、水下作业能耗低、噪声小、对水下生物干扰小等优点。附图说明图1是本专利技术整体结构示意图。图2是图1的另一视角示意图。图3是本专利技术的机架示意图。图4是本专利技术的平衡总成结构示意图。图5是本专利技术的波纹管平衡器的结构示意图。图6是本专利技术的平衡总成中法兰上盖结构示意图。图7是本专利技术平衡总成中法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种作业级水下机器人，所述机器人通过脐带电缆与上位机连接，所述机器人设有机架（1），所述机架（1）的顶部设有浮体（2），所述机架（1）的两侧设有推进器（3），所述机架（1）内设有控制系统（4）、平衡装置、探测装置，所述推进器（3）、平衡装置、探测装置与控制系统（4）电连接，其特征在于，所述平衡装置包括若干个平衡总成（5）、缓冲罐（6），所述平衡总成（5）包括波纹管平衡器（7），所述波纹管平衡器（7）设有驱动机构（8），所述缓冲罐（6）分别设于机架（1）两侧并通过气体缓冲导管（9）与波纹管平衡器（7）连通，所述驱动机构（8）通过线缆管道（10）与控制系统（4）电连接。

【技术特征摘要】
1.一种作业级水下机器人，所述机器人通过脐带电缆与上位机连接，所述机器人设有机架（1），所述机架（1）的顶部设有浮体（2），所述机架（1）的两侧设有推进器（3），所述机架（1）内设有控制系统（4）、平衡装置、探测装置，所述推进器（3）、平衡装置、探测装置与控制系统（4）电连接，其特征在于，所述平衡装置包括若干个平衡总成（5）、缓冲罐（6），所述平衡总成（5）包括波纹管平衡器（7），所述波纹管平衡器（7）设有驱动机构（8），所述缓冲罐（6）分别设于机架（1）两侧并通过气体缓冲导管（9）与波纹管平衡器（7）连通，所述驱动机构（8）通过线缆管道（10）与控制系统（4）电连接。2.根据权利要求1所述的一种作业级水下机器人，其特征在于，所述波纹管平衡器（7）包括波纹管（11）以及波纹管（11）两端的上法兰（12）、下法兰（13），所述波纹管（11）的两端止口处分别设有法兰上盖（14）、法兰下盖（15），所述法兰上盖（14）、法兰下盖（15）均用密封橡胶圈与波纹管（11）的两端止口加固形成封闭腔。3.根据权利要求2所述的一种作业级水下机器人，其特征在于，所述法兰上盖（14）与上法兰（12）、法兰下盖（15）与下法兰（13）之间均设有尼龙垫圈（16）。4.根据权利要求2所述的一种作业级水下机器人，其特征在于，所述驱动机构（8）设于封闭腔内，所述驱动机构（8）为带编码器的电动推杆，所述驱动机构（8）的两端分别通过销钉与法兰上盖（14）、法兰下盖（15）连接，所述法兰上盖（14）设有两个孔分别连接气体缓冲管道（9）和线缆管道（10）。5.根据权利要求2所述的一种作业级水下机器人，其特征在于，所述机架（1）设有顶板（17）、底板（18），所述底板（18）与顶板（17）之间设有若干导向杆（19）、支架（20），所述导向杆（19）、支架（20）沿轴向竖直设置，所述导向杆（19）...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞国燕，刘子浪，林沛宣，劳俊达，李志鹏，李日辉，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：广东,44