一種水下搜救機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種水下搜救機(jī)器人，包括：框架結(jié)構(gòu)、電子艙組、探照系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、浮力模塊；推進(jìn)系統(tǒng)包括：左前、右前、左后、右后四個水平推進(jìn)器和位于機(jī)器人中部的垂直推進(jìn)器，推進(jìn)系統(tǒng)用來為機(jī)器人提供動力。本實用新型利用四個水平推進(jìn)器，實現(xiàn)機(jī)器人的進(jìn)退、轉(zhuǎn)彎和側(cè)移動作。本實用新型的有益效果是：該機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡單、機(jī)動靈活、動力強(qiáng)，可廣泛用于資源勘探、構(gòu)筑物、設(shè)施設(shè)備的巡檢、航道的探測、清障以及在災(zāi)害事故發(fā)生后，落水人員施救、水中沉船的搜尋、落水車輛及物體定位打撈、水下指定物體的尋找。
【專利說明】一種水下搜救機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及機(jī)器人制造【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說，涉及一種水下搜救機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]在水下?lián)岆U救援作業(yè)中，低溫、急流、污染等惡劣的作業(yè)環(huán)境對搜救人員的身體傷害極大，且現(xiàn)有的搜救手段效率低下，搜救人員在實施搜救過程中遇到較大困難；因此，亟需研制適用于淺水域搜救的價格適中的水下搜救機(jī)器人。
[0003]目前，應(yīng)用于搜救領(lǐng)域的水下機(jī)器人的種類還十分有限，通過搜救水下機(jī)器人的研發(fā)，為提高工作效率、減少人員傷亡提供設(shè)備支撐，具有客觀實際的經(jīng)濟(jì)與社會意義。
[0004]現(xiàn)有的水下搜救機(jī)器人大多數(shù)只適合在海洋環(huán)境下工作，而無法適應(yīng)在水流湍急，或是河道有雜物的環(huán)境下工作。因此，在復(fù)雜水流環(huán)境下，解決水下機(jī)器人靈活機(jī)動而又高效工作的技術(shù)問題，成為本領(lǐng)域的一個技術(shù)難題。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型提供了一種水下搜救機(jī)器人，以實現(xiàn)在復(fù)雜水流環(huán)境下實現(xiàn)靈活機(jī)動和高效工作。
[0006]為了能夠達(dá)成以上功能，本實用新型提供一種水下搜救機(jī)器人，包括框架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部裝配電子艙組、監(jiān)控系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、探照系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、浮力模塊；所述電子艙組由兩個艙體組成，第一電子艙內(nèi)安裝電源轉(zhuǎn)換模塊，第二電子艙內(nèi)安裝電控模塊；艙體包括:筒體、平封頭，筒體和平封頭采用鉸接方式連接；所述監(jiān)控系統(tǒng)由位于框架結(jié)構(gòu)前部的水下攝像機(jī)和成像聲納組成；所述定位系統(tǒng)由定位聲納組成，定位聲納安裝在框架結(jié)構(gòu)左側(cè)上方；所述作業(yè)系統(tǒng)由機(jī)械手組成，安裝于框架結(jié)構(gòu)前部正中位置，在水下攝像機(jī)的正下方；所述推進(jìn)系統(tǒng)具有多個推進(jìn)器，分散安裝于框架結(jié)構(gòu)內(nèi)實現(xiàn)機(jī)器人多向運動；所述浮力模塊位于框架結(jié)構(gòu)上部。
[0007]所述的框架結(jié)構(gòu)是由一系列鋁合金板組成，它們之間的連接采用鉸接、焊接或者螺栓連接?？蚣艿那安靠梢栽O(shè)計有一個升起角。
[0008]所述的監(jiān)控系統(tǒng)由機(jī)器人前部的水下攝像機(jī)和成像聲納組成；所述的定位系統(tǒng)是指一種超短基線定位聲納(USBL)。所述的水下攝像機(jī)具有一個內(nèi)置云臺，內(nèi)置云臺可以做360度旋轉(zhuǎn)運動，攝像頭安裝在內(nèi)置云臺上，這樣可以使攝像頭做360度旋轉(zhuǎn)運動，成像聲納是一種多波束聲納，成像聲納安裝于水下攝像機(jī)的正下方。
[0009]所述監(jiān)控系統(tǒng)由位于框架結(jié)構(gòu)前部的水下攝像機(jī)和成像聲納組成；所述的成像聲納，其特征在于，成像聲納的安裝角度與水平面之間的夾角為10度到20度。
[0010]所述定位系統(tǒng)由定位聲納組成,定位聲納是一種超短基線定位聲納，定位聲納安裝在框架結(jié)構(gòu)左側(cè)上方。并且具備專門的定位聲納保護(hù)板。
[0011]所述的探照系統(tǒng)由位于框架結(jié)構(gòu)前部的第一探照燈、第二探照燈和第三探照燈組成。第一探照燈、第二探照燈位于框架結(jié)構(gòu)前端上部，對稱布置，第三探照燈安裝在機(jī)械手的正上方，三個探照燈整體呈等腰三角形布置。
[0012]所述的作業(yè)系統(tǒng)由機(jī)械手組成，機(jī)械手在水下攝像機(jī)的指引下可以完成一定的水下作業(yè)。
[0013]所述推進(jìn)系統(tǒng)由4個水平推進(jìn)器和I個垂直推進(jìn)器組成。4個水平推進(jìn)器分別為:位于框架結(jié)構(gòu)左前的推進(jìn)器、位于框架結(jié)構(gòu)右前的推進(jìn)器、位于框架結(jié)構(gòu)左后的推進(jìn)器、位于框架結(jié)構(gòu)右后的推進(jìn)器；1個垂直推進(jìn)器布置在框架結(jié)構(gòu)的中間位置；五個推進(jìn)器分別用五個支架固定在框架結(jié)構(gòu)上，并且4個水平推進(jìn)器的安裝角度α 1、α 2、α 3、α 4是相等的，即本機(jī)器人選擇的角度是30度。通過控制這些推進(jìn)器的正反轉(zhuǎn)，機(jī)器人可以實現(xiàn):進(jìn)退、沉浮、平移、轉(zhuǎn)向等動作:當(dāng)四個推進(jìn)器轉(zhuǎn)速相同轉(zhuǎn)向相同時，機(jī)器人可以實現(xiàn)前進(jìn)和后退；當(dāng)左后、右前推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向和左前、右后推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速相同時可以實現(xiàn)推進(jìn)器的左側(cè)移和右側(cè)移動作；當(dāng)左前、左后推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向與右前、右后推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速相同是可以實現(xiàn)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向動作；垂直推進(jìn)器可以控制機(jī)器人的上浮下沉。在每個推進(jìn)器上都裝有防絞網(wǎng)，以防止水草等雜物干擾推進(jìn)器的工作。
[0014]所述的浮力模塊上布置有中央通孔，浮力模塊的上表面是一個平面，下表面中部有一個凸臺，同時，上表面開有4個凹槽。
[0015]本實用新型的有益效果是:
[0016]1，機(jī)動能力較為突出。該水下搜救機(jī)器人在水平面利用四個推進(jìn)器，控制機(jī)器人的進(jìn)退、平移和轉(zhuǎn)向。
[0017]2，觀測和監(jiān)視能力強(qiáng)。在觀測時，水下攝像機(jī)適合近距離觀測；成像聲納適合遠(yuǎn)距離觀測，并且可以在渾濁水質(zhì)環(huán)境下工作。
[0018]3,定位聲納的應(yīng)用使得機(jī)器人能夠在水下精準(zhǔn)定位。
[0019]綜上，本實用新型提供的水下搜救機(jī)器人從實戰(zhàn)出發(fā)，充分考慮使用者的需求，突出的強(qiáng)調(diào)了實用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了能夠清楚地說明本實用新型提供的技術(shù)方案，下面將結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】。非常明顯地，以下附圖只是對本實用新型的一些實例的具體化，水下機(jī)器人領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些附圖獲得的類似附圖亦屬于本專利的保護(hù)范圍。
[0021]圖1為本實用新型提供的消防用水下搜救機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2是本實用新型提供的消防用水下搜救機(jī)器人推進(jìn)器和電子艙組安裝示意圖；
[0023]圖3是本實用新型提供的消防用水下搜救機(jī)器人浮力模塊的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖4是本實用新型提供的水下搜救機(jī)器人的配電設(shè)計圖。

【具體實施方式】
[0025]本實用新型提供了一種水下搜救機(jī)器人，以實現(xiàn)在復(fù)雜水流環(huán)境下的靈活機(jī)動和高效工作。
[0026]如圖1、圖2及圖3所示，本實用新型提供的水下搜救機(jī)器人，包括:框架結(jié)構(gòu)、電子艙組、監(jiān)控系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、探照系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、浮力模塊。
[0027]其中，框架結(jié)構(gòu)為水下機(jī)器人的支撐結(jié)構(gòu)件，也為水下機(jī)器人的各類傳感器和執(zhí)行器提供防碰撞保護(hù)，同時，還體現(xiàn)水下機(jī)器人的外形。框架的前部設(shè)計有一個升起角11，這樣可為作業(yè)系統(tǒng)帶來更大的作業(yè)空間。
[0028]電子艙組由兩個艙體組成，一個是第一電子艙21，其內(nèi)部的電源陣列為整個機(jī)器人提供動力電，一個是第二電子艙22，其內(nèi)部控制模塊為整個機(jī)器人提供控制信號。艙體包括:筒體24、平封頭一 23和平封頭二 25，筒體和平封頭采用鉸接方式連接。平封頭25上裝配有采用螺紋連接的深度計。
[0029]電子艙通過臍帶纜與水面控制系統(tǒng)連接。臍帶纜采用中心纜，共有11芯:2芯用于動力電傳輸；2芯雙絞線傳輸VSDL控制信號用于控制機(jī)械手、推進(jìn)器和水下燈；2芯雙絞線傳輸VSDL信號用于成像聲納信號傳輸；2芯用于傳輸視頻信號；2芯用于RS485信號傳輸，用作備用信號線；1根接地保護(hù)線。定位聲納信號由定位聲納水面主機(jī)單元通過USB連接線直接與水面監(jiān)視器(便攜式電腦)通訊。
[0030]探照系統(tǒng)由位于框架結(jié)構(gòu)前部的第一探照燈31、第二探照燈32和第三探照燈33組成，第一探照燈、第二探照燈用于整體照明。第三探照燈專門為機(jī)械手照明。監(jiān)控系統(tǒng)由位于機(jī)器人前部的水下攝像機(jī)41和成像聲納42組成。成像聲納位于水下攝像機(jī)的正下方，這樣可以盡量保證兩臺設(shè)備觀測的一致性。水下攝像機(jī)最重要的功能是用來近距離觀測水下環(huán)境，同時它也用來指導(dǎo)機(jī)械手的動作。因此機(jī)械手一定要位于攝像機(jī)視角范圍，但是也不能過多的占用攝像機(jī)視域，這會導(dǎo)致攝像機(jī)的觀測能力下降。成像聲納是一種聲學(xué)觀測設(shè)備，用來遠(yuǎn)距離觀測水下環(huán)境，在布置時要確保機(jī)械手不位于其視域內(nèi)，以免影響其正常觀測。成像聲納安裝角一般選擇在10度到20度，這個安裝角度取決于機(jī)器人操作者對前方的目標(biāo)，還是下方的目標(biāo)更感興趣。
[0031]定位系統(tǒng)由定位聲納組成,定位聲納用于確定水下機(jī)器人與定位基準(zhǔn)在三個方向上的相對位置。定位聲納包括水面主機(jī)單元和水下應(yīng)答器51。水面主機(jī)單元負(fù)責(zé)接收信號，它是定位聲納的定位基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)通常選擇在水面操作臺附近；水下應(yīng)答器51安裝在框架結(jié)構(gòu)上，負(fù)責(zé)發(fā)送信號給定位聲納的水面主機(jī)單元。
[0032]作業(yè)系統(tǒng)由機(jī)械手61組成，它安裝在機(jī)器人的前部正中，在水下攝像機(jī)41的下方，當(dāng)機(jī)器人操作人員通過攝像機(jī)觀測到目標(biāo)物體或是可疑目標(biāo)物體時，可以通過機(jī)械手改變該物體在水下的姿態(tài)，以確定該物體是否為目標(biāo)物體。機(jī)械手也可以完成一定的工作任務(wù)，如打撈特定的輕質(zhì)量物體。
[0033]推進(jìn)系統(tǒng)由4個水平推進(jìn)器和I個垂直推進(jìn)器組成。4個水平推進(jìn)器分別為:位于左前的推進(jìn)器71、位于右前的推進(jìn)器72、位于右后的推進(jìn)器73、位于右后的推進(jìn)器74 ；1個垂直推進(jìn)器75布置在框架結(jié)構(gòu)的中間位置。右前推進(jìn)器和右前推進(jìn)器通過控制這些推進(jìn)器的正反轉(zhuǎn)，機(jī)器人可以實現(xiàn)進(jìn)退、沉浮、平衡、轉(zhuǎn)向等動作:當(dāng)四個推進(jìn)器轉(zhuǎn)速相同轉(zhuǎn)向相同時，機(jī)器人可以實現(xiàn)前進(jìn)和后退；當(dāng)左后、右前推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向和左前、右后推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速相同時可以實現(xiàn)推進(jìn)器的左側(cè)移和右側(cè)移動作；當(dāng)左前、左后推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向與右前、右后推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速相同時可以實現(xiàn)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向動作；垂直推進(jìn)器可以控制機(jī)器人的上浮下沉。在每個推進(jìn)器上都裝有防絞網(wǎng)，以防止水草等雜物干擾推進(jìn)器的工作。
[0034]水下機(jī)器人一般需要2-3公斤的正浮力，由于其它設(shè)備一般都為負(fù)浮力，因此就需要浮力模塊來提供一定的正浮力。在浮力模塊的上表面開有4個凹槽83、84、85、86以設(shè)置把手位置，以便于岸上搬運方便。根據(jù)機(jī)器人所需要的2-3公斤正浮力，計算浮力模塊應(yīng)提供浮力的大小，最后計算浮力模塊的體積。當(dāng)計算浮力不夠時，可以向下擴(kuò)展形成凸臺82，這樣浮力模塊可以受到框架的保護(hù)，同時使機(jī)器人的外形更加美觀。
[0035]本實施例中的水下搜救機(jī)器人，其配電設(shè)計如圖4所示。
【權(quán)利要求】
1.一種水下搜救機(jī)器人，包括框架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部裝配電子艙組、監(jiān)控系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、探照系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、浮力模塊；所述電子艙組由兩個艙體組成，第一電子艙內(nèi)安裝電源轉(zhuǎn)換模塊，第二電子艙內(nèi)安裝電控模塊；艙體包括:筒體、平封頭，筒體和平封頭采用鉸接方式連接；所述監(jiān)控系統(tǒng)由位于框架結(jié)構(gòu)前部的水下攝像機(jī)和成像聲納組成；所述定位系統(tǒng)由定位聲納組成，定位聲納安裝在框架結(jié)構(gòu)左側(cè)上方；所述作業(yè)系統(tǒng)由機(jī)械手組成，安裝于框架結(jié)構(gòu)前部正中位置，在水下攝像機(jī)的正下方；所述推進(jìn)系統(tǒng)具有多個推進(jìn)器，分散安裝于框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，實現(xiàn)機(jī)器人多向運動；所述浮力模塊位于框架結(jié)構(gòu)上部。
2.如權(quán)利要求1所述的水下搜救機(jī)器人，其特征在于，所述框架結(jié)構(gòu)的前部設(shè)計有一個升起角。
3.如權(quán)利要求1或2所述的水下搜救機(jī)器人，其特征在于，所述的水下攝像機(jī)具有一個內(nèi)直z?臺，攝像頭可以360度旋轉(zhuǎn)，成像聲納是一種多波束聲納，成像聲納安裝于水下攝像機(jī)的正下方。
4.如權(quán)利要求3所述的水下搜救機(jī)器人，其特征在于，成像聲納的安裝角度與水平面之間的夾角為10度到20度。
5.如權(quán)利要求1所述的水下搜救機(jī)器人，其特征在于，所述定位聲納是一種超短基線定位聲納，并具有定位聲納保護(hù)板。
6.如權(quán)利要求1所述的水下搜救機(jī)器人，其特征在于，所述探照系統(tǒng)，由位于框架結(jié)構(gòu)前部的第一探照燈、第二探照燈和第三探照燈組成；第一探照燈、第二探照燈位于框架結(jié)構(gòu)前端上部，對稱布置，第三探照燈安裝在機(jī)械手的正上方，三個探照燈整體呈等腰三角形布置。
7.如權(quán)利要求1所述的水下搜救機(jī)器人，其特征在于，所述推進(jìn)系統(tǒng)由4個水平推進(jìn)器和I個垂直推進(jìn)器組成；4個水平推進(jìn)器分別為:位于框架結(jié)構(gòu)左前的推進(jìn)器、位于框架結(jié)構(gòu)右前的推進(jìn)器、位于框架結(jié)構(gòu)左后的推進(jìn)器、位于框架結(jié)構(gòu)右后的推進(jìn)器；1個垂直推進(jìn)器布置在框架結(jié)構(gòu)的中間位置，并且4個水平推進(jìn)器的安裝角度α 1、α 2、α 3、α 4是相等的。
8.如權(quán)利要求1所述的水下搜救機(jī)器人，其特征在于，所述的浮力模塊上布置有中央通孔，浮力模塊的上表面是一個平面，下表面中部有一個凸臺，同時，上表面開有4個凹槽。
【文檔編號】B63H5/00GK203958575SQ201420375525
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】陳墾, 匡俊, 陳慶強(qiáng), 陳驊, 張成都 申請人:中國船舶科學(xué)研究中心上海分部