一種液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人。包括流線型封閉外殼、兩個螺旋槳、兩個傳動裝置、兩個螺旋槳電機(jī)、兩個螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器、攝像頭、上浮和下沉裝置、控制單元；流線型外殼兩側(cè)開有平行的兩個貫穿孔；兩個螺旋槳電機(jī)，兩個螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器，攝像頭，上浮和下沉裝置和控制單元均安裝在流線型外殼的內(nèi)部；兩個螺旋槳分別位于流線型外殼兩測的兩個貫穿孔內(nèi)，且通過各自對應(yīng)的傳動裝置與螺旋槳電機(jī)連接。本發(fā)明克服了目前潛艇式機(jī)器人在液體內(nèi)部不確定環(huán)境中無法做到靈活避障的難題，并能夠在斷電或者動力不足等緊急情況下自動上浮。
【專利說明】一種液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于液體內(nèi)部機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種液體容器內(nèi)部危害檢測危害檢測機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人是一種非常適用于液體搜索、調(diào)查、識別和檢測的既經(jīng)濟(jì)又安全的水下自動機(jī)器人。與載人潛水器相比較，它具有安全無人、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、尺寸小、造價低等優(yōu)點。且與有線潛艇式機(jī)器人相比，具有活動范圍大、不怕被物體纏繞、可進(jìn)入復(fù)雜結(jié)構(gòu)中、不需要龐大水面支持、材料面積小和成本低等優(yōu)點。液體內(nèi)部環(huán)境惡劣、危險、具有很大程度的不可預(yù)測性。所以潛艇式機(jī)器人已成為開發(fā)和測液體的重要工具。液體內(nèi)部危害檢測機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)問題主要是有圖像識別、人工智能技術(shù)、大容量的知識庫系統(tǒng)，以及提高信息處理能力和精密的導(dǎo)航定位的隨感能力等。但由于液體內(nèi)部環(huán)境具有不可預(yù)知性，機(jī)器人容易被物體纏繞或者卡住，并且如果失去動力源，機(jī)器人沉底造成巨大的損失。
[0003]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?201220721327，
【公開日】:2013年7月31日.名稱:機(jī)器人.通過用于傳送動力和信息的臍帶電纜與水下控制系統(tǒng)相連，機(jī)器人自主由推送裝置、艙體和傳感器依次連接組成。但是此裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需要較大的動力源，并且當(dāng)裝置所需要的動力不足時，無法實現(xiàn)自動上浮。
[0004]中國專利申請?zhí)枮?01320087769.2，
【公開日】:2013年10月2日，名稱:一種無人多用途潛浮水質(zhì)自動檢測器。本裝置檢測設(shè)備連接設(shè)于儀器艙體的控制單元，控制單元經(jīng)由天線和浮球天線將采集到的數(shù)據(jù)向外發(fā)送，天線和浮球天線布置在儀器艙體外，由驅(qū)動單元推動儀器艙體前進(jìn)，控制單元及驅(qū)動單元由設(shè)于儀器艙體內(nèi)的蓄電池或設(shè)于儀器艙體上的太陽能電池板提供電力。但是此專利的外形的設(shè)計很容易被液體內(nèi)部物體卡住并且無法自動脫身，且液體內(nèi)部利用太陽能供能，具有一定的不穩(wěn)定性和不可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人，克服了目前危害檢測機(jī)器人在液體內(nèi)部不確定環(huán)境中無法做到靈活避障的難題，并能夠在斷電或者動力不足等緊急情況下自動上浮。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人，包括流線型封閉外殼、兩個螺旋槳、兩個傳動裝置、兩個螺旋槳電機(jī)、兩個螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器、攝像頭、上浮和下沉裝置、控制單元；
[0007]所述流線型外殼兩側(cè)開有平行的兩個貫穿孔，流線型外殼的底部設(shè)置有開口 ；
[0008]所述兩個螺旋槳電機(jī)，兩個螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器，攝像頭，上浮和下沉裝置和控制單元均安裝在流線型外殼的內(nèi)部；
[0009]所述兩個螺旋槳分別位于流線型外殼兩測的兩個貫穿孔內(nèi)，且通過各自對應(yīng)的傳動裝置與螺旋槳電機(jī)連接，兩個螺旋槳的轉(zhuǎn)動平面在同一平面內(nèi)；
[0010]所述上浮和下沉裝置包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、支撐板、步進(jìn)電機(jī)、絞盤、鋼絲繩、彈簧和可伸縮保護(hù)膜，絞盤安裝在步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸上，鋼絲繩一端纏繞在絞盤上，鋼絲繩另一端連接在彈簧的底端，彈簧的頂端固定在支撐板上，同時彈簧的底端與可伸縮保護(hù)膜相連；步進(jìn)電機(jī)、絞盤、鋼絲繩、彈簧位于流線型外殼內(nèi)部，可伸縮保護(hù)膜與流線型外殼底部開口的邊緣密封連接，伸縮保護(hù)膜與流線型外殼構(gòu)成危害檢測機(jī)器人的密封腔體；
[0011]螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器均與控制單元連接。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于:
[0013](I)本發(fā)明液體容器內(nèi)部危害檢測危害檢測機(jī)器人兩側(cè)的螺旋槳被兩個貫穿孔罩住，可以減少液體對危害檢測危害檢測機(jī)器人的阻力，節(jié)省了能耗。
[0014](2)本發(fā)明利用封閉外殼裝置，除了螺旋槳暴露在液體中，其余裝置都放置在外殼內(nèi)部，保證了機(jī)器人內(nèi)部儀器的安全性。且外殼流線型的設(shè)計風(fēng)格，不但大大減少了液體對機(jī)器人的阻力，減少了能量的消耗，而且可以使機(jī)器人避免被液體內(nèi)部不明物體纏繞。
[0015](3)本發(fā)明設(shè)置的上浮和下沉裝置在可以使液體容器內(nèi)部危害檢測危害檢測機(jī)器人在斷電狀態(tài)下實現(xiàn)自動上浮。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人流線型封閉外殼立體視圖。
[0018]圖3是本發(fā)明液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人流線型封閉外殼正視圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的上浮和下沉裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明控制單元、遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本發(fā)明液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人，包括流線型封閉外殼，兩個螺旋槳1-1、1_2，兩個傳動裝置2-1、2-2，兩個螺旋槳電機(jī)5-1、5-2，兩個螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器14-1、14-2，攝像頭3，出水口 12，進(jìn)水口 13，遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，上浮和下沉裝置，控制單元4 ;流線型外殼的底部設(shè)置有開口。
[0022]如圖2和圖3所示，流線型外殼兩側(cè)開有平行的兩個貫穿孔，液體可以流過兩個貫穿孔。
[0023]如圖1所示兩個螺旋槳電機(jī)5-1、5_2，兩個螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器14_1、14_2，攝像頭3，上浮和下沉裝置和控制單元4均安裝在流線型外殼的內(nèi)部。
[0024]兩個螺旋槳1-1、1_2分別位于流線型外殼兩測的兩個貫穿孔內(nèi)，且通過各自對應(yīng)的傳動裝置2-1、2-2與螺旋槳電機(jī)5-1、5-2連接，兩個螺旋槳1_1、1_2的轉(zhuǎn)動平面在同一平面內(nèi)；兩個螺旋槳驅(qū)動器14-1、14-2對稱安裝在螺旋槳電機(jī)5-1、5-2下方。
[0025]本發(fā)明利用螺旋槳1-1、1_2的轉(zhuǎn)速關(guān)系來實現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)和旋轉(zhuǎn)。當(dāng)危害檢測機(jī)器人需要前進(jìn)時，控制單元4控制兩個螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器14-1、14-2輸出相同的功率，并驅(qū)動螺旋槳電機(jī)5-1、5-2帶動各自對應(yīng)的螺旋槳1-1、1_2以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，從而推動危害檢測機(jī)器人前進(jìn)。[0026]當(dāng)危害檢測機(jī)器人需要旋轉(zhuǎn)時，控制單元4控制兩個螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器14-1、14-2輸出不同的功率，驅(qū)動兩個螺旋槳電機(jī)5-1、5-2帶動各自對應(yīng)的螺旋槳1-1、1-2以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，從而使危害檢測機(jī)器人發(fā)生旋轉(zhuǎn)。
[0027]攝像頭3采集周圍環(huán)境信息，提供給控制單元4，控制單元4根據(jù)實際需要來便捷地規(guī)劃出危害檢測機(jī)器人下一刻的運(yùn)動軌跡。例如實際需要采集的圖像在機(jī)器人的左邊，控制單元根據(jù)當(dāng)前攝像頭3的位置正前方和需要的位置左前方來規(guī)劃出機(jī)器人的下一刻應(yīng)該做平移運(yùn)動。
[0028]如圖4所示，上浮和下沉裝置包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器15、支撐板11、步進(jìn)電機(jī)8、絞盤9、鋼絲繩10、彈簧6和可伸縮保護(hù)膜7，絞盤9安裝在步進(jìn)電機(jī)8的轉(zhuǎn)動軸上，鋼絲繩10一端纏繞在絞盤9上，鋼絲繩10另一端連接在彈簧6的底端，彈簧6的頂端固定在支撐板11上，同時彈簧6的底端與可伸縮保護(hù)膜7相連；步進(jìn)電機(jī)8、絞盤9、鋼絲繩10、彈簧6位于流線型外殼內(nèi)部，可伸縮保護(hù)膜7與流線型外殼底部開口的邊緣密封連接，伸縮保護(hù)膜7與流線型外殼構(gòu)成危害檢測機(jī)器人的密封腔體。
[0029]本發(fā)明利用可伸縮保護(hù)膜7的伸縮來實現(xiàn)機(jī)器人的上浮和下沉。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器15通電的狀態(tài)下，帶動步進(jìn)電機(jī)8通過轉(zhuǎn)動絞盤9回收鋼絲繩10，鋼絲繩10向上壓縮彈簧6，當(dāng)彈簧6被壓縮到極限時，步進(jìn)電機(jī)8停止轉(zhuǎn)動并保持一定的力矩，利用保持力矩鎖住絞盤9，使彈簧6處于壓縮狀態(tài)；壓縮彈簧6被壓縮過程中，伸縮保護(hù)膜7被彈簧6向上拉升，從而使危害檢測機(jī)器人密封腔體的體積變小，危害檢測機(jī)器人的浮力隨之減小，使得危害檢測機(jī)器人的重力大于浮力，從而實現(xiàn)危害檢測機(jī)器人自動下沉的功能。
[0030]當(dāng)出現(xiàn)意外情況諸如斷電或者動力源不足時，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器15失電，步進(jìn)電機(jī)8保持力矩消失，絞盤9無法被鎖住，彈簧6恢復(fù)形變產(chǎn)生彈力，將伸縮保護(hù)膜7向下頂，從而使危害檢測機(jī)器人密封腔體的體積變大，危害檢測機(jī)器人的浮力隨之增大，使得危害檢測機(jī)器人的重力小于浮力，實現(xiàn)危害檢測機(jī)器人自動上浮，使危害檢測機(jī)器人不致于斷電或動力源不足沉在水底，從而保護(hù)了機(jī)器人的安全。
[0031]可伸縮保護(hù)膜7可以為正圓形、橢圓形、半橢圓形，料需使用具有一定彈性的可防水的塑料或者泡沫。
[0032]兩個螺旋槳1-1、1_2通過螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器14-1、14-210 口連接到單片機(jī)控制器21上；步進(jìn)電機(jī)8通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器15的IO接口連接到單片機(jī)控制器21上。
[0033]控制單元4負(fù)責(zé)控制危害檢測機(jī)器人運(yùn)動、處理實時傳感信息、與遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)實現(xiàn)通信。
[0034]如圖5所示，控制單元4包括單片機(jī)控制器21、姿態(tài)測量傳感器、超聲波傳感器18、液位測量傳感器19 ；
[0035]姿態(tài)測量傳感器包括三軸陀螺儀16和三軸加速度計17，用于跟蹤并捕捉三維空間下危害檢測機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)和姿態(tài)，并通過串口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)控制器21 ；
[0036]超聲波傳感器18用于對危害檢測機(jī)器人周圍環(huán)境障礙物的檢測和識別，并通過串口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)控制器21 ；
[0037]液位測量傳感器19用于測量危害檢測機(jī)器人在液體中的深度，并通過串口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)控制器21。
[0038]如圖5所示，遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)包括遙控裝置24、顯示裝置23、遙控收發(fā)模塊22和無線數(shù)字收發(fā)模塊20，其中無線數(shù)字收發(fā)模塊20集成在控制單元4內(nèi)；
[0039]遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)用于實現(xiàn)操作員與危害檢測機(jī)器人通信，具體為操作員通過遙控裝置24發(fā)送的控制命令信號與單片機(jī)控制器21通信；
[0040]操作員通過遙控裝置24將包含危害檢測機(jī)器人運(yùn)動信息的控制命令數(shù)據(jù)通過遙控收發(fā)模塊22發(fā)送，無線數(shù)字收發(fā)模塊20接收并通過串口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)控制器21，單片機(jī)控制器21根據(jù)控制命令數(shù)據(jù)控制危害檢測機(jī)器人工作。
[0041]單片機(jī)控制器21通過無線數(shù)字收發(fā)模塊20向遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)的遙控收發(fā)模塊22實時發(fā)送、接收姿態(tài)測量傳感器三軸陀螺儀16和三軸加速度計17、液位測量傳感器19、超聲波傳感器18采集的圖像視頻數(shù)據(jù)和危害檢測機(jī)器人位姿、深度、速度、飛行軌跡、電源電壓等重要信息，遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息顯示在顯示裝置23上，便于操作員分析危害檢測機(jī)器人的運(yùn)作狀況和對周圍環(huán)境的檢測和識別。本發(fā)明可以利用攝像頭3和遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)通信實現(xiàn)對液體容器內(nèi)部危害的檢測。
[0042]兩個螺旋槳電機(jī)5-1、5_2和步進(jìn)電機(jī)8通過各自的驅(qū)動器的IO接口連接到單片機(jī)控制器21上，操作員通過遙控裝置24以數(shù)字無線信號發(fā)出命令給無線數(shù)字收發(fā)模塊20，無線數(shù)字收發(fā)模塊20將接收的數(shù)字命令給單片機(jī)控制器21，單片機(jī)控制器21控制螺旋槳電機(jī)5-1、5-2的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動器14-1、14-2的輸出脈沖信號驅(qū)動螺旋槳1_1、1_2旋轉(zhuǎn)的速度，產(chǎn)生相應(yīng)的升力實現(xiàn)危害檢測機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)或前進(jìn)；
[0043]單片機(jī)控制器21控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器15的控制信號驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)以相應(yīng)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動相應(yīng)的總轉(zhuǎn)動角，步進(jìn)電機(jī)8拉伸彈簧6產(chǎn)生不同的彈力控制可伸縮保護(hù)膜7，從而控制危害檢測機(jī)器人的上浮和下沉。
[0044]攝像頭3利用網(wǎng)線通過局域網(wǎng)將圖像和視頻傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)控制器21上，單片機(jī)控制器21對圖像和視頻做進(jìn)一步的處理去噪、濾波、均值化、增強(qiáng)等提取出有用信息，單片機(jī)控制器21將處理過的圖片和視頻數(shù)據(jù)通過無線數(shù)字收發(fā)模塊20發(fā)送給遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)的遙控收發(fā)模塊接收22，遙控收發(fā)模塊22將收到的數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)斤@示裝置23，操作員通過顯示裝置23上的圖片和視頻信息對危害檢測機(jī)器人周圍的環(huán)境進(jìn)行檢測和分析。
[0045]進(jìn)一步，流線型外殼的底部的開口上還安裝有過濾網(wǎng)。
[0046]進(jìn)一步，兩個螺旋槳電機(jī)5-1、5_2對稱安裝在流線型外殼的底部。
[0047]進(jìn)一步，控制單元4安裝在流線型外殼內(nèi)部中間位置，保持危害檢測機(jī)器人的重心在危害檢測機(jī)器人的中心。
【權(quán)利要求】
1.一種液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人，其特征在于，包括流線型封閉外殼、兩個螺旋槳(1-1、1-2 )、兩個傳動裝置(2-1、2-2 )、兩個螺旋槳電機(jī)(5-1、5-2 )、兩個螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器(14-1、14-2)、攝像頭(3)、上浮和下沉裝置、控制單元(4)； 所述流線型外殼兩側(cè)開有平行的兩個貫穿孔，流線型外殼的底部設(shè)置有開口 ； 所述兩個螺旋槳電機(jī)(5-1、5-2)，兩個螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器(14-1、14-2)，攝像頭(3)，上浮和下沉裝置和控制單元(4)均安裝在流線型外殼的內(nèi)部； 所述兩個螺旋槳(1-1、1_2)分別位于流線型外殼兩測的兩個貫穿孔內(nèi)，且通過各自對應(yīng)的傳動裝置(2-1、2-2 )與螺旋槳電機(jī)(5-1、5-2 )連接，兩個螺旋槳(1_1、1_2 )的轉(zhuǎn)動平面在同一平面內(nèi)； 所述上浮和下沉裝置包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(15)、支撐板(11)、步進(jìn)電機(jī)(8)、絞盤(9)、鋼絲繩(10)、彈簧(6)和可伸縮保護(hù)膜(7)，絞盤(9)安裝在步進(jìn)電機(jī)(8)的轉(zhuǎn)動軸上，鋼絲繩(10) —端纏繞在絞盤(9)上，鋼絲繩(10)另一端連接在彈簧(6)的底端，彈簧(6)的頂端固定在支撐板(11)上，同時彈簧(6)的底端與可伸縮保護(hù)膜(7)相連；步進(jìn)電機(jī)(8)、絞盤(9)、鋼絲繩(10)、彈簧(6)位于流線型外殼內(nèi)部，可伸縮保護(hù)膜(7)與流線型外殼底部開口的邊緣密封連接，伸縮保護(hù)膜(7)與流線型外殼構(gòu)成機(jī)器人的密封腔體； 螺旋槳電機(jī)驅(qū)動器(14-1、14-2)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(15)均與控制單元(4)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人，其特征在于，控制單元(4)包括單片機(jī)控制器(21)、姿態(tài)測量傳感器、超聲波傳感器(18)、液位測量傳感器(19); 姿態(tài)測量傳感器包括三軸陀螺儀(16)和三軸加速度計(17)； 三軸陀螺儀(16 )、三軸加速度計(17 )、超聲波傳感器(18 )和液位測量傳感器(19 )均通過串口與單片機(jī)控制器(21)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人，其特征在于，還包括遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，所述遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)包括遙控裝置(24)、顯示裝置(23)、遙控收發(fā)模塊(22)和無線數(shù)字收發(fā)模塊(20)，其中無線數(shù)字收發(fā)模塊(20)集成在控制單元(4)內(nèi)并通過串口與單片機(jī)控制器(21)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人，其特征在于，使用攝像頭(3)和遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)通信實現(xiàn)對液體容器內(nèi)部危害的檢測。
5.如權(quán)利要求1所述的液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人，其特征在于，流線型外殼底部的開口上還安裝有過濾網(wǎng)，控制單元(4)安裝在流線型外殼內(nèi)部中間位置。
6.如權(quán)利要求1所述的液體容器內(nèi)部危害檢測機(jī)器人，其特征在于，兩個螺旋槳電機(jī)(5-1、5-2 )對稱安裝在流線型外殼的底部，兩個螺旋槳驅(qū)動器(14-1、14-2 )對稱安裝在螺旋槳電機(jī)(5-1、5-2)下方。
【文檔編號】B63C11/52GK103847940SQ201410097066
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】劉永, 陳和平, 陶華華 申請人:南京赫曼機(jī)器人自動化有限公司