本發(fā)明涉及一種應用于水下工程或水下作業(yè)領域中的機器人。

背景技術：

在水下機器人領域，需要按照不用的作業(yè)深度來使用不同的水下機器人，工作水深越深的水下機器人體積越大，質量越重，結構也更加復雜。工作水深越淺的機器人體積越小，質量越輕，結構也相對簡單。但是為了解決機器人能在水下實現(xiàn)6個自由度的運動的問題，大多數(shù)小型水下機器人選擇搭載4個或者更多的螺旋槳，安裝在不同的方位，工作的時候給水下機器人提供不同方向的水下推力，從而實現(xiàn)水下各種自由度運動的功能。但是多個螺旋槳工作，就使水下機器人本身有更大的體積，需要更多的電機工作，控制器也需要同時控制更多的電機，使操控更加復雜，達不到小巧、方便的要求。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術中所提到的技術問題，本發(fā)明提供一種便攜式水下機器人，該種水下機器人具有結構簡單、體積小、便于攜帶、操作靈活以及可以懸浮且適于在淺水區(qū)域中作業(yè)的特點。

本發(fā)明的技術方案是：該種便攜式水下機器人，包括照明裝置、機械手操作裝置、陀螺儀傳感裝置、攝像裝置以及控制器。

其獨特之處在于：所述機器人還包括一個水下機器人主體外殼左半體、一個機器人主體外殼中段、一個水下機器人主體外殼右半體、一套推進裝置以及齒輪傳動配重改變裝置。

水下機器人主體外殼左半體、機器人主體外殼中段和水下機器人主體外殼右半體通過外殼連接桿連接后形成一個閉合的呈水平放置的圓柱狀中空殼體。

所述推進裝置包括左動力裝置、左螺旋槳、右動力裝置以及右螺旋槳；其中，用螺釘把左動力裝置和右動力裝置分別固定在水下機器人主體外殼左半體和水下機器人主體外殼右半體上，左螺旋槳和右螺旋槳分別同軸聯(lián)結于左動力裝置和右動力裝置的轉動軸上，以實現(xiàn)通過所述動力裝置帶動螺旋槳轉動；控制器用于控制所述左動力裝置和右動力裝置工作。

所述齒輪配重改變裝置位于所述圓柱狀中空殼體內，包括小電機、左配重大齒輪、右配重大齒輪、配重小齒輪、連接皮帶以及齒輪連接桿；齒輪連接桿通過螺栓水平固定在所述圓柱狀中空殼體內。

配重小齒輪通過小齒輪固定螺釘固定在齒輪連接桿的兩端軸肩處，以使得配重小齒輪可隨齒輪連接桿的轉動而轉動；配重小齒輪與左配重大齒輪和右配重大齒輪之間均為內嚙合；左配重大齒輪和右配重大齒輪上分別開有左配重大齒輪圓心通孔和右配重大齒輪圓心通孔，通過螺栓穿過所述左配重大齒輪圓心通孔和右配重大齒輪圓心通孔以實現(xiàn)將所述左配重大齒輪和右配重大齒輪固定在所述圓柱狀中空殼體的中心軸線處；左配重大齒輪和右配重大齒輪均不與所述圓柱狀中空殼體的內壁相觸以實現(xiàn)左配重大齒輪和右配重大齒輪保持有旋轉自由度。

小電機為所述齒輪配重改變裝置提供驅動力，小電機的輸出軸通過皮帶輪連接皮帶，通過皮帶傳動把轉動傳遞給齒輪連接桿；控制器亦用于控制所述小電機動作。

本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明通過內設的齒輪配重改變裝置來實現(xiàn)改變配重，然后改變重心從而改變水下機器人的垂直移動的方向。通過控制器控制螺旋槳的轉速，可以完成左右旋轉的動作?？刂苾蓚€螺旋槳左右轉速不同，左邊螺旋槳轉速大于右邊螺旋槳轉速時，水下機器人向右旋轉，右邊螺旋槳轉速大于左邊螺旋槳轉速時，水下機器人向右轉動，兩邊螺旋槳轉速相同時，機器人直走?？刂坡菪龢D向前運動，控制螺旋槳反轉向后運動。這幾種調節(jié)方式配合就可以完成全方位的水下運動。本發(fā)明通過這樣一套簡單的結構，可以自由的控制水下機器人運動，因為結構簡單，所需零件個數(shù)少，所占體積小，可以最大程度上的使機器人具有便攜性，在淺水作業(yè)中更具有優(yōu)勢，在觀察作業(yè)中，其小巧靈活的身姿可以獲得更全面的影像資料。本發(fā)明采用了簡單的機械機構和兩個獨立的螺旋槳，而不是用復雜的機械機構多個螺旋槳實現(xiàn)，使水下機器人的復雜程度降低，重量減少，此外通過設置了圓柱狀中空殼體的外殼，使得機器人在水里可以自由懸停。

附圖說明：

圖1 是本發(fā)明所述水下機器人的整體外部示意圖一。

圖2 是本發(fā)明所述水下機器人的側剖視圖。

圖3 是本發(fā)明所述水下機器人的主剖視圖。圖2和圖3相配合，完整的表達出水下機器人的內部結構。

圖4 是本發(fā)明所述水下機器人的上剖視圖，是從電池上端進行剖視。

圖5 是本發(fā)明所述齒輪配重改變裝置的結構示意圖一。

圖6是本發(fā)明所述齒輪配重改變裝置的結構示意圖二。圖5和圖6都是表達齒輪配重改變裝置結構的示意圖。通過兩個不同方向的示意圖更加清晰的表達齒輪配重改變機構。

圖7 是本發(fā)明所述推進裝置的結構示意圖。

圖8 是本發(fā)明所述照明裝置的結構示意圖。

圖9 是本發(fā)明所述機械手裝置的結構示意圖。

圖10 是本發(fā)明所述水下機器人的整體外部示意圖二。圖1和圖10都是表達水下機器人的整體外部，區(qū)別是從不同角度觀察。

圖11 是本發(fā)明所述水下機器人的整體爆炸視圖。表達出各個零件在整體中的位置。

圖中1-照明裝置，2-推進裝置，3-機械手操作裝置，4-配重改變裝置，5-旋轉陀螺儀裝置，6-攝像裝置，7-電池，8-控制器，9-小電機，10-左配重大齒輪，11-配重小齒輪，12-皮帶，13-齒輪連接桿，14-小齒輪固定螺釘，15-左動力裝置，16-左螺旋槳，17-LED燈，18-承重框架，19-機械手機構，20-機械手固定鋼筋1，21-機器人左把手，22-水下機器人主體外殼左半體1,23-水下機器人主體外殼中段，24-水下機器人主體外殼右半體,25-外殼連接桿，26-右動力裝置，27-右螺旋槳，28-承重框架側面內表面，29-承重框架底端上表面，30-承重框架前表面，31-機械手機構底座，32-軸肩，33-右配重大齒輪，34-左配重大齒輪圓心通孔，35-右配重大齒輪圓心通孔,36-承重框架上端面，37-機器人右把手，38-機械手固定鋼筋2，39-鋼筋固定螺釘，40-鋼筋固定螺母，41-承重框架上鋼筋固定孔，42-機器人把手固定螺釘，43-機器人外殼左半體上螺旋槳孔，44-機器人外殼鏈接通孔，45-機器人外殼鏈接桿固定螺釘，46-機器人與承重框架鏈接螺釘，47-承重框架上端面通孔，48-機器人外殼左半體上端面螺紋孔，49-機器人外殼右半體上端面螺紋孔，50-機器人外殼右半體上螺旋槳孔，51-水下機器人下端面，52-機器人把手固定孔。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

首先介紹本技術方案中屬于常規(guī)技術的部分：

如圖1結合圖2、3和4所示，本種便攜式水下機器人，包括照明裝置1、機械手操作裝置3、陀螺儀傳感裝置5、攝像裝置6以及控制器8。

其中，如圖8所示，所述照明裝置1由一個LED燈17組成，這個LED燈底端有螺紋，通過螺紋將LED燈與分別與水下機器人主體外殼左半體22和水下機器人主體外殼右半體24相連，連接處保持密封。

如圖9所示，所述機械手操作裝置3由承重框架18，機械手機構19和機械手固定鋼筋20組成。承重框架直接與水下機器人主體外殼左半體和水下機器人主體外殼右半體通過螺釘相連。然后把機械手機構放在承重框架內，機械手機構在承重框架內與承重框架側面內表面28和底端上表面29相切，機械手機構19底座前端面與承重框架前端面30相平，然后用機械手固定鋼筋20來固定機械手機構19，讓機械手固定鋼筋20與機械手機構底座31相切，用螺釘與螺母將機械手固定鋼筋與承重框架相連，通過兩個這樣的機械手固定鋼筋將 機械手機構固定在承重框架上。

所述陀螺儀旋轉裝置5由旋轉陀螺儀組成，把它貼在攝像頭后方，通過它判斷水下機器人姿態(tài)位置，把數(shù)據(jù)傳輸給控制臺?？刂破?通過程序編寫控制水下機器人的動作。

下面介紹本技術方案中的改進之處：所述機器人還包括一個水下機器人主體外殼左半體22、一個機器人主體外殼中段23、一個水下機器人主體外殼右半體24、一套推進裝置2以及齒輪傳動配重改變裝置4。

其中，水下機器人主體外殼左半體22、機器人主體外殼中段23和水下機器人主體外殼右半體24通過外殼連接桿25連接后形成一個閉合的呈水平放置的圓柱狀中空殼體。

如圖7所示，所述推進裝置2包括左動力裝置15、左螺旋槳16、右動力裝置26以及右螺旋槳27；固定時，用螺釘把左動力裝置和右動力裝置分別固定在水下機器人主體外殼左半體和水下機器人主體外殼右半體上，左螺旋槳和右螺旋槳分別同軸聯(lián)結于左動力裝置和右動力裝置的轉動軸上，以實現(xiàn)通過所述動力裝置帶動螺旋槳轉動；控制器用于控制所述左動力裝置和右動力裝置工作，從而控制左螺旋槳和右螺旋槳的起停、轉速和旋轉方向。所述左動力裝置和右動力裝置中的動力源可以選擇電動機。

如圖5和如圖6所示，所述齒輪配重改變裝置4位于所述圓柱狀中空殼體內，包括小電機9、左配重大齒輪10、右配重大齒輪33配重小齒輪11、連接皮帶12以及齒輪連接桿13；齒輪連接桿13通過螺栓水平固定在所述圓柱狀中空殼體內；

配重小齒輪11通過小齒輪固定螺釘14固定在齒輪連接桿13的兩端軸肩32處，以使得配重小齒輪可隨齒輪連接桿的轉動而轉動；配重小齒輪與左配重大齒輪和右配重大齒輪之間均為內嚙合；左配重大齒輪和右配重大齒輪上分別開有左配重大齒輪圓心通孔和右配重大齒輪圓心通孔，通過螺栓穿過所述左配重大齒輪圓心通孔和右配重大齒輪圓心通孔以實現(xiàn)將所述左配重大齒輪和右配重大齒輪固定在所述圓柱狀中空殼體的中心軸線處。左配重大齒輪和右配重大齒輪均不與所述圓柱狀中空殼體的內壁相觸以實現(xiàn)左配重大齒輪和右配重大齒輪保持有旋轉自由度。配重小齒輪轉動帶動左配重大齒輪和右配重大齒輪轉動，改變配左重大齒輪和右配重大齒輪的位置，因為大齒輪有一定的質量，所以大齒輪位置的改變就可以改變重心位置，然后調節(jié)垂直運動方向，重心偏下可以讓水下機器人向下運動，重心偏上可以讓水下機器人向上運動。機器人內部有電池，為小電機供電。

小電機9為所述齒輪配重改變裝置提供驅動力，小電機的輸出軸通過皮帶輪連接皮帶12，小電機轉動帶動皮帶轉動，通過皮帶傳動把轉動傳遞給齒輪連接桿。

下面給出此水下機器人的具體安裝和拆卸過程。

首先是安裝過程，將機器人中心殼固定，先把電池7放在中心處，讓電池下端和前端緊貼在機器人中心殼內中間的框架里，然后把小電機放在裝電池外殼的上端，用4個螺釘將小電機固定在裝電池外殼的上端，向下旋緊螺釘，螺釘下端面緊貼電池上端，4個螺釘也將電池固定。下一步安裝控制器，將控制器也放在裝電池的外殼上，用4個螺釘旋緊固定，將電池再次固定。然后將攝像頭安裝，將旋轉陀螺儀粘貼在電池下端。然后分別將兩個LED燈旋進機器人外殼一和機器人外殼二螺紋孔內，安裝線路，再將左動力裝置）通過螺釘固定在機器人外殼一，再將左螺旋槳插入機器人外殼上一上的螺旋槳孔43內，并且與動力裝置內部傳動裝置進行嚙合。然后將右動力裝置通過螺釘固定在機器人外殼二上，再將右螺旋槳插入機器人外殼上二上的螺旋槳孔內，并且與右動力裝置內部傳動裝置進行嚙合。把左配重大齒輪中心通孔與機器人外殼一中心螺紋孔對齊，把右配重大齒輪中心通孔與機器人外殼二中心螺紋孔對齊，然后分別用螺釘相連，再將內部線路連接好，將機器人外殼一和機器人中心外殼和機器人外殼二通過機器人外殼鏈接桿相互裝配在一起，讓機器人外殼連接通孔對齊，用外殼連接桿將兩個同心孔連接在一起，然后用外殼連接桿固定螺釘旋進外殼連接桿內和外殼固定在一起。用四個外殼連接桿把三個機器人的主體外殼連接。先安裝機械手固定鋼筋1和機械手固定鋼筋2，讓機械手固定鋼筋1上的通孔與承重框架上鋼筋固定孔對齊，用鋼筋固定螺釘插入孔中，鋼筋固定螺釘帽處在承重框架內，將機械手固定鋼筋也同樣安裝。然后安裝機器手裝置。承重框架上端面和水下機器人下端面相重合，讓承重框架上端通孔和機器人框架下端螺紋孔通過機器人與承重框架鏈接螺釘相連。把承重框架固定在水下機器人主體上。機械手機構在承重框架內與承重框架側面內表面和承重框架底端上表面相切，機械手機構底座前端面與承重框架前表面相平。然后用鋼筋固定螺母旋緊鋼筋固定螺釘，將機械手裝置固定。最后安裝機器人把手，把機器人左把手上機器人把手固定孔與機器人外殼一上端面螺紋孔對齊，用機器人把手固定螺釘將機器人左把手固定在機器人外殼一上。把機器人右把手上機器人把手固定孔與機器人外殼二上端面螺紋孔對齊，用機器人把手固定螺釘將機器人左把手固定在機器人外殼二上。

然后是拆卸過程。先將機械手操作裝置與水下機器人主體之間的螺釘卸下，然后將水下機器人主體上的外殼連接桿卸下，然后分開水下機器人外殼，按照安裝步驟將內部零件一個一個卸下。

具體實施時，通過前期結構設計，選擇電壓為12V的電池，重量1.2kg，電機重138g，3個電機，螺旋槳重300g，兩個螺旋槳，水下機器人外部結構由不銹鋼組成，機器人外殼重5kg，兩個配重大齒輪由碳鋼組成，重為1.46kg，機械手裝置重2kg，機器人把手重260g，照明裝置重400，攝像裝置重450，內部其他控制裝置及線路重1kg，機器人整體重量為13千克。計算水下機器人內部空間，可以提供大約130N的浮力，在水下機器人放入水中時，在水里可以自由懸停。

應用時，改變配重位置，用兩個水平推進器即可完成水平或者垂直的六個方向的運動，可操作性較強。

通過控制器控制螺旋槳的轉速，可以完成左右旋轉的動作。控制兩個螺旋槳左右轉速不同，左邊螺旋槳轉速大于右邊螺旋槳轉速時，水下機器人向右旋轉，右邊螺旋槳轉速大于左邊螺旋槳轉速時，水下機器人向右轉動，兩邊螺旋槳轉速相同時，機器人直走?？刂坡菪龢D向前運動，控制螺旋槳反轉向后運動。這三種調節(jié)方式配合就可以完成全方位的水下運動。