本實(shí)用新型涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水下機(jī)器人及水下機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著海洋工程日益增多，水下作業(yè)需求越來越大。僅依靠人力和簡單的潛水設(shè)備難以面對復(fù)雜且危險的海底環(huán)境。水下機(jī)器人可以代替人去執(zhí)行各種海底作業(yè)。傳統(tǒng)的水下機(jī)器人上升和下降過程中的動力通常靠螺旋槳提供，導(dǎo)致整個水下機(jī)器人的耗能較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種低耗能的水下機(jī)器人及水下機(jī)器人系統(tǒng)。

一種水下機(jī)器人，包括機(jī)器人本體，還包括：第一固定裝置，固定在所述機(jī)器人本體上，用于固定目標(biāo)作業(yè)設(shè)備；浮力艙，固定在所述機(jī)器人本體的頂部，用于提供浮力；浮力平衡裝置，固定在所述機(jī)器人本體上；所述浮力平衡裝置用于調(diào)整所述水下機(jī)器人的重量，以使得所述水下機(jī)器人和所述目標(biāo)作業(yè)設(shè)備的重力之和大于所述浮力艙的浮力；以及動力裝置，固定在所述機(jī)器人本體上，用于提供所述水下機(jī)器人進(jìn)行水平和垂直運(yùn)動所需的動力。

上述水下機(jī)器人，通過第一固定裝置固定目標(biāo)作業(yè)設(shè)備，目標(biāo)作業(yè)設(shè)備用于執(zhí)行目標(biāo)作業(yè)任務(wù)。浮力艙設(shè)置在機(jī)器人本體的頂部，用于提供浮力。浮力平衡裝置可以對水下機(jī)器人的重量進(jìn)行調(diào)整，以使得水下機(jī)器人和目標(biāo)作業(yè)設(shè)備的重力之和大于浮力艙提供的浮力，從而使得在水下機(jī)器人下降過程中無需動力裝置一直提供動力，降低了能耗。

在其中一個實(shí)施例中，所述浮力平衡裝置包括固定在所述機(jī)器人本體上的固定單元以及重量單元；所述固定單元上設(shè)置有多個固定區(qū)域；每一個固定區(qū)域用于固定一個重量單元。

在其中一個實(shí)施例中，所述重量單元為鉛塊。

在其中一個實(shí)施例中，所述機(jī)器人主體包括底板以及固定在所述底板上的主體框架；所述浮力艙固定在所述主體框架的頂部；所述浮力平衡裝置、所述動力裝置和所述第一固定裝置均固定在所述底板上。

在其中一個實(shí)施例中，所述動力裝置包括水平推進(jìn)單元；所述水平推進(jìn)單元包括四個水平螺旋槳推進(jìn)器；所述四個水平螺旋槳推進(jìn)器對稱分布在所述主體框架上。

在其中一個實(shí)施例中，所述動力裝置包括垂直推進(jìn)單元；所述垂直推進(jìn)單元包括垂直螺旋槳推進(jìn)器；所述浮力艙的中間位置設(shè)置有通孔；所述垂直螺旋槳推進(jìn)器位于所述通孔內(nèi)且與所述主體框架固定連接。

在其中一個實(shí)施例中，所述底板上還固定有第二固定裝置，所述第二固定裝置用于將所述水下機(jī)器人固定在目標(biāo)作業(yè)區(qū)域。

在其中一個實(shí)施例中，所述底板上還固定有：探照燈，用于提供水下作業(yè)所需的光源；以及攝像裝置，用于進(jìn)行水下拍攝以獲取目標(biāo)作業(yè)區(qū)域的環(huán)境信息。

一種水下機(jī)器人系統(tǒng)，包括：如前述任一實(shí)施例所述的水下機(jī)器人；作業(yè)船，包括船體以及設(shè)置在所述船體上的船載控制裝置、船載動力裝置以及起吊裝置；以及中繼裝置，通過線纜將所述水下機(jī)器人與所述起吊裝置連接；所述線纜為由信號纜、動力纜和金屬鏈絞合而成的線纜；所述信號纜用于實(shí)現(xiàn)所述船載控制裝置和所述水下機(jī)器人之間的信號傳輸；所述動力纜用于實(shí)現(xiàn)所述船載動力裝置和所述水下機(jī)器人之間的動力傳輸。

在其中一個實(shí)施例中，所述中繼裝置包括信號放大裝置；所述信號放大裝置用于對所述信號纜傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行放大處理。

附圖說明

圖1為一實(shí)施例中的水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一實(shí)施例中的水下機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為一實(shí)施例中的水下機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

圖1為一實(shí)施例中的水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。該水下機(jī)器人100包括機(jī)器人本體110、第一固定裝置(圖中未示)、浮力艙120、浮力平衡裝置130以及動力裝置140。

機(jī)器人本體110用于固定水下機(jī)器人100的各部件。在本實(shí)施例中，機(jī)器人本體110包括底板112和主體框架114。主體框架114固定在底板112上。主體框架114為立方體框架。由于主體框架114為開放式結(jié)構(gòu)(也即非封閉結(jié)構(gòu))，可以降低水流對水下機(jī)器人100的影響，從而提高水下機(jī)器人100工作的穩(wěn)定性。主體框架114上還設(shè)置有用于加裝其他功能部件的固定支架116，以方便擴(kuò)展水下機(jī)器人的功能。

第一固定裝置設(shè)置在底板112上。第一固定裝置用于固定目標(biāo)作業(yè)設(shè)備10。目標(biāo)作業(yè)設(shè)備10為用于執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)的設(shè)備。因此，目標(biāo)作業(yè)設(shè)備10可以根據(jù)實(shí)際工作要求選擇不同的設(shè)備。

浮力艙120固定在主體框架114的頂部。浮力艙120用于提供水下機(jī)器人100上升所需的部分浮力。浮力艙120提供的浮力大小固定，且大于水下機(jī)器人100本身的重力。

浮力平衡裝置130固定在機(jī)器人本體上，用于調(diào)整水下機(jī)器人100的重量，以使得水下機(jī)器人100和目標(biāo)作業(yè)設(shè)備的重力之和大于浮力艙120所能提供的浮力。浮力平衡裝置130只需要確保水下機(jī)器人100和目標(biāo)作業(yè)設(shè)備的重力之和略大于浮力艙120的浮力即可。因此在水下機(jī)器人100下降過程中，動力裝置140無需一直提供下降所需的動力；而在上升過程中，動力裝置140只需要提供一點(diǎn)點(diǎn)升力即可實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人100的上浮，從而大大降低耗能。浮力平衡裝置130包括固定在底板112上的固定單元(圖中未示)和重量單元132。固定單元上設(shè)置有多個固定區(qū)域，每個固定區(qū)域用于固定一個重量單元132。重量單元132的個數(shù)可以根據(jù)需要平衡的力的大小來確定。重量單元132可以為鉛塊等密度較大且耐腐蝕的質(zhì)量塊。

動力裝置140固定在機(jī)器人本體110上，用于提供水下機(jī)器人100進(jìn)行水平和垂直運(yùn)動所需的動力。在本實(shí)施例中，動力裝置140包括水平推行單元和垂直推進(jìn)單元。其中，水平推進(jìn)單元包括四個水平螺旋槳推進(jìn)器142。四個水平螺旋槳推進(jìn)器142對稱分布在主體框架114上。具體地，四個水平螺旋槳推進(jìn)器142分別設(shè)置在主體框架114的四根立柱上，呈“X”型分布。水平推進(jìn)單元用于提供水下機(jī)器人100水平移動過程所需的動力。垂直推進(jìn)單元包括垂直螺旋槳推進(jìn)器144。在本實(shí)施例中，浮力艙120的中間位置處設(shè)置通孔122。垂直螺旋槳推進(jìn)器144固定在主體框架114上且位于通孔122內(nèi)。垂直螺旋槳推進(jìn)器144用于提供水下機(jī)器人100上升或者下降所需的動力，從而輕松控制機(jī)器人的沉浮。螺旋槳推進(jìn)器通過電機(jī)帶動葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力進(jìn)而為機(jī)器人提供動力。

上述水下機(jī)器人100，通過第一固定裝置固定目標(biāo)作業(yè)設(shè)備10，目標(biāo)作業(yè)設(shè)備10用于執(zhí)行目標(biāo)作業(yè)任務(wù)。浮力艙120設(shè)置在機(jī)器人本體110的頂部，用于提供浮力。浮力平衡裝置130可以對水下機(jī)器人100的重量進(jìn)行調(diào)整，以使得水下機(jī)器人100和目標(biāo)作業(yè)設(shè)備的重力之和大于浮力艙120提供的浮力，從而使得在水下機(jī)器人100下降過程中無需動力裝置140一直提供動力，降低了能耗。

在本實(shí)施例中，上述水下機(jī)器人100還包括第二固定裝置150、攝像裝置160和探照燈170。第二固定裝置150固定在底板112且位于主體框架114外側(cè)。第二固定裝置150用于將水下機(jī)器人100固定在目標(biāo)作業(yè)區(qū)域，從而確保水下機(jī)器人100在作業(yè)期間不會因?yàn)樗鞯韧饨缬绊懚l(fā)生移位。第二固定裝置150可以為機(jī)械臂裝置。攝像裝置160包括攝像頭和聲吶相機(jī)，用于進(jìn)行水下拍攝以獲取目標(biāo)作業(yè)區(qū)域的環(huán)境信息。探照燈170和攝像裝置160均固定在底板112上。探照燈170用于提供水下作業(yè)所需的光源。在一實(shí)施例中，底板112上還可以固定有作業(yè)設(shè)備。作業(yè)設(shè)備用于完成常見的水下作業(yè)任務(wù)。例如，作業(yè)設(shè)備可以為機(jī)械臂裝置180。

本實(shí)用新型還提供一種水下機(jī)器人系統(tǒng)。圖2為一實(shí)施例中的水下機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖3為一實(shí)施例中的水下機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖2和圖3，該水下機(jī)器人系統(tǒng)包括前述實(shí)施例中的水下機(jī)器人100，還包括作業(yè)船200和中繼裝置300。

作業(yè)船200包括船體210以及設(shè)置在船體210上的船載控制裝置(圖中未示)、船載動力裝置(圖中未示)和起吊裝置220。船載控制裝置可以與遠(yuǎn)程終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。船載控制裝置用于通過信號纜發(fā)送控制信號給水下機(jī)器人100并接收水下機(jī)器人100回傳的各種數(shù)據(jù)信號。船載動力裝置用于提供整個系統(tǒng)工作所需的動力，并通過動力纜將動力傳輸至水下機(jī)器人100，給水下機(jī)器人100提供動力。起吊裝置220通過中繼裝置300與水下機(jī)器人100連接。

中繼裝置300通過線纜310實(shí)現(xiàn)作業(yè)船200和水下機(jī)器人100之間的連接。在本實(shí)施例中，線纜310由信號纜、動力纜和金屬鏈絞合而成，從而使得線纜310既能夠傳輸信號和動力，還能夠承受水下機(jī)器人100以及作業(yè)設(shè)備的重量。中繼裝置300包括收放線裝置320。在本實(shí)施例中，中繼裝置300內(nèi)還設(shè)置有信號放大裝置(圖中未示)。信號放大裝置用于對信號纜中傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行放大處理，以滿足深海作業(yè)信號傳輸距離大的傳輸需求，并減少線纜310對水下機(jī)器人100的運(yùn)動的干擾。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。