游走结合水下监测机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种游走结合水下监测机器人。包括车体模块、喷墨示踪装置模块和电控模块；车体模块包括车体框架、四驱移动底盘、推进器和离心叶轮式水下吸盘，电控模块用于控制水下机器人的游走结合运动以及喷墨示踪装置模块的喷墨工作，通过八个推进器实现水下机器人的游动功能，通过离心叶轮式吸盘和无刷直流行星减速电机实现水下机器人的贴壁爬行功能，游动功能和贴壁爬行功能可进行自由切换。本发明专利技术游走结合的水下机器人结构紧凑，体积小巧，能实现在水下六自由度运动的能力，同时依靠自制的吸附装置在任意角度壁面上可靠吸附行走的功能，使机器人在大坝表面监测时可以依靠吸附装置在壁面行走检测，依靠推进器实现机器人跨越障碍或快速收回的能力。

Walking Combined with Underwater Monitoring Robot

【技术实现步骤摘要】
游走结合水下监测机器人
本专利技术属于大坝表面裂缝检测领域，具体涉及一种游走结合水下监测机器人。
技术介绍
水库大坝在使用一段时间后，由于水流冲刷和自身重量的影响，有可能会使得坝体浸入水下的部分产生裂缝而造成渗漏，严重渗漏会对对大坝安全造成严重影响。对裂缝的定期检测并处理是必不可少的措施。传统查漏方式是潜水员携带与加压设备连接的管道潜入水中，一旦发现危险点，即可打开阀门，同时使岸上的加压设备启动将示踪剂通过高压打入目标点，目标点附近水域会被染色。若存在裂缝，裂缝内外压差会迫使染色后水体流入裂缝内，从而观察到裂缝位置。但潜水员价格昂贵，且下潜深度仅50米左右，无法满足大坝200米的作业深度。目前先进技术工程领域常采用ROV(RemoteOperatedVehicle)辅助坝体检查，但其在检测过程中常伴随车体抖动、水体扰动等现象，给水下观测带来诸多不便，ROV行进速度较难控制，无法使其在想要停止的地方立即停止并保持静止状态。综上所述，现有检测裂缝的方式及水下ROV检测机器人的使用均不太适用对大坝表面裂缝检测。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种游走结合水下机器人，用于大坝裂缝检测，可以方便的在水下进行示踪检测。本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术包括车体模块、喷墨示踪装置模块和电控模块。所述车体模块包括车体框架、四驱移动底盘、八个带有驱动电调的推进器和离心叶轮式水下吸盘，四驱移动底盘安装于车体框架底部，四驱移动底盘包括一对左右前轮、一对左右后轮和四个带有驱动器的无刷直流行星减速电机，每个前轮或后轮均与一个无刷直流行星减速电机相，四驱移动底盘底部中心装有离心叶轮式吸盘，离心叶轮式吸盘与位于四驱移动底盘上方的防水直流电机相连，防水直流电机用于驱动离心叶轮式吸盘；车体框架左右两个侧面均安装有两对推进器，其中一对推进器位于靠近前轮位置处，另一对推进器位于靠近后轮位置处，每对推进器包括一个竖直布置的推进器和一个水平布置的推进器，其中水平布置的推进器与车体框架侧面夹角为45度；车体框架顶部安装有固体浮力材料，车体框架前端装有一对水下照明灯。所述电控模块包括控制舱、电源转换舱、位于岸上的pc端和高压直流电源，控制舱通过脐带缆与pc端连接，控制舱与电源转换舱相连；控制舱与电源转换舱分别安装于车体框架内顶部两侧，控制舱内部设有控制硬件、深度传感器、摄像机模块、温度传感器和姿态传感器，深度传感器、摄像机模块、温度传感器、姿态传感器均与控制硬件相连，摄像机模块置于控制舱前端设有的透明罩内，摄像机模块包括摄像头及一维云台，摄像头可上下旋转90度；深度传感器位于控制舱后部且伸出至车体框架外，深度传感器用于反馈水下机器人所处水深，姿态传感器可实时传送机器人在三维空间中的运动姿态至控制硬件，方便操作员在岸上操作水下机器人旋转90度转换工作模式。所述喷墨示踪装置模块包括储墨器、水下电磁阀和稀释喷嘴，储墨器、水下电磁阀和稀释喷嘴均搭载于车体框架内，稀释喷嘴安装于车体框架前端且位于两个水下照明灯之间，用于观测照明；储墨器、水下电磁阀、稀释喷嘴依次通过PU管相连，水下电磁阀连接到电控模块；储墨器包括端盖、腔壳、底板、活塞、弹簧、弹簧座，端盖同轴安装于腔壳上端面，底板同轴安装于腔壳下方且底板与腔壳之间通过多根铜柱相连；端盖中心位置开有上下贯穿的安装孔，端盖底面靠近边缘处设有环形凸台，环形凸台外侧面与腔壳内侧面贴合密封连接；腔壳上端面设有外凸缘，腔壳内安装有沿腔壳内侧面上下滑动的活塞，腔壳下端面设有内凸缘，内凸缘上台阶面作为用于支撑活塞的凸肩，活塞底面中心开设内腔，活塞内腔底面中心设有一个螺纹沉孔，活塞外周面与腔壳内侧面之间通过两个格莱圈密封连接；活塞上表面、腔壳内侧面、端盖顶面三者围成的空腔内装有示踪剂；底板下端面周侧面设有法兰盘，法兰盘上开有多个通孔，底板中心处开有小孔，小孔周边紧密均布有四个大小结构相同的圆孔，每个圆孔内壁两侧设有两个对称布置的弧形块，弧形块上端面开有弧形槽；每个圆孔内部均安装有弹簧座，弹簧座为底部设有外凸缘的中空结构，外凸缘底面设有环形凸块，外凸缘外周面设有两个对称的弧形凸耳，弧形凸耳恰好嵌装于圆孔的弧形槽内；弹簧座用于支撑固定弹簧，弹簧一端固定至弹簧座底部，另一端顶接活塞底面，当空腔内充满示踪剂时，弹簧处于压紧状态。稀释喷嘴包括喷头、上盖、中盖、螺旋桨机和下盖，上盖、中盖和下盖均为中空的套筒结构，喷头通过螺栓连接到上盖上端面，上盖通过中盖与下盖同轴固定相连；喷头为喇叭口结构，喷头上端小口作为喷嘴，喷头下端面靠近边缘位置处设有环形凸台，环形凸台外侧面与上盖内侧面贴合密封连接；上盖两侧均开有一侧孔，下盖底部开有用于水流进入的圆孔；螺旋桨机机体位于上盖和中盖围成的空腔内，螺旋桨机机体通过三个穿过中盖侧壁径向布置的固定螺钉安装于中盖内侧面，螺旋桨机的桨轴朝下，且桨轴上安装的桨叶位于下盖空腔内，与螺旋桨机相连的螺旋桨机电线穿过上盖一侧开有的侧孔与电控设备相连；所述PU管一端与端盖中心位置的安装孔相连，PU管另一端经水下电磁阀伸入至稀释喷嘴上盖另一侧开有的侧孔。示踪剂通过PU管流入稀释喷嘴空腔内，螺旋桨机旋转带动空腔内水流搅动从而使流入空腔内较高浓度的示踪剂被混合稀释成较低浓度的示踪剂，最后示踪剂从喷头的喷嘴处排出。通过所述的八个推进器实现水下机器人的游动功能，通过离心叶轮式吸盘和无刷直流行星减速电机实现水下机器人的贴壁爬行功能，游动功能和贴壁爬行功能可进行自由切换，游动功能切换为贴壁爬行功能时，水下机器人需在水中侧翻90度，使得四驱移动底盘底部的离心叶轮式吸盘与吸附壁面相接触；四个无刷直流行星减速电机通过控制前、后轮同向旋转移动实现水下机器人的前后直行，通过控制前后轮差动旋转实现水下机器人原地转弯，所述同向旋转为控制前后轮朝同一方向运动；所述差动旋转为控制左侧前后轮朝同一个方向运动，控制右侧前后轮朝相反方向运动，从而实现水下机器人原地转弯；八个推进器控制机器人实现六自由度的游动功能，竖直布置的四个推进器实现机器人的上浮、下潜和翻滚，水平布置的四个推进器实现机器人的前进、后退、转弯。每个所述的弹簧座与底板的安装方式是错位安装，在弹簧座底部两侧的弧形凸耳与底板圆孔未安装弧形块的位置上下对齐的情况下，对弹簧座底部施加向上的作用力使得弹簧座插装进入底板圆孔，弹簧上端向上顶住活塞底面，然后将弹簧座旋转90度使弹簧座的弧形凸耳与底板上的弧形槽上下契合对齐以实现周向限位，再依靠弹簧对弹簧座向下的压力带动弹簧座下落使弹簧座的弧形凸耳嵌装到底板的弧形槽内，使得弹簧座在圆孔内无法转动。所述离心叶轮式吸盘的吸力大小根据离心叶轮式吸盘底端与吸附壁面的距离进行调节。所述电源转换舱内置DC-DC转换模块，高压直流电源中的高压电经控制舱传输至电源转换舱，电源转换舱将200v～400v的高压电分别转换为24v、48v、5v的低压电，24v的低压电供电输出至八个推进器、四个无刷直流行星减速电机和喷墨示踪装置模块，48v的低压电供电输出至防水直流电机，5v的低压电供电输出至控制舱。每个所述的无刷直流行星减速电机的电机驱动轴均通过O型密封圈进行动密封，由于本专利技术的机器人为水下监测机器人，因此无刷直流行星减速电机需较低的转速，转速仅为0～100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种游走结合水下监测机器人，其特征在于，包括车体模块、喷墨示踪装置模块和电控模块；所述车体模块包括车体框架(112)、四驱移动底盘、八个推进器(111)和离心叶轮式水下吸盘(106)，四驱移动底盘安装于车体框架(112)底部，四驱移动底盘包括一对左右前轮、一对左右后轮和四个带有驱动器的无刷直流行星减速电机(107)，每个前轮或后轮均与一个无刷直流行星减速电机(107)相，四驱移动底盘底部中心装有离心叶轮式吸盘(106)，离心叶轮式吸盘(106)与位于四驱移动底盘上方的防水直流电机相连；车体框架(112)左右两个侧面均安装有两对推进器(111)，其中一对推进器(111)位于靠近前轮位置处，另一对推进器(111)位于靠近后轮位置处，每对推进器(111)包括一个竖直布置的推进器(111)和一个水平布置的推进器(111)；车体框架(112)顶部安装有固体浮力材料(101)，车体框架(112)前端装有一对水下照明灯(104)；所述电控模块包括控制舱(103)、电源转换舱(102)、位于岸上的pc端和高压直流电源，控制舱(103)通过脐带缆与pc端连接，控制舱(103)与电源转换舱(102)相连；控制舱(103)与电源转换舱(102)分别安装于车体框架(112)内顶部两侧，控制舱(103)内部设有控制硬件、深度传感器、摄像机模块、温度传感器和姿态传感器，深度传感器、摄像机模块、温度传感器、姿态传感器均与控制硬件相连，摄像机模块置于控制舱前端设有的透明罩内；深度传感器(8)位于控制舱后部且伸出至车体框架(112)外；所述喷墨示踪装置模块包括储墨器(1)、水下电磁阀(2)和稀释喷嘴(3)，储墨器(1)、水下电磁阀(2)和稀释喷嘴(3)均搭载于车体框架(112)内，稀释喷嘴(3)安装于车体框架(112)前端且位于两个水下照明灯(104)之间；储墨器(1)、水下电磁阀(2)、稀释喷嘴(3)依次通过PU管(17)相连，水下电磁阀(2)连接到电控模块；储墨器(1)包括端盖(4)、腔壳(6)、底板(8)、活塞(9)、弹簧(11)、弹簧座(12)，端盖(4)同轴安装于腔壳(6)上端面，底板(8)同轴安装于腔壳(6)下方且底板(8)与腔壳(6)之间通过多根铜柱(7)相连；端盖(4)中心位置开有上下贯穿的安装孔，端盖(4)底面靠近边缘处设有环形凸台，环形凸台外侧面与腔壳(6)内侧面贴合密封连接；腔壳(6)上端面设有外凸缘，腔壳(6)内安装有沿腔壳(6)内侧面上下滑动的活塞(9)，腔壳(6)下端面设有内凸缘，内凸缘上台阶面作为用于支撑活塞(9)的凸肩，活塞(9)底面中心开设内腔，活塞(9)内腔底面中心设有一个螺纹沉孔，活塞(9)外周面与腔壳(6)内侧面之间通过两个格莱圈(10)密封连接；活塞(9)上表面、腔壳(6)内侧面、端盖(4)顶面三者围成的空腔内装有示踪剂(13)；底板(8)下端面周侧面设有法兰盘，法兰盘上开有多个通孔，底板(8)中心处开有小孔，小孔周边紧密均布有四个大小结构相同的圆孔，每个圆孔内壁两侧设有两个对称布置的弧形块，弧形块上端面开有弧形槽；每个圆孔内部均安装有弹簧座(12)，弹簧座(12)为底部设有外凸缘的中空结构，外凸缘底面设有环形凸块，外凸缘外周面设有两个对称的弧形凸耳，弧形凸耳恰好嵌装于圆孔的弧形槽内；弹簧座(12)用于支撑固定弹簧(11)，弹簧(11)一端固定至弹簧座(12)底部，另一端顶接活塞底面，当空腔内充满示踪剂(13)时，弹簧(11)处于压紧状态；稀释喷嘴(3)包括喷头(14)、上盖(16)、中盖(20)、螺旋桨机(21)和下盖(22)，上盖(16)、中盖(20)和下盖(22)均为中空的套筒结构，喷头(14)通过螺栓连接到上盖(16)上端面，上盖(16)通过中盖(20)与下盖(22)同轴固定相连；喷头(14)为喇叭口结构，喷头(14)上端小口作为喷嘴，喷头(14)下端面靠近边缘位置处设有环形凸台，环形凸台外侧面与上盖(16)内侧面贴合密封连接；上盖(16)两侧均开有一侧孔，下盖(22)底部开有用于水流进入的圆孔；螺旋桨机(21)机体位于上盖(16)和中盖(20)围成的空腔内，螺旋桨机(21)机体通过三个穿过中盖(20)侧壁径向布置的固定螺钉(19)安装于中盖(20)内侧面，螺旋桨机(21)的桨轴朝下，且桨轴上安装的桨叶位于下盖(22)空腔内，与螺旋桨机(21)相连的螺旋桨机电线穿过上盖(16)一侧开有的侧孔与电控设备相连；所述PU管(17)一端与端盖(4)中心位置的安装孔相连，PU管(17)另一端经水下电磁阀(2)伸入至稀释喷嘴(3)上盖(16)另一侧开有的侧孔；示踪剂(13)通过PU管(17)流入稀释喷嘴(3)空腔内，螺旋桨机(21)旋转带动空腔内水流搅动从而使流入空腔内较高浓度的示踪剂(13)被混合稀释成较低浓度的示踪...

【技术特征摘要】
1.一种游走结合水下监测机器人，其特征在于，包括车体模块、喷墨示踪装置模块和电控模块；所述车体模块包括车体框架(112)、四驱移动底盘、八个推进器(111)和离心叶轮式水下吸盘(106)，四驱移动底盘安装于车体框架(112)底部，四驱移动底盘包括一对左右前轮、一对左右后轮和四个带有驱动器的无刷直流行星减速电机(107)，每个前轮或后轮均与一个无刷直流行星减速电机(107)相，四驱移动底盘底部中心装有离心叶轮式吸盘(106)，离心叶轮式吸盘(106)与位于四驱移动底盘上方的防水直流电机相连；车体框架(112)左右两个侧面均安装有两对推进器(111)，其中一对推进器(111)位于靠近前轮位置处，另一对推进器(111)位于靠近后轮位置处，每对推进器(111)包括一个竖直布置的推进器(111)和一个水平布置的推进器(111)；车体框架(112)顶部安装有固体浮力材料(101)，车体框架(112)前端装有一对水下照明灯(104)；所述电控模块包括控制舱(103)、电源转换舱(102)、位于岸上的pc端和高压直流电源，控制舱(103)通过脐带缆与pc端连接，控制舱(103)与电源转换舱(102)相连；控制舱(103)与电源转换舱(102)分别安装于车体框架(112)内顶部两侧，控制舱(103)内部设有控制硬件、深度传感器、摄像机模块、温度传感器和姿态传感器，深度传感器、摄像机模块、温度传感器、姿态传感器均与控制硬件相连，摄像机模块置于控制舱前端设有的透明罩内；深度传感器(8)位于控制舱后部且伸出至车体框架(112)外；所述喷墨示踪装置模块包括储墨器(1)、水下电磁阀(2)和稀释喷嘴(3)，储墨器(1)、水下电磁阀(2)和稀释喷嘴(3)均搭载于车体框架(112)内，稀释喷嘴(3)安装于车体框架(112)前端且位于两个水下照明灯(104)之间；储墨器(1)、水下电磁阀(2)、稀释喷嘴(3)依次通过PU管(17)相连，水下电磁阀(2)连接到电控模块；储墨器(1)包括端盖(4)、腔壳(6)、底板(8)、活塞(9)、弹簧(11)、弹簧座(12)，端盖(4)同轴安装于腔壳(6)上端面，底板(8)同轴安装于腔壳(6)下方且底板(8)与腔壳(6)之间通过多根铜柱(7)相连；端盖(4)中心位置开有上下贯穿的安装孔，端盖(4)底面靠近边缘处设有环形凸台，环形凸台外侧面与腔壳(6)内侧面贴合密封连接；腔壳(6)上端面设有外凸缘，腔壳(6)内安装有沿腔壳(6)内侧面上下滑动的活塞(9)，腔壳(6)下端面设有内凸缘，内凸缘上台阶面作为用于支撑活塞(9)的凸肩，活塞(9)底面中心开设内腔，活塞(9)内腔底面中心设有一个螺纹沉孔，活塞(9)外周面与腔壳(6)内侧面之间通过两个格莱圈(10)密封连接；活塞(9)上表面、腔壳(6)内侧面、端盖(4)顶面三者围成的空腔内装有示踪剂(13)；底板(8)下端面周侧面设有法兰盘，法兰盘上开有多个通孔，底板(8)中心处开有小孔，小孔周边紧密均布有四个大小结构相同的圆孔，每个圆孔内壁两侧设有两个对称布置的弧形块，弧形块上端面开有弧形槽；每个圆孔内部均安装有弹簧座(12)，弹簧座(12)为底部设有外凸缘的中空结构，外凸缘底面设有环形凸块，外凸缘外周面设有两个对称的弧形凸耳，弧形凸耳恰好嵌装于圆孔的弧形槽内；弹簧座(12)用于支撑固定弹簧(11)，弹簧(11)一端固定至弹簧座(12)底部，另一端顶接活塞底面，当空腔内充满示踪剂(13)时，弹簧(11)处于压紧状态；稀释喷嘴(3)包括喷头(14)、上盖(16)、中盖(20)、螺旋桨机(21)和下盖(22)，上盖(16)、中盖(20)和下盖(22)均为中空的套筒结构，喷头(14)通过螺栓连接到上盖(16)上端面，上盖(16)通过中盖(20)与下盖(22)同轴固定相连；喷头(14)为喇叭口结构，喷头(14)上端小口作为喷嘴...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷勇，罗通，陶逸航，陈瑞，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33