CN210083511U - 一种可供水质监测的mini水下机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公一种可供水质监测的新型mini水下机器。采用的技术方案包括：密封舱，主要由舱管、密封法兰、法兰大密封圈、半球、法兰端盖固定环、法兰小密封圈、舱盖、空心螺丝、螺母、实心螺丝、螺丝密封圈组成；采水舱，主要由电磁铁固定板、电磁铁、舱体、密封圈、活动板、浮力板组成；动力框架，主要由侧面支撑板、中间板、第一密封舱固定件、第二密封舱固定件、配重块、水下推进器组成。益效果在于：1、可在水中灵活运动，能够实现水下空间6自由度的运动，即平移运动：推进、升沉和横移，回转运动：转艏、纵倾和横倾；2、能够进行水样的采集，通过采水舱，能够采集指定位置、指定深度的水样。

Description

一种可供水质监测的mini水下机器人

技术领域

本实用新型属于机械工程领域，具体涉及一种水下机器人。

背景技术

现在我国有水库9.8万座，由于大坝阻挡水的正常流动，建筑的自然老化和地震等地质灾害的影响，水利工程面临越来越多的安全问题，比如水坝的渗漏、混凝土的裂缝、混凝土冲蚀等缺陷，影响到了工程正常的运行和效益的发挥。而比较大型的大坝水库不能放空进行检修，只能进行水下检测，而水下检测如今面临着困难。

随着水下机器人的发展，利用水下机器人携带观察测量仪器进行水下检测为大坝水库的检测提供了新的思路，在水利工程中，利用水下机器人进行检测具有很多的优势，因此，我们可以使用水下机器人进行各种水下检测。

（1）大坝水库渗漏水下检测。

（2）水工建筑物水下混凝土破损检测

（3）水工建筑物的金属物体（闸门、支撑件等）隐患检测。

（4）水下积淤等检测。

（5）水下应急检测和抢险工程等。

目前使用在水下观测和开发的主要工具有载人潜水器和无人潜水(UUV——UnmannedUnderwaterVehicles)。无人潜水器也可叫做水下机器人，它分为无人遥控潜水器(ROV—RemotelyOperatedVehicle)和自治水下机器人(AUV—AutonomousUnderwaterVehicle)。ROV与水面船之间由电缆连接，用来传输动力,也可以实时进行双向控制信号及数据的传输。而AUV与母船之间则没有电缆连接，它主要靠的是自身携带的动力源以及机器的智能自主航行。

70年代的时候海上石油开采及军事等的需要，水下机器人技术迅速发展，并且逐渐形成了一个新的产业：ROV工业。1975年，第一个水下机器人RCV-125问世。由于外形很像一个球，所以又称为“眼球”，水下机器人开始进入人们的视线，之后有关水下机器人的产品不断出现，典型的如日本的海沟号（KAIKO）水下机器人以及法国的VICTORY-6000水下机器人等。当时日本的海沟号已经潜入到水下10911.4米。

目前，水下机器人已经有几百种，全世界的厂商可以提供各种型号的水下机器人及其零部件。水下机器人的最大下潜深度已经达到11000米，可以说水下机器人的工作范围几乎达到全部海洋的位置。

近些年，国外已经有多种型号的水下机器人作为成熟的商业产品销往国内。如美国OUTLAND技术公司的OUTLAND-1000水下机器人，它安装了各种传感器，如声呐***、深度计等。加拿大的SEAMOR-300水下机器人，安装了声呐***、高度计﹑深度计、及计算机视觉***等，成对对称排列的4个推进器与水平面成45°角，框架式结构，最大潜水深度为300米。英国的FALCON和FALCONDR系列产品，下潜深度可以到达300米至10000米，以FALCON为例，可以下潜到水下300m，负载8.5kg，电缆最长450m，可以升级到1100米。配备有智能控制***，安装有功能齐全的传感器***和多功能机械手***等等。法国ECAHYTEC公司的H300-MKII水下机器人为浅水型ROV，它的工作范围为水下300m，负载8kg，能安装各种传感器，比如MicronDST扫描声纳，深度计﹑罗经及计算机视觉***等，并安装有机械手，四个无刷直流推进器，最大推力达到17.3kg。中国科学院沈阳自动化研究所联合中科院海洋所等单位共同研制的“海星6000”水下机器人。于2018年10月26日完成首次科考任务，在海域获取了环境样品和数据资料。“海星6000”水下机器人最大下潜深度突破6000米，再创我国无人遥控潜水器的最大下潜深度记录。

我国自主研发的“探索”系列自治水下机器人从水下100米到水下4500米都可以进行勘探。其中，“探索100”主要是用于比较浅的的海洋勘探，“探索1000”主要用于特定海域海洋的长期连续定点观测，“探索4500”主要针对于深海地区的复杂地质环境和生态***的勘探。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种可供水质监测的新型mini（迷你）水下机器。

本实用新型采用的技术方案包括：

密封舱，主要由舱管、密封法兰、法兰大密封圈、半球、法兰端盖固定环、法兰小密封圈、舱盖、空心螺丝、螺母、实心螺丝、螺丝密封圈组成；所述密封法兰通过法兰大密封圈分别固定于所述舱管两端，所述半球通过所述法兰端盖固定环固定于密封法兰上，所述法兰端盖固定环通过螺栓与所述密封法兰固定，所述法兰小密封圈置于所述密封法兰槽内起密封作用，所述舱盖通过螺栓固定于密封法兰上，所述空心螺丝与螺母相配合，并通过所述螺丝密封圈密封固定于所述舱盖上，所述实心螺丝与螺母相配合，并通过所述螺丝密封圈密封固定于所述舱盖上；

采水舱，主要由电磁铁固定板、电磁铁、舱体、密封圈、活动板、浮力板组成；所述电磁铁固定板与电磁铁固定，所述电磁铁固定板与舱体固定，所述密封圈置于所述舱体内与活动板配合起密封作用，所述浮力板置于舱体内，且位于所述活动板下方；

动力框架，主要由侧面支撑板、中间板、第一密封舱固定件、第二密封舱固定件、配重块、水下推进器组成；所述侧面支撑板固定于中间板两侧，所述第一密封舱固定件固定于中间板上，所述第二密封舱固定件固定于第一密封舱固定件上，所述配重块固定于侧面支撑板上，所述水下推进器分别固定于侧面支撑板和中间板；

所述密封舱通过所述动力框架的第一密封舱固定件、第二密封舱固定件固定于所述中间板底部；所述采水舱固定于动力框架顶部。

所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：采水前通过所述电磁铁的通断控制所述活动板的开合，采水后通过水对所述浮力板产生的浮力实现所述活动板的上升，通过控制所述电磁铁的通断完成采水舱的闭合，通过所述舱体底部的出水孔完成水样的引出。

所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：通过所述配重块的位置调节以调节整体的重心，通所述水下推进器的空间排布及相互配合运作完成装置在水下的六自由度运动。

所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述中间板的中部两侧设有二个垂直安装的所述水下推进器，所述中间板的尾部两侧设有二个水平安装的所述水下推进器，所述中间板的尾部中间设有一个垂直安装的所述水下推进器。

所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述侧面支撑板上设有至少一条水平分布的第一调节槽，所述配重块设在所述第一调节槽上，且其位置可前后调节。

所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述中间板上设有至少一条水平分布的第二调节槽，所述配重块设在所述第二调节槽上，且其位置可前后调节。

所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述舱体底部设有斜面，所述出水孔设在所述斜面的最低处。

所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述侧面支撑板通过角码固定于中间板两侧。

所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述水下推进器为T200水下推进器。

一种水下机器人的水样采集方法，根据上述任一项所述的可供水质监测的mini水下机器人实现，其特征在于，步骤如下：

（1）下水前，在舱体的出水孔上连接一根橡皮管，并通过夹子夹住橡皮管的另一端，使其密封；

（2）下水时，电磁铁通电，将活动板吸附在其表面，此时舱体内部为封闭状态，内部与外部环境隔绝；

（3）当到达指定区域需要进行采水时，电磁铁断电，此时活动板与浮力板由于受重力原因下落，此时采水舱呈现打开状态，电磁铁再次通电产生磁场等待下一次工作，水从电磁铁与舱体之间的空隙内流入，当水量逐渐增加，浮力板产生浮力，推动活动板一起向上运动，当舱体内水位达到一定高度时，活动板将再次受到电磁铁的磁力而吸附在其表面，此时采水舱又重新呈现闭合状态，将舱体内部与外界环境隔绝，将水样将保存在舱体内，采水过程完成；

（4）当采水舱上升至水面，打捞回收后，将电磁铁断电，内部环境与外部重新连接，内部气压与外界大气压相同，此时将橡皮管的夹子取下，由于舱体内部的底端是一个斜面，内部水样由于重力作用通过橡皮管流入到特定容器中，完成本次的水样采集。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型可在水中灵活运动，能够实现水下空间6自由度的运动，即平移运动：推进、升沉和横移，回转运动：转艏、纵倾和横倾；

2、可实现重心浮心的调节，便于搭载不同装置；

3、在密封舱中可放置摄像器材，用于实时观察水下情况以及辅助其他检测装置运作；

4、能够进行水样的采集，通过采水舱，能够采集指定位置、指定深度的水样；

5、积小、重量轻，较小的体积在水下活动更加灵敏，便于控制。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中密封舱的剖视图；

图3为本实用新型中采水舱的剖视图；

图4为本实用新型中动力框架的结构示意图。

图中：1、密封舱；2、采水舱；3、动力框架；1-1、舱管；1-2、密封法兰；1-3、法兰大密封圈；1-4、半球；1-5、法兰端盖固定环；1-6、法兰小密封圈；1-7、舱盖；1-8、空心螺丝；1-9、螺母；1-10、实心螺丝；1-11、螺丝密封圈；2-1、电磁铁固定板2-1；2-2、电磁铁；2-3、舱体；2-4、密封圈；2-5、活动板；2-6、浮力板；3-1、侧面支撑板；3-2、中间板；3-3、第一密封舱固定件；3-4、第二密封舱固定件；3-5、配重块；3-6、水下推进器；3-7、角码。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本实用新型的可供水质监测的mini（迷你）水下机器人的包括密封舱1、采水舱2和动力框架3。所述可供水质监测的mini水下机器人与水面船之间由电缆连接，用来传输动力,也可以实时进行双向控制信号及数据的传输。

如图2所示，所述密封舱1主要由舱管1-1、密封法兰1-2、法兰大密封圈1-3、半球1-4、法兰端盖固定环1-5、法兰小密封圈1-6、舱盖1-7、空心螺丝1-8、螺母1-9、实心螺丝1-10和螺丝密封圈1-11组成。所述密封法兰1-2通过法兰大密封圈1-3分别固定于舱管1-1两端，所述半球1-4通过法兰端盖固定环1-5固定于密封法兰1-2上，所述法兰端盖固定环1-5通过螺栓螺母与密封法兰1-2固定，所述法兰小密封圈1-6置于密封法兰1-2槽内起密封作用，所述舱盖1-7通过螺栓螺母固定于密封法兰1-2上，所述空心螺丝1-8与螺母1-9相配合通过螺丝密封圈1-11密封固定于舱盖两侧，所述实心螺丝1-10与螺母1-9相配合通过螺丝密封圈1-11密封固定于舱盖两侧。所述密封舱1可用来安装摄像头等电子元件，通过舱管1-1、密封法兰1-2、法兰大密封圈1-3、半球1-4、法兰端盖固定环1-5、法兰小密封圈1-6、舱盖1-7的相互配合提供密封空间，密封舱内的控制器件通过空心螺丝1-8、螺母1-9、实心螺丝1-10、螺丝密封圈1-11配合而成的连通通道与外部器件相连。

如图3所示，所述采水舱2主要由电磁铁固定板2-1、电磁铁2-2、舱体2-3、密封圈2-4、活动板2-5和浮力板2-6组成。所述电磁铁固定板2-1通过螺栓与电磁铁2-2固定，所述舱体2-3与电磁铁固定板2-1固定，并固定于动力框架4上，所述密封圈2-4置于舱体2-3内与活动板2-5配合起密封作用，所述浮力板2-6置于舱体2-3内，活动板2-5下方。

如图4所示，所述动力框架2主要由侧面支撑板3-1、中间板3-2、第一密封舱固定件3-3、第二密封舱固定件3-4、配重块3-5、水下推进器3-6和角码3-7组成。所述侧面支撑板3-1通过角码3-7固定于中间板3-2两侧，所述第一密封舱固定件3-3固定于中间板3-2上，所述第二密封舱固定件3-4固定于第一密封舱固定件3-3上，所述配重块3-5固定于侧面支撑板3-1上，所述水下推进器3-6分别固定于侧面支撑板3-1、中间板3-2。所述水下推进器3-6为采用T200水下推进器。T200（电机型号）是一款轻型、价格低并且性能可靠的水下无刷电机推进器，具有体积小，重量轻，推力大的优点。

通过将所述密封舱1的舱管1-1与所述动力框架3的第一密封舱固定件3-3、第二密封舱固定件3-4夹紧，将其固定于所述中间板3-2底部。通过在所述采水舱2的舱体2-3周边设置一组螺丝与所述中间板3-2的中间板3-2拧紧，将其固定于所述中间板3-2顶部。

进一步的，采水前通过所述电磁铁2-2的通断控制所述活动板2-5的开合，采水后通过水对所述浮力板2-6产生的浮力实现所述活动板2-5的上升，通过控制所述电磁铁2-2的通断完成采水舱的闭合，通过所述舱体2-3底部的出水孔2-7完成水样的引出。

进一步的，所述侧面支撑板3-1两端各设有一条水平分布的第一调节槽3-8，所述配重块3-5设在所述第一调节槽3-8上，且其位置可前后调节。所述中间板3-2中部位置一条水平分布的第二调节槽3-9，所述配重块3-5设在所述第二调节槽3-9上，且其位置可前后调节。通过所述配重块3-5的位置调节以调节整体的重心。

进一步的，所述中间板3-2的中部两侧设有二个垂直安装的所述水下推进器3-6，所述中间板3-2的尾部两侧设有二个水平安装的所述水下推进器3-6，所述中间板3-2的尾部中间设有一个垂直安装的所述水下推进器3-6。通所述水下推进器3-6的空间排布及相互配合运作完成装置在水下的六自由度运动。

进一步的，所述舱体2-3底部设有斜面2-9，所述出水孔2-7设在所述斜面2-9的最低处，以便于将所述舱体2-3内的水样取出。

实施例2：

本实用新型的一种水下机器人的水样采集方法。根据实施例1所述的可供水质监测的mini（迷你）水下机器人实现，步骤如下：

（1）下水前，在舱体的出水孔上连接一根橡皮管，并通过夹子夹住橡皮管的另一端，使其密封；

（2）下水时，电磁铁通电，将活动板吸附在其表面，此时舱体内部为封闭状态，内部与外部环境隔绝；

（3）当到达指定区域需要进行采水时，电磁铁断电，此时活动板与浮力板由于受重力原因下落，此时采水舱呈现打开状态，电磁铁再次通电产生磁场等待下一次工作，水从电磁铁与舱体之间的空隙内流入，当水量逐渐增加，浮力板产生浮力，推动活动板一起向上运动，当舱体内水位达到一定高度时，活动板将再次受到电磁铁的磁力而吸附在其表面，此时采水舱又重新呈现闭合状态，将舱体内部与外界环境隔绝，将水样将保存在舱体内，采水过程完成；

（4）当采水舱上升至水面，打捞回收后，将电磁铁断电，内部环境与外部重新连接，内部气压与外界大气压相同，此时将橡皮管的夹子取下，由于舱体内部的底端是一个斜面，内部水样由于重力作用通过橡皮管流入到特定容器中，完成本次的水样采集。

最后，应当指出，以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效结构，但都将落入本使用新型的权利要求可限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于，包括：

密封舱（1），主要由舱管（1-1）、密封法兰（1-2）、法兰大密封圈（1-3）、半球（1-4）、法兰端盖固定环（1-5）、法兰小密封圈（1-6）、舱盖（1-7）、空心螺丝（1-8）、螺母（1-9）、实心螺丝（1-10）、螺丝密封圈（1-11）组成；所述密封法兰（1-2）通过法兰大密封圈（1-3）分别固定于所述舱管（1-1）两端，所述半球（1-4）通过所述法兰端盖固定环（1-5）固定于密封法兰（1-2）上，所述法兰端盖固定环（1-5）通过螺栓与所述密封法兰（1-2）固定，所述法兰小密封圈（1-6）置于所述密封法兰（1-2）槽内起密封作用，所述舱盖（1-7）通过螺栓固定于密封法兰（1-2）上，所述空心螺丝（1-8）与螺母（1-9）相配合，并通过所述螺丝密封圈（1-11）密封固定于所述舱盖（1-7）上，所述实心螺丝（1-10）与螺母（1-9）相配合，并通过所述螺丝密封圈（1-11）密封固定于所述舱盖（1-7）上；

采水舱（2），主要由电磁铁固定板（2-1）、电磁铁（2-2）、舱体（2-3）、密封圈（2-4）、活动板（2-5）、浮力板（2-6）组成；所述电磁铁固定板（2-1）与电磁铁（2-2）固定，所述电磁铁固定板（2-1）与舱体（2-3）固定，所述密封圈（2-4）置于所述舱体（2-3）内与活动板（2-5）配合起密封作用，所述浮力板（2-6）置于舱体内，且位于所述活动板（2-5）下方；

动力框架（3），主要由侧面支撑板（3-1）、中间板（3-2）、第一密封舱固定件（3-3）、第二密封舱固定件（3-4）、配重块（3-5）、水下推进器（3-6）组成；所述侧面支撑板（3-1）固定于中间板（3-2）两侧，所述第一密封舱固定件（3-3）固定于中间板（3-2）上，所述第二密封舱固定件（3-4）固定于第一密封舱固定件（3-3）上，所述配重块（3-5）固定于侧面支撑板（3-1）上，所述水下推进器（3-6）分别固定于侧面支撑板（3-1）、中间板（3-2）；

所述密封舱（1）通过所述动力框架（3）的第一密封舱固定件（3-3）、第二密封舱固定件（3-4）固定于所述中间板（3-2）底部；所述采水舱（2）固定于动力框架（3）顶部。

2.根据权利要求1所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：采水前通过所述电磁铁（2-2）的通断控制所述活动板（2-5）的开合，采水后通过水对所述浮力板（2-6）产生的浮力实现所述活动板（2-5）的上升，通过控制所述电磁铁（2-2）的通断完成采水舱的闭合，通过所述舱体（2-3）底部的出水孔（2-7）完成水样的引出。

3.根据权利要求1所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：通过所述配重块（3-5）的位置调节以调节整体的重心，通所述水下推进器（3-6）的空间排布及相互配合运作完成装置在水下的六自由度运动。

4.根据权利要求3所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述中间板（3-2）的中部两侧设有二个垂直安装的所述水下推进器（3-6），所述中间板（3-2）的尾部两侧设有二个水平安装的所述水下推进器（3-6），所述中间板（3-2）的尾部中间设有一个垂直安装的所述水下推进器（3-6）。

5.根据权利要求3所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述侧面支撑板（3-1）上设有至少一条水平分布的第一调节槽（3-8），所述配重块（3-5）设在所述第一调节槽（3-8）上，且其位置可前后调节。

6.根据权利要求3所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述中间板（3-2）上设有至少一条水平分布的第二调节槽（3-9），所述配重块（3-5）设在所述第二调节槽（3-9）上，且其位置可前后调节。

7.根据权利要求2所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述舱体（2-3）底部设有斜面（2-9），所述出水孔（2-7）设在所述斜面（2-9）的最低处。

8.根据权利要求1所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述侧面支撑板（3-1）通过角码（3-7）固定于中间板（3-2）两侧。

9.根据权利要求1所述的可供水质监测的mini水下机器人，其特征在于：所述水下推进器（3-6）为T200水下推进器。

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