一种智能水下搜救机器人及其快速结合结构的制作方法

本发明涉及水下搜救机械技术领域，具体为一种智能水下搜救机器人及其快速结合结构。

背景技术：

在进行水下救援，如沉船事故中，需要及时对水下人员进行打捞，打捞前需要对压在上边的杂物进行起吊，传统的起吊多采用水面起吊设备，其设备体积较大，运行较复杂，不适合在狭窄区域作业，而且运载过程较为麻烦，机动性较差，不能满足快速救援的需求，因此现有技术中出现一种小型的水下搜救机器人，有较小的框架携带推进器和观测机构进行水下搜救，但由于其自身的推进器功率较小，无法进行水下起重，因此需要研发一种体型小巧，水下机动性强，且能产生较大起吊力的水下救援机器人，对沉船事故中的沉船件进行快速起吊，从而快速将内部压埋人员救出。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种智能水下搜救机器人的快速结合结构；以及提供一种智能水下搜救机器人，具有较强的水下机动性能，并且能够通过多组机器人快速结合的方式提供较大的起吊力，有助于快速在水下完成覆盖物的起吊作业，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能水下搜救机器人，包括环形的框架，所述框架内部固定安装浮力调节机构和驱动机构，所述框架的外部呈环形阵列布置不少于三组的观测机构，所述框架底部设置机械臂装配座；

所述驱动机构包括主推进器和辅助推进器，所述主推进器的轴线与框架的轴线重叠，所述辅助推进器呈环形阵列布置在框架的外圆周，所述辅助推进器的轴线与框架的外圆周切线平行；

所述框架的上下两端表面分别呈环形阵列布置不少于三组的连接头，所述连接头的表面垂直设置连接柱和装配槽，所述装配槽的侧壁设置滑道，所述滑道与装配槽的轴线垂直，所述滑道内滑动安装限位销，所述连接柱的侧壁表面与限位销对应位置设置竖直的限位槽，当两个连接头连接时，其中一个连接头的连接柱插入另一个连接头的装配槽内，且此时，其中一个连接头的限位销插入另一个连接头连接柱的限位槽内；当两个连接头解除连接后，限位销从限位槽内脱出。

作为本发明的一种优选技术方案，所述限位销与连接头本体之间设置有与其自身轴线重合的弹簧，所述限位销远离装配槽的一端设置楔形块，所述连接头本体内部设置竖直滑动的楔形顶块，所述楔形顶块的楔形面与限位销端部的楔形块接触安装，所述楔形顶块的下方设置棘轮机构，所述棘轮机构的棘轮部分同轴固定设置偏心轮，所述偏心轮的圆周面与楔形顶块的下端面接触安装，所述连接头内部滑动设置与棘轮啮合的齿条，所述装配槽的底部设置竖直运动的按压件，所述按压件与装配槽底部之间设置有同轴的弹簧，所述按压件的底部与齿条的一端之间设置有柔性传动轴，所述连接头本体内部设置滑轨，所述齿条与滑轨滑动安装，所述滑轨背离齿条的一侧与连接头本体之间设置弹性垫，当楔形顶块的底端与偏心轮的远轴点接触时，楔形顶块向上运动至最高位，推动限位销滑出滑道，当楔形顶块的底端与偏心轮的近轴点接触时，楔形顶块向下运动至最低位，限位销在弹簧作用下滑入滑道内部，当按压件被按压时，通过柔性传动轴传动，带动齿条沿长度方向滑动，与棘轮啮合，带动棘轮正向转动，当按压件按压被解除后，按压件复位，通过柔性传动轴拉扯齿条反向滑动，此时棘轮受棘轮机构内部棘爪限位，迫使弹性垫被压缩，滑轨和齿条向后退避，齿条反向滑动。

作为本发明的一种优选技术方案，所述连接柱完全插入对按压件的按压长度等于棘轮圆周的一半。

作为本发明的一种优选技术方案，所述观测机构包括安装基板、声呐和摄像头，所述安装基板与框架固定安装，所述安装基板与水平面之间夹角为30-60度，所述声呐和摄像头与安装基板固定安装，通过多组观测机构内的摄像头图像采集，便于对搜救机器人周围环境观察，有助于完成机械手臂的操作，且结合声呐完成较远距离的探测，或对浑浊水域的探测，同时安装基板的角度设置，使摄像头和声呐的探测角度兼具水平方向和设备的底部位置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述浮力调节机构包括不少于三组扇形的浮囊，所述浮囊关于框架的中心轴线呈环形阵列布置，所述浮囊外部设置与其连通的自吸泵；

采用框架结构，对内部的浮囊进行保护，减少因碰撞造成的损毁；本智能水下搜救机器人的浮力调节机构采用多组扇形的浮囊，通过浮囊内储水量的调整，改变机器人整体的浮力，且通过改变不同位置浮囊内的储水量，使多个浮囊内储水量存在差异，从而使机器人各点受浮力不一致，从而对机器人的姿态进行调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本智能水下搜救机器人的驱动机构采用主推进器进行上下运动，提供主浮力，且驱动机构的辅助推进器轴线与框架的圆周切线重合，当辅助推进器工作时，能够带动机器人在原地旋转，便于在狭小空间内进行调整和作业，快速完成沉船救援作业，采用连接头实现两个水下机器人的快速结合和脱离，在不影响机动性和灵活性的前提下，通过多个水下搜救机器人的结合，提升起吊能力，完成水下重物起吊。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明浮囊示意图；

图4为本发明多组机器人结合后示意图；

图5为本发明连接头示意图；

图6为本发明两个连接头结合并锁紧的示意图；

图7为本发明两个连接头在起吊过程中的结合示意图；

图8为本发明两个连接头解锁后示意图；

图9为本发明按压件装配示意图；

图10为本发明偏心轮与棘轮机构装配示意图；

图11为本发明齿条装配示意图。

图中：1框架、2浮力调节机构、201浮囊、202自吸泵、3驱动机构、301主推进器、302辅助推进器、4观测机构、401声呐、402摄像头、5连接头、501连接柱、502限位销、503楔形顶块、504棘轮机构、505偏心轮、506齿条、507弹性垫、508柔性传动轴、509按压件、510装配槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：一种智能水下搜救机器人，包括环形的框架1，框架1内部固定安装浮力调节机构2和驱动机构3，框架1的外部呈环形阵列布置不少于三组的观测机构4，框架1底部设置机械臂装配座；

通过底部的机械臂装配座能够装配机械臂，完成复杂的水下作业；

同时在框架1内部搭载电源和信号传输装置，实现电力的自供应和信号的远程传输，并同时搭载定位系统，确保控制人员能够准确获知机器人的实时位置，其中信号传输和定位系统部分均采用现有技术中较为成熟的技术方案；

驱动机构3包括主推进器301和辅助推进器302，主推进器301的轴线与框架1的轴线重叠，辅助推进器302呈环形阵列布置在框架1的外圆周，辅助推进器302的轴线与框架1的外圆周切线平行；

主推进器301工作，带动机器人整体沿其轴向方向运动，配合浮力调节机构2对机器人姿态的调整，使主推进器301的轴向发生改变，从而改变机器人的运动方向，且辅助推进器302工作时，产生旋转力，促使机器人在原地进行自转，对下方结合的机械臂进行调整，使机械臂能够更加灵活的作业，适合狭小区域作业；

主推进器301和辅助推进器302均采用常见的船用螺旋桨，且前后均配备防绞网，避免杂物进入阻碍其工作；

框架1的上下两端表面分别呈环形阵列布置不少于三组的连接头5，连接头5的表面垂直设置连接柱501和装配槽510，装配槽510的侧壁设置滑道，滑道与装配槽510的轴线垂直，滑道内滑动安装限位销502，连接柱501的侧壁表面与限位销502对应位置设置竖直的限位槽，当两个连接头5连接时，其中一个连接头5的连接柱501插入另一个连接头5的装配槽510内，且此时，其中一个连接头5的限位销502插入另一个连接头5连接柱501的限位槽内；当两个连接头5解除连接后，限位销502从限位槽内脱出。

限位槽为竖直布置的条形槽，当两个水下搜救机器人组合起吊时，限位销502插入限位槽内部，且此时连接柱501与按压件509之间处于非挤压状态。

限位销502与连接头5本体之间设置有与其自身轴线重合的弹簧，限位销502远离装配槽510的一端设置楔形块，连接头5本体内部设置竖直滑动的楔形顶块503，楔形顶块503的楔形面与限位销502端部的楔形块接触安装，楔形顶块503的下方设置棘轮机构504，棘轮机构504的棘轮部分同轴固定设置偏心轮505，偏心轮505的圆周面与楔形顶块503的下端面接触安装，连接头5内部滑动设置与棘轮啮合的齿条506，装配槽510的底部设置竖直运动的按压件509，按压件509与装配槽510底部之间设置有同轴的弹簧，按压件509的底部与齿条506的一端之间设置有柔性传动轴508，连接头5本体内部设置滑轨，滑轨的长度方向与齿条506的滑动方向一致,齿条506与滑轨滑动安装，滑轨背离齿条506的一侧与连接头5本体之间设置弹性垫507，当楔形顶块503的底端与偏心轮的远轴点接触时，楔形顶块503向上运动至最高位，推动限位销502滑出滑道，若此时连接柱501处在装配槽510内部，则限位销502插入限位槽内部，连接柱501相对于装配槽510处于锁紧状态；当楔形顶块503的底端与偏心轮的近轴点接触时，楔形顶块503向下运动至最低位，限位销502在弹簧作用下滑入滑道内部，此时限位销502从限位槽中脱离，连接柱501相对于装配槽510处于自由状态；当按压件509被按压时，通过柔性传动轴508传动，带动齿条506沿长度方向滑动，与棘轮啮合，带动棘轮正向转动，当连接柱501与按压件509分离时，按压件509按压被解除，按压件509在其下方弹簧的作用下复位，通过柔性传动轴508拉扯齿条506反向滑动，此时棘轮受棘轮机构504内部棘爪限位，迫使弹性垫507被压缩，滑轨和齿条506向后退避，齿条506在柔性传动轴508的作用下反向滑动。滑轨沿垂直于弹性垫507的方向滑动设置在连接头5内，或者滑轨通过弹性垫507与连接头5连接，弹性垫507的两侧分别与滑轨和连接头5粘接。由于棘轮上的齿是朝一个旋向倾斜的，在图5所示方位，棘轮上的齿朝顺时针方向倾斜，而齿条上的齿是朝上倾斜的，齿条朝上运动时，齿条和棘轮啮合可靠，齿条会驱动棘轮转动；而齿条向下运动时，齿条上齿和棘轮上的齿接触面容易打滑，在棘爪对棘轮定位的作用下，棘轮不转，就使得齿条挤压弹性垫变形让位，能让齿条顺利与棘轮错开而向下运动。

同时，按压件509内部设置与其自身滑动方向一致的推杆，推杆的端部与柔性传动轴508连接，以保证柔性传动轴508始终处于其自身滑动的滑道内部，避免柔性传动轴508出现垂直于自身轴向的弯曲，保证其轴向传动的精确。连接柱501完全插入对按压件509的按压长度等于棘轮圆周的一半。

当按压件509被按压一次后，带动棘轮转动半圈，使楔形顶块503与偏心轮505的接触点在近轴点与远轴点之间切换，从而带动楔形顶块503与限位销502端部的楔形面相互作用，带动限位销502沿轴向滑动。观测机构4包括安装基板、声呐401和摄像头402，安装基板与框架1固定安装，安装基板与水平面之间夹角为30-60度，声呐401和摄像头402与安装基板固定安装，通过多组观测机构4内的摄像头402图像采集，便于观察搜救机器人周围环境，有助于完成机械手臂的操作，且结合声呐401完成较远距离的探测，或对浑浊水域的探测，同时安装基板的角度设置，使摄像头402和声呐401的探测角度兼具水平方向和设备的底部位置；

如采用三组观测机构4进行环形阵列布置，实现多方位的景象采集，便于对周围环境的观察。

浮力调节机构2包括不少于三组扇形的浮囊201，浮囊201关于框架1的中心轴线呈环形阵列布置，浮囊201外部设置与其连通的自吸泵202；

通过自吸泵202作用，完成浮囊201内部储水量的调整，从而实现机器人姿态的调整；

同时在框架1内搭载现有技术中较为成熟的姿态检测系统，对框架1的姿态进行实时检测，并对对应位置的自吸泵202进行控制，实现框架1姿态的自动调整，姿态的检测和调控方式均采用现有技术中的常见方式。

在使用时：在机械臂装配座处装配机械手臂，随后将该机器人放置在水中，通过自吸泵202作业，使浮囊201内充水，直至机器人自身重力与浮力均衡，此时主推进器301和浮力调节机构2同步协作，带动机器人在水下进行机动，且通过观测机构4对水下场景进行检测，当发现待救援场景时，尝试靠近作业点，在靠近过程中，通过辅助推进器302作用，对机械手臂角度进行调整，使加些手臂方便作业，当机械手臂完成起吊物夹持后，自吸泵202作用，将浮囊201内储水排出，使机器人的浮力大于自身重力，此时产生向上的作用力，同时主推进器301作用，同步产生向上的作用力，完成对起吊物的起吊；

当该起吊力不足以完成起吊物的起吊时，通过定位系统获得此机器人的实时位置，随后人工调集其余的机器人赶往作业点，并通过连接头5进行多组机器人的结合，多组机器人同步作业，实现多个向上作用力的集合，从而完成起吊物的起吊作业；

定位系统、摄像头402和声呐401的工作方式与专利号为cn203958575u的公开文本内的工作方式相似，在此不做赘述。

对于沉船事故而言，大多数场景中，存在通过空间较小，大型作业机械难以通过，本机器人可以单个通过后，在作业点位置进行结合，降低空间对作业的影响。

本发明采用框架1结构，对内部的浮囊201进行保护，减少因碰撞造成的损毁；本智能水下搜救机器人的浮力调节机构2采用多组扇形的浮囊201，通过浮囊201内储水量的调整，改变机器人整体的浮力，且通过改变不同位置浮囊201内的储水量，使多个浮囊201内储水量存在差异，从而使机器人各点受浮力不一致，从而对机器人的姿态进行调整；本智能水下搜救机器人的驱动机构3采用主推进器301进行上下运动，提供主浮力，且配合浮囊201产生的浮力，提升整体起吊能力，且配合浮力调节机构2对整体姿态的调整，实现机器人在水下的水平运动和倾斜运动，且驱动机构3的辅助推进器302轴线与框架1的圆周切线重合，当辅助推进器302工作时，能够带动机器人在原地旋转，便于在狭小空间内进行调整和作业，快速完成沉船救援作业。

同时采用框架1上下两侧设置连接头5，连接柱501单次挤压装配槽510底部，实现限位销502锁紧连接柱501，使两个水下搜救机器人结合成一个整体，共同提供向上的提升力，当连接柱501再次挤压装配槽510底部时，限位销502解锁，使两个水下搜救机器人能够快速脱离，具有较高的机动灵活性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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