一种吸附式水下机器人的制作方法

本实用新型涉及水下机器人技术领域，特别是涉及一种吸附式水下机器人。

背景技术：

水下机器人是水下无人作业的关键设备，吸附式水下机器人具有能够可靠地固定在水底的足式吸盘，为水下作业施工提供了稳定的支撑。

如授权公告号为cn107054590b、授权公告日为2019.05.07的中国发明专利公开了一种振动吸附式水下四足爬壁机器人，并具体公开了爬壁机器人包括躯干部和两两分别设置于躯干部两侧的机械腿，还包括用于控制机械腿工作的控制系统，每一机械腿包括腿总成和设置于腿总成末端的振动吸附装置；腿总成包括基体、大腿、小腿和末端腿，基体以可在横向平面内转动的方式与躯干部配合设置，大腿以可在竖直平面内转动的方式与基体配合设置，小腿以可在竖直平面内转动的方式与大腿配合设置，末端腿以可在竖直平面转动的方式与小腿配合设置，振动吸附装置以可绕自身轴线转动的方式与末端腿配合；当振动吸附时，吸盘内部产生负压进行吸附，当需要脱落时，通过松脱组件对吸盘内部消除负压。

但是，在实际使用过程中，水底附着面的平整度难以保证，对于水底平整度差的情况，水下机器人在振动吸附时，吸盘与附着面之间难以形成有效的吸附作用，整个水下机器人会在水流作用下发生游动，无法进行稳定的施工作业。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种吸附式水下机器人，以解决现有技术中的水下机器人的吸盘与附着面之间难以形成有效的吸附作用，整个水下机器人会在水流作用下发生游动，无法进行稳定的施工作业的问题。

本实用新型的吸附式水下机器人额技术方案为：

吸附式水下机器人包括机体和活动安装在机体上的多个支腿，所述机体中安装有爬行驱动机构和水泵，所述爬行驱动机构分别与多个支腿传动连接；

所述支腿的底部设有吸盘，所述吸盘上开设有抽水口，所述抽水口与水泵之间连接有抽水管路；所述机体上还设有顶部排水口，所述顶部排水口与所述水泵之间连接有顶部排水管路，所述顶部排水口与支腿分别位于所述机体的相背侧上。

有益效果：由于在机体上设有顶部排水口，顶部排水口与水泵之间连接有顶部排水管路，顶部排水口与支腿分别位于机体的相背侧上，利用顶部排水口向上排水对机体产生向下的反推力，并与各个支腿的吸盘产生吸附作用相配合，使支腿与水底之间形成了有效的吸附力，保证了整个水下机器人在水流作用下保持稳定爬行或停留，提高了施工作业的可靠性。

进一步的，所述机体上还设有相背于爬行方向的尾部排水口，所述尾部排水口与所述水泵之间连接有尾部排水管路，所述尾部排水管路上串接有尾部水阀。

进一步的，所述机体上还设有至少三个平衡推水器，所述至少三个平衡推水器周向布置在机体的靠近边缘位置，所述平衡推水器的推水方向上下延伸。

进一步的，所述支腿包括支腿本体和支臂，所述支臂与所述爬行驱动机构摆动连接，所述支腿本体升降装配在所述支臂的末端。

进一步的，所述支腿在所述机体的两侧均设有三个，位于同侧的三个支腿分别为前支腿、中间支腿和后支腿，所述机体上设有与所述支臂铰接的摆动支点，且位于一侧的前支腿、后支腿与另一侧的中间支腿构成一组爬行组件；所述各组爬行组件中的三个支腿的支臂分别与同一驱动杆铰接，所述爬行驱动机构与驱动杆传动连接，以带动所述驱动杆前后移动。

进一步的，所述支腿本体和支臂由空心管体制成，所述抽水支路为设于支腿本体和支臂内部的波纹管；所述支臂的末端设有内滑套，所述内滑套与所述支腿本体滑动配合，所述支腿本体的上部管壁开设有用于容纳支臂升降运动的滑槽，所述内滑套与支腿本体之间连接有滑动驱动器。

进一步的，所述抽水管路包括分接于各个所述支腿的抽水口的抽水支路，所述抽水支路分别串接有支路阀门。

进一步的，所述机体上还转动安装有调向推水器，所述调向推水器的推水方向处于水平面内，所述调向推水器的转动轴线沿竖直方向延伸。

进一步的，所述吸附式水下机器人还包括控制器，所述控制器分别与所述爬行驱动机构、水泵以及支路阀门控制连接，所述控制器用于控制两组爬行组件交替行进，并控制对应组的支腿交替启闭支路阀门。

进一步的，所述机体内还设有储罐，所述储罐串接于所述抽水管路上。

附图说明

图1为本实用新型的吸附式水下机器人的具体实施例1中吸附式水下机器人的俯视示意图；

图2为图1中吸附式水下机器人的主视示意图；

图3为图2中右前支腿的局部立体图；

图4为图3中右前支腿的竖直剖视图；

图5为本实用新型的吸附式水下机器人的具体实施例1中吸附式水下机器人(去掉上盖)的立体示意图；

图6为本实用新型的吸附式水下机器人的具体实施例1中爬行驱动机构与各个支腿的装配关系示意图；

图7为本实用新型的吸附式水下机器人的具体实施例1中吸水及排水控制示意图。

图中：1－机体、11－顶部排水口、110－顶部排水管路、12－水泵、120－抽水管路、13－调向推水器、14－平衡推水器、15－尾部排水口、150－尾部排水管路、151－尾部水阀、201－第一爬行驱动机构、202－第二爬行驱动机构、203－第一驱动杆、204－第二驱动杆、21－右前支腿、211－右前支臂、212－右前支腿本体、213－抽水支路、214－内滑套、215－滑动驱动器、216－摆动支点、21a－右前吸盘、21b－右前支路阀门、21c－滑槽、22－左前支腿、22a－左前吸盘、22b－左前支路阀门、23－右中支腿、23a－右中吸盘、23b－右中支路阀门、24－左中支腿、24a－左中吸盘、24b－左中支路阀门、25－右后支腿、25a－右后吸盘、25b－右后支路阀门、26－左后支腿、26a－左后吸盘、26b－左后支路阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的吸附式水下机器人的具体实施例1，如图1至图7所示，吸附式水下机器人包括机体1和活动安装在机体1上的多个支腿，机体1中安装有爬行驱动机构和水泵12，爬行驱动机构分别与多个支腿传动连接。在本实施例中，支腿在机体1的两侧均设有三个，位于同侧的三个支腿分别为前支腿、中支腿和后支腿，如图1所示，六个支腿分别为右前支腿21、左前支腿22、右中支腿23、左中支腿24、右后支腿25以及左后支腿26，右前支腿21、右中支腿23、右后支腿25位于机体1的右侧从前向后依次布置，左前支腿22、左中支腿24、左后支腿26位于机体1的左侧从前向后依次布置，位于左侧的三个支腿与位于右侧的三个支腿关于机体1的纵向中轴线呈对称分布。

其中，六个支腿的结构相同，以右前支腿21为例详细介绍，右前支腿21包括右前支臂211和右前支腿本体212，右前支臂211与爬行驱动机构摆动连接，机体1上设有与右前支臂211铰接的摆动支点216，右前支腿本体212升降装配在右前支臂211的末端。右前支腿本体212的底部设有右前吸盘21a，右前吸盘21a上开设有抽水口，抽水口与水泵12之间连接有抽水管路120，抽水管路120包括分接于各个支腿的抽水口的抽水支路213，抽水支路213分别串接有支路阀门。相对应的，左前支腿22底部的吸盘为右前吸盘22a、右中支腿23底部的吸盘为右前吸盘23a、左中支腿24底部的吸盘为右前吸盘24a、右后支腿25底部的吸盘为右前吸盘25a，以及左后支腿26底部的吸盘为右前吸盘26a。

右前支腿21中的支路阀门为右前支路阀门21b，左前支腿22中的支路阀门为左前支路阀门22b、右中支腿23中的支路阀门为右中支路阀门23b、左中支腿24中的支路阀门为左中支路阀门24b、右后支腿25中的支路阀门为右后支路阀门25b，以及左后支腿26中的支路阀门为左后支路阀门26b。各个支路阀门用于控制对应抽水支路中的吸水通道的通断，从而实现启动吸水以增加吸盘的吸附力以及断开吸水以移除吸附力这两个状态的切换。

在本实施例中，右前支腿21的右前支腿本体212和右前支臂211由空心管体制成，右前支腿21中的抽水支路213为设于右前支腿本体212和右前支臂211内部的波纹管，采用波纹管制成的抽水支路213具有伸缩弯折特性强的特点，既能够满足右前支臂211进行摆动动作，以及右前支腿本体212相对于右前支臂211发生升降滑动动作的需要，又能够保证整个抽水支路213在弯折和伸缩时的密封性，使得支腿有效的兼顾了爬行动作和抽水吸附这两种功能。右前支臂211的末端设有内滑套214，内滑套214与右前支腿本体212滑动配合，右前支腿本体212的上部管壁开设有用于容纳右前支臂211升降运动的滑槽21c，并且在内滑套214与右前支腿本体212之间连接有滑动驱动器215，通过滑动驱动器215的驱动作用使内滑套214在右前支腿本体212内部发生上下运动，从而使右前支腿本体212相对于右前支臂211产生向上的抬腿动作以及向下的放腿动作。

具体的，滑动驱动器215为气缸，气缸的缸体与右前支腿本体212的顶部连接，气缸的杆体与内滑套214的顶部连接，当控制气缸的杆体缩回时，杆体带动右前支腿本体212相对于内滑套214以及右前支臂211下移，即产生向下的放腿动作；当控制气缸的杆体伸出时，杆体带动右前支腿本体212相对于内滑套214以及右前支臂211上移，即产生向上的抬腿动作。相对应的，左前支腿22、右中支腿23、左中支腿24、右后支腿25、左后支腿26的内部结构和爬行动作方式均与右前支腿21相同。

需要说明的是，位于一侧的前支腿、后支腿与另一侧的中支腿构成一组爬行组件，各组爬行组件中的三个支腿的支臂分别与同一驱动杆铰接，爬行驱动机构与驱动杆传动连接，以带动所述驱动杆前后移动。具体为，右前支腿21、左中支腿24以及右后支腿25构成第一爬行组件，左前支腿22、右中支腿23以及左后支腿26构成第二爬行组件。当第二爬行组件的三个支腿进行抬腿动作时，各个支腿内部的支路阀门关闭，使三个支腿底部的吸盘停止吸水，此时第一爬行组件的三个支腿处于放腿支撑机体1的状态，第一爬行组件的三个支腿内部的支路阀门均开启，使三个支腿底部的吸盘有效吸附在水底；反之亦然。

右前支腿21、左中支腿24以及右后支腿25分别于第一驱动杆203铰接连接，第一驱动杆203的长度沿机体1的纵向方向延伸，在第一驱动杆203的一端设有第一爬行驱动机构201，第一爬行驱动机构201驱动第一驱动杆203进行前后方向的移动，第一驱动杆203同步带动右前支腿21、左中支腿24以及右后支腿25发生摆动，并且右前支腿21、左中支腿24以及右后支腿25绕各自的摆动支点发生向前或者向后的摆动动作。在本实施例中，第一爬行驱动机构201为液压油缸，液压油缸的缸体固定在机体1中，推杆的端部与第一驱动杆203连接，通过控制液压油缸工作以驱动第一驱动杆203进行纵向往复移动，进而带动第一爬行组件的三个支腿同步进行摆动动作，实现了水下机器人的向前爬行移动。相应的，第二爬行组件的工作原理与第一爬行组件的工作原理相同。

左前支腿22、右中支腿23以及左后支腿26分别于第二驱动杆204铰接连接，在第二驱动杆204的一端设有第二爬行驱动机构202，第二爬行驱动机构202驱动第二驱动杆204进行前后方向的移动，第二驱动杆204同步带动左前支腿22、右中支腿23以及左后支腿26发生摆动，并且左前支腿22、右中支腿23以及左后支腿26绕各自的摆动支点发生向前或者向后的摆动动作。吸附式水下机器人还包括控制器(图中未示出)，控制器分别与第一爬行驱动机构、第一爬行驱动机构、水泵以及各个支路阀门控制连接，控制器用于控制两组爬行组件交替行进，并控制对应组的支腿交替启闭支路阀门。根据“六足纲”昆虫的三角步态行走法进行仿生设计，使第一爬行组件和第二爬行组件交替支撑机体1，各个爬行组件中的三个支腿共同对机体1起到了三角形稳定支撑作用。

在机体1上还设有顶部排水口11，顶部排水口11与水泵12之间连接有顶部排水管路110，顶部排水口11与支腿分别位于机体1的相背侧上。利用顶部排水口11向上排水对机体1产生向下的反推力，并与各个支腿的吸盘产生吸附作用相配合，使支腿与水底之间形成了有效的吸附力，保证了整个水下机器人在水流作用下保持稳定爬行或停留，提高了施工作业的可靠性。在机体1上还设有相背于爬行方向的尾部排水口15，尾部排水口15与水泵12之间连接有尾部排水管路150，尾部排水管路150上串接有尾部水阀151。

由于设置尾部排水口15和尾部排水管路150，能够在爬行的同时产生附加推力，尾部排水口15向后排水对机体1产生向前的驱动力，提高了水下机器人在水中的爬行运动能力。另外，尾部水阀151与控制器控制连接，能够根据水下机器人的工作状态调整尾部水阀151的开闭，当水下机器人停留水底作业时，关闭尾部水阀151仅在顶部排水口11处产生向下的反推力，当水下机器人在水底爬行前进时，开启尾部水阀151使尾部排水口15排水产生向前的驱动力，提高了水下机器人在水下的爬行运动性能。

为了保证水下机器人在水中浮游时的机身稳定性，机体上1还设有四个平衡推水器14，四个平衡推水器14周向布置在机体1的靠近边缘位置，具体为，四个平衡推水器14均匀部分的机体1的四个顶角位置，平衡推水器14的推水方向上下延伸。四个平衡推水器14的结构相同，分别包括推水电机和叶轮，推水电机和叶轮传动连接，推水电机与控制器控制连接，控制器控制四个平衡推水器14的各自推水电机启动和关闭，从而带动各自对应的叶轮转动朝向或朝下推水，进而起到调节整个机身的平衡姿态，避免水下机器人在水中出现倾覆的情况。

在机体1上还转动安装有调向推水器13，调向推水器13的推水方向处于水平面内，调向推水器13的转动轴线沿竖直方向延伸。具体为，机体1的下侧转动安装有调向座，机体1的内部设有用于驱动调向座转动的调向电机，调向推水器13安装于调向座中，调向推水器13的结构与平衡推水器14的结构相同，并且调向电机、调向推水器13的推水电机分别与控制器控制连接，控制器控制调向电机工作进而改变调向推水器13推水方向，从而对机体1产生了相应方向的反推作用力，提高了水下机器人在水中浮游时的动力性能。

在机体1内还设有储罐16，储罐16串接于抽水管路120上，水泵12将水从吸盘抽吸至对应的抽水支路213，经抽水管路120和水泵12进入储罐16中，在储罐16中释放水泵12作用于水的部分动能，进而使水能够更加稳定地从顶部排水口11向上排水，避免了向上排水对机体1所产生的反推力不均衡的情况。为了避免爬行驱动机构与机体1中的各种管路形成干涉，在本实施例中，储罐16、水泵12、抽水管路120、顶部排水管路110以及尾部排水管路150布置在机体1的上层，爬行驱动机构布置在机体1的下层，将这两部分结构在机体1中呈上、下分层布置，兼顾了驱动支腿和排布管路的需求。

本实用新型的吸附式水下机器人的其他具体实施例，为了能够适应不同的使用需要，可将尾部排水口和尾部排水管路省去，仅在水泵的下游串接顶部排水管路，通过顶部排水口向上排水从而对机体产生朝下的反推作用力，保证了整机与水底之间能够产生足够的吸附力，提高了水下机器人在水中的爬行和作业稳定性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

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