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本多功能水下作業(yè)機(jī)器人是一種廣泛用于各種水文信息采集、水工結(jié)構(gòu)檢修、水文地質(zhì)勘測(cè)，河道勘察，水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面工作的通用工具，由履帶驅(qū)動(dòng)裝置、沉浮裝置、視頻傳輸裝置、傳感器、推進(jìn)螺旋槳、方向控制裝置、扭轉(zhuǎn)平衡螺旋槳、信號(hào)線、中央控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備及水體監(jiān)測(cè)附屬裝置組成。 該機(jī)器人可以快速、高效的采集包括水深、水溫、水流速、河流含沙量等水文信息并對(duì)水文地質(zhì)環(huán)境和水工建筑物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

概 述 本發(fā)明涉及一種水下作業(yè)機(jī)器人，特別是一種能高效、快捷完成水中不同方位的各種水文數(shù)據(jù)采集、水工建筑水下結(jié)構(gòu)安全隱患探測(cè)、水下地質(zhì)勘測(cè)，河道勘察等工作的多功能水下作業(yè)機(jī)器人。它由履帶驅(qū)動(dòng)裝置、沉浮裝置、視頻采集裝置、溫度傳感器、壓力傳感器、推進(jìn)螺旋槳、方向控制裝置、扭轉(zhuǎn)平橫螺旋槳、信號(hào)線、中央控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備及水體監(jiān)測(cè)附屬裝置組成，本發(fā)明是一種自動(dòng)化的水文信息采集和水環(huán)境監(jiān)測(cè)及水利設(shè)施檢修機(jī)器人，該機(jī)器人可以在水上、水中、水下全方位快速、高效的完成水文數(shù)據(jù)采集、沿水工建筑側(cè)壁做垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)行水下結(jié)構(gòu)安全隱患探測(cè)、水文地質(zhì)勘測(cè)，河道勘察等方面工作，以適應(yīng)現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的要求。一、課題來源 目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)水文信息水環(huán)境勘測(cè)不斷提出新要求，水文觀測(cè)和水環(huán)境勘測(cè)項(xiàng)目和內(nèi)容不斷增加，對(duì)觀測(cè)手段和方法以及勘測(cè)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提出了更高的要求;現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)了水文監(jiān)測(cè)技術(shù)和水環(huán)境勘測(cè)自動(dòng)化的發(fā)展。 在水文監(jiān)測(cè)和水環(huán)境勘測(cè)系統(tǒng)中，常常需要對(duì)眾多的水位點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過人為監(jiān)測(cè)很難完成，加之眾多水工建筑物的檢修因其特殊的水下環(huán)境，人為作業(yè)更是難以完成，世界各國已經(jīng)在各種水文信息采集和水下工程中大量應(yīng)用水下機(jī)器人，如水環(huán)境監(jiān)測(cè)、水樣采集、海洋石油的堪探與開采、援潛救生、海底沉船沉物打撈、海底資源堪查、水工結(jié)構(gòu)物的檢查等領(lǐng)域。因此水文信息采集、水環(huán)境勘測(cè)以及水工結(jié)構(gòu)的檢查等工作中使用機(jī)器人作業(yè)已成為重大發(fā)展趨勢(shì)。本科技開發(fā)小組立足于傳統(tǒng)水下作業(yè)機(jī)器人在細(xì)致分析其缺點(diǎn)和不足的基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新，研發(fā)出了本多功能水下作業(yè)機(jī)器人。 二、研究目的 為彌補(bǔ)現(xiàn)有水下作業(yè)機(jī)器人的相關(guān)不足和缺陷，設(shè)計(jì)一種高效、快捷進(jìn)行水文數(shù)據(jù)采集、水工建筑水下結(jié)構(gòu)安全隱患探測(cè)、水文地質(zhì)勘測(cè)，河道勘察等方面工作的機(jī)器人，該機(jī)器人可以在水上、水中、水下全方位快速、高效的采集包括水深、水溫、水流速、河流含沙量等水文信息并對(duì)水文地質(zhì)環(huán)境和沿水工建筑側(cè)壁做垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)行水工建筑物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的要求。三、技術(shù)方案 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)施：本多功能水下作業(yè)機(jī)器人，它由履帶驅(qū)動(dòng)裝置、沉浮裝置、視頻采集裝置、溫度傳感器、壓力傳感器、推進(jìn)螺旋槳、方向控制裝置、扭轉(zhuǎn)平衡螺旋槳、信號(hào)線、中央控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備及水體監(jiān)測(cè)附屬裝置組成，履帶驅(qū)動(dòng)裝置安裝在整個(gè)機(jī)器人腹部，浮沉裝置安裝在履帶驅(qū)動(dòng)裝置上部，沉浮裝置的上蓋可以打開以增加或減少用于抵消機(jī)器人自重的泡沫，視頻采集裝置通過三維機(jī)械臂安裝在機(jī)器人上部，溫度傳感器和壓力傳感器安裝在機(jī)器人背部，機(jī)器人中部安裝有推進(jìn)螺旋槳，扭轉(zhuǎn)平衡螺旋槳安裝在機(jī)器人前部，信號(hào)連接機(jī)器人與中央控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)輸出設(shè)備由顯示器組成。 本發(fā)明的目的還可以通過下述技術(shù)方案實(shí)施：本多功能水下作業(yè)機(jī)器人所述的履帶驅(qū)動(dòng)裝置為無縫合金履帶，后方通過兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，履帶由若干個(gè)定位滾輪定位；沉浮裝置為中空設(shè)計(jì)，內(nèi)部設(shè)有配重，裝置上蓋可以打開，內(nèi)部裝有用于抵消機(jī)器人自重的泡沫；的視頻采集裝置通過三維機(jī)械臂安裝在機(jī)器人上部；溫度傳感器和壓力傳感器分別固定在機(jī)器人的背部；推進(jìn)螺旋槳安裝在機(jī)器人中部，螺旋槳葉片由直流電機(jī)控制正反轉(zhuǎn)，并通過無極調(diào)速器調(diào)節(jié)螺旋槳的轉(zhuǎn)速，扭轉(zhuǎn)平衡螺旋槳安裝在機(jī)器人前端；信號(hào)線連接在機(jī)器人機(jī)身和中央控制系統(tǒng)之間；中央控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)，方向控制桿，機(jī)械臂控制桿，推進(jìn)螺旋槳驅(qū)動(dòng)開關(guān)，推進(jìn)螺旋槳無極變速器，扭轉(zhuǎn)平衡螺旋槳驅(qū)動(dòng)開關(guān)，扭轉(zhuǎn)平衡螺旋槳無極變速器，配重移動(dòng)控制桿，信號(hào)線伸縮裝置，水體監(jiān)測(cè)附屬裝置控制器，照明燈電源開關(guān)組成；數(shù)據(jù)輸出設(shè)備由顯示器組成。四、突破與創(chuàng)新 1.突破 本發(fā)明突破了目前國內(nèi)外水下作業(yè)機(jī)器人適用范圍狹窄，工作方式單一，造價(jià)高昂等局限，它可以在水上、水中、水下全方位快速、高效的采集包括水深、水溫、水流速、河流含沙量等水文信息并對(duì)水文地質(zhì)環(huán)境和沿水工建筑側(cè)壁做垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)行水工建筑物實(shí)時(shí)監(jiān)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人功能的多元化，工作方式多樣化，造價(jià)低廉等目標(biāo)。 2.創(chuàng)新 I.驅(qū)動(dòng)方式上的創(chuàng)新：本多功能水下作業(yè)機(jī)器人采用履帶式水下行走方式。此方式使機(jī)器人執(zhí)行水工建筑水下結(jié)構(gòu)安全隱患探測(cè)、水下地質(zhì)勘測(cè)，水文數(shù)據(jù)采集，河道勘察等任務(wù)時(shí)，能夠更加平穩(wěn)高效的運(yùn)行，且相比浮游機(jī)器人更易進(jìn)行水下定位，不易受水中暗流干擾。 II.履帶設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新：本多功能全方位水下作業(yè)；機(jī)器人的履帶為橡膠無縫鏈接設(shè)計(jì)，既增強(qiáng)了履帶的堅(jiān)固程度延長了使用年限同時(shí)無縫設(shè)計(jì)也可以最大程度的減小機(jī)器人在水下泥沙中的下陷和泥沙淤塞問題。 III.沉浮方式上的創(chuàng)新：本多功能水下作業(yè)機(jī)器人采用全金屬結(jié)構(gòu)加泡沫填充物配合沉浮螺旋槳既增加了該機(jī)器人整體的堅(jiān)固性又因泡沫填充物的強(qiáng)浮力增加了本機(jī)器人在水下的靈活性。 IV.水中平衡問題上的創(chuàng)新：本多功能水下作業(yè)機(jī)器人的沉浮裝置內(nèi)部設(shè)有自動(dòng)控制的配重，通過改變配重的位置來改變機(jī)器人本身中心的位置，從而實(shí)現(xiàn)水中平衡。 V.水工結(jié)構(gòu)檢修方面上的創(chuàng)新：本多功能水下作業(yè)機(jī)器人在檢修水工結(jié)構(gòu)是需要沿建筑物側(cè)壁做垂直或傾斜面運(yùn)動(dòng)，沉浮裝置內(nèi)部的加塞泡沫所產(chǎn)生的浮力可以抵消機(jī)器人本身的自重，安裝在機(jī)器人腹部的推進(jìn)螺旋槳在機(jī)器人做垂直或傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)推進(jìn)螺旋槳旋轉(zhuǎn)為機(jī)器人行走產(chǎn)生一個(gè)垂直于履帶接觸面的側(cè)壓力，安裝的機(jī)器人前部的扭轉(zhuǎn)平衡螺旋槳也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，用以抵消推進(jìn)螺旋槳旋轉(zhuǎn)式產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力，從而使機(jī)器人在與運(yùn)行方向垂直的方向上無作用力產(chǎn)生，保證了機(jī)器人的直線運(yùn)行。 VI．勘測(cè)儀器方面的創(chuàng)新：本多功能水下作業(yè)機(jī)器人可以配置多種先進(jìn)的水文測(cè)量、勘測(cè)、檢查等儀器，提高本機(jī)器人的適用范圍。 VII.視頻采集方面的創(chuàng)新：本多功能水下作業(yè)機(jī)器人的攝像頭采用三維旋機(jī)械臂控制，在攝像頭對(duì)稱位置配有高照度LED燈，提高水下可見度，以提高水下視頻采集效果。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 三等獎(jiǎng)
該作品獲2010年秋季校級(jí)大學(xué)生科研立項(xiàng)資助； 該作品在2010年校級(jí)首屆水利創(chuàng)新大賽中榮獲一等獎(jiǎng)； 該作品獲得“挑戰(zhàn)杯”2011學(xué)校大學(xué)大學(xué)生課外科技作品競賽科技發(fā)明類特等獎(jiǎng)；該作品獲得“挑戰(zhàn)杯”2011省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎(jiǎng)。