一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统

摘要

本发明公开了一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统，包括水下机器人外壳、机械臂装置和柔性机械臂，所述水下机器人外壳的顶部安装有连接杆，且连接杆的一端安装有稳定旋叶，所述水下机器人外壳的两侧分别均安装有前进旋叶，且水下机器人外壳的底部安装有红外感应器。该一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统通过稳定旋叶，当水下机器人放入水中后，电机带动4个稳定旋叶旋转，使水下机器人可以向在水下进行升降，当升降到固定位置时，前进旋叶旋转，使前进旋转带动水下机器人可以水平方向移动，同时根据水下机器人搭载的模块的不同可以通过数据芯片本体可以调整每片稳定旋叶的旋转速度，使水下机器人保持平衡。

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体为一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统。

背景技术

水下机器人是一种工作在水下的极限作业机器人，由于水下的环境恶劣和人的潜水深度有限，使得水下机器人成为海洋开发的重要工具之一，水下机器人主要包括有缆遥控水下机器人和无缆遥控水下机器人，其中有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种，水中自航式应用较为广泛。

传统的水下机器人，其搭载的模块功能较为简单，模块之间的配合单一，不能对多个水下机器人安装不同模块，并且在形成机器人生态方面有较多空白，导致其难以完成水下环境中打捞勘探、施工救援等复杂的工作任务，因此，我们提供了一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统，解决了上述背景技术中提出水下机器人不能安装多种模块和不能对水下的地形进行勘测和不能对水下的物体进行打捞的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统，包括外壳、机械臂装置和柔性机械臂，所述水下机器人外壳的顶部安装有连接杆，且连接杆的一端安装有稳定旋叶，所述水下机器人外壳的两侧分别均安装有前进旋叶，且水下机器人外壳的底部安装有红外感应器，所述水下机器人外壳的内侧的前端安装有旋转壳，且旋转壳的内部安装有摄像头本体，并且旋转壳的内部的靠近摄像头本体的底部安装有照明灯，所述旋转壳的一侧的外壁安装有齿条，所述水下机器人外壳的内壁的中间安装有控制壳，且控制壳内部的顶部安装有数据芯片本体，所述控制壳的内部的中间安装有伺服电机，且伺服电机的输出端安装有皮带，并且伺服电机的底部安装有电动伸缩杆，所述控制壳的两侧分别均安装有旋转齿轮，且控制壳的安装有旋转密封圈，所述控制壳通过旋转密封圈与固定块连接，且固定块的外壁安装有固定环，所述机械臂装置通过固定环与固定块连接，所述柔性机械臂通过固定环与固定块连接。

优选的，所述水下机器人外壳通过齿条和旋转齿轮与旋转壳构成转动结构，且旋转壳关于水下机器人外壳的垂直中心线两侧对称分布。

优选的，所述水下机器人外壳通过固定块和固定环与机械臂装置构成可拆卸结构，且固定块与水下机器人外壳通过旋转密封圈构成密封结构。

优选的，所述稳定旋叶沿着水下机器人外壳的水平中心线两侧等间距分布有2组，且2组稳定旋叶位于同一横截面。

优选的，所述齿条的纵截面为弧形，且齿条的弧度为120°，并且齿条的中心线与旋转壳的中心线位于同一纵截面。

优选的，所述机械臂装置包括固定轴、从动齿轮、主动齿轮、微型马达、第一机械臂、第二机械臂、微型电机和第一机械手，且固定轴通过固定环与固定块连接，所述固定轴的一端安装有从动齿轮，且固定轴的外壁安装有第一机械臂，所述第一机械臂的一侧安装有微型马达，且微型马达的输出端安装有主动齿轮，所述第一机械臂的一端安装有第二机械臂，且第二机械臂的内部安装有微型马达，并且微型马达的输出端安装有第一机械手。

优选的，所述第一机械臂通过从动齿轮和主动齿轮与第二机械臂构成转动结构，且第一机械臂与第二机械臂相互垂直。

优选的，所述柔性机械臂包括气泵、控制索、底板、固定索、第一固定板、气管、第二固定板、前板、气阀、气袋和第二机械手，且气泵通过固定环与固定块连接，所述气泵的外侧安装有控制索，且气泵的底部安装有底板，所述底板的一侧安装有固定索，且固定索与控制索的上端的外壁分别均安装有第一固定板，并且固定索与控制索的下端的外壁分别均安装有第二固定板，所述固定索与控制索的底部分别均安装有前板，所述气泵的一端安装有气管，且气管的一端安装有气阀，所述气阀的一端安装有气袋，且气袋的一端安装有第二机械手。

优选的，所述控制索与固定索分别均沿着底板的中心线呈环形分布，且控制索与固定索呈45°夹角，并且控制索与固定索分别均为柔性材料制成。

本发明提供了一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统，具备以下有益效果：

1.该一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统通过稳定旋叶，当水下机器人放入水中后，电机带动4个稳定旋叶旋转，使水下机器人可以向在水下进行升降，当升降到固定位置时，前进旋叶旋转，使前进旋转带动水下机器人可以水平方向移动，同时根据水下机器人搭载的模块的不同可以通过数据芯片本体可以调整每片稳定旋叶的旋转速度，使水下机器人保持平衡；

2.该一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统通过旋转壳，当需要对摄像头本体、照明灯和探测器的角度进行调整时，启动电动伸缩杆，使电动伸缩杆推动伺服电机移动，使伺服电机输出端的皮带绷紧，启动伺服电机，使伺服电机通过皮带带动旋转齿轮旋转，旋转齿轮带动齿条移动，齿条带动旋转壳转动，对旋转壳内的摄像头本体、照明灯和探测器的角度进行调整，使摄像头本体探测的范围增加；

3.该一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统通过柔性机械臂，将柔性机械臂装入水下机器人的底部，通过数据芯片本体控制柔性机械臂内的气泵，使气泵带动两侧的控制索，使控制索上升或者下降，可以使柔性机械臂弯折成各种角度，根据摄像头本体拍摄的物体的形状，通过数据芯片本体分析传递到柔性机械臂，使柔性机械臂内的不同位置的气阀打开，启动气泵，使气泵通过气管和气阀对不同位置的气袋进行充气，第二机械手的每根夹紧杆的转动角度不相同，提高柔性机械臂的使用范围；

4.该一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统通过机械臂装置，机械臂装置安装与水下机器人的底部，当需要对水下的物体进行夹取时，首先调整第一机械手的角度，启动微型马达，使微型马达的输出端带动主动齿轮旋转，主动齿轮的传动轴与第一机械臂固定连接，使主动齿轮围绕从动齿轮旋转，并且主动齿轮的传动轴带动第一机械臂旋转，按照上述运动带动第二机械臂旋转，调整完成后，微型电机启动，微型电机的输出端带动第一机械手旋转到适合的角度，启动第一机械手对水下的物体进行夹取，机械臂装置可以根据地形调整角度，防止机械臂装置卡死；

5.该一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统通过红外感应器，当水下机器人在水下运行时，通过红外感应器可以感应周边的物体，当水下机器人距离障碍物较近时，通过数据芯片本体控制前进旋叶反转带动水下机器人本体后退，同时水下机器人整体为弧形，可以减少阻力，提高水下机器人的续航。

附图说明

图1为本发明正视结构示意图；

图2为本发明侧剖结构示意图；

图3为本发明柔性机械臂正剖结构示意图；

图4为本发明柔性机械臂俯剖结构示意图；

图5为本发明机械臂装置正剖结构示意图；

图6为本发明防抖计算流程图结构示意图。

图中：1、水下机器人外壳；2、连接杆；3、稳定旋叶；4、前进旋叶；5、红外感应器；6、旋转壳；7、摄像头本体；8、照明灯；9、齿条；10、控制壳；11、数据芯片本体；12、伺服电机；13、皮带；14、旋转齿轮；15、电动伸缩杆；16、旋转密封圈；17、固定块；18、固定环；19、机械臂装置；1901、固定轴；1902、从动齿轮；1903、主动齿轮；1904、微型马达；1905、第一机械臂；1906、第二机械臂；1907、微型电机；1908、第一机械手；20、柔性机械臂；2001、气泵；2002、控制索；2003、底板；2004、固定索；2005、第一固定板；2006、气管；2007、第二固定板；2008、前板；2009、气阀；2010、气袋；2011、第二机械手。

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。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统，包括水下机器人外壳1、连接杆2、稳定旋叶3、前进旋叶4、红外感应器5、旋转壳6、摄像头本体7、照明灯8、齿条9、控制壳10、数据芯片本体11、伺服电机12、皮带13、旋转齿轮14、电动伸缩杆15、旋转密封圈16、固定块17、固定环18、机械臂装置19、固定轴1901、从动齿轮1902、主动齿轮1903、微型马达1904、第一机械臂1905、第二机械臂1906、微型电机1907、第一机械手1908、柔性机械臂20、气泵2001、控制索2002、底板2003、固定索2004、第一固定板2005、气管2006、第二固定板2007、前板2008、气阀2009、气袋2010和第二机械手2011，水下机器人外壳1的顶部安装有连接杆2，且连接杆2的一端安装有稳定旋叶3，水下机器人外壳1的两侧分别均安装有前进旋叶4，且水下机器人外壳1的底部安装有红外感应器5，水下机器人外壳1的内侧的前端安装有旋转壳6，且旋转壳6的内部安装有摄像头本体7，并且旋转壳6的内部的靠近摄像头本体7的底部安装有照明灯8，旋转壳6的一侧的外壁安装有齿条9，水下机器人外壳1的内壁的中间安装有控制壳10，且控制壳10内部的顶部安装有数据芯片本体11，控制壳10的内部的中间安装有伺服电机12，且伺服电机12的输出端安装有皮带13，并且伺服电机12的底部安装有电动伸缩杆15，控制壳10的两侧分别均安装有旋转齿轮14，且控制壳10的安装有旋转密封圈16，控制壳10通过旋转密封圈16与固定块17连接，且固定块17的外壁安装有固定环18，机械臂装置19通过固定环18与固定块17连接，柔性机械臂20通过固定环18与固定块17连接。

水下机器人外壳1通过齿条9和旋转齿轮14与旋转壳6构成转动结构，且旋转壳6关于水下机器人外壳1的垂直中心线两侧对称分布，通过齿条9和旋转齿轮14可以对旋转壳6进行旋转，同时旋转壳6旋转完成后通过齿条9和旋转齿轮14的啮合可以进行自锁，防止旋转壳6自行旋转。

水下机器人外壳1通过固定块17和固定环18与机械臂装置19构成可拆卸结构，且固定块17与水下机器人外壳1通过旋转密封圈16构成密封结构，通过固定块17和固定环18可以将不同类型的机械臂与水下机器人外壳1进行固定，同时通过旋转密封圈16可以使机械臂在旋转过程中外部的水不能进入到控制壳10的内部。

稳定旋叶3沿着水下机器人外壳1的水平中心线两侧等间距分布有2组，且2组稳定旋叶3位于同一横截面，通过多组稳定旋叶3可以对水下机器人进行稳定，同时根据水下机器人配重的不同，通过数据芯片本体11对单个稳定旋叶3的旋转速度进行调整，使水下机器人保持平衡。

齿条9的纵截面为弧形，且齿条9的弧度为120°，并且齿条9的中心线与旋转壳6的中心线位于同一纵截面，旋转壳6旋转的旋转范围与齿条9的弧度相等，同时通过齿条9和旋转齿轮14可以对旋转壳6进行锁定，防止旋转壳6滑落。

机械臂装置19包括固定轴1901、从动齿轮1902、主动齿轮1903、微型马达1904、第一机械臂1905、第二机械臂1906、微型电机1907和第一机械手1908，且固定轴1901通过固定环18与固定块17连接，固定轴1901的一端安装有从动齿轮1902，且固定轴1901的外壁安装有第一机械臂1905，第一机械臂1905的一侧安装有微型马达1904，且微型马达1904的输出端安装有主动齿轮1903，第一机械臂1905的一端安装有第二机械臂1906，且第二机械臂1906的内部安装有微型马达1904，并且微型马达1904的输出端安装有第一机械手1908，将机械臂装置19装入水下机器人的底部，通过数据芯片本体11对机械臂装置19内的微型电机1904、微型马达1907和第一机械手1908进行控制，提高机械臂装置19的使用范围。

第一机械臂1905通过从动齿轮1902和主动齿轮1903与第二机械臂1906构成转动结构，且第一机械臂1905与第二机械臂1906相互垂直，第一机械臂1905通过微型马达1904、主动齿轮1903和从动齿轮1902对第二机械臂1906进行控制，可以使第二机械臂1906适用于水底复杂的场合。

柔性机械臂20包括气泵2001、控制索2002、底板2003、固定索2004、第一固定板2005、气管2006、第二固定板2007、前板2008、气阀2009、气袋2010和第二机械手2011，且气泵2001通过固定环18与固定块17连接，气泵2001的外侧安装有控制索2002，且气泵2001的底部安装有底板2003，底板2003的一侧安装有固定索2004，且固定索2004与控制索2002的上端的外壁分别均安装有第一固定板2005，并且固定索2004与控制索2002的下端的外壁分别均安装有第二固定板2007，固定索2004与控制索2002的底部分别均安装有前板2008，气泵2001的一端安装有气管2006，且气管2006的一端安装有气阀2009，气阀2009的一端安装有气袋2010，且气袋2010的一端安装有第二机械手2011，将柔性机械臂20装入水下机器人的底部，通过数据芯片本体11控制柔性机械臂20内的气泵2001，使气泵2001带动两侧的控制索2002，使控制索2002上升或者下降，可以使柔性机械臂20弯折成各种角度，根据摄像头本体7拍摄的物体的形状，通过数据芯片本体11分析传递到柔性机械臂20，使柔性机械臂20内的不同位置的气阀2009打开，启动气泵2001，使气泵2001通过气管2006和气阀2009对不同位置的气袋2010进行充气，第二机械手2011的每根夹紧杆的转动角度不相同，提高柔性机械臂20的使用范围。

控制索2002与固定索2004分别均沿着底板2003的中心线呈环形分布，且控制索2002与固定索2004呈45°夹角，并且控制索2002与固定索2004分别均为柔性材料制成，控制索2002和固定索2004可以在弯折之后保持固定，防止控制索2002和固定索2004回弹。

综上所述，该一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统，当对多组水下机器人安装不同类型的机械臂，首先将机械臂装置19内的固定轴1901插入固定块17内部，使机械臂装置19内的数据线与固定块17内的数据线连接，实现水下机器人和机械臂装置19内的数据传输，同时旋转固定环18，使固定环18向下移动对机械臂装置19进行固定，对其他水下机器人安装柔性机械臂20，使柔性机械臂20内的气泵2001与固定块17连接，气泵2001尾部的数据线插入固定块17内，向下旋转固定环18，使固定环18向下移动对柔性机械臂20进行固定，当多组水下机器人安装完成后，将水下机器人放入水中进行作业，数据芯片本体11对稳定旋叶3的转速进行控制，根据水下机器人重量的不同数据芯片本体11可以调整每个稳定旋叶3的转速，使水下机器人保持平衡，当水下机器人到达固定位置时，稳定旋叶3怠速，使水下机器人保持不动，启动前进旋叶4，使水下机器人水平移动，同时根据需要勘测的位置调整旋转壳6，通过数据芯片本体11启动电动伸缩杆15，使电动伸缩杆15推动伺服电机12移动，使伺服电机12输出端的皮带13绷紧，启动伺服电机12，使伺服电机12通过皮带13带动旋转齿轮14旋转，旋转齿轮14带动齿条9移动，齿条9带动旋转壳6转动，对旋转壳内6的摄像头本体7、照明灯8和探测器的角度进行调整，增加摄像头本体7探测的范围；

当摄像头本体7将拍摄到的图像传输到数据芯片本体11，根据数据芯片本体11分析，当需要对物体进行夹取时，数据芯片本体11将信号传递到机械臂装置19，首先调整第一机械手1908的角度，启动微型马达1904，使微型马达1904的输出端带动主动齿轮1903旋转，主动齿轮1903的传动轴与第一机械臂1905固定连接，使主动齿轮1903围绕从动齿轮1902旋转，并且主动齿轮1903的传动轴带动第一机械臂1905旋转，按照上述运动带动第二机械臂1906旋转，调整完成后，微型电机1907启动，微型电机1907的输出端带动第一机械手1908旋转到适合的角度，启动第一机械手1908对水下的物体进行夹取，机械臂装置19可以根据地形调整角度，防止机械臂装置19卡死，当一个水下机器人无法完成夹取时，数据芯片本体11通过信号发射器发射信号，呼叫多组水下机器人，通过机械臂装置19和柔性机械臂20配合使用对物体进行夹取，通过数据芯片本体11控制柔性机械臂20内的气泵2001，使气泵2001带动两侧的控制索2002，使控制索2002上升或者下降，可以使柔性机械臂20弯折成各种角度，根据摄像头本体7拍摄的物体的形状，通过数据芯片本体11分析传递到柔性机械臂20，使柔性机械臂20内的不同位置的气阀2009打开，启动气泵2001，使气泵2001通过气管2006和气阀2009对不同位置的气袋2010进行充气，第二机械手2011的每根夹紧杆的转动角度不相同，提高柔性机械臂20的使用范围；

同时水下机器人通过红外感应器感应5附近的障碍物，将与障碍物的距离传输到数据芯片本体11，使数据芯片本体11根据红外感应器5的信号调整稳定旋叶3和前进旋叶4的转速，防止水下机器人与障碍物发生碰撞，固定块17的外壁安装有旋转密封圈16，可以防止水进入到控制壳10的内部；

iv利用图像融合技术，动物仿生，基于响尾蛇(该类蛇同时有可见光眼和颊窝的红外眼)，在图像处理时，同时收集红外图像和可见光图像，经过DOG模型图像增强和Guidedfilter滤波，将两类光均分为高频和低频，再进行生物视觉融合，合成的新图像在对比度，颜色亮度，分辨率和细节轮廓上有显著提升，并能为海洋暗区勘探和机器人夜间航行提供条件和保障v利用卷积神经网络和基于WGAN的新型图像识别方法，能准确识别各种水下生物，卷积神经网络：选用Softmax损失函数来解决目标间互斥，设计了卷积神经网络的实验样本，并进行了试验分析，得到卷积神经网络模型，基于WGAN的图像识别技术：将送入WGAN生成器的数据加上类别标签，然后训练生成器和判别器，使生成器最终可以输出指定类别样本，并使判别器的能力达到最优，由于判别器本身有提取图像特征的功能，因此在判别器最后一层添加Softmax分类器，可使其在输出样本真假性的同时输出类别。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。