本多功能水下作业机器人是一种广泛用于各种水文信息采集、水工结构检修、水文地质勘测，河道勘察，水产养殖等方面工作的通用工具，由履带驱动装置、沉浮装置、视频传输装置、传感器、推进螺旋桨、方向控制装置、扭转平衡螺旋桨、信号线、中央控制系统、数据输出设备及水体监测附属装置组成。 该机器人可以快速、高效的采集包括水深、水温、水流速、河流含沙量等水文信息并对水文地质环境和水工建筑物实时监测。

概 述 本发明涉及一种水下作业机器人，特别是一种能高效、快捷完成水中不同方位的各种水文数据采集、水工建筑水下结构安全隐患探测、水下地质勘测，河道勘察等工作的多功能水下作业机器人。它由履带驱动装置、沉浮装置、视频采集装置、温度传感器、压力传感器、推进螺旋桨、方向控制装置、扭转平横螺旋桨、信号线、中央控制系统、数据输出设备及水体监测附属装置组成，本发明是一种自动化的水文信息采集和水环境监测及水利设施检修机器人，该机器人可以在水上、水中、水下全方位快速、高效的完成水文数据采集、沿水工建筑侧壁做垂直运动进行水下结构安全隐患探测、水文地质勘测，河道勘察等方面工作，以适应现代科技不断发展的要求。一、课题来源 目前，随着科学技术的不断发展，对水文信息水环境勘测不断提出新要求，水文观测和水环境勘测项目和内容不断增加，对观测手段和方法以及勘测技术的研发和应用提出了更高的要求;现代电子技术、传感技术、通信技术和计算机技术的迅速发展，也促进了水文监测技术和水环境勘测自动化的发展。 在水文监测和水环境勘测系统中，常常需要对众多的水位点进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣的地区，通过人为监测很难完成，加之众多水工建筑物的检修因其特殊的水下环境，人为作业更是难以完成，世界各国已经在各种水文信息采集和水下工程中大量应用水下机器人，如水环境监测、水样采集、海洋石油的堪探与开采、援潜救生、海底沉船沉物打捞、海底资源堪查、水工结构物的检查等领域。因此水文信息采集、水环境勘测以及水工结构的检查等工作中使用机器人作业已成为重大发展趋势。本科技开发小组立足于传统水下作业机器人在细致分析其缺点和不足的基础上大胆创新，研发出了本多功能水下作业机器人。 二、研究目的 为弥补现有水下作业机器人的相关不足和缺陷，设计一种高效、快捷进行水文数据采集、水工建筑水下结构安全隐患探测、水文地质勘测，河道勘察等方面工作的机器人，该机器人可以在水上、水中、水下全方位快速、高效的采集包括水深、水温、水流速、河流含沙量等水文信息并对水文地质环境和沿水工建筑侧壁做垂直运动进行水工建筑物实时监测，以适应现代科技不断发展的要求。三、技术方案 本发明的目的可以通过以下技术方案实施：本多功能水下作业机器人，它由履带驱动装置、沉浮装置、视频采集装置、温度传感器、压力传感器、推进螺旋桨、方向控制装置、扭转平衡螺旋桨、信号线、中央控制系统、数据输出设备及水体监测附属装置组成，履带驱动装置安装在整个机器人腹部，浮沉装置安装在履带驱动装置上部，沉浮装置的上盖可以打开以增加或减少用于抵消机器人自重的泡沫，视频采集装置通过三维机械臂安装在机器人上部，温度传感器和压力传感器安装在机器人背部，机器人中部安装有推进螺旋桨，扭转平衡螺旋桨安装在机器人前部，信号连接机器人与中央控制系统，数据输出设备由显示器组成。 本发明的目的还可以通过下述技术方案实施：本多功能水下作业机器人所述的履带驱动装置为无缝合金履带，后方通过两个直流电机驱动，履带由若干个定位滚轮定位；沉浮装置为中空设计，内部设有配重，装置上盖可以打开，内部装有用于抵消机器人自重的泡沫；的视频采集装置通过三维机械臂安装在机器人上部；温度传感器和压力传感器分别固定在机器人的背部；推进螺旋桨安装在机器人中部，螺旋桨叶片由直流电机控制正反转，并通过无极调速器调节螺旋桨的转速，扭转平衡螺旋桨安装在机器人前端；信号线连接在机器人机身和中央控制系统之间；中央控制系统由计算机，方向控制杆，机械臂控制杆，推进螺旋桨驱动开关，推进螺旋桨无极变速器，扭转平衡螺旋桨驱动开关，扭转平衡螺旋桨无极变速器，配重移动控制杆，信号线伸缩装置，水体监测附属装置控制器，照明灯电源开关组成；数据输出设备由显示器组成。四、突破与创新 1.突破 本发明突破了目前国内外水下作业机器人适用范围狭窄，工作方式单一，造价高昂等局限，它可以在水上、水中、水下全方位快速、高效的采集包括水深、水温、水流速、河流含沙量等水文信息并对水文地质环境和沿水工建筑侧壁做垂直运动进行水工建筑物实时监，实现了机器人功能的多元化，工作方式多样化，造价低廉等目标。 2.创新 I.驱动方式上的创新：本多功能水下作业机器人采用履带式水下行走方式。此方式使机器人执行水工建筑水下结构安全隐患探测、水下地质勘测，水文数据采集，河道勘察等任务时，能够更加平稳高效的运行，且相比浮游机器人更易进行水下定位，不易受水中暗流干扰。 II.履带设计上的创新：本多功能全方位水下作业；机器人的履带为橡胶无缝链接设计，既增强了履带的坚固程度延长了使用年限同时无缝设计也可以最大程度的减小机器人在水下泥沙中的下陷和泥沙淤塞问题。 III.沉浮方式上的创新：本多功能水下作业机器人采用全金属结构加泡沫填充物配合沉浮螺旋桨既增加了该机器人整体的坚固性又因泡沫填充物的强浮力增加了本机器人在水下的灵活性。 IV.水中平衡问题上的创新：本多功能水下作业机器人的沉浮装置内部设有自动控制的配重，通过改变配重的位置来改变机器人本身中心的位置，从而实现水中平衡。 V.水工结构检修方面上的创新：本多功能水下作业机器人在检修水工结构是需要沿建筑物侧壁做垂直或倾斜面运动，沉浮装置内部的加塞泡沫所产生的浮力可以抵消机器人本身的自重，安装在机器人腹部的推进螺旋桨在机器人做垂直或倾斜运动时推进螺旋桨旋转为机器人行走产生一个垂直于履带接触面的侧压力，安装的机器人前部的扭转平衡螺旋桨也随之转动，用以抵消推进螺旋桨旋转式产生的扭转力，从而使机器人在与运行方向垂直的方向上无作用力产生，保证了机器人的直线运行。 VI．勘测仪器方面的创新：本多功能水下作业机器人可以配置多种先进的水文测量、勘测、检查等仪器，提高本机器人的适用范围。 VII.视频采集方面的创新：本多功能水下作业机器人的摄像头采用三维旋机械臂控制，在摄像头对称位置配有高照度LED灯，提高水下可见度，以提高水下视频采集效果。

第十二届“挑战杯”作品 三等奖
该作品获2010年秋季校级大学生科研立项资助； 该作品在2010年校级首届水利创新大赛中荣获一等奖； 该作品获得“挑战杯”2011学校大学大学生课外科技作品竞赛科技发明类特等奖；该作品获得“挑战杯”2011省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。