水下清水置换观测装置的制作方法

本发明属于水下观测的一种装置，具体涉及一种水下清水置换观测装置。

背景技术：

水下观测技术是开展水下勘测与作业的关键技术之一，被广泛应用于海洋地质勘测、资源勘探及矿产评估、深海打捞等诸多领域，完成诸如水下取样、水下打捞等多种作业。传统的水下观测技术多采用视觉和图像增强算法来实现水下观测，但是在浑浊度过高的水域中，难以只通过算法来优化观测效果。

随着特种机器人技术的发展，水下爬壁机器人作为一种新的需求应运而生,设计用于在危险、恶劣环境下代替人工进行水下检查与作业的机器人，被广泛应用于核燃料池检测行业、船舶清洗行业以及水利大坝维护行业等，有效可靠的水下观测技术为水下爬壁机器人路径与步态规划提供了良好的保障。

现有的水下观测技术多采用图像增强技术等算法来优化摄像机获取的图像信息，这样的方法在水体浑浊度较高的水域中实用性较差。已有的清水置换装置也多采用自行携带清水的方式进行置换，当观测区域存在一定的泄漏量时难以满足长时间的工作需求。

综上所述，现有的水下观测技术使用场合存在局限性，不能很好的满足水下机器人的作业需求。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明提供一种水下清水置换观测装置。

本发明的技术方案如下：

本发明包括防水电机、输水管、柔性壳体、造流螺旋桨、辅助轮和水下机器人，柔性壳体围成水下清水置换观测装置的框架，防水电机和造流螺旋桨均布置于柔性壳体内，防水电机固定安装于柔性壳体的顶端，防水电机的输出轴朝下连接造流螺旋桨，柔性壳体的顶部沿周向间隔均匀地安装有输水管，通过输水管使得柔性壳体外部和柔性壳体内部连通，柔性壳体的底部安装有底盘，辅助轮安装于底盘上，柔性壳体安装于水下机器人的前端，同时水下机器人的摄像头部位置于柔性壳体内部，水下机器人的轮子和辅助轮在同一水平线上，水下机器人可以和柔性壳体同时运动，以实现水下机器人在柔性壳体内部的净水区域的环境观测。

所述的输水管内安装有过滤网，柔性壳体外部的污水通过输水管内的过滤网过滤后变为净水，通过输水管输入到柔性壳体内部，实现柔性壳体外部污水的清水置换。

所述的柔性壳体采用柔性材料，柔性壳体的大小、形状随水下机器人的大小、形状或者需要观测的区域的大小进行调整。在工作时，整个柔性壳体和水下机器人放入水中，柔性壳体形成内部空腔，内部空腔为净水过程中的造流螺旋桨造流提供相应的空间。

所述的造流螺旋桨的数量和大小根据水下机器人的大小或需要观测的区域大小进行调整。若需要观测的水域环境较小，可以只利用单个螺旋桨置于腔体顶端实现造流；若需要观测的水域环境较大，可以利用多个螺旋桨在腔体周围位置安装，实现腔体内部的造流，体现清水置换的高效性。

所述的水下清水置换观测装置采用非接触式设计，柔性壳体的底部与水下平面不接触，柔性壳体的底部与水下平面之间有间隙，柔性壳体内部的水从柔性壳体的底部透过底盘与水下平面之间的间隙排出，底盘设有镂空结构，使得本发明的水下清水置换观测装置是非完全封闭装置；底盘为非密封结构，两条横杆和两条铁杆构成底盘的整体框架，两条横杆平行地固定安装在柔性壳体底部，两条横杆之间平行地固定连接两条铁杆，两条铁杆与两条横杆有四个交汇点，四个交汇点的延长线上分别固定安装有输出轴，每个输出轴上安装一个辅助轮，每个横杆的相互远离的一侧均有两个辅助轮，使得柔性壳体的底部与水下平面之间有间隙。

所述的造流螺旋桨由防水电机控制，在观测的过程中防水电机带动造流螺旋桨不断地进行造流，保证在柔性壳体内部可以维持清水的环境。具体实施中，清水置换所需要的清水为就地过滤所得，周围环境中的浑水进行多次过滤即可得到，无需自行携带清水，提高清水置换的效率。

本发明的有益效果是：

本发明的观测装置能够解决水下机器人在水下环境中的观测问题，通过清水置换装置的工作可以为水下机器人的观测提供较为清晰的观测效果，保证水下采集到图像信息的清晰度，并且能为检测机器人提供清晰的检测环境；

本发明的观测装置采用独立式设计，在与水下机器人协同工作的过程中可以直接和机器人安装到一起，并且装置带有辅助轮，可以和水下机器人一起在水下环境中行进；

本发明的观测装置在使用的过程中不需要额外携带干净的水源，可直接就地取材，利用水域环境中的水实现清水置换。

总述，本发明的观测装置能和水下机器人一起在水下环境中行进，可以利用水域环境中的水实现清水置换，够解决水下机器人在水下环境中的观测问题，为检测机器人提供清晰的检测环境。

附图说明

图1为本发明和水下机器人配合工作时的示意图；

图2为本发明在小水域环境下单个螺旋桨造流示意图；

图3为本发明在大水域环境下多个螺旋桨造流示意图；

图4为图3情况下的俯视螺旋桨位置排布示意图。

图中，1防水电机、2输水管、3柔性壳体、4造流螺旋桨、5辅助轮。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明实施的技术方案，下面将对实施例的附图作简单的介绍。

如图1所示，本发明的清水观测装置包括防水电机1、输水管2、柔性壳体3、造流螺旋桨4、辅助轮5，柔性壳体3围成水下清水置换观测装置的框架，防水电机1和造流螺旋桨4均布置于柔性壳体3内，防水电机1固定安装于柔性壳体3的顶端，防水电机1的输出轴朝下连接造流螺旋桨4，柔性壳体3的顶部沿周向间隔均匀地安装有输水管2，通过输水管2使得柔性壳体3外部和柔性壳体3内部连通，柔性壳体3的底部安装有底盘，辅助轮5安装于底盘上。

本发明的清水观测装置可以和水下机器人配合工作，在机器人的视野范围内进行清水置换，使机器人可以在柔性壳体3内部的净水环境区域进行相应的观测工作。

具体实施中，柔性壳体3安装于水下机器人的前端，同时水下机器人的摄像头部位置于柔性壳体3内部，水下机器人的轮子和辅助轮5在同一水平线上，水下机器人可以和柔性壳体3同时运动，以实现水下机器人在柔性壳体3内部的净水区域的环境观测。

如图2和图3所示，输水管2内安装有过滤网，柔性壳体3外部的污水通过输水管2内的过滤网过滤后变为净水，通过输水管2输入到柔性壳体3内部，实现柔性壳体3外部污水的清水置换。

具体实施的柔性壳体3采用柔性材料，柔性壳体3呈山坡形，柔性壳体3的大小、形状随水下机器人的大小、形状或者需要观测的区域的大小进行调整。在工作时，整个柔性壳体3和水下机器人放入水中，柔性壳体3形成内部空腔，内部空腔为净水过程中的造流螺旋桨4造流提供相应的空间。

具体实施的造流螺旋桨4的数量和大小根据水下机器人的大小或需要观测的区域大小进行调整。若需要观测的水域环境较小，可以只利用单个螺旋桨置于腔体顶端实现造流；若需要观测的水域环境较大，可以利用多个螺旋桨在腔体周围位置安装，实现腔体内部的造流。

水下清水置换观测装置采用非接触式设计，柔性壳体3的底部与水下平面不接触，柔性壳体3的底部与水下平面之间有间隙，柔性壳体3内部的水从柔性壳体3的底部透过底盘与水下平面之间的间隙排出，底盘设有镂空结构。底盘为非密封结构，两条横杆和两条铁杆构成底盘的整体框架，两条横杆平行地固定安装在柔性壳体4底部，两条横杆之间平行地固定连接两条铁杆，两条铁杆与两条横杆有四个交汇点，四个交汇点的延长线上分别固定安装有输出轴，每个输出轴上安装一个辅助轮5，每个横杆的相互远离的一侧均有两个辅助轮5，使得柔性壳体3的底部与水下平面之间有间隙。

造流螺旋桨4由防水电机1控制，在观测的过程中防水电机1带动造流螺旋桨4不断地进行造流，保证在柔性壳体3内部可以维持清水的环境。

本发明的清水置换所需要的清水为就地过滤所得，周围环境中的浑水进行多次过滤即可得到，无需自行携带清水。

本发明的工作过程：

如图2所示，在比较小的水域范围内工作时，用单个造流螺旋桨即可实现整个区域的旋流，具体为：整个柔性壳体3和水下机器人放入水中，柔性壳体3外部的污水通过输水管流入到柔性壳体3内部，水下机器人的摄像头部位置于柔性壳体3内部，水下机器人的轮子和辅助轮5在同一水平线上，水下机器人和柔性壳体3同时运动，打开防水电机1，防水电机1驱动单个造流螺旋桨不断的进行造流，造流螺旋桨在柔性壳体3内部形成旋流，柔性壳体3外部的污水经过输水管2中过滤网过滤变为清水后流入到柔性壳体3内部，随着柔性壳体3内部旋流的形成以及过滤后净水的输入，因为存在负压效应，柔性壳体3内部流进去的污水从柔性壳体3的底部透过底盘与水下平面之间的间隙排出，造流螺旋桨在柔性壳体3内部不断的进行造流，使得柔性壳体3内部可以维持清水的环境，保证机器人能够清晰地观测水下的环境。

如图3所示，在比较大的水域范围内工作时，单个造流螺旋桨4难以满足整个区域的造流工作，在柔性壳体3内部沿周向安装有四个电机和四个造流螺旋桨，如图4所示，四个电机同时驱动四个造流螺旋桨不断的进行造流工作实现大区域内水流的旋转，提高了清水置换的效率；具体为：整个柔性壳体3和水下机器人放入水中，柔性壳体3外部的污水通过输水管流入到柔性壳体3内部，水下机器人的摄像头部位置于柔性壳体3内部，水下机器人的轮子和辅助轮5在同一水平线上，水下机器人和柔性壳体3同时运动，同时打开四个防水电机，四个防水电机同时驱动四个造流螺旋桨不断的进行造流，四个造流螺旋桨在柔性壳体3内部形成更大的旋流，柔性壳体3外部的污水经过输水管2中过滤网过滤变为清水后流入到柔性壳体3内部，随着柔性壳体3内部旋流的不断形成以及过滤后净水的输入，因为存在负压效应，柔性壳体3内部流进去的污水从柔性壳体3的底部透过底盘与水下平面之间的间隙排出，四个造流螺旋桨在柔性壳体3内部不断的进行造流，保证在大区域环境内净水置换的效率更高，使得柔性壳体3内部可以维持清水的环境，保证机器人能够清晰地观测水下的环境。

本发明的清水置换装置置换所需要的清水为就地过滤所得，周围环境中的浑水进行多次过滤即可得到，无需自行携带清水。且本发明的造流螺旋桨和防水电机的数量可以依据需要造流的空间大小进行相应的调整。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不局限于此。在发明的构思范围内，可以对发明的技术方案进行多种简单变形，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明所保护范围。