[0028] 下面结合附图对本发明作进一步的详述。
[0029] 实施例1
[0030] 如图1和2所示，一种利用重力与浮力发电的水下机器人，包括主架体、控制装置、浮力调节装置和发电与推进装置。
[0031] 主架体包括壳体1、壳体顶盖2、壳体底盖3、浮力块14和质量块15。壳体1的顶部、底部分别通过螺钉固定有壳体顶盖2、壳体底盖3。壳体顶盖2、壳体底盖3均呈半球形。壳体 1为圆柱形，从而呈现细长的低阻力的流线型。壳体1内腔的顶部固定有浮力块14，底部固定有质量块15。质量块15的重量大于浮力块14的重量，使得该水下机器人的重心始终在机器人几何中心的下方，从而在遇到水流的冲击能够保持竖直状态。壳体内腔在浮力块14与质量块15之间的部分通过隔板分隔为上下两个舱。上部为控制舱，下部为浮力调节舱。
[0032] 浮力调节装置包括整个主架体下部的浮力调节舱段和上部的控制舱段中的空气压缩机4，浮力调节舱包括水位传感器6、气体阀门7和通水阀8。浮力调节舱的侧壁上沿竖直方向安装有三个水位传感器6，壳体底盖3的底部设置有通水口，通水口上设置有通水阀8，控制舱与浮力调节舱之间的隔板上设置有通气口，通气口上设置有气体阀门7，空气压缩机4与气体阀门7通过气管连接。通过气体阀门7、通水阀8的开闭，以及空气压缩机4启停，能够实现对浮力调节舱内的水量的调节，从而实现对主架体上浮或下沉的控制。空气压缩机4用于向控制舱段内储气罐内充入气体或从储气罐中释放气体。
[0033] 控制装置包括控制舱中的控制器5和电源，控制器5中包括控制元件。水位传感器6、气体阀门7、通水阀8和空气压缩机4均连接到控制器，水位传感器6用来监控浮力调节舱的水位变化，并反馈给控制器，当达到相应的水位时，控制器控制气体阀门5和通水阀8打开或关闭。
[0034] 如图3和4所示，主架体的外侧面顶部安装有沿自身轴线均布的四个发电与推进装置。发电与推进装置包括导流支架9、电机10、电机仓11、螺旋桨12和锁紧螺母13。导流支架9 与主架体固定，外侧设置有导流筒。导流筒的中心位置固定有电机仓11。电机10通过螺钉固定在电机仓11，并通过盖体封闭。电机10的输出轴轴线与导流筒的轴线重合。电机10的电源线从导流支架9内部的通道进入壳体1内的控制舱后，通过充电电路连接到电源，并通过电机驱动器连接到控制器。电机10的输出轴与螺旋桨12通过键联接，并通过锁紧螺母13相互锁紧。电机驱动器由电源供电。当电机10上的螺旋桨12在外力作用下旋转时，电机10内的线圈产生电流，通过充电电路为电源充电。当控制器通过电机驱动器控制电机旋转时，电机能够主动带动螺旋桨12旋转，实现对主架体的位置及姿态调节，使得该利用重力与浮力发电的水下机器人能够在水中按照需要移动。
[0035] 为了机器人在水下运行的稳定性，四个发电与推进装置中，任意两个相邻发电与推进装置内的螺旋桨12的安装方向均相反。
[0036] 作为一种可选的技术方案，该水下机器人的通气口、通水口及其所有螺钉联接均采用O 型圈密封，保证内部为密闭空间。
[0037] 该利用重力与浮力发电的水下机器人的工作方法，具体步骤如下：
[0038] 步骤一、当需要在水下进行作业时，打开气体阀门和通水阀，水下机器人通过空气压缩机压缩浮力调节舱内的空气，使得环境中的水通过通水阀输入到浮力调节舱中，增大水下机器人的重力，使得重力大于浮力，从而使得水下机器人开始下沉。下沉过程中，水流推动发电与推进装置中的螺旋桨12旋转，从而带动电机10旋转开始发电，对电源进行充电。
[0039] 步骤二、当水下机器人到达预设深度时，通过控制气体阀门和通水阀的开关控制浮力调节舱的液面高度，使得水下机器人重力等于浮力，此时通过电源带动电机旋转，控制各个电机以不同转速旋转从而控制机器人的启停、悬浮和移动等，进而进行水下作业。
[0040] 步骤三、当作业完毕后，打开气体阀门和通水阀，水下机器人将空气压缩机中的压缩空气通过气体阀门压入浮力调节舱中，使得浮力调节舱中的水通过通水阀排出到环境中，减小水下机器人的重力，使得重力小于浮力，从而使得水下机器人开始上浮。上浮过程中，水流推动发电与推进装置中的螺旋桨12旋转，从而带动电机10旋转开始发电，对电源进行充电。
[0041] 利用下潜和上浮过程中产生的电能，能够显著提高水下机器人的续航能力，从而实现水下机器人在水中的长时间运行。
[0042] 实施例2
[0043] 本发明与实施例1的区别在于：水下机器人在不进行探测作业的时间段中，重复进行下潜和上浮运动，利用下潜和上浮过程中产生的电能来提高水下机器人的续航能力。
[0044] 实施例3
[0045] 本实施例与实施例1的区别在于：仅使用空气压缩罐，不设置空气压缩机4，空气压缩罐与浮力调节舱通过气体阀门7连接，浮力调节舱侧面顶部设置有与外界环境连通的排气口，排气口上设置有排气阀。
[0046] 当需要上浮时直接通过空气压缩罐向浮力调节舱提供气体，将浮力调节舱中的水从底部的通水口排出；当需要下潜时，将浮力调节舱内的气体从侧面排气口直接排出。
