一种便携式流线型遥控水下机器人制造技术

本发明专利技术提供一种便携式流线型遥控水下机器人的结构，解决了现有框架式水下探测机器人结构复杂及抗流性能力差的问题。本发明专利技术具有流线型外壳，能够通过两个主推推进器、两个垂推推进器和两个垂直舵翼的配合实现机器人在水中遥控抗流探测，本发明专利技术具有结构简单、易于控制，较强的环境适应性和一定的可扩展性等一系列优点，本发明专利技术主要用于完成海洋环境探测任务。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式流线型遥控水下机器人
本专利技术涉及一种便携式流线型遥控水下机器人，属于抗流航行和水下探测领域。
技术介绍
由于潜水员的作业的成本高、危险性大、水温低，所以水下机器人是水下勘探和开发的重要工具。目前，大多数水下目标的检测、环境探测主要由遥控水下机器人ROV完成。但ROV多采用开架式结构，尤其中小型开架式ROV的抗流性不强，难以满足实际环境下的探坝、观测目标、水下勘探等工作需求。现有的多模块框架式水下探测机器人，其主要特点是结构简单、可以通过主框架和副框架分别搭载前视声纳和多波束前视声纳。但为了提高框架式ROV的抗流性，其水平面方向推进的螺旋桨应采用矢量推进的布置方式，主要通过推进器的X型布置，提高侧向推力和抗流能力，但由于螺旋桨之间的流场会产生相互干扰，X型布置方式将增加ROV的尺寸和重量，使其多模块框架式水下探测机器人抗流性能力差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有框架式水下探测机器人回转性能差、体积大及抗流性能力差的问题而提供一种便携式流线型遥控水下机器人。本专利技术的目的是这样实现的：包括载体主框架、设置在载体主框架外的流线型外壳、设置在载体主框架内的控制舱、设置在控制舱内的航行控制单元和多通道电机控制板、水下环境感知与探测分系统、水下运动感知分系统、推进与操纵分系统和步进电机驱动器，所述流线型外壳由艏部、平行中体和艉部组成，推进与操纵分系统包括位于流线型外壳艉部两侧的两个主推推进器、分别固定在控制舱前、后对应的载体主框架上的两个垂推推进器、竖直安装在流线型外壳艉部上方和下方的两个垂推推进器，水下环境感知与探测分系统包括设置在流线型外壳前端的水下广角摄像机、设置在流线型外壳艏部内的前视声纳，且前视声纳固定在艏部所对应的载体主框架上，步进电机驱动器固定在流线型外壳艉部对应的载体主框架上，航行控制单元通过线缆与水面控制台进行通信。本专利技术还包括这样一些结构特征：1.还包括两个水平稳定翼，且两个水平稳定翼对称设置在流线型外壳的左、右两侧，并两个水平稳定翼均固定在艉部所对应的载体主框架上。2.水下运动感知分系统包括用于采集涌流信息的洋流传感器、用于采集方位信息的磁罗经、用于采集深度信息的深度计。3.航行控制单元通过多通道电机控制板控制两个主推推进器和两个垂推推进器，航行控制单元通过步进电机驱动器对两个垂直舵翼进行驱动，洋流传感器、磁罗经、深度计、前视声纳、内置云台的水下广角摄像机所采集的信息均传给航行控制单元。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过水面操控平台的遥控下，能够在洋流扰动下实现抗流航行和水下探测作业，并把探测到的相关信息传输给水面操控平台的显示器上。本专利技术流线型外壳通过艏部、艉部不同弧度的半椭球体和中间段的平滑过渡实现流线型设计；并通过艉部的主推推进器，垂直舵翼实现转艏，从而保证水下机器人抗流航行和探测。本专利技术所述的流线型外壳较大地减小了航行阻力，尤其减小了迎流航行的阻力，并提高了航行器的回转性能、从而提高了航行器的环境适应性和操控性。在迎流航行探测的过程中，本专利技术一方面通过航行控制系统控制推进器与舵翼使水下机器人迎流航行，另一方面可通过云台控制调整水下摄像机的转角，自动转向和对正探测目标，实现流场条件下的高效作业。附图说明图1是本专利技术的结构示意图一；图2是本专利技术的结构示意图二；图3是本专利技术的结构示意图三；图4是本专利技术的控制原理图；图5是本专利技术的洋流下的变深度探测航行的原理示意图；图6是本专利技术的直航阻力表。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例一：参见图1至图5本专利技术是一种流线型便携式遥控水下机器人，它包括流线型外壳1、载体主框架2、控制舱3、航行控制单元4、水下环境感知与探测分系统5、水下运动感知分系统6、推进与操纵分系统7、多通道电机控制板8和步进电机驱动器9；所述的流线型外壳1包裹在载体主框架2外部，控制舱3固定在载体主框架2的内部，航行控制单元4和多通道电机控制板8位于控制舱3内，步进电机驱动器9位于流线型外壳1内，并固定在载体主框架2上，流线型外壳1分为三部分，从前至后依次为艏部、平行中体和艉部，艏部和艉部为曲率不同的半椭球体形外壳，平行中体为圆柱形外壳，推进与操纵分系统7包括两个主推推进器7-1、两个垂推推进器7-2和两个垂直舵翼7-3；两个主推推进器7-1分别位于流线型外壳1的艉部两侧，并固定在该艉部两侧所对应的载体主框架2上，两个垂推推进器7-2位于流线型外壳1内，并分别固定在控制舱3的前、后所对应的载体主框架2上，两个垂直舵翼7-3对称设置在流线型外壳1的上方和下方，并且两个垂直舵翼7-3通过连接件安装在艉部所对应的流线型外壳1上；水下环境感知与探测分系统5包括内置云台的水下广角摄像机5-1和前视声纳5-2，内置云台的水下广角摄像机5-1设置在流线型外壳1的前端，用于采集水下图像，并将采集的水下图像传送至航行控制单元4，航行控制单元4还用于控制内置云台的水下广角摄像机5-1的转向；前视声纳5-2位于流线型外壳1内，并固定在艏部所对应的载体主框架2上，前视声纳5-2用于采集水下声纳，并将采集的水下声纳传送至航行控制单元4；水下运动感知分系统6位于流线型外壳1内，并固定在载体主框架2上，水下运动感知分系统6用于采集涌流信息、方位信息和深度信息，并将采集的采集涌流信息、方位信息和深度信息上传至航行控制单元4；航行控制单元4通过线缆与水面控制台进行通信，航行控制单元4还通过多通道电机控制板8控制两个主推推进器7-1和两个垂推推进器7-2，航行控制单元4还通过步进电机驱动器9对两个垂直舵翼7-3进行驱动。本专利技术设计具有流线型外壳结构的ROV遥控水下机器人，较大地减小了航行阻力，尤其减小了迎流航行的阻力，并提高了航行器的回转性能、从而提高了航行器的环境适应性和操控性。在迎流航行探测的过程中，针对传统框架式结构侧向抗流航行能力弱的缺点，本专利技术一方面通过航行控制单元控制推进器与舵翼使ROV迎流航行，另一方面通过云台控制调整水下摄像机的转角，自动转向和对正探测目标，实现流场条件下的高效作业。流线型外壳1的内部载体主框架2不仅对载体有支撑作用，还可以固定设备并搭载具备流线型外壳的副框架，副框架可携带多波束前视声纳、机械手等探测作业设备。本专利技术所述的一种流线型便携式遥控水下机器人包括推进与操纵分系统、水下环境感知与探测分系统、水下运动感知分系统，且流线型便携式遥控水下机器人与水面控制台配合使用。其中水下环境感知与探测分系统通过嵌入式处理单元和脐带缆将采集到的图像信息传递到水面；水下运动感知分系统所采集到的洋流、艏向和深度信息通过网络和脐带缆传递到水面控制台；水面控制台的定深定向抗流航行控制指令将通过网络和脐带缆向嵌入式处理单元发送控制指令从而实现水下控制和探测作业。两个主推推进器7-1、两个垂推推进器7-2和两个垂直舵翼7-3构成推进与操纵分系统。其中，4个推进器由舱内的航行控制单元通过网络连接向多通道电机控制板8发送控制指令，多通道电机控制板8向相应的推进器电机发送PWM控制信号，通过水密线缆完成推进器控制信号的传送。两个垂直舵翼7-3主要由航行控制单元4通过串口连接向步进电机驱动器9发送控制指令，步进电机驱动器9通过水密线缆完成对垂直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式流线型遥控水下机器人，其特征在于：包括载体主框架、设置在载体主框架外的流线型外壳、设置在载体主框架内的控制舱、设置在控制舱内的航行控制单元和多通道电机控制板、水下环境感知与探测分系统、水下运动感知分系统、推进与操纵分系统和步进电机驱动器，所述流线型外壳由艏部、平行中体和艉部组成，推进与操纵分系统包括位于流线型外壳艉部两侧的两个主推推进器、分别固定在控制舱前、后对应的载体主框架上的两个垂推推进器、竖直安装在流线型外壳艉部上方和下方的两个垂推推进器，水下环境感知与探测分系统包括设置在流线型外壳前端的水下广角摄像机、设置在流线型外壳艏部内的前视声纳，且前视声纳固定在艏部所对应的载体主框架上，步进电机驱动器固定在流线型外壳艉部对应的载体主框架上，航行控制单元通过线缆与水面控制台进行通信。

【技术特征摘要】
1.一种便携式流线型遥控水下机器人，其特征在于：包括载体主框架、设置在载体主框架外的流线型外壳、设置在载体主框架内的控制舱、设置在控制舱内的航行控制单元和多通道电机控制板、水下环境感知与探测分系统、水下运动感知分系统、推进与操纵分系统和步进电机驱动器，所述流线型外壳由艏部、平行中体和艉部组成，推进与操纵分系统包括位于流线型外壳艉部两侧的两个主推推进器、分别固定在控制舱前、后对应的载体主框架上的两个垂推推进器、竖直安装在流线型外壳艉部上方和下方的两个垂推推进器，水下环境感知与探测分系统包括设置在流线型外壳前端的水下广角摄像机、设置在流线型外壳艏部内的前视声纳，且前视声纳固定在艏部所对应的载体主框架上，步进电机驱动器固定在流线型外壳艉部对应的载体主框架上，航行控制单元通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海，苏玉民，文享龙，张国成，秦洪德，李宏伟，沈海龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23