分散自组织水下作业平台制造技术

一种分散自组织水下作业平台，属于海洋工程领域。本发明专利技术由多个运动模块Ａ连接而成，或者由多个运动模块Ａ与搭载模块Ｂ连接而成，两个运动模块Ａ有两种连接模式即转轴平行，或者转轴垂直，两个搭载模块Ｂ之间几何对称轴平行，或者几何对称轴垂直，一个运动模块Ａ与一个搭载模块Ｂ之间几何对称轴与转轴平行，或者几何对称轴与转轴垂直，多个运动模块Ａ或／和多个搭载模块Ｂ连接形成多种结构形式的平台。本发明专利技术平台具有分散式结构，且具有多态性。多态性使平台具有强的环境适应性。本发明专利技术目前的状态尤其适合于复杂和未知水下环境中进行探测作业。在国内外水下平台中未见到有同类报道。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及的是一种水下作业平台，特别是一种具有多态性和强环境适应性的分散自组织水下作业平台，属于海洋工程领域。
技术介绍
现有的水下作业平台都具有固定的构形和集中式结构。通用水下作业平台主要包括无人遥控潜水器(ROV)、自治水下机器人(AUV)、水下拖体(DEEP TOWER)等，这些平台由大量不同的专用部件集合而成，通常包括以下全部或部分结构框架、浮力材料、配电系统、液压系统、推进系统、传感器系统、控制系统、电池等。其中推进系统又包括多个推进器及其配套设备、传感系统则包括大量用于自身状态测量的传感器，如纵横倾、深度、高度等。各部件各负其责，形成统一的水下运动和搭载平台，对搭载设备提供通讯与能源支持。除了通用平台以外，还存在种类繁多的专用水下工具和特种平台，如各种水下工程专用的水下检测工具，爬壁潜水器、管道机器人等。这些专用平台具有独特的构形、运动方式，并配备专用的仪器设备，它们不具备通用性，而是为某种环境和任务特殊设计的。然而海洋水下作业面临恶劣与不可预见的水下环境，并且远距离信息获取和干预能力也远远不及陆上，要求水下平台必须具有强的环境适应能力和抗风险能力，固定构形水下平台在这方面能力显然十分有限。为解决上述问题，模块化成为目前海洋水下平台发展的一个重要趋势。经文献检索发现，美国USPTO专利号为5995882，名称为模块化自治潜水器系统，该专利技术自述为一个模块化的自治潜水器系统，该专利技术的特征之一是有一个耐压壳，包含了一个可移动的锥形前端，可以方便地安装多种标准的和定制的海洋传感设备，并在瞬间完成传感功能转换，该专利技术的另一方面是具有一个可以连接脐带电缆的高速串行通讯端口，提供数据获取和潜水器控制的有缆模式，具备在有缆和无缆模式之间切换的柔性。与常规的水下平台相比，该专利提供了更大的系统柔性和环境适应性，操作人员可以根据具体任务情况和对水下环境的估计与分析，选择合适的部件在水面拼装出合适的构形后，下水作业。但是，模块化水下平台下水后其构形仍是不可变的，也即仍然是一种固定构形系统。此外，模块化水下平台系统中各部件具有专门的功能，不可互换，也即仍然具有集中式结构。因此，在环境适应性和抗风险性方面，模块化水下系统的进步也是有限的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种分散自组织水下作业平台，使其借鉴在网络、集成电路、陆上机器人等领域中的分散自组织概念，改变了常规水下平台的集中式结构和固定构形，具有强的环境适应性和高耐故障能力。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术由多个运动模块连接而成，或者由多个运动模块与搭载模块连接而成，运动模块有一个转轴，搭载模块有一个几何对称轴，两个运动模块有两种连接模式即转轴平行，或者转轴垂直，两个搭载模块之间有两种连接模式即几何对称轴平行，或者几何对称轴垂直，一个搭载模块与一个运动模块之间也有两种连接模式即几何对称轴与转轴平行，或者几何对称轴与转轴垂直，多个运动模块和多个搭载模块连接形成多种结构形式的平台。运动模块由内框和外框组成，内框、外框通过转轴相连。通过转轴驱动，外框可以绕内框在-90度至90度范围内旋转。在内、外框相对的两个端面上分别安装有水下主动连接面和水下被动连接面。主动连接面内有主动机械连接器和主动电连接器，被动连接面内有被动机械连接器和被动电连接器。此外，在主动和被动连接面内还分别安装有接触传感器。内框具有水密的内舱。舱内安装有浮力调节装置、关节驱动装置、以及以微控制器为核心的中央控制处理单元、中央处理单元预留若干外部接口。在内框的侧面安装有深度传感器，转轴上安装有角度传感器。运动模块可以实现升沉和1自由度变形。搭载模块只有一个框，与其几何对称轴平行的两对端面上相对地安装了两对主动连接面和被动连接面。搭载模块与运动模块上的主动和被动连接面相同。框内是水密内舱，舱内安装有以微控制器为核心的中央控制处理单元，中央处理单元预留若干外部接口。搭载模块提供作业设备安装空间。一个模块的主动连接面和另一个模块的被动连接面可以在水下实现机械与电路的结合与分离。这种连接既包括运动模块与运动模块之间的、也包括搭载模块与搭载模块之间的、以及运动模块与搭载模块之间的。两个模块有两种连接模式，即两个模块转轴(对于搭载模块为几何对称轴)平行或者垂直。多个运动模块或/和搭载模块通过其上的主、被动连接面相互连接，可以拼接成多种结构形式的平台，典型的平台结构形式包括(1)鳗鱼形结构运动模块通过串联形成链式结构，链式结构中或者连接入一些搭载模块，链式结构中部的模块利用一对相对的主动连接面和被动连接面连接两个相邻模块，链式结构两端的两个模块分别利用一个主动连接面和一个被动连接面连接一个相邻模块。(2)环形结构运动模块串联形成环形结构，环形结构中或者连接入一些搭载模块，环形结构中的每个模块利用一对相对的主动连接面和被动连接面连接两个相邻模块。(3)章鱼形结构三个以上鳗鱼形结构子链的一端连接到公共的搭载模块。水下作业时，平台可以在没有人员现场干预的情况下，通过对连接面结合与分离以及关节角度的控制，重组形成不同结构形式和运动方式，以适应作业要求和环境。本专利技术具有实质性特点和显著进步，本专利技术平台具有分散式结构，并可以在水下作业期间根据任务和环境要求自己改变结构形式和运动方式，因此具有多态性。多态性使平台具有强的环境适应性。由于组成平台的模块具有相同的软硬件，部分模块的损失不会引起整个平台功能的丧失，因此具有强的耐故障能力。本专利技术目前的状态尤其适合于复杂和未知水下环境中进行探测作业。在国内外水下平台中未见到有同类报道。附图说明图1本专利技术运动模块转轴平行连接示意2本专利技术运动模块转轴垂直连接示意3本专利技术运动模块结构示意4本专利技术搭载模块结构示意5本专利技术鳗鱼形平台结构示意6本专利技术环形平台结构示意7本专利技术章鱼形平台结构示意图具体实施方式如图1、图2、所示，本专利技术由多个运动模块A连接而成，或者由多个运动模块A与搭载模块B连接而成，两个运动模块A之间有两种连接模式即转轴平行，或者转轴垂直，两个搭载模块B之间、或者一个运动模块A与一个搭载模块B之间也是转轴(对于搭载模块为几何对称轴)平行或者垂直，多个运动模块A和多个搭载模块B连接形成多种结构形式的平台。如图3所示，运动模块A由外框2和内框1组成，内框1、外框2通过转轴3相连。外框2与转轴3连接，内框1通过轴套5支撑在转轴3上，通过对转轴3的驱动，外框1可以绕内框2在-90度至90度范围内旋转。在内框1、外框2相对的两个端面上分别安装有水下主动连接面和水下被动连接面，主动连接面内有主动机械连接器6和主动电连接器9，被动连接面内有被动机械连接器7和被动电连接器10，内框1上的主动机械连接器6与另一运动模块A的被动机械连接器7相接合，并由锁紧机构8锁紧，此外，在主动和被动连接面内还分别安装有接触传感器15。内框1具有水密的内舱。舱内安装有浮力调节装置11、关节驱动装置4、以及以微控制器为核心的中央控制处理单元12、中央处理单元预留若干外部接口。在内框1的侧面安装有深度传感器13，转轴3上安装有角度传感器14。内框1水密，上面设置了浮力调节机构11，作用是调节运动模块正负浮力的大小，实现在水中的悬停与升沉。当关节驱动装置4驱动转轴3做旋转运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分散自组织水下作业平台，其特征在于，由多个运动模块Ａ连接而成，或者由多个运动模块Ａ与搭载模块Ｂ连接而成，两个运动模块Ａ有两种连接模式即转轴平行，或者转轴垂直，两个搭载模块Ｂ之间有两种连接模式即几何对称轴平行，或者几何对称轴垂直，一个搭载模块Ｂ与一个运动模块Ａ之间也有两种连接模式即几何对称轴与转轴平行，或者几何对称轴与转轴垂直，多个运动模块Ａ或／和多个搭载模块Ｂ连接形成多种结构形式的平台。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛彤，黄秀章，连琏，曹智裕，刘建民，唐荣庆，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]