一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人制造技术

本发明专利技术公开一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，包括头部、沉浮调节机构、重心调节机构、电路舱、滑翔翼和尾部。头部由图像采集舱构成；沉浮调节机构包括内油囊，换向阀，液压泵，溢流阀和外油囊；重心调节机构包括步进电机驱动器，步进电机，舵机驱动，左右重心舵机，丝杆，导轨及重块；电路舱由控制系统组成，包括运动层，传感层，控制层，通讯层和监控层；滑翔翼由环氧碳纤维材料构成，具有强度高，质量轻等优势。尾部包括四关节仿生鱼尾舵机和鱼尾骨架。本发明专利技术的仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，具有大航程、低噪音、低能耗、高隐蔽性、转弯半径小的特点，能够提高测量数据的精确性以及提高测量的工作效率。

An underwater robot with bionic and gliding hybrid propulsion mode

The invention discloses an underwater robot with a hybrid propulsion mode of bionic and gliding, which includes a head, a sinking adjustment mechanism, a center of gravity regulating mechanism, a circuit module, a glider and a tail. The head is made up of an image acquisition module; the adjustment mechanism includes the inner oil sac, the reversing valve, the hydraulic pump, the overflow valve and the outer oil sac; the center of gravity regulating mechanism includes the stepper motor driver, the stepping motor, the rudder drive, the left and right rudder, the wire rod, the guide and the heavy block, and the circuit cabin consists of the control system, including the motion layer, and the transmission. The sensing layer, the control layer, the communication layer and the monitoring layer. The gliding wing is made of epoxy carbon fiber material, and has the advantages of high strength and light weight. The tail includes four joint bionic fishtail steering gear and fishtail skeleton. The underwater robot of bionic and gliding hybrid propulsion has the characteristics of large range, low noise, low energy consumption, high concealment, and small turning radius, which can improve the accuracy of measurement data and improve the work efficiency of measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人
本专利技术涉及水下探测机器人
，特别是涉及一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人。
技术介绍
现有技术中，水下机器人共有三种推进方式：螺旋桨推进具有推进动力大，机器人速度快但是噪音大的特点；仿生推进方式具有机器人灵活性高、水下平衡姿态调整易、噪音低，转弯半径小但作业半径小，效率不高的特点；滑翔推进方式具有能耗低、大航程、但转弯半径大、不够灵活的特点。基于以上原因，需要研究设计一种既能够具有以上推进方式的优点还能够有效解决其不足的水下机器人。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，以解决上述现有技术存在的问题，采用仿生与滑翔混合推进方式，该机器人具有大航程、噪音低、能耗低、转弯半径小的特点，基于该平台可以增加各种具体的传感层和应用层使其在军事应用的水下搜救中具有较好的实用价值，在海洋的开发与应用上具有很好的应用前景。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，包括从头到尾依次连接设置在机器人机舱内的头部、沉浮调节机构、重心调节机构、电路舱、滑翔翼和尾部，所述头部和尾部通过外部丝杠锁死在所述机舱中，所述沉浮调节机构、重心调节机构和电路舱依次通过丝杠锁紧串联并放置在所述机舱中，所述滑翔翼固定在所述机舱中部；所述电路舱内的控制系统与所述头部、沉浮调节机构、重心调节机构、滑翔翼和尾部均电连接，所述尾部包括依次连接的多关节仿生鱼尾舵机和鱼尾骨架。可选的，所述头部包括图像采集舱和整流罩，所述整流罩套设在所述图像采集舱外周，所述图像采集舱中设置有摄像头模块。可选的，所述摄像头模块采用广角鱼眼摄像头，所述摄像头还设置有红外灯与补光灯电路。可选的，所述沉浮调节机构包括通过油管相互连接的内油囊、换向阀、液压泵、溢流阀和外油囊，所述沉浮调节机构外侧为耐压舱，所述内油囊设置在所述耐压舱内部，所述外油囊位于所述耐压舱和外层PVC管之间，所述外油囊直接与水接触，通过所述液压泵和溢流阀的配合使用将所述内油囊和外油囊之间的液体相互转换。可选的，所述重心调节机构包括步进电机、左右重心舵机、悬臂、转动轴、导轨和重块，所述电路舱中的步进电机驱动器和舵机驱动分别通过线缆与所述步进电机和左右重心舵机连接，所述步进电机连接丝杠，丝杠与固定的所述导轨共同挂载所述重块，所述左右重心舵机的舵机壁延伸固定在整个所述重心调节机构上，所述转动轴的一端贯穿所述重心调节机构另一端通过悬臂与所述重心调节机构的顶端连接。可选的，所述电路舱中的控制系统采用三核处理器协同工作，两个辅助处理器分别控制一部分的运动调节，主处理器完成通讯及各个传感器的数据处理与指令发送。可选的，所述滑翔翼采用NACA4415翼型，翼型的相对弯度为4％，相对厚度为15％，所述滑翔翼的材质为轻质碳纤维环氧复合材料。可选的，所述机舱在端盖与舱壳体之间各采用双层O型垫圈过盈配合，并通过内舱体外部丝杠螺母装置完成锁紧。可选的，所述机舱外部整体包覆有一层PVC材质的透水外壳。可选的，所述水下机器人还包括有设置在机舱上的太阳能供电系统，所述太阳能供电系统与所述电路舱的控制系统电连接。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术中的仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人是采用CPG仿生与滑翔两种推进方式相结合、分时复用的一款面向军事领域的海底地质勘探的水下机器人，该款水下机器人具有以下几个方面的优势：(1)推进方式方面：结合CPG仿生和滑翔两种推进技术，研制出具有大航程、噪音低、能耗低、转弯半径小等特点的一款面向军事领域海底地质勘探的水下机器人。后期如果结合太阳能技术，更能够实现对监控、检测地点进行持续数月不间断的监控。(2)控制系统方面：采用三核处理器协同工作，两个辅助处理器分别控制一部分的运动调节，主处理器完成通讯及各个传感器的数据处理与指令发送使得整个系统的实时性、可操作性大大提高。(3)水下通讯方面：由于海水对电磁波衰减系数大，在水下无线通信主要采用声通讯和激光通讯，如上海谨瑜科学仪器有限公司ATM系列水下通讯设备，AquaNetwork水下通信系统等。传统的水下通信设备造价昂贵、体积大、设备复杂维修难度高，本项目避其锋芒，针对水下滑翔器的特有运动方式，研制的一款定时、定点水面通讯的系统，完成水下机器主体与地面的数据传输及任务下载等。(4)模块化设计：水下机器人的机械主体分为：头部整流前罩、沉浮调节机构、重心调节机构、电路舱、仿生鱼尾结构、滑翔机翼等几个部分，各部分之间结构紧凑、互不干扰、可单独拆卸、维修及开发更为简易方便。(5)密封方式的独特：海底高压环境下使得水下机器人的密封成为一项技术难题，本项目在端盖与舱壳体之间各采用双层O型圈过盈配合，并通过内舱体外部丝杆螺母装置完成连接，整体性较好，连接紧密可靠。(6)机翼材料选型：翼型使用流线型较好的美国NACA4415，有效避免翼上发生流动分离，水动力特性好。翼型的相对弯度为4％，最大弯度位置在弦长的0.4，相对厚度为15％。传统机翼材料一般由超硬铝和钢或钛合金等，加工难度和机翼重量都较大，本项目引入碳纤维环氧复合材料，它的比重不到钢的1/4，抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000Mpa亦高于钢，在抗腐蚀性、耐热性等方面亦占据绝对的优势，大大减轻了机翼重量，加工方面，采用抽真工艺，相交传统机床加工更为方便、简洁。(7)模糊PID算法：采用先进的模糊PID控制算法，可以提高机器人的稳定性和控制精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人的整体结构示意图；图2为沉浮调节机构的结构示意图一；图3为沉浮调节机构的结构示意图二；图4为重心调节机构的结构示意图；图5为尾部的结构示意图；图6为控制系统的控制流程示意图；其中，1头部；2沉浮调节机构；3重心调节机构；4电路舱；5滑翔翼；6尾部；7内油囊；8换向阀；9液压泵；10溢流阀；11外油囊；12步进电机；13悬臂；14左右重心舵机；15丝杠；16导轨；17重块；18螺母；19转动轴；20仿生鱼尾舵机；21鱼尾骨架；22外层PVC管。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，以解决上述现有技术存在的问题，采用仿生与滑翔混合推进方式，该机器人具有大航程、噪音低、能耗低、转弯半径小的特点，基于该平台可以增加各种具体的传感层和应用层使其在军事应用的水下搜救中具有较好的实用价值，在海洋的开发与应用上具有很好的应用前景。本专利技术提供的仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，包括从头到尾依次连接设置在机器人机舱内的头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，其特征在于：包括从头到尾依次连接设置在机器人机舱内的头部、沉浮调节机构、重心调节机构、电路舱、滑翔翼和尾部，所述头部和尾部通过外部丝杠锁死在所述机舱中，所述沉浮调节机构、重心调节机构和电路舱依次通过丝杠锁紧串联并放置在所述机舱中，所述滑翔翼固定在所述机舱中部；所述电路舱内的控制系统与所述头部、沉浮调节机构、重心调节机构、滑翔翼和尾部均电连接，所述尾部包括依次连接的多关节仿生鱼尾舵机和鱼尾骨架。

【技术特征摘要】
1.一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，其特征在于：包括从头到尾依次连接设置在机器人机舱内的头部、沉浮调节机构、重心调节机构、电路舱、滑翔翼和尾部，所述头部和尾部通过外部丝杠锁死在所述机舱中，所述沉浮调节机构、重心调节机构和电路舱依次通过丝杠锁紧串联并放置在所述机舱中，所述滑翔翼固定在所述机舱中部；所述电路舱内的控制系统与所述头部、沉浮调节机构、重心调节机构、滑翔翼和尾部均电连接，所述尾部包括依次连接的多关节仿生鱼尾舵机和鱼尾骨架。2.根据权利要求1所述的仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，其特征在于：所述头部包括图像采集舱和整流罩，所述整流罩套设在所述图像采集舱外周，所述图像采集舱中设置有摄像头模块。3.根据权利要求2所述的仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，其特征在于：所述摄像头模块采用广角鱼眼摄像头，所述摄像头还设置有红外灯与补光灯电路。4.根据权利要求1所述的仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，其特征在于：所述沉浮调节机构包括通过油管相互连接的内油囊、换向阀、液压泵、溢流阀和外油囊，所述沉浮调节机构外侧为耐压舱，所述内油囊设置在所述耐压舱内部，所述外油囊位于所述耐压舱和外层PVC管之间，所述外油囊直接与水接触，通过所述液压泵和溢流阀的配合使用将所述内油囊和外油囊之间的液体相互转换。5.根据权利要求1所述的仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人，其特征在于：所述重心调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巍，陈丝雨，汪浩，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32