The invention discloses an omnidirectional rotary underwater vehicle, which realizes omnidirectional inspection of offshore platform base. Combining foot walking technology with buoyancy attitude adjustment technology, an amphibious robot with the characteristics of flexible stability of bionic crab and low energy consumption of underwater glider and long working time is designed. The bionic crab is equipped with hydraulic oil buoyancy adjusting device and gravity center adjusting device. By rotating the mechanical foot driving motor, the mechanical foot is combined to form a complete gliding wing. Under the periodic change of buoyancy and gravity center, the bionic crab can glide underwater. It not only has the advantages of wide operating range, strong adaptability to the environment, and diversified movement modes, but also has the advantages of high offshore level. In the course of platform inspection, not only can we observe the platform in many directions by crawling, but also we can change the working place conveniently by gliding mode, which is of great significance for inshore platform inspection.
【技术实现步骤摘要】
一种全向回转水下航行器
本专利技术涉及运动学与动力学领域,涉及一种爬行和滑翔按周期进行变化前进的水下行走装置。
技术介绍
传统的遥控水下机器人(ROV)在水中航行,是目前进行近海平台基座巡检的主要工具,但海底地形崎岖不平且环境复杂多变,存在着大量的淤泥、岩石,传统的ROV无法近距离多方位对海底设施进行巡检,由于近海海水能见度低,ROV巡检的准确性不足;在近海浪和流作用剧烈,其运动性能易受影响;近海海底有大量的海洋沉积物和海洋生物,ROV在运动过程中螺旋桨和脐带缆容易被水草等海洋植物缠绕,影响其巡检效果。相比于传统ROV,以多足爬行为主要运动模式的仿生机器蟹具备紧贴地面运动的能力,可以近距离多方位观察海底平台基座裂纹与腐蚀状态,巡检的准确性有很大提高,且仿生机器蟹机体形状扁平,不受浪和流的影响。然而近海平台往往比较分散,间距可达十几甚至几十公里,导致仿生机器蟹作业地点离散,而其自身携带的能量有限,无法支撑仿生机器蟹在作业地点切换过程中爬行所消耗的能量,在切换作业地点时必须借助于母船,增加了作业成本,制约了其在近海平台基座巡检中的应用。目前,水下滑翔机的技术已日趋完善,其驱动系统巧妙地利用了航行时浮力的变化,将航行器的浮力变换转换为前进驱动力,从而降低能耗,实现了水下航行器的长时间水下航行。水下滑翔机的低功耗运动模式为仿生机器蟹转换作业地点困难提供了解决方案。水下滑翔机的滑行运动离不开大翼展滑翔翼,仿生机器蟹可以通过同一套机械结构变形实现步行足与水下滑翔机滑翔翼之间的转换,使仿生机器蟹与水下滑翔机的结合成为可能。将水下滑翔机浮力调节与重心调节技术应用于仿生机器 ...
【技术保护点】
1.一种全向回转水下航行器,其特征在于,所述全向回转水下航行器包括主体、整流罩、首部螺旋桨推进器,尾部螺旋桨推进器,防水电机、步进电机、电池、控制系统;所述主体包括前部的电机舱、中部的密封舱和尾部的推进舱,所述前部电机舱后端和所述推进舱前端都有轴套,主要是利用轴承的连接原理进行传动连接,协同运动,所述轴套平行于航行器的轴线;所述前部电机舱利用横滚原理通过后端的轴承带动中轴实现动力协同运动,所述推进舱后端通过力的运动传动原理带动轴承传输到前端;所述整流罩位于所述主体的最前端,所述整流罩为半椭球形,采用流线型的回转体结构,利用鱼鳍原理,使所述航行器旋转更加灵活;所述整流罩中有涵道,所述整流罩后端有一个轴线方向与航行器轴线平行的轴承,所述轴承与所述中部密封舱相连;所述主体中部的密封舱有所述电池和所述控制系统,所述电池和所述控制系统放置位置平行于所述航行器轴线且位于下方,所述电池和所述控制系统重心位置位于轴线以下;所述控制系统是航行器的核心操作系统,所述控制系统内部中央处理机对信号进行处理与决策,主要通过对由传感器系统采集的测量信号进行处理,并与预先设定的参数推力F,偏角θ进行比较、分析判断, ...
【技术特征摘要】
1.一种全向回转水下航行器,其特征在于,所述全向回转水下航行器包括主体、整流罩、首部螺旋桨推进器,尾部螺旋桨推进器,防水电机、步进电机、电池、控制系统;所述主体包括前部的电机舱、中部的密封舱和尾部的推进舱,所述前部电机舱后端和所述推进舱前端都有轴套,主要是利用轴承的连接原理进行传动连接,协同运动,所述轴套平行于航行器的轴线;所述前部电机舱利用横滚原理通过后端的轴承带动中轴实现动力协同运动,所述推进舱后端通过力的运动传动原理带动轴承传输到前端;所述整流罩位于所述主体的最前端,所述整流罩为半椭球形,采用流线型的回转体结构,利用鱼鳍原理,使所述航行器旋转更加灵活;所述整流罩中有涵道,所述整流罩后端有一个轴线方向与航行器轴线平行的轴承,所述轴承与所述中部密封舱相连;所述主体中部的密封舱有所述电池和所述控制系统,所述电池和所述控制系统放置位置平行于所述航行器轴线且位于下方,所述电池和所述控制系统重心位置位于轴线以下;所述控制系统是航行器的核心操作系统,所述控制系统内部中央处理机对信号进行处理与决策,主要通过对由传感器系统采集的测量信号进行处理,并与预先设定的参数推力F,偏角θ进行比较、分析判断,发出相应的控制指令给所述电机执行直线行驶或者旋转行驶的推力,使所述航行器具体执行直行还是偏转,所述航行器直行与偏转轨迹由下述公式进行分析;所述航行器按预定的轨迹航行,并给控制系统提供何时上浮何时下潜航行、动力系统何时关机等指令,管理和控制整个所述航行器航行、测量与回收;所述首部螺旋桨推进器位于所述整流罩上的涵道中,采用螺旋桨主要是以其吸收给定功率获得最大推力目标提高航行器效率,另一方面以其使用安全和最大限度地实现减振降噪为目标解决空泡和激振问题;所述首部螺旋桨推进器转轴方向与所述涵道轴线方向平行;所述首部螺旋桨推进器中有所述步进电机,所述步进电机在所述主体前部的电机舱内,转轴方向与所述航行器轴线平行;利用所述步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件原理,所述首部的螺旋桨推进器可以在360°范围内转向,对所述航行器施加侧向力,与所述尾部螺旋桨推进器配合,使航向器能够灵活运动;所述整流罩通过所述轴承与所述步进电机转轴外的轴套串联,使所述整流罩可以在所述主体上绕所述航行器轴线旋转,所述步进电机转轴穿过轴套和轴承,与所述整流罩固定;所述尾部螺旋桨推进器位于所述主体尾部,所述螺旋桨推进器的转轴方向与所述航行器轴线方向平行,所述尾部螺旋桨推进器主要产生推力作用,不产生偏转运动,尾部可动部分需要存在舵效应,但所述首部螺旋桨需要进行全向偏转;基于一种空间连杆-万向节的矢量推进装置,该矢量推进器由一个步进电机和防水电机驱动,其中,防水电机主要用来驱动螺旋桨旋转以产生推进力,而步进电机则用来确定螺旋桨的方位,影响着推力的方向,从而有效控制水下航行器的运动;防水电机安装在尾部,螺旋桨通过万向节与尾座连接,防水电机和尾座的连接只传递推力,没有旋转,而步进电机安装在首部,以调整航行器的空间姿态,实现航行器的全向回转;所述尾部螺旋桨推进器包括所述防水电机和桨叶,所述防水电机的转轴和桨叶串联;所述航行器前进时,所述尾部螺旋桨推进器转动向前推进,使所述航行器产生...
【专利技术属性】
技术研发人员:秦洪德,刘传奇,朱仲本,王刚,邢森林,余相,
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
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