一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人，包括舱体、喷射泵推进机构与舵机关节摆动推进机构；舱体内部分为上下两部分，单片机控制板设置在舱体上半部分，沉浮调节机构分布在舱体下半部分；单片机控制板用于实现水下机器人的整体运动控制；沉浮调节机构用于使水下机器人在水中上浮或下潜；喷射泵推进机构分布在舱体的底部，能够产生前进的推力实现快速起动和高速巡航；舵机关节摆动推进机构设置在舱体的后端，能够产生推力实现水下机器人的直行、转弯、上浮下潜运动。具有良好的机动性和宽广的游速覆盖范围，能够满足多功能的水下任务需求，具有广阔的应用前景。

An Underwater Vehicle Driven by Jet Pump and Actuator

The invention discloses an underwater vehicle driven by a jet pump and a steering gear, which comprises a cabin, a jet pump propulsion mechanism and a steering gear knuckle swinging propulsion mechanism; the cabin body is composed of upper and lower parts, and the single chip computer control board is arranged in the upper part of the cabin body, and the sink and float adjustment mechanism is distributed in the lower part of the cabin body; the single chip computer control board is used to realize the overall motion control of the underwater vehicle; The sink-and-float adjusting mechanism is used to make the underwater vehicle float or submerge in the water; the jet pump propulsion mechanism is distributed at the bottom of the cabin, which can generate forward thrust to achieve rapid start and high-speed cruise; the steering gear knuckle swing propulsion mechanism is located at the back of the cabin, which can generate thrust to realize the underwater vehicle's direct, turning, floating and submerging motion. It has good maneuverability and wide range of speed coverage, can meet the needs of multi-functional underwater missions, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人
本专利技术属于水下机器人
，具体涉及一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人。
技术介绍
随着国家海洋战略推进，水下机器人在海洋生物研究、海底资源探测以及海洋军事任务等军民两用领域得到了广泛的应用。水下机器人可分为有缆水下机器人和无缆水下机器人两类，有缆水下机器人采用电缆与机器人进行通信，其工作范围受到电缆的限制，无法脱离水面基站的控制实现自主航行；另一种是无缆水下机器人，其具有体积小，运动灵活，机动性能好等优点，能够适应水下复杂多变的环境，因此无缆机器人可用于执行海底管道铺设、水下设备维护、海底扫雷、海洋军事侦察等复杂的民用和军事水下任务。无缆水下机器人可分为传统的无人水下航行器和新型的仿生水下机器人。传统的无人水下航行器普遍采用螺旋桨作为驱动方式，螺旋桨强大的爆发能力使得水下航行器能在水中实现快速的起动和高速巡航。然而，基于螺旋桨推进机构的传统无人水下航行器存在以下缺点与不足：能量消耗率高且能量利用率低，为了提高航行器的续航，只能携带更大容量的电池，这既增加了成本，又占用了机器人的体积空间；隐蔽性差，其突兀的外形与海洋环境不协调，因此隐蔽性较差，不适合执行近距离海洋生物观察的水下任务。新型的仿生水下机器人是指用于仿鱼类外形和游动方式的水下机器人，其拥有对环境扰动小、隐蔽性强、能量利用高等优点。然而，目前为止的大多数仿生水下机器人都存在这些不足：游动速度慢，通常采用仿生尾鳍的往复摆动产生推进力，推进速度受限于尾鳍的摆动频率；推进功率低，尾鳍摆动产生的推进力太小，快速启动能力差。因此，研发一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人势在必行。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人其低速巡航时采用舵机关节摆动推进机构驱动，快速起动与高速巡航时利用喷射泵产生前进动力，可以满足多种水下任务的需要。为达到上述目的，本专利技术所述一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人包括依次设置的头部、舱体和舵机关节摆动推进机构，舱体下方设置有喷射泵推进机构，喷射泵推进机构和舵机关节摆动推进机构均用于向水下机器人提供驱动力；喷射泵推进机构包括第一电机和水流管道，第一电机通过第一联轴器与传动轴一端固定连接，传动轴的另一端固定有螺旋桨；水流管道一端为入水口，另一端为出水口，螺旋桨设置在出水口处。进一步的，第一电机外侧设置有电机水冷器件，电机水冷器件包括固定在第一电机外的水冷外壳体，水冷外壳体上设置有连通的进水端口和出水端口。进一步的，舵机关节摆动推进机构包括若干依次连接的舵机关节，以及连接在最末端的舵机关节上的人造尾鳍，每个舵机关节包括舵机单元和连接支架，舵机单元包括舵机固定架，舵机固定架上固定有防水舵机，防水舵机的输出轴上连接有舵盘，舵盘和连接支架上端固定连接，舵机固定架下端和连接支架铰接。进一步的，舱体中设置有沉浮调节机构，沉浮调节机构包括固定底座和丝杠，固定底座与舱体固定连接，丝杠两端通过轴承安装在固定底座上，固定底座上固定有导轨，导轨上滑动连接有滑块，丝杠和滑块螺纹连接，第二电机的动力输出轴通过第二联轴器与丝杠固定连接。沉浮调节机构，用于使水下机器人在水中的上浮或下潜，实现水下机器人的多维度运动。进一步的，滑块为铅块，滑块质量为水下机器人质量的10％～15％。进一步的，头部设置有深度传感器。进一步的，舱体中设置有电源模块，电源模块用于给水下机器人的所有电子源部件供电。进一步的，舱体中设置有单片机控制板，单片机控制板用于控制第一电机的启停和转速。进一步的，传动轴外套有防水轴套，防水轴套靠近联轴器的一端设置有防水端盖。进一步的，舱体下部两侧对称固定有两个仿生人造胸鳍；舱体外表面上端固定有仿生人造背鳍。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果，本专利技术提供一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人。与单纯采用螺旋桨驱动的传统水下无人航行器相比，本专利技术拥有两种驱动单元，在低速巡航时采用舵机关节摆动作为驱动方式，能够有效降低系统能量消耗率，提高其续航能力；同时本专利技术采取仿鲨鱼外形的流线型的设计，有效减少机器人在水中的游动阻力，同时增强其与水下环境的协调性，提高执行水下任务时的隐蔽性。与单纯采用仿生尾鳍驱动的仿生水下机器人相比，本专利技术在实现高速运动时采用喷射泵与舵机关节摆动结合的方式进行驱动，利用喷射泵强大的推进力实现水中快速起动与高速巡游，同时利用舵机关节摆动实现转弯控制，有效增强其机动能力，扩大其游速区间。喷射泵与普通的螺旋桨推进器相比，其体积更加小，且驱动模块一体化的结构也更容易嵌入到舱体中。进一步的，舱体中设置有沉浮调节机构，沉浮调节机构包括固定底座和丝杠，固定底座与舱体固定连接，丝杠两端通过轴承安装在固定底座上，固定底座上固定有导轨，导轨上滑动连接有滑块，丝杠和滑块螺纹连接，第二电机的动力输出轴通过第二联轴器与丝杠固定连接，进一步的，第一电机外侧设置有电机水冷器件。电机水冷器件能有效的带走第一电机工作时产生的热量，降低电机的表面温度，这有利于使电机保持良好的工作状态，同时防止电机因过热而发生故障。进一步的，舱体下部两侧对称固定有两个仿生人造胸鳍；舱体外表面上端固定有仿生人造背鳍，头部、舱体、仿生人造胸鳍以及仿生人造背鳍组成了水下机器人仿鱼形的流线型的外壳设计的主体，这种流线型外壳的设计有利于减少水下机器人在水中的游动阻力，减少能量损失。附图说明图1为本专利技术的混合驱动的水下机器人的结构图；图2为本专利技术的舵机关节摆动推进机构的结构示意图；图3为本专利技术的舵机单元结构示意图；图4为本专利技术的沉浮调节机构的结构示意图；图5为本专利技术的喷射泵推进机构的结构示意图；图6为本专利技术的电机水冷器件的结构示意图；附图中：1-头部，2-舱体，3-沉浮调节机构，4-仿生人造胸鳍，5-喷射泵推进机构，6-舵机关节摆动推进机构，7-电源模块，8-仿生人造背鳍，9-单片机控制板，10-第一舵机单元，11-第一连接支架，12-第二舵机单元，13-第二连接支架，14-第三舵机单元，15-第三连接支架，16-仿生人造尾鳍，17-舵机固定架，18-防水舵机，19-舵盘，20-固定底座，21-轴承，22-丝杠，23-滑块，24-导轨，25-第二联轴器，26-第二电机，27-螺旋桨，28-水流管道，29-防水轴套，30-防水端盖，31-第一联轴器，32-电机水冷器件，33-第一电机，34-水冷外壳体，35-进水端口，36-出水端口。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人，其特征在于，包括依次设置的头部(1)、舱体(2)和舵机关节摆动推进机构(6)，舱体(2)下方设置有喷射泵推进机构(5)，喷射泵推进机构(5)和舵机关节摆动推进机构(6)均用于向水下机器人提供驱动力；喷射泵推进机构(5)包括第一电机(33)和水流管道(28)，第一电机(33)通过第一联轴器(31)与传动轴一端固定连接，传动轴的另一端固定有螺旋桨(27)；水流管道(28)一端为入水口，另一端为出水口，螺旋桨(27)设置在出水口处。

【技术特征摘要】
1.一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人，其特征在于，包括依次设置的头部(1)、舱体(2)和舵机关节摆动推进机构(6)，舱体(2)下方设置有喷射泵推进机构(5)，喷射泵推进机构(5)和舵机关节摆动推进机构(6)均用于向水下机器人提供驱动力；喷射泵推进机构(5)包括第一电机(33)和水流管道(28)，第一电机(33)通过第一联轴器(31)与传动轴一端固定连接，传动轴的另一端固定有螺旋桨(27)；水流管道(28)一端为入水口，另一端为出水口，螺旋桨(27)设置在出水口处。2.根据权利要求1所述的一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人，其特征在于，第一电机(33)外侧设置有电机水冷器件(32)，电机水冷器件(32)包括固定在第一电机(33)外的水冷外壳体(34)，水冷外壳体(34)上设置有连通的进水端口(35)和出水端口(36)。3.根据权利要求1所述的一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人，其特征在于，舵机关节摆动推进机构(6)包括若干依次连接的舵机关节，以及连接在最末端的舵机关节上的人造尾鳍(16)，每个舵机关节包括舵机单元和连接支架，舵机单元包括舵机固定架(17)，舵机固定架(17)上固定有防水舵机(18)，防水舵机(18)的输出轴上连接有舵盘(19)，舵盘(19)和连接支架上端固定连接，舵机固定架(17)下端和连接支架铰接。4.根据权利要求1所述的一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人，其特征在于，舱体(2)中设置有沉浮调节机构(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡桥，尹盛林，王朝晖，魏昶，刘钰，赵振轶，王知雨，丁明杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61