一种小型多功能水下机器人及其工作方法技术

一种小型多功能水下机器人及其工作方法，机器人包括壳体、电控模块、双螺旋桨推进机构、浮力升降机构、姿态调节机构及温差发电装置；电控模块、浮力升降机构、姿态调节机构及温差发电装置位于壳体内，双螺旋桨推进机构位于壳体外部；电控模块包括智能控制器和电池。方法包括下潜及上浮模式、前进及后退模式、转弯模式、重心调整模式及温差发电模式。下潜及上浮模式下浮力升降机构工作，前进及后退模式、转弯模式下双螺旋桨推进机构工作，重心调整模式下姿态调节机构工作，温差发电模式下温差发电装置工作。本发明专利技术还具备水下自动避障功能，能够根据实际任务需要搭载不同功能的检测模块，可在复杂环境下完成水下观测、勘探、航拍等特定任务。

【技术实现步骤摘要】
一种小型多功能水下机器人及其工作方法
本专利技术属于水下机器人
，特别是涉及一种小型多功能水下机器人及其工作方法。
技术介绍
海洋面积占到地球总面积的70.8％，其蕴藏着极其丰富的自然资源，随着陆地资源的逐渐减少，使世界经济对海洋的依赖程度和利用海洋资源的可能性也在不断增长，而水下机器人便成为了人类探索和开发海洋、拓展蓝色经济空间的有效工具之一，其在水文监测、水产养殖、水下侦查、海底勘探等方面发挥着越来越重要的作用。但是，如何利用水下机器人有效地开发利用海洋能源、水资源、监测水文数据等，仍是目前社会面临的重要问题。现有的水下机器人一般可分为四类，分别为载人水下机器人、有缆水下机器人(ROV)、无缆自主水下机器人(AUV)和水下滑翔机，按照体积大小又可以分为大型水下机器人、中型水下机器人、小型水下机器人及超小型水下机器人，由于大、中型水下机器人存在造价高、维修成本高、占用空间大、操作复杂及电能消耗大等特点，使其应用受到一定的限制。因此，小型水下机器人在水下搜救、水下航拍、水产养殖的日常监测、海上石油平台、海上发电厂、科学研究、水下考古等应用场景中更具优势，且存在着巨大的产品价值和消费市场。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种小型多功能水下机器人及其工作方法，具备水下自动避障功能，能够根据实际任务需要搭载不同功能的检测模块，可在复杂环境下完成水下观测、勘探、航拍等特定任务；采用双螺旋桨推进方式实现机器人的前进、后退和转弯，通过改变充油体积的方式实现机器人的上浮和下潜；配备了温差发电装置，提高了机器人的续航能力和水下作业时间。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种小型多功能水下机器人，包括壳体、电控模块、双螺旋桨推进机构、浮力升降机构及姿态调节机构；所述电控模块、浮力升降机构及姿态调节机构均设置在壳体内，所述浮力升降机构位于壳体底部，所述姿态调节机构位于浮力升降机构上方，所述电控模块位于姿态调节机构上方，所述双螺旋桨推进机构位于壳体外部。所述壳体采用流线型碟式结构，包括上壳体和下壳体，上壳体与下壳体扣合构成完整壳体，上壳体与下壳体之间通过螺栓进行固连；在所述上壳体的下边沿设有密封凸筋，在所述下壳体的上边沿设有密封凹槽，当上壳体与下壳体处于扣合状态时，所述密封凸筋位于密封凹槽内，所述上壳体与下壳体的扣合对接面之间通过密封凸筋与密封凹槽进行密封；在所述上壳体与下壳体的内表面设有若干加强筋板，所述电控模块、浮力升降机构及姿态调节机构均通过加强筋板进行固定。所述电控模块包括智能控制器和电池，所述智能控制器内集成有陀螺仪传感器，通过陀螺仪传感器感知机器人的倾斜角、运动方向和加速度；所述电池用于为智能控制器、双螺旋桨推进机构、浮力升降机构及姿态调节机构进行供电。在所述上壳体的顶部设置有天线，天线与智能控制器进行电连接，智能控制器通过天线接收外部终端设备发送的控制指令；在所述壳体的前部、左侧部及右侧部共设置有三个避障传感器，避障传感器与智能控制器进行电连接，通过避障传感器检测机器人周围的障碍物；在所述壳体的后部设置有传输接口，在传输接口内设置有密封堵头，传输接口与智能控制器进行电连接；在所述下壳体的后部设置有深度传感器，通过深度传感器感知机器人的潜航深度；在所述下壳体的后部设置有检测模块安装位，检测模块安装位内用于安装模块化检测工具或摄像头，通过模块化检测工具或摄像头进行水下观测、勘探或航拍；在所述下壳体的左侧部及右侧部共设置有两片机翼。所述双螺旋桨推进机构包括第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器，第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器与智能控制器进行电连接；所述第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器对称吊装在下壳体左右两侧的机翼下方；所述第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器的螺旋桨桨叶互为正反安装结构。所述浮力升降机构包括伺服电机、减速器、螺纹传动杆、储油筒、活塞、导油管、储油箱及第一隔膜；所述伺服电机与智能控制器进行电连接；在所述下壳体底部设置有储油箱安装腔，所述储油箱位于储油箱安装腔内，所述隔膜设置在储油箱的底部，通过第一隔膜将储油箱的内部空间与外部空间进行分隔；所述伺服电机的动力输出轴与减速器的动力输入轴相固连，减速器的动力输出轴与螺纹传动杆一端相固连，螺纹传动杆另一端穿入储油筒内，所述活塞位于储油筒内，通过活塞将储油筒内腔分为有油腔或无油腔，活塞相对于储油筒仅具有轴向滑移自由度；在活塞中心开设有螺孔，活塞通过中心螺孔套装在螺纹传动杆上，通过螺纹传动杆的转动实现活塞的轴向滑移。所述姿态调节机构包括电动机、齿轮、传送带、第一导向辊筒、第二导向辊筒及配重块；所述电动机与智能控制器进行电连接；所述第一导向辊筒与第二导向辊筒平行设置，所述传送带连接在第一导向辊筒和第二导向辊筒之间；所述电动机位于第一导向辊筒与第二导向辊筒之间，所述齿轮安装在电动机的电机轴上，在所述传输带内表面开设内齿带结构，传输带内表面的内齿带结构与齿轮相啮合；所述配重块设置在传送带的外表面。在所述浮力升降机构与姿态调节机构之间设置有温差发电装置，所述温差发电装置包括发电机、叶轮室、水箱、动力仓、第一导水管和第二导水管；所述发电机与电池进行电连接；所述发电机和水箱固装在动力仓顶部，所述叶轮室的叶轮轴与发电机的电机轴相固连，叶轮室的第一水口通过第一导水管与水箱相连通；所述动力仓内分为相变材料腔室和水腔室，相变材料腔室与水腔室之间通过第二隔膜进行分隔，在相变材料腔室内充填有相变材料，在水腔室内充填有水；所述叶轮室的第二水口通过第二导水管与动力仓的水腔室相连通。所述的小型多功能水下机器人的工作方法，包括下潜及上浮模式、前进及后退模式、转弯模式、重心调整模式及温差发电模式；当执行下潜及上浮模式时：当机器人需要下潜时，启动伺服电机，通过减速器驱动螺纹传动杆转动，进而带动活塞由有油腔侧向无油腔侧移动，随着活塞的移动，储油箱内的油液会通过导油管被吸入储油筒的有油腔内，第一隔膜在外部水体压力下随之回缩，使机器人的整体体积变小，进而减小机器人的浮力，直到机器人实现下潜；当机器人需要上浮时，反向启动伺服电机，通过减速器驱动螺纹传动杆反向转动，进而带动活塞由无油腔侧向有油腔侧移动，储油筒有油腔内的油液会通过导油管被压入储油箱内，并迫使第一隔膜向外膨胀并排开外部水体，使机器人的整体体积变大，进而增大机器人的浮力，直到机器人实现上浮；当执行前进及后退模式时：当机器人需要前进时，同步启动第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器，使第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器的转动方向相反，进而使第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器的螺旋桨桨叶均产生向后的推力，直到机器人实现前进；当机器人需要后退时，同步启动第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器，使第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器的转动方向相反，进而使第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器的螺旋桨桨叶均产生向前的推力，直到机器人实现后退；当执行转弯模式时：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型多功能水下机器人，其特征在于：包括壳体、电控模块、双螺旋桨推进机构、浮力升降机构及姿态调节机构；所述电控模块、浮力升降机构及姿态调节机构均设置在壳体内，所述浮力升降机构位于壳体底部，所述姿态调节机构位于浮力升降机构上方，所述电控模块位于姿态调节机构上方，所述双螺旋桨推进机构位于壳体外部。/n

【技术特征摘要】
1.一种小型多功能水下机器人，其特征在于：包括壳体、电控模块、双螺旋桨推进机构、浮力升降机构及姿态调节机构；所述电控模块、浮力升降机构及姿态调节机构均设置在壳体内，所述浮力升降机构位于壳体底部，所述姿态调节机构位于浮力升降机构上方，所述电控模块位于姿态调节机构上方，所述双螺旋桨推进机构位于壳体外部。


2.根据权利要求1所述的一种小型多功能水下机器人，其特征在于：所述壳体采用流线型碟式结构，包括上壳体和下壳体，上壳体与下壳体扣合构成完整壳体，上壳体与下壳体之间通过螺栓进行固连；在所述上壳体的下边沿设有密封凸筋，在所述下壳体的上边沿设有密封凹槽，当上壳体与下壳体处于扣合状态时，所述密封凸筋位于密封凹槽内，所述上壳体与下壳体的扣合对接面之间通过密封凸筋与密封凹槽进行密封；在所述上壳体与下壳体的内表面设有若干加强筋板，所述电控模块、浮力升降机构及姿态调节机构均通过加强筋板进行固定。


3.根据权利要求2所述的一种小型多功能水下机器人，其特征在于：所述电控模块包括智能控制器和电池，所述智能控制器内集成有陀螺仪传感器，通过陀螺仪传感器感知机器人的倾斜角、运动方向和加速度；所述电池用于为智能控制器、双螺旋桨推进机构、浮力升降机构及姿态调节机构进行供电。


4.根据权利要求3所述的一种小型多功能水下机器人，其特征在于：在所述上壳体的顶部设置有天线，天线与智能控制器进行电连接，智能控制器通过天线接收外部终端设备发送的控制指令；在所述壳体的前部、左侧部及右侧部共设置有三个避障传感器，避障传感器与智能控制器进行电连接，通过避障传感器检测机器人周围的障碍物；在所述壳体的后部设置有传输接口，在传输接口内设置有密封堵头，传输接口与智能控制器进行电连接；在所述下壳体的后部设置有深度传感器，通过深度传感器感知机器人的潜航深度；在所述下壳体的后部设置有检测模块安装位，检测模块安装位内用于安装模块化检测工具或摄像头，通过模块化检测工具或摄像头进行水下观测、勘探或航拍；在所述下壳体的左侧部及右侧部共设置有两片机翼。


5.根据权利要求4所述的一种小型多功能水下机器人，其特征在于：所述双螺旋桨推进机构包括第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器，第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器与智能控制器进行电连接；所述第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器对称吊装在下壳体左右两侧的机翼下方；所述第一电动螺旋桨推进器和第二电动螺旋桨推进器的螺旋桨桨叶互为正反安装结构。


6.根据权利要求3所述的一种小型多功能水下机器人，其特征在于：所述浮力升降机构包括伺服电机、减速器、螺纹传动杆、储油筒、活塞、导油管、储油箱及第一隔膜；所述伺服电机与智能控制器进行电连接；在所述下壳体底部设置有储油箱安装腔，所述储油箱位于储油箱安装腔内，所述隔膜设置在储油箱的底部，通过第一隔膜将储油箱的内部空间与外部空间进行分隔；所述伺服电机的动力输出轴与减速器的动力输入轴相固连，减速器的动力输出轴与螺纹传动杆一端相固连，螺纹传动杆另一端穿入储油筒内，所述活塞位于储油筒内，通过活塞将储油筒内腔分为有油腔或无油腔，活塞相对于储油筒仅具有轴向滑移自由度；在活塞中心开设有螺孔，活塞通过中心螺孔套装在螺纹传动杆上，通过螺纹传动杆的转动实现活塞的轴向滑移。


7.根据权利要求3所述的一种小型多功能水下机器人，其特征在于：所述姿态调节机构包括电动机、齿轮、传送带、第一导向辊筒、第二导向辊筒及配重块；所述电动机与智能控制器进行电连接；所述第一导向辊筒与第二导向辊筒平行设置，所述传送带连接在第一导向辊筒和第二导向辊筒之间；所述电动机位于第一导向辊筒与第二导向辊筒之间，所述齿轮安装在电动机的电机轴上，在所述传输带内表面开设内齿带结构，传输带内表面的内齿带结构与齿轮相啮合；所述配重块设置在传送带的外表面。


8.根据权利要求3所述的一种小型多功能水下机器人，其特征在于：在所述浮力升降机构与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱民，任达，娄家川，孟繁贵，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21