本发明专利技术公开了一种水下矢量推进式超声波钻探机器人，包括矢量推进器、超声波钻探器、钻探器固定装置、底座支撑调节机构、密封舱体、空心圆柱壳体、锂电池和半球形壳体，在所述密封舱体顶部设有半球形壳体，球形壳体顶部安装有均匀布置的三组矢量推进器，每组推进器具有两个自由度，在密封舱内安装布置有锂电池，在所述密封舱体下部安装有空心圆柱壳体，在所述空心圆柱壳体内部安装有钻探器固定装置和超声波钻探器，在密封舱体下部安装有空心圆柱壳体，密封舱体与底座支撑调节机构铰接，底座支撑调节机构与空心圆柱壳体铰接。能够实现海底岩石取样工作，并且依靠自身装置，能够将岩石样本稳定带到水面。样本稳定带到水面。样本稳定带到水面。
【技术实现步骤摘要】
一种水下矢量推进式超声波钻探机器人及其使用方法
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[0001]本专利技术属于机械
，具体涉及水下矢量推进式超声波钻探机器人及其使用方法。
技术介绍
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[0002]由于深海运载器在水下作业时间极其有限，需要岩芯取样钻机能在微小钻压条件下实现快速钻取作业。加之，深海领域地形条件和环境极其复杂，现有成熟的取芯技术无法直接满足深海作业要求，而较大的改进提升了研发成本和技术难度。因此，研制高效、强适应能力、低功耗的深海运载专用钻探取芯器是关键。
[0003]在进行水下勘探任务时，大多数水下机器人工作效率低，体型庞大，耗能大，造价昂贵，不利于大面积使用，实用性低等问题，大大降低了勘探效率，延长了勘探时间。而且，由于水下环境复杂多变，使得岩石钻探提取更加困难，这些不利因素最终限制科研进一步进行。
技术实现思路
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[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种水下矢量推进式超声波钻探机器人及其使用方法。本专利技术机器人搭载超声波钻探器，结构简单紧凑，整体具有体积较小，效率高的特点。能够实现海底岩石取样工作，并且依靠自身装置，能够将岩石样本稳定带到水面。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现：
[0006]一种水下矢量推进式超声波钻探机器人，包括矢量推进器1、超声波钻探器2、钻探器固定装置3、底座支撑调节机构4、密封舱体5、空心圆柱壳体6、锂电池7和半球形壳体8，在所述密封舱体5顶部设有半球形壳体8，球形壳体8侧部安装有均匀布置的三组矢量推进器1，每组矢量推进器具有两个自由度；在密封舱5内安装布置有锂电池7，在密封舱体5下部安装有空心圆柱壳体6，在所述空心圆柱壳体6内部安装有钻探器固定装置3和超声波钻探器2，密封舱体5与底座支撑调节机构4铰接，底座支撑调节机构4与空心圆柱壳体6铰接。
[0007]作为一个优选方案，三组矢量推进器具有相同组成和设计结构尺寸，矢量推进器包括螺旋桨11、无刷防水电机12、长U支架13、第一金属主舵盘14、第一单轴防水舵机15、杯士轴承16、第一舵机多功能支架17、第二金属主舵盘18、第二单轴防水舵机19和第二舵机多功能支架110，在所述密封舱体5壳体顶部通过第二舵机多功能支架110与第二单轴防水舵机19固定连接，在第二单轴防水舵机19的转轴固定安装于第二金属主舵盘18一端，第二金属主舵盘18另一端与第一舵机多功能支架17固定连接，实现第二自由度的旋转；第一舵机多功能支架17与第一单轴防水舵机15固定连接为一体，长U支架13的一端与第一金属主舵盘14通过螺栓固定连接，另一端与第一舵机多功能支架17和杯士轴承16连接构成转动副；第一单轴防水舵机15旋转带动长U支架13以及与长U支架固定联接的无刷防水电机12旋转，无刷防水电机12转轴上安装螺旋桨11，实现第一自由度的旋转。
[0008]作为一个优选方案，所述超声波钻探器2包括上机壳21、预紧螺栓22、后盖板23、后置高声阻抗单元24、多个铜电极片25、多个压电陶瓷片26、下壳体27、变幅杆28、自由质量块29、取心钻杆210、压缩弹簧211、调整螺母212和软钢丝213，上壳体21与下壳体27固定连接，预紧螺栓22套接有后置高声阻抗单元24、多个铜电极片25和多个压电陶瓷片26，变幅杆28的一端与上壳体21内的后盖板23通过预紧螺栓22可拆卸连接，且变幅杆28的一端与后盖板23设有间隙，变幅杆28与取心钻杆210连接有自由质量块29，取心钻杆210为底端带有外阶梯的取心钻具。
[0009]作为一个优选方案，所述钻探器固定装置3包括导轨31、固定架32、滑块33、第一电力推杆34和连接架35，在空心圆柱壳体6上固定有竖直的导轨31，并且导轨31和滑块33锁紧在一起，固定架32、超声波钻探器2和滑块33采用螺栓可拆卸连接在一起，在空心圆柱壳体6上固定有第一电力推杆34，连接架35一端与第一电力推杆34上部固定连接，另一端与固定架32固定连接。
[0010]作为一个优选方案，所述底座支撑调节机构4包括第二电力推杆41、支架42和连杆43，支架42一端固定安装在密封舱体5上，支架42另一端与第二电力推杆一端采用铰链连接，第二电力推杆41另一端与连杆43采用铰链连接。第一电力推杆与第二电力推杆的结构相同，尺寸不同。
[0011]作为一个优选方案，矢量推进器1具有两个相同的舵机，第一单轴防水舵机15和第二单轴防水舵机19分别沿不同方向旋转，每个舵机具有180
°
的旋转范围，通过控制舵机15改变螺旋桨11的喷水方向，无刷电机12驱动螺旋桨11转动，从而提供给机器人上升的动力；另外，处于钻探工作状态时，矢量推进器为机器人提供附着力，从而提高机器人钻探的稳定性。半球形壳体8，可有效降低机器人在水中的阻力，从而提高机器人工作效率。
[0012]作为一个优选方案，所述超声波钻探器2通过固定架32连接的第一电动推杆34，调节超声波钻探器2的位置。断心过程中，矢量推进器1施加侧向推力将岩心折断，取心钻杆210外阶梯端面与岩壁的接触点可作为取心钻杆210活动支点。钻探器固定装置3中，超声波钻探器2与固定架32之间可拆卸连接。超声波钻探器2采用4片压电陶瓷片26和4片铜电极片25，铜电极片25的内径和外径均与压电陶瓷片26相同，铜电极厚度约为0.2mm。压电陶瓷片26与铜电极片25交替叠放。铜电极片25外圆突出部分用于焊接线缆。
[0013]作为一个优选方案，所述底座支撑调节机构4中的连杆43之间采用铰链连接，利用第二电力推杆41和底座支撑调节机构4有开合两种工作状态，当处于浮游状态时，第二电力推杆41和连杆43转动均向空心圆柱壳体6收缩，底座支撑调节机构4处于闭合状态；当机器处于钻探工作状态时，第二电力推杆41和连杆43转动均向空心圆柱壳体6展开，底座支撑调节机构4处于展开状态。
[0014]水下矢量推进式超声波钻探机器人的使用方法，包括以下步骤：
[0015]步骤一：在下潜过程中，通过控制防水舵机的旋转角度，三组矢量推进器1的螺旋桨11均向斜上方喷水，提供给机器人下潜的推力；按照转方向和相同的旋转角度调整三组矢量推进器1的第二单轴防水舵机19和第一单轴防水舵机15，在启动无刷防水电机12之前，调整第二单轴防水舵机19的旋转角度为90
°
，第一单轴防水舵机15的旋转角度为45
°
。当遇到障碍物时，通过控制第一单轴防水舵机15和第二单轴防水舵机19的旋转方向和旋转角度，改变螺旋桨11喷水方向，调整机器人整体的运动姿态和运动方向；通过控制电动推杆34
伸缩长度，使得机器人的底座支撑调节机构4处于闭合状态。超声波钻探器2位于空心圆柱壳体6内。
[0016]步骤二：在着陆过程中，控制矢量推进器中防水舵机的旋转角度，使得三组矢量推进器1的螺旋桨11向斜下方喷水，使得机器人平稳着陆。首先，停止对无刷防水电机12供电。然后，按照相同的旋转角度调整三组矢量推进器1的第二单轴防水舵机19和第一单轴防水舵机15，调整第二单轴防水舵机1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水下矢量推进式超声波钻探机器人，包括矢量推进器(1)、超声波钻探器(2)、钻探器固定装置(3)、底座支撑调节机构(4)、密封舱体(5)、空心圆柱壳体(6)、锂电池(7)和半球形壳体(8)，其特征在于，在所述密封舱体(5)顶部设有半球形壳体(8)，所述半球形壳体(8)侧壁安装有三组均匀布置的矢量推进器(1)，每组矢量推进器具有两个自由度；在密封舱(5)内安装布置有锂电池(7)，在所述密封舱体(5)下部安装有空心圆柱壳体(6)，在所述空心圆柱壳体(6)内部安装有钻探器固定装置(3)和超声波钻探器(2)，所述密封舱体(5)与底座支撑调节机构(4)铰接，所述底座支撑调节机构(4)与空心圆柱壳体(6)铰接。2.根据权利要求1所述水下矢量推进式超声波钻探机器人，其特征在于，所述矢量推进器包括螺旋桨(11)、无刷防水电机(12)、长U支架(13)、第一金属主舵盘(14)、第一单轴防水舵机(15)、杯士轴承(16)、第一舵机多功能支架(17)、第二金属主舵盘(18)、第二单轴防水舵机(19)和第二舵机多功能支架(110)，在所述密封舱体(5)壳体顶部通过第二舵机多功能支架(110)与第二单轴防水舵机(19)固定连接，在第二单轴防水舵机(19)的转轴固定安装于第二金属主舵盘(18)一端，所述第二金属主舵盘(18)另一端与第一舵机多功能支架(17)固定连接实现第二自由度的旋转；所述第一舵机多功能支架(17)与第一单轴防水舵机(15)固定连接为一体，所述长U支架(13)一端与第一金属主舵盘(14)通过螺栓固定连接，另一端与第一舵机多功能支架(17)和杯士轴承(16)连接构成转动副；所述第一单轴防水舵机(15)旋转带动长U支架(13)和无刷防水电机(12)旋转，所述无刷防水电机(12)转轴上安装螺旋桨(11)实现第一自由度的旋转。3.根据权利要求1所述水下矢量推进式超声波钻探机器人，其特征在于，所述超声波钻探器(2)包括上机壳(21)、预紧螺栓(22)、后盖板(23)、后置高声阻抗单元(24)、多个铜电极片(25)、多个压电陶瓷片(26)、下壳体(27)、变幅杆(28)、自由质量块(29)、取心钻杆(210)、压缩弹簧(211)、调整螺母(212)和软钢丝(213)，上壳体(21)与下壳体(27)固定连接，预紧螺栓(22)套接有后置高声阻抗单元(24)、多个铜电极片(25)和多个压电陶瓷片(26)，变幅杆(28)的一端与上壳体(21)内的后盖板(23)通过预紧螺栓(22)可拆卸连接，且变幅杆(28)的一端与后盖板(23)设有间隙，变幅杆(28)与取心钻杆(210)连接有自由质量块(29)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李贺，周宇地，沈毅，孙伟，李渊博，曾庆良，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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