一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人制造技术

本发明专利技术属于新概念海洋机器人领域，具体地说是一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人，包括支撑骨架及若干个被动浮力自适应模块，每个被动浮力自适应模块的柔性外壳的内部均充装有可压缩液体，各被动浮力自适应模块的柔性外壳分别安装于支撑骨架的外部并组成机器人主体，机器人主体的内部形成有分别用于设置各功能器件的模块设置用密封腔体，各模块设置用密封腔体中均填充有用于实现模块设置用密封腔体内外压力平衡的液压油。本发明专利技术通过各被动浮力自适应模块在任意深度的海水压力下改变自身体积，可在任意深度实现压力平衡和浮力平衡，始终保持中性浮力状态，在潜浮过程中无需额外能耗即可具备全海深环境自适应能力。能力。能力。

【技术实现步骤摘要】
一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人


[0001]本专利技术属于新概念海洋机器人领域，具体地说是一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人。

技术介绍

[0002]海洋机器人为适应深海环境，其最大的技术难点就是承受环境高压和重量与浮力的平衡。基于“耐压舱+浮力材+框架式结构”设计的传统海洋机器人为克服深海承压和浮力平衡难点，体积重量随着下潜深度增加而大幅增加。一方面，机器人耐压结构随深度增加所提供的浮力降低，例如15L排水体积的钛合金耐压舱在水深达到1200米左右时所能提供的正浮力降为0，要满足所需正浮力，需加装浮力材或者重新设计出更大排水体积耐压舱；另一方面，刚性耐压结构随着深度增加体积几乎不被压缩，而海水密度随深度增加而增加，万米深处海水密度增加7％，因此出现浮力与重量不平衡现象，需要通过主动调节才能抵消剩余浮力。因此随着下潜深度的增加，采用刚性耐压结构的同一型号机器人越发庞大复杂，航行经济性降低，研发和使用成本增加。因此，寻求全新的深海环境适应性方法成为当前海洋机器人领域研究热点，本专利技术基于此背景产生。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人，包括支撑骨架及若干个被动浮力自适应模块，各所述被动浮力自适应模块均包括具有弹性的柔性外壳，每个所述被动浮力自适应模块的柔性外壳的内部均充装有密度比水小且压缩系数比水大的可压缩液体，各所述被动浮力自适应模块的柔性外壳分别安装于所述支撑骨架的外部并组成机器人主体，所述机器人主体的内部形成有分别用于设置电子控制模块、质心调节模块、转向模块及推进模块的模块设置用密封腔体，各所述模块设置用密封腔体中均填充有用于实现模块设置用密封腔体内外压力平衡的液压油。
[0006]所述电子控制模块、质心调节模块、转向模块及推进模块沿从机器人主体的艏部至艉部方向依次设置于所述机器人主体的内部，所述质心调节模块、转向模块及推进模块分别与所述电子控制模块水密电连接。
[0007]所述电子控制模块包括分别与所述支撑骨架连接的电源设备电路板、通信定位组件及主控制器。
[0008]所述机器人主体的艏部开设有若干个用于安装数据采集模块的安装凹槽，所述数据采集模块与所述电子控制模块水密电连接。
[0009]所述支撑骨架上设有位于所述机器人主体外侧的单垂艉稳定翼，所述单垂艉稳定翼的内部安装有复合通信模块，所述复合通信模块包括卫星通信发射接收单元、无线电通
信发射接收单元及卫星定位发射接收单元，所述复合通信模块与所述电子控制模块水密电连接。
[0010]所述单垂艉稳定翼设置于所述机器人主体外侧的最高处。
[0011]所述转向模块包括设置于所述机器人主体内部的舵机，所述机器人主体外部设有转向舵翼，所述转向舵翼的转动轴与所述舵机的驱动端连接，所述舵机与所述支撑骨架固定连接、并与所述电子控制模块水密电连接。
[0012]所述推进模块包括设置于所述机器人主体内部的螺旋桨驱动件，所述机器人主体外部设有螺旋桨，所述螺旋桨的转动轴与所述螺旋桨驱动件的驱动端连接，所述螺旋桨驱动件与所述支撑骨架固定连接、并与所述电子控制模块水密电连接。
[0013]各相邻的所述模块设置用密封腔体之间通过液压软管串联。
[0014]每个所述被动浮力自适应模块的柔性外壳的内部还充装有用于进一步提供机器人所需的正浮力的空心玻璃微珠。
[0015]本专利技术的优点与积极效果为：
[0016]1.本专利技术通过各被动浮力自适应模块在任意深度的海水压力下改变自身体积，可在任意深度实现压力平衡和浮力平衡，始终保持中性浮力状态，在潜浮过程中无需额外能耗即可具备全海深环境自适应能力。
[0017]2.本专利技术相对于传统海洋机器人最大不同是摒弃传统刚性干舱，取而代之采用柔性湿舱，机器人几乎所有功能器件均工作于液态为主的环境中，其重量不随下潜深度增加而增加，从而具备高效的垂直面穿梭和水平面航行能力，可为海洋固碳生态效应观测、中小尺度海洋现象相互作用过程观测等提供全新技术手段。
[0018]3.本专利技术在设计理念方面，柔性耐压替代刚性耐压，被动浮力调节替代主动浮力调节，破除传统海洋机器人深海环境适应性设计技术壁垒；在技术引领方面，可为未来海洋机器人设计技术提供新范式，塑造引领未来的海洋机器人新增长极；在推广应用方面，实现海洋空间大潜深宽覆盖高效观测，提升自主海洋观测技术水平。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的整体的外部结构示意图；
[0020]图2为本专利技术的各被动浮力自适应模块的设置位置示意图之一；
[0021]图3为本专利技术的各被动浮力自适应模块的设置位置示意图之二；
[0022]图4为本专利技术的各被动浮力自适应模块的设置位置示意图之三；
[0023]图5为本专利技术的其中一个被动浮力自适应模块的结构示意图；
[0024]图6为本专利技术的整体的内部结构示意图。
[0025]图中：1为支撑骨架、2为柔性外壳、201为注液口、3为可压缩液体、4为空心玻璃微珠、5为电源设备电路板、6为通信定位组件、7为主控制器、8为单垂艉稳定翼、9为卫星通信发射接收单元、10为无线电通信发射接收单元、11为卫星定位发射接收单元、12为舵机、13为转向舵翼、14为螺旋桨驱动件、15为螺旋桨、16为海洋环境参数测量传感器、17为偏心电池组、18为方管轴。
具体实施方式
[0026]下面结合附图1
‑
6对本专利技术作进一步详述。
[0027]在本专利技术的一个具体的实施例中，如图1
‑
6所示，本专利技术公开的具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人，包括支撑骨架1及十一个被动浮力自适应模块。本实施例中支撑骨架1采用金属材料(如6061铝合金)或者复合材料(如碳纤维)加工而成。各被动浮力自适应模块均包括具有弹性的柔性外壳2。本实施例中柔性外壳2采用聚乙烯PE材料制成。每个被动浮力自适应模块的柔性外壳2的内部均充装有密度比水小且压缩系数比水大的可压缩液体3。各被动浮力自适应模块的柔性外壳2分别安装于支撑骨架1的外部并组成机器人主体。本实施例中十一个被动浮力自适应模块如图2
‑
4所示，通过系统均衡设计均布于机器人的外部；各被动浮力自适应模块与支撑骨架1的安装连接方式均采用现有技术，例如通过螺钉螺栓连接。机器人主体的内部形成有分别用于设置电子控制模块、质心调节模块、转向模块及推进模块的模块设置用密封腔体，各模块设置用密封腔体中均填充有用于实现模块设置用密封腔体内外压力平衡的液压油。
[0028]在实际使用中不同被动浮力自适应模块中灌装的可压缩液体3可不同，并用于对机器人提供主要的正浮力。本实施例中可压缩液体3采用聚二甲基硅氧烷液体，也可采用其他密度比水小、压缩系数比水大、绝缘性好、无毒、不易挥发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人，其特征在于：包括支撑骨架(1)及若干个被动浮力自适应模块，各所述被动浮力自适应模块均包括具有弹性的柔性外壳(2)，每个所述被动浮力自适应模块的柔性外壳(2)的内部均充装有密度比水小且压缩系数比水大的可压缩液体(3)，各所述被动浮力自适应模块的柔性外壳(2)分别安装于所述支撑骨架(1)的外部并组成机器人主体，所述机器人主体的内部形成有分别用于设置电子控制模块、质心调节模块、转向模块及推进模块的模块设置用密封腔体，各所述模块设置用密封腔体中均填充有用于实现模块设置用密封腔体内外压力平衡的液压油。2.根据权利要求1所述的一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人，其特征在于：所述电子控制模块、质心调节模块、转向模块及推进模块沿从机器人主体的艏部至艉部方向依次设置于所述机器人主体的内部，所述质心调节模块、转向模块及推进模块分别与所述电子控制模块水密电连接。3.根据权利要求1所述的一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人，其特征在于：所述电子控制模块包括分别与所述支撑骨架(1)连接的电源设备电路板(5)、通信定位组件(6)及主控制器(7)。4.根据权利要求1所述的一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人，其特征在于：所述机器人主体的艏部开设有若干个用于安装数据采集模块的安装凹槽，所述数据采集模块与所述电子控制模块水密电连接。5.根据权利要求1所述的一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人，其特征在于：所述支撑骨架(1)上设有位于所述机器人主体外侧的单垂艉稳定翼(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈质二，俞建成，任楷，张行健，谭智铎，胡峰，黄琰，孙朝阳，李宏博，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：