一种多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人，包括主腔体、浮体装置和两个多自由度喷水推进器；浮体装置固定在主腔体外部上表面，两个多自由度喷水推进器分别通过圆杆固定在主腔体两侧；多自由度喷水推进器的圆筒为圆筒状腔体，圆筒中部被切除一部分作为推进器侧向喷水时的水流出口；在圆筒被切除处的两侧沿圆周各安装多个滚珠轴承；在圆筒内的一端设有螺旋桨电机支架，用于固定螺旋桨电机，螺旋桨电机通过桨轴与螺旋桨连接；套环通过滚珠轴承与圆筒连接，套环为薄壁圆筒状，在套环轴向中间的表面开有喷水口，产生侧向喷水。本发明专利技术姿态稳定性好，自主稳定能力较强，操纵范围大、自由度多，可装载的科学仪器相对较多，应用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水下探测装置的载体，具体是指多自由度喷水推进带缆遥控水下 机器人。
技术介绍
水下机器人是一种进行海洋环境研究的水下观测机构，它通常由水面工作母船通 过脐带缆对水下机器人发出动力和控制信号来操纵特定的控制机构从而对其实施轨迹与 姿态控制并将水下机器人自带的观测传感器所获取的水下探测信息传递回工作母船上。随 着人类水下观测开发活动的不断展开，对利用水下机器人来进行水下探测作业的需求不断 增加。水下机器人作业性质要求其在作业过程中姿态稳定，并具有快速灵活的轨迹与姿态 调节、控制与稳定能力。在水下作业过程中，水下机器人具有进退、侧移、升沉、纵摇、横摇、 首摇六个运动自由度，为了完成各种复杂的水下作业，水面操作者必须按作业要求通过控 制水下机器人的控制机构操纵水下机器人做出各种运动姿态，而螺旋桨则是作为水下机器 人控制机构的一种主要的装置。因此如何按照水下探测的轨迹与姿态要求利用控制螺旋桨 对水下机器人进行简便、灵活、稳定的操纵，是能否开发出一种经济实用、具有市场价值的 水下机器人的关键。现有的小型水下机器人一般是采用多个控制螺旋桨实现对其不同自由度的控制， 通常每一个自由度的控制由一个或每一组螺旋桨来实施对其控制。如现在比较常见的 Video Ray Sub小型水下机器人即是采用这样一种控制方式。这类控制方式的主要缺陷 是需要多个控制螺旋桨和复杂的操纵动作才能实现对机器人不同自由度的轨迹与姿态稳 定控制。这无疑增大了机器人控制系统设计的复杂程度和使用者操纵的难度，使得这些机 器人由于控制机构复杂、结构庞大和难以具有良好的姿态稳定能力从而限制了其应用的范 围。如何在简化水下操纵动作的同时实现对机器人进行灵活稳定的操纵控制已成为越来越 多研究者与使用者关心的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服现有技术的缺点和问题，提供一种控制机构简单、通 用性好并且具有较高实用价值和商业价值的多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人。本专利技术目的通过如下技术方案实现一种多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人，包括主腔体、浮体装置和两个多自 由度喷水推进器；浮体装置固定在主腔体外部上表面，两个多自由度喷水推进器分别通过 圆杆固定在主腔体两侧；所述主腔体包括圆筒形腔体以及设在圆筒形腔体两端的半球壳体，圆筒形腔体与 其两端的半球壳体构成一个封闭的主腔体；在半球壳体上设有海水进出口导管；电缆出口 设置在半球壳体的上部；圆筒形腔体下部设有主体支架；在圆筒形腔体内设有海洋探测传 感器；来自传感器以及电机的电缆通过缆线出口连接到设在水面工作船上的计算机储存器所述浮体装置包括姿态稳定浮体、蜗杆、浮体支架、浮体罩和旋钮；姿态稳定浮体 设置在浮体罩内，浮体罩上设置有出水孔；在浮体罩内的两端分别设有浮体支架，浮体支架 与蜗杆连接，姿态稳定浮体通过蜗杆固定在姿态稳定浮体支架上，蜗杆延伸出浮体罩，与旋 钮连接；所述多自由度喷水推进器包括圆筒、螺旋桨、螺旋桨电机、套环、滚珠轴承、喷水 口、驱动电机和套环驱动电机；圆筒为圆筒状腔体，圆筒中部被切除一部分作为推进器侧向 喷水时的水流出口 ；在圆筒被切除处的两侧沿圆周各安装多个滚珠轴承；在圆筒内的一端 设有螺旋桨电机支架，用于固定螺旋桨电机，螺旋桨电机通过桨轴与螺旋桨连接；套环通过 滚珠轴承与圆筒连接，套环为薄壁圆筒状，在套环轴向中间的表面开有喷水口，产生侧向喷 水，套环两端边缘设有齿槽；在圆筒外端设有套环驱动电机，套环驱动电机上的齿轮与套环 边缘的齿槽相啮合；圆筒的另一端设有圆形薄板和驱动电机，驱动电机设置在圆筒的外侧， 圆形薄板焊接在穿过其圆心的圆杆上，圆杆一端设有齿轮，齿轮与驱动电机的齿轮轴啮合， 以控制圆形薄板转动。为进一步实现本专利技术目的，所述半球壳体优选用有机玻璃制备。 所述姿态稳定浮体优选为凹形柱体结构。所述出水孔优选为4个，均勻设置在浮体罩的上表面。所述圆筒被切去部分两端优选通过螺丝进行连接加固。所述圆筒被切除部分的两端沿圆周优选各安装4个滚珠轴承，4个滚珠轴承均分 布在圆筒的圆周表面上。所述喷水口伸出圆筒表面的高度比圆杆长度短3 4mm。所述圆形薄板厚度优选为2 3mm。所述海洋探测传感器包括海洋化学元素传感器和物理传感器；所述海洋化学元素 传感器包括检测海水盐度、氨氮、硝氨磷、PH值的传感器；所述物理传感器包括检测海洋光 线、声纳、温度、压力的传感器。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果(1)控制相对简单。由于仅仅只需两个控制螺旋桨，多自由度推进的实现主要依靠 控制喷水口方向的改变以及圆形薄板的开合或改变其偏转角度实现。较之传统的带缆遥控 水下机器人，本专利技术的控制系统的设计难度大大降低，同时控制的自由度也更多。(2)姿态稳定性好。本专利技术所述的姿态稳定浮体所产生的回复力矩较大，因此本机 器人的横摇、纵摇阻尼都较大，从而保证了机器人在作业过程中具有具有比较强的自主稳 定能力，这一特性减少了使用者维持其姿态稳定所要求发出的控制动作们降低了控制系统 的设计难度。(3)多自由度，控制起来更为灵活。该专利技术所述推进器通个适当的控制可产生各个 方向的推力，能垂直升降，可后退，可侧向移动，可沿所述机器人主体的轴向翻转。(4)应用范围广。该专利技术由于将动力装置全部置于机器人主体外部，主体内有限空 间内便可集中放置更多科学仪器，因此扩大了应用范围。附图说明图1是本专利技术多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人侧视图；图2是本专利技术多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人俯视图；图3是本专利技术多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人前视图；图4是本专利技术多自由度推进器圆筒形状示意图；图5是本专利技术多自由度喷水推进器前视图；图6是本专利技术多自由度喷水推进器侧视图；图7是本专利技术多自由度喷水推进器产生轴向推力时(喷水口关闭、圆形薄板打开) 的中间截面示意图。图8是本专利技术多自由度喷水推进器产生向上推力时(喷水口在6点位、圆形薄板 闭合)的中间截面示意图。图9是本专利技术多自由度喷水推进器产生向左推力时(喷水口在3点位、圆形薄板 闭合)的中间截面示意图。图10是本专利技术多自由度喷水推进器产生向下推力时(喷水口在12点位、圆形薄 板闭合)的中间截面示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实 施方式表述的范围。如图1 3所示，多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人包括主腔体、浮体装置和 两多自由度喷水推进器1 ；浮体装置固定在主腔体外部上表面，与主腔体紧贴在一起，两多 自由度喷水推进器1分别通过圆杆20与主腔体连接。主腔体包括圆筒形腔体2以及设在圆筒形腔体2两端的半球壳体11，圆筒形腔体 2与其两端的半球壳体11构成一个封闭的主腔体；半球壳体11优选用有机玻璃制备；在半 球壳体11上设有海水进出口导管12 ；电缆出口 3设置在半球壳体11的上部；圆筒形腔体 2下部设有主体支架13 ；根据不同的探测任务，在圆筒形腔体2内设有相应类型的海洋探测 传感器，这些传感器包括探测海水化学性能的盐度、氨氮、硝氨磷、PH值等海洋化学元素传 感器，以及探测海洋的光线、声纳、温度、压力等声、光物理性能的传感器。对于搭载了海洋 化学元素传感器或相关物理传感器的主体，在半球壳体11上设置的海水进出口导管12可 以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人，其特征在于：包括主腔体、浮体装置和两个多自由度喷水推进器；浮体装置固定在主腔体外部上表面，两个多自由度喷水推进器分别通过圆杆固定在主腔体两侧；所述主腔体包括圆筒形腔体以及设在圆筒形腔体两端的半球壳体，圆筒形腔体与其两端的半球壳体构成一个封闭的主腔体；在半球壳体上设有海水进出口导管；电缆出口设置在半球壳体的上部；圆筒形腔体下部设有主体支架；在圆筒形腔体内设有海洋探测传感器；来自传感器以及电机的电缆通过缆线出口连接到设在水面工作船上的计算机储存器以及机器人姿态控制设备上；所述浮体装置包括姿态稳定浮体、蜗杆、浮体支架、浮体罩和旋钮；姿态稳定浮体设置在浮体罩内，浮体罩上设置有出水孔；在浮体罩内的两端分别设有浮体支架，浮体支架与蜗杆连接，姿态稳定浮体通过蜗杆固定在姿态稳定浮体支架上，蜗杆延伸出浮体罩，与旋钮连接；所述多自由度喷水推进器包括圆筒、螺旋桨、螺旋桨电机、套环、滚珠轴承、喷水口、驱动电机和套环驱动电机；圆筒为圆筒状腔体，圆筒中部被切除一部分作为推进器侧向喷水时的水流出口；在圆筒被切除处的两侧沿圆周各安装多个滚珠轴承；在圆筒内的一端设有螺旋桨电机支架，用于固定螺旋桨电机，螺旋桨电机通过桨轴与螺旋桨连接；套环通过滚珠轴承与圆筒连接，套环为薄壁圆筒状，在套环轴向中间的表面开有喷水口，产生侧向喷水，套环两端边缘设有齿槽；在圆筒外端设有套环驱动电机，套环驱动电机上的齿轮与套环边缘的齿槽相啮合；圆筒的另一端设有圆形薄板和驱动电机，驱动电机设置在圆筒的外侧，圆形薄板焊接在穿过其圆心的圆杆上，圆杆一端设有齿轮，齿轮与驱动电机的齿轮轴啮合，以控制圆形薄板转动。...

【技术特征摘要】
一种多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人，其特征在于包括主腔体、浮体装置和两个多自由度喷水推进器；浮体装置固定在主腔体外部上表面，两个多自由度喷水推进器分别通过圆杆固定在主腔体两侧；所述主腔体包括圆筒形腔体以及设在圆筒形腔体两端的半球壳体，圆筒形腔体与其两端的半球壳体构成一个封闭的主腔体；在半球壳体上设有海水进出口导管；电缆出口设置在半球壳体的上部；圆筒形腔体下部设有主体支架；在圆筒形腔体内设有海洋探测传感器；来自传感器以及电机的电缆通过缆线出口连接到设在水面工作船上的计算机储存器以及机器人姿态控制设备上；所述浮体装置包括姿态稳定浮体、蜗杆、浮体支架、浮体罩和旋钮；姿态稳定浮体设置在浮体罩内，浮体罩上设置有出水孔；在浮体罩内的两端分别设有浮体支架，浮体支架与蜗杆连接，姿态稳定浮体通过蜗杆固定在姿态稳定浮体支架上，蜗杆延伸出浮体罩，与旋钮连接；所述多自由度喷水推进器包括圆筒、螺旋桨、螺旋桨电机、套环、滚珠轴承、喷水口、驱动电机和套环驱动电机；圆筒为圆筒状腔体，圆筒中部被切除一部分作为推进器侧向喷水时的水流出口；在圆筒被切除处的两侧沿圆周各安装多个滚珠轴承；在圆筒内的一端设有螺旋桨电机支架，用于固定螺旋桨电机，螺旋桨电机通过桨轴与螺旋桨连接；套环通过滚珠轴承与圆筒连接，套环为薄壁圆筒状，在套环轴向中间的表面开有喷水口，产生侧向喷水，套环两端边缘设有齿槽；在圆筒外端设有套环驱动电机，套环驱动电机上的齿轮与套环边缘的齿槽相啮合；圆筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴家鸣，杨德文，肖永全，伍力，马志权，陈知霖，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州市番禺灵山造船厂有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]