本发明专利技术公开了一种结构对称各向水动力均等带缆遥控水下机器人，包括主腔体、吸水圆筒、喷水推进水管网路和计算机；吸水圆筒和喷水推进水管网路均安装于主腔体内，计算机设置在水面工作船上；主腔体由上下两个形状相同的正四棱台型形成的空腔结构；喷水推进水管网路包括电磁阀、喷水管道和喷水口；喷水口为8个，8个喷水口分为4组布置于两个正四棱台形成的主腔体中部的条边上，每组两个喷水口分别布置在每条边的两个三等分点处；电磁阀为8个，各个电磁阀分别设置在相应连接喷水口后端的管路上；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，控制机构相对简单，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，特别是涉及一种结构对称各向水动力均等带缆遥控水下机器人。
技术介绍
带缆遥控水下机器人是一种日益广泛应用于海洋、河流与湖泊等水下环境动态监测的水下探测装置，它在水下地貌与海洋物理特征观测、水下环境调查、水下结构物检查中有着特殊的用途。带缆遥控水下机器人通常由脐带缆、水下机器人和作为水下机器人轨迹与姿态控制机构的控制螺旋桨或喷水推进器等组成。水下机器人是带缆遥控水下机器人系统的核心组成部分。其体内可根据不同的用途搭载温度、盐度、压力等各种海洋元素探测传感器或声纳、光学摄像头等声、光物理探测传感器。水面工作船上的操作者可以通过脐带缆对水下机器人发出动力和控制信号来操纵这些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物理、化学传感器所获取的水下探测信息实时地传递回工作母船上。 随着世界各国对水下环境快速现场监测能力要求的提高，对带缆遥控水下机器人在控制机构(控制螺旋桨或喷水推进器等)操纵下的轨迹与姿态控制能力的要求也在不断地提高。 水下机器人所搭载的水下环境监测传感器的工作性质要求水下机器人工作时姿态稳定，并具有快速灵活的轨迹和姿态调节与控制能力。如何在保证水下机器人姿态稳定的前提下使其能按照所要求的测量轨迹与姿态要求快速灵活地对其进行有效的操纵，是能否开发出一种经济实用、具有市场价值的带缆遥控水下机器人的关键。水下机器人作业的方式决定了它具有在水平面上向各个方向运动几率相等的特点。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。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，同时对这些螺旋桨的操纵动作也需要复杂的控制机构来实现。这些因素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通过简化水下机器人的外形结构、减少对机器人在不同自由度方向上的受力与控制强度的差异，使之实现对水下机器人在水平面上向各个方向上均等操纵的目的， 这对于实现对机器人进行简单、灵活、稳定的轨迹与姿态控制具有积极的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种控制简单、构造简单、通用性能较好并且各个方向运动控制灵活，运动精度高的结构对称各向水动力均等带缆遥控水下机器人。本专利技术的目的通过如下技术方案实现一种结构对称各向水动力均等带缆遥控水下机器人，包括主腔体、吸水圆筒、喷水推进水管网路和计算机；吸水圆筒和喷水推进水管网路均安装于主腔体内，计算机设置在水面工作船上；所述主腔体由上下两个形状相同的正四棱台型形成的空腔结构；主腔体的下部正四棱台的外壁上设有海水进出口导管，引导海水进入主腔体；主腔体空腔内设有水下探测传感器；水下探测传感包括水下化学元素传感器和物理传感器；所述吸水圆筒包括固定支架、圆筒、水管网路进水口、螺旋桨电机支架、螺旋桨电动机和螺旋桨；圆筒为圆筒形，设置在主腔体空腔的中心部位，贯通主腔体空腔上下部；圆筒中部对称设有四个水管网路进水口，固定支架设置在圆筒中部外周，用以固定圆筒；螺旋桨电机通过浆轴与螺旋浆连接，螺旋桨为两个，分别设置在圆筒的上下端，在圆筒内中部的两侧设有螺旋桨电机支架，用于固定螺旋桨电机；所述喷水推进水管网路包括电磁阀、喷水管道和喷水口 ；喷水口为8个，8个喷水口分为4组布置于两个正四棱台形成的主腔体中部的条边上，每组两个喷水口分别布置在每条边的两个三等分点处；电磁阀为8个，各个电磁阀分别设置在相应连接喷水口后端的管路上；四套喷水管道分别与四个水管网路进水口连通，每套喷水管道分别配备二个电磁阀和二个喷水口；吸水圆筒上还设有脐带缆内出口，脐带缆内出口设置在吸水圆筒筒体中部；脐带缆外出口设置在主腔体外壁的上半部分；设置在水面工作船上的计算机通过信号电缆经脐带缆外出口进入主腔体，分别与设置在主腔体内的电磁阀连接，控制电磁阀的开启闭合；计算机通过信号电缆依次经脐带缆外出口和脐带缆内出口进入圆筒，与螺旋桨电动机连接， 控制螺旋桨电机的转向、转速。为进一步实现本专利技术目的，所述水下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水下光线、声纳、温度、压力的传感器。所述主腔体的下部正四棱台的外壁下端设有主体支架，主体支架用于支撑主腔体。所述吸水圆筒固定支架、圆筒和螺旋桨电机支架通过螺丝连接。所述主腔体上部正四棱台顶部设有吊环，用于机器人进出水的吊装操作。所述吸水圆筒的圆筒优选用工程塑料制成，厚度优选为4 15mm。所述喷水管道优选用PVC管制成，直径优选为20 80mm。所述电磁阀为防水电磁阀。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果(1)控制相对简单。由于仅仅只需要两个控制螺旋桨，多自由度推进的实现主要依靠控制电磁阀的开关实现不同方向的喷水得以实现。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。(2)运动精度较高。本专利技术共有前后左右各两个共八个独立控制的喷水口，因此便于运动中航向的微调，使得有较高运动精度。(3)构造简单。本专利技术一共由三个部分组成主腔体、圆筒吸水装置、一个喷水推进水管网路。便于现场拆卸维修。(4)多自由度。本专利技术所述的八个喷水口通过适当的控制可产生水平各个方向的推力，可后退，可侧移，可旋转；控制电机的启动停止可以产生竖直方向的推力，可垂直深沉。(5)各向同性。本专利技术结构对称，各向同性，没有固定的主方向，因此更加有利于在各个自由度之间的变换操纵。附图说明图1是本专利技术结构对称各向水动力均等带缆遥控水下机器人侧视图；图2是本专利技术结构对称各向水动力均等带缆遥控水下机器人俯视图；图3是本专利技术吸水圆筒形状示意图；图4是本专利技术吸水圆筒固定框架示意图；图5是本专利技术喷水管道装置示意图；图6是本专利技术喷水管道装置产生平面各方向推力时的工作部位示意图；图7是本专利技术喷水管道装置产生轴向推力时的工作部位示意图。具体实施方案下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1 2所示，结构对称各向水动力均等带缆遥控水下机器人包括主腔体2、吸水圆筒1、喷水推进水管网路3和计算机；吸水圆筒和喷水推进水管网路均安装于主腔体内，吸水圆筒1和喷水推进水管网路3通过水管连接；计算机设置在水面工作船上。主腔体2由上下两个形状相同的正四棱台型形成的空腔结构；四棱台框架使用铝合金制作，上下对称水平面处较宽，顶部与底部较窄。主腔体2上部正四棱台顶部设有吊环6，用于机器人进出水的吊装操作；主腔体2的下部正四棱台的外壁上设有海水进出口导管9和主体支架8 ；主腔体2空腔内设有水下探测传感器，水下探测传感包括水下化学元素传感器或物理传感器；水下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；物理传感器包括检测水下光线、声纳、温度、压力的传感器。在主腔体搭载了水下化学元素传感器或相关物理传感器后，主腔体2上设置的海水进出导管9可以引导海水穿过主腔体内的传感器以实现对相关水下参数的采集。主体支架8用于支撑主腔体2。如图3、4所示，吸水圆筒1包括固定支架11、圆筒1本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种结构对称各向水动力均等带缆遥控水下机器人，其特征在于：包括主腔体、吸水圆筒、喷水推进水管网路和计算机；吸水圆筒和喷水推进水管网路均安装于主腔体内，计算机设置在水面工作船上；所述主腔体由上下两个形状相同的正四棱台型形成的空腔结构；主腔体的下部正四棱台的外壁上设有海水进出口导管，引导海水进入主腔体；主腔体空腔内设有水下探测传感器；水下探测传感包括水下化学元素传感器或物理传感器；所述吸水圆筒包括固定支架、圆筒、水管网路进水口、螺旋桨电机支架、螺旋桨电动机和螺旋桨；圆筒为圆筒形，设置在主腔体空腔的中心部位，贯通主腔体空腔上下部；圆筒中部对称设有四个水管网路进水口，固定支架设置在圆筒中部外周，用以固定圆筒；螺旋桨电机通过浆轴与螺旋浆连接，螺旋桨为两个，分别设置在圆筒的上下端，在圆筒内中部的两侧设有螺旋桨电机支架，用于固定螺旋桨电机；所述喷水推进水管网路包括电磁阀、喷水管道和喷水口；喷水口为８个，８个喷水口分为４组布置于两个正四棱台形成的主腔体中部的条边上，每组两个喷水口分别布置在每条边的两个三等分点处；电磁阀为８个，各个电磁阀分别设置在相应连接喷水口后端的管路上；四套喷水管道分别与四个水管网路进水口连通，每套喷水管道分别配备二个电磁阀和二个喷水口；吸水圆筒上还设有脐带缆内出口，脐带缆内出口设置在吸水圆筒筒体中部；脐带缆外出口设置在主腔体外壁的上半部分；设置在水面工作船上的计算机通过信号电缆经脐带缆外出口进入主腔体，分别与设置在主腔体内的电磁阀连接，控制电磁阀的开启闭合；计算机通过信号电缆依次经脐带缆外出口和脐带缆内出口进入圆筒，与螺旋桨电动机连接，控制螺旋桨电机的转向、转速。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴家鸣，甘晓，赵锴瑜，叶劲华，谷男男，唐建军，陈宇庆，李林华，杨德文，
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
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