[發(fā)明專利]一種多自由度噴水推進帶纜遙控水下機器人

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010264510.1
• 申請日: 2010-08-26
• 公開（公告）號: CN101913418A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發(fā)明（設計）人: 吳家鳴;楊德文;肖永全;伍力;馬志權;陳知霖
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;廣州市番禺靈山造船廠有限公司
• 主分類號: B63G8/00
• 分類號: B63G8/00;G01V9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 李衛(wèi)東

技術領域

本發(fā)明涉及一種水下探測裝置的載體，具體是指多自由度噴水推進帶纜遙控水下機器人。

背景技術

水下機器人是一種進行海洋環(huán)境研究的水下觀測機構，它通常由水面工作母船通過臍帶纜對水下機器人發(fā)出動力和控制信號來操縱特定的控制機構從而對其實施軌跡與姿態(tài)控制并將水下機器人自帶的觀測傳感器所獲取的水下探測信息傳遞回工作母船上。隨著人類水下觀測開發(fā)活動的不斷展開，對利用水下機器人來進行水下探測作業(yè)的需求不斷增加。水下機器人作業(yè)性質(zhì)要求其在作業(yè)過程中姿態(tài)穩(wěn)定，并具有快速靈活的軌跡與姿態(tài)調(diào)節(jié)、控制與穩(wěn)定能力。在水下作業(yè)過程中，水下機器人具有進退、側移、升沉、縱搖、橫搖、首搖六個運動自由度，為了完成各種復雜的水下作業(yè)，水面操作者必須按作業(yè)要求通過控制水下機器人的控制機構操縱水下機器人做出各種運動姿態(tài)，而螺旋槳則是作為水下機器人控制機構的一種主要的裝置。因此如何按照水下探測的軌跡與姿態(tài)要求利用控制螺旋槳對水下機器人進行簡便、靈活、穩(wěn)定的操縱，是能否開發(fā)出一種經(jīng)濟實用、具有市場價值的水下機器人的關鍵。

現(xiàn)有的小型水下機器人一般是采用多個控制螺旋槳實現(xiàn)對其不同自由度的控制，通常每一個自由度的控制由一個或每一組螺旋槳來實施對其控制。如現(xiàn)在比較常見的Video?Ray?Sub小型水下機器人即是采用這樣一種控制方式。這類控制方式的主要缺陷是需要多個控制螺旋槳和復雜的操縱動作才能實現(xiàn)對機器人不同自由度的軌跡與姿態(tài)穩(wěn)定控制。這無疑增大了機器人控制系統(tǒng)設計的復雜程度和使用者操縱的難度，使得這些機器人由于控制機構復雜、結構龐大和難以具有良好的姿態(tài)穩(wěn)定能力從而限制了其應用的范圍。如何在簡化水下操縱動作的同時實現(xiàn)對機器人進行靈活穩(wěn)定的操縱控制已成為越來越多研究者與使用者關心的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術的缺點和問題，提供一種控制機構簡單、通用性好并且具有較高實用價值和商業(yè)價值的多自由度噴水推進帶纜遙控水下機器人。

本發(fā)明目的通過如下技術方案實現(xiàn)：

一種多自由度噴水推進帶纜遙控水下機器人，包括主腔體、浮體裝置和兩個多自由度噴水推進器；浮體裝置固定在主腔體外部上表面，兩個多自由度噴水推進器分別通過圓桿固定在主腔體兩側；

所述主腔體包括圓筒形腔體以及設在圓筒形腔體兩端的半球殼體，圓筒形腔體與其兩端的半球殼體構成一個封閉的主腔體；在半球殼體上設有海水進出口導管；電纜出口設置在半球殼體的上部；圓筒形腔體下部設有主體支架；在圓筒形腔體內(nèi)設有海洋探測傳感器；來自傳感器以及電機的電纜通過纜線出口連接到設在水面工作船上的計算機儲存器以及機器人姿態(tài)控制設備上；

所述浮體裝置包括姿態(tài)穩(wěn)定浮體、蝸桿、浮體支架、浮體罩和旋鈕；姿態(tài)穩(wěn)定浮體設置在浮體罩內(nèi)，浮體罩上設置有出水孔；在浮體罩內(nèi)的兩端分別設有浮體支架，浮體支架與蝸桿連接，姿態(tài)穩(wěn)定浮體通過蝸桿固定在姿態(tài)穩(wěn)定浮體支架上，蝸桿延伸出浮體罩，與旋鈕連接；

所述多自由度噴水推進器包括圓筒、螺旋槳、螺旋槳電機、套環(huán)、滾珠軸承、噴水口、驅(qū)動電機和套環(huán)驅(qū)動電機；圓筒為圓筒狀腔體，圓筒中部被切除一部分作為推進器側向噴水時的水流出口；在圓筒被切除處的兩側沿圓周各安裝多個滾珠軸承；在圓筒內(nèi)的一端設有螺旋槳電機支架，用于固定螺旋槳電機，螺旋槳電機通過槳軸與螺旋槳連接；套環(huán)通過滾珠軸承與圓筒連接，套環(huán)為薄壁圓筒狀，在套環(huán)軸向中間的表面開有噴水口，產(chǎn)生側向噴水，套環(huán)兩端邊緣設有齒槽；在圓筒外端設有套環(huán)驅(qū)動電機，套環(huán)驅(qū)動電機上的齒輪與套環(huán)邊緣的齒槽相嚙合；圓筒的另一端設有圓形薄板和驅(qū)動電機，驅(qū)動電機設置在圓筒的外側，圓形薄板焊接在穿過其圓心的圓桿上，圓桿一端設有齒輪，齒輪與驅(qū)動電機的齒輪軸嚙合，以控制圓形薄板轉動。

為進一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，所述半球殼體優(yōu)選用有機玻璃制備。

所述姿態(tài)穩(wěn)定浮體優(yōu)選為凹形柱體結構。

所述出水孔優(yōu)選為4個，均勻設置在浮體罩的上表面。

所述圓筒被切去部分兩端優(yōu)選通過螺絲進行連接加固。

所述圓筒被切除部分的兩端沿圓周優(yōu)選各安裝4個滾珠軸承，4個滾珠軸承均分布在圓筒的圓周表面上。

所述噴水口伸出圓筒表面的高度比圓桿長度短3～4mm。

所述圓形薄板厚度優(yōu)選為2～3mm。

所述海洋探測傳感器包括海洋化學元素傳感器和物理傳感器；所述海洋化學元素傳感器包括檢測海水鹽度、氨氮、硝氨磷、PH值的傳感器；所述物理傳感器包括檢測海洋光線、聲納、溫度、壓力的傳感器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：