[發明專利]基于矢量推進的球形水下機器人

在審

• 申請號: 201711084503.1
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107697244A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 孫玉山;王占緣;張國成;李岳明;曹建;駱楊;張瑞;蒲史鳴
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63C11/42
• 分類號: B63C11/42;B63G8/00;B63G8/08;B63G8/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種潛器或水下機器人，具體的說是一種球形水下機器人。

背景技術

隨著科技的發展，海洋扮演的角色越來越被重視，對海洋的開發也已經成為我國的發展戰略，其中水下機器人作為一種海洋開發的重要手段，可以代替人類執行諸多與探測海洋相關的任務，已經越來越得到國家的重視。

水下機器人通?？煞譃橛欣|水下機器人和無纜水下機器人。有纜水下機器人最大的特點就是可以精確接受操縱人員的控制，并可實時返回機器人得到的各種數據，因而得到了很廣泛的應用。其中球形水下機器人具有完全對稱的特點，在外形上具有各向同性，即各個方向迎接來流的形式相同，具有深入的研究價值。

水下機器人的選型取決于它具體要完成的任務。國內方面，近年來北京郵電大學的孫漢旭、蘭曉娟等人以及哈爾濱工程大學的郭書祥等人均對球形水下機器人展開研究。國外方面，夏威夷大學研制的機器人ODIN、西班牙赫羅納大學研制的機器人URIS、英國曼徹斯特大學研制的機器人MK V和MK VI，均是以球形為輕外殼的水下機器人。

上述水下機器人均是采用的常規推進方式，大體可總結為如下幾點：一是在球形輕外殼上開孔，使用噴水推進；二是使用少量的推進器通過螺旋槳的正反轉實現運動；三是使用更多的推進器實現不同的運動。但上述三種情況均存在不足，總結可分為如下幾種：一是水下機器人靈活性受到限制，即無法完成全部自由度的運動；二是推進器固定則為了改變航行方向勢必會出現螺旋槳反轉的情況，而螺旋槳反轉的推力大小要比正轉推力小很多，容易影響航行速度或者穩定性；三是雖然使用更多的推進器會一定程度上增加靈活性，但也占用了更多的空間，增加了機器人的成本，且也無法保證螺旋槳始終處于正轉狀態；四是機器人沒有閉環控制的調節方法從而無法保證航行的平穩。

發明內容

本發明的目的在于提供一種操縱性和穩定性好的基于矢量推進的球形水下機器人。

本發明的目的是這樣實現的：

包括球形輕外殼、安裝在輕外殼內部的主體框架和耐壓艙、安裝在耐壓艙內部的控制電路，在所述輕外殼的四周布置有四個推進器，在主體框架上安裝四個依據球心環向均勻布置的旋轉軸，所述推進器固定在旋轉軸的外端，旋轉軸的另一端連接推進器舵機，所述推進器為科特導管推進器，推進器內部安裝無刷電機，所述控制電路包括主控制芯片、電池、電壓轉換芯片、姿態傳感器和光端機，耐壓艙的封頭上設置供光纖及控制電路的電線通過的通水密接頭，在機器人頂部和底部分別設置攝像機、底部設置機械手。

本發明還可以包括：

1、光纖連接兩個光端機實現水上和水下之間的通信，所述光端機具有2路攝像頭接口，1路485接口與一路網絡接口，所述光端機的在水下部分將視頻信號與網絡信號轉化為光信號，光信號通過所述光纖進行傳輸；所述光端機的水上部分將光信號解碼為視頻信號與網絡信號，并使用視頻采集卡將視頻信號傳給電腦。

2、機械手布置于底部攝像機兩側。

本發明根據水下機器人對操縱性、穩定性的要求，提供了一種基于矢量推進的球形水下機器人。該機器人為遙控水下機器人，即ROV，主要技術特點包括：機器人的外形為球形，即使用球形殼作為輕外殼。輕外殼四周有四個可以繞通過球心的軸旋轉的推進器，推進器采用科特導管推進器，內部安裝無刷電機，推進器與軸固定，軸的另一端連接水下舵機，所述輕外殼內部為水下機器人的主體框架以及耐壓艙，所述耐壓艙內部是控制水下機器人的各種電子元件，包括主控制芯片、電池、降壓芯片、姿態傳感器、光端機等等。耐壓艙的封頭通過水密接頭使光纖和電子元件的電線通過。機器人頂部和底部分別放置攝像機，機器人底部放置機械手。

降壓芯片置于電源管理模塊集成電路中，用于調節電池的電壓，降壓芯片可以將電池的電壓輸出為3.3V、5V、12V等不同大小的電壓，進而給所述主控制芯片、無刷電機、光端機、姿態傳感器等元件供電。

所述姿態傳感器可以使操作者讀取機器人姿態的實時數據，通過人為或自主地及時修改所述水下機器人的航態。

所述水下機器人使用光纖連接兩個光端機實現水上和水下之間的通信，所述光端機具有2路攝像頭接口，1路485接口與一路網絡接口，用于連接所述攝像頭，所述光端機的在水下部分將視頻信號與網絡信號轉化為光信號，光信號通過所述光纖進行傳輸，所述光端機的水上部分將光信號解碼為視頻信號與網絡信號，并使用視頻采集卡將視頻信號傳給電腦。

所述水下機器人的上部和下部分別布置一個攝像機，用于航行時的觀察以及機械手的操作。