[發明專利]一種水下機器人外形結構優化方法

在審

• 申請號: 202111246717.0
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113987702A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 張黎明;沈研;劉鵬飛;榮磊;張帥;焦猛;陳玉清;肖紅光;陳玲
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 李娜

1.一種水下機器人外形結構優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：外形設計

先確定水下機器人的清理對象和清理任務，再根據水下機器人的清理對象和清理任務對水下機器人的外形結構和工作部件進行輻射環境下針對性的設計；

步驟二：整合建模

通過建模軟件對水下機器人的外形結構和工作部件進行整合建模，并調整各組件的分布位置，使水下機器人的整體重力和所受浮力處于同一鉛垂線上；

步驟三：浮心位置確定

先由水下機器人的工程圖獲得設計水線長，再計算水下機器人設計水線以下的排水容積，接著通過查閱浮心函數曲線圖得出水下機器人吃水的函數曲線的具體數值，最后通過浮心坐標公式計算水下機器人的浮心位置；

步驟四：浮力差計算

先利用建模軟件估算水下機器人的總質量，再計算水下機器人整體所受重力值，接著計算水下機器人所受浮力值，隨后根據重力值和浮力值計算水下機器人所受浮力差值，然后根據浮力差值調節水下機器人上配重塊的重量和體積，實現水下機器人在水中的受力平衡狀態；

步驟五：總壓力計算

將建模軟件中建立的水下機器人外形模型導入至模擬分析工具，根據水下機器人在壓力容器內部工作時的最大水深以及液體壓強公式，計算水下機器人受到的最大水壓為：

P_水＝ρ_水×g×h_max

式中，ρ_水為浸入的溶液密度，h_max為水下機器人在壓力容器內部工作時的最大水深；

水下機器人在工作時還受到大氣壓強，則受到的總壓力為：

P_總＝P_水+P_空氣

式中，P_空氣為大氣壓強，將水下機器人受到的總壓力值導入模擬解算器，得到水下機器人在壓力容器內部最大水深工作時所受到的壓力仿真結果，根據仿真結果選擇水下機器人防護外殼的材料與厚度。

2.根據權利要求1所述的一種水下機器人外形結構優化方法，其特征在于：所述步驟一中，水下機器人的外形結構為水下機器人的防護外殼，所述水下機器人的工作部件包括不同類型的傳感器部件、水下推進器、多功能平臺、核心艙和磨盤。

3.根據權利要求1所述的一種水下機器人外形結構優化方法，其特征在于：水下機器人的外形結構基于潛艇初穩性以及抗沉性算法設計，所述建模軟件為SolidWorks軟件，所述模擬分析工具為SolidWorks Simulation Xpress工具，所述模擬解算器為SolidWorkssimulation解算器。

4.根據權利要求1所述的一種水下機器人外形結構優化方法，其特征在于：所述步驟二中，整合建模的具體步驟為：將既定結構與工作部件直接通過建模軟件進行建模仿真，并直接嵌入到外形結構中。

5.根據權利要求1所述的一種水下機器人外形結構優化方法，其特征在于：所述步驟四中，水下機器人的總質量包括不同類型的傳感器部件的質量、水下推進器的質量、多功能平臺的質量、核心艙的質量和磨盤的質量，水下機器人整體所受重力值為：

G＝m×g

式中，G為水下機器人整體所受重力值，m為水下機器人的總質量，g為重力加速度；

水下機器人所受浮力值為：

F_浮＝ρ_水gV_排

式中，F_浮為水下機器人整體所受浮力值，V_排為水下機器人設計水線以下的排水容積。