[發明專利]一種水下矢量推進式超聲波鉆探機器人及其使用方法

在審

• 申請號: 202210173152.6
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114544231A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 李賀;周宇地;沈毅;孫偉;李淵博;曾慶良
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08;E21B1/12;B63C11/52;B63G8/08
• 代理公司: 北京云嘉湃富知識產權代理有限公司 11678
• 代理人: 阮文

1.一種水下矢量推進式超聲波鉆探機器人，包括矢量推進器(1)、超聲波鉆探器(2)、鉆探器固定裝置(3)、底座支撐調節機構(4)、密封艙體(5)、空心圓柱殼體(6)、鋰電池(7)和半球形殼體(8)，其特征在于，在所述密封艙體(5)頂部設有半球形殼體(8)，所述半球形殼體(8)側壁安裝有三組均勻布置的矢量推進器(1)，每組矢量推進器具有兩個自由度；在密封艙(5)內安裝布置有鋰電池(7)，在所述密封艙體(5)下部安裝有空心圓柱殼體(6)，在所述空心圓柱殼體(6)內部安裝有鉆探器固定裝置(3)和超聲波鉆探器(2)，所述密封艙體(5)與底座支撐調節機構(4)鉸接，所述底座支撐調節機構(4)與空心圓柱殼體(6)鉸接。

2.根據權利要求1所述水下矢量推進式超聲波鉆探機器人，其特征在于，所述矢量推進器包括螺旋槳(11)、無刷防水電機(12)、長U支架(13)、第一金屬主舵盤(14)、第一單軸防水舵機(15)、杯士軸承(16)、第一舵機多功能支架(17)、第二金屬主舵盤(18)、第二單軸防水舵機(19)和第二舵機多功能支架(110)，在所述密封艙體(5)殼體頂部通過第二舵機多功能支架(110)與第二單軸防水舵機(19)固定連接，在第二單軸防水舵機(19)的轉軸固定安裝于第二金屬主舵盤(18)一端，所述第二金屬主舵盤(18)另一端與第一舵機多功能支架(17)固定連接實現第二自由度的旋轉；所述第一舵機多功能支架(17)與第一單軸防水舵機(15)固定連接為一體，所述長U支架(13)一端與第一金屬主舵盤(14)通過螺栓固定連接，另一端與第一舵機多功能支架(17)和杯士軸承(16)連接構成轉動副；所述第一單軸防水舵機(15)旋轉帶動長U支架(13)和無刷防水電機(12)旋轉，所述無刷防水電機(12)轉軸上安裝螺旋槳(11)實現第一自由度的旋轉。

3.根據權利要求1所述水下矢量推進式超聲波鉆探機器人，其特征在于，所述超聲波鉆探器(2)包括上機殼(21)、預緊螺栓(22)、后蓋板(23)、后置高聲阻抗單元(24)、多個銅電極片(25)、多個壓電陶瓷片(26)、下殼體(27)、變幅桿(28)、自由質量塊(29)、取心鉆桿(210)、壓縮彈簧(211)、調整螺母(212)和軟鋼絲(213)，上殼體(21)與下殼體(27)固定連接，預緊螺栓(22)套接有后置高聲阻抗單元(24)、多個銅電極片(25)和多個壓電陶瓷片(26)，變幅桿(28)的一端與上殼體(21)內的后蓋板(23)通過預緊螺栓(22)可拆卸連接，且變幅桿(28)的一端與后蓋板(23)設有間隙，變幅桿(28)與取心鉆桿(210)連接有自由質量塊(29)，所述取心鉆桿(210)為底端帶有外階梯的取心鉆具。

4.根據權利要求1所述水下矢量推進式超聲波鉆探機器人，其特征在于，所述鉆探器固定裝置(3)包括導軌(31)、固定架(32)、滑塊(33)、第一電力推桿(34)和連接架(35)，在空心圓柱殼體(6)上固定有豎直的導軌(31)，并且導軌(31)和滑塊(33)鎖緊在一起，固定架(32)、超聲波鉆探器(2)和滑塊(33)可拆卸連接在一起，在空心圓柱殼體(6)上固定有第一電力推桿(34)，連接架(35)一端與第一電力推桿(34)上部固定連接，另一端與固定架(32)固定連接。

5.根據權利要求1所述水下矢量推進式超聲波鉆探機器人，其特征在于，所述底座支撐調節機構(4)包括第二電力推桿(41)、支架(42)和連桿(43)，支架(42)一端固定安裝在密封艙體(5)上，支架(42)另一端與第二電力推桿(41)一端采用鉸接，第二電力推桿(41)另一端與連桿(43)采用鉸接。

6.水下矢量推進式超聲波鉆探機器人的使用方法，其特征在于，包括：

步驟一：在下潛過程中，控制防水舵機的旋轉角度，三組矢量推進器(1)的螺旋槳(11)均向斜上方噴水；按照旋轉方向和旋轉角度調整三組矢量推進器(1)的第二單軸防水舵機(19)和第一單軸防水舵機(15)，改變螺旋槳(11)噴水方向，調整機器人整體的運動姿態和運動方向；在啟動無刷防水電機(12)之前，調整第二單軸防水舵機(19)的旋轉角度為90°，所述第一單軸防水舵機(15)的旋轉角度為45°，使得機器人的底座支撐調節機構(4)處于閉合狀態；

步驟二：在著陸過程中，控制防水舵機的旋轉角度，使得三組矢量推進器(1)的螺旋槳(11)均向斜下方噴水，使得機器人平穩著陸；

步驟三：在著陸后，底座支撐調節機構(4)處于展開狀態；控制矢量推進器中防水舵機的旋轉角度，使得三組矢量推進器(1)的螺旋槳(11)均向斜上方噴水；

步驟四：在鉆探過程中，底座支撐調節機構4仍處于展開狀態；利用第一電動推桿(34)和導軌(31)，將超聲波鉆探器(2)從下部空心圓柱殼體(6)內推出到合適距離，進行鉆探巖石的工作；

步驟五：在上浮過程中，超聲波鉆探器(2)處于下部空心圓柱殼體(6)內部；控制矢量推進器中防水舵機的旋轉角度，使得三組矢量推進器(1)的螺旋槳(11)均向斜下方噴水，啟動無刷防水電機(12)，螺旋槳轉動提供向上推力，機器人整體緩慢地向上移動，直至將采樣的巖石帶到海面；

當機器人脫離地面后，通過控制第二電力推桿(41)，使得底座支撐調節機構(4)由展開狀態轉變為收攏狀態。