[發(fā)明專利]一種水下矢量推進(jìn)式超聲波鉆探機(jī)器人及其使用方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210173152.6
• 申請(qǐng)日: 2022-02-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114544231A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李賀;周宇地;沈毅;孫偉;李淵博;曾慶良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N1/08
• 分類號(hào): G01N1/08;E21B1/12;B63C11/52;B63G8/08
• 代理公司: 北京云嘉湃富知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11678
• 代理人: 阮文

本發(fā)明公開(kāi)了一種水下矢量推進(jìn)式超聲波鉆探機(jī)器人，包括矢量推進(jìn)器、超聲波鉆探器、鉆探器固定裝置、底座支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、密封艙體、空心圓柱殼體、鋰電池和半球形殼體，在所述密封艙體頂部設(shè)有半球形殼體，球形殼體頂部安裝有均勻布置的三組矢量推進(jìn)器，每組推進(jìn)器具有兩個(gè)自由度，在密封艙內(nèi)安裝布置有鋰電池，在所述密封艙體下部安裝有空心圓柱殼體，在所述空心圓柱殼體內(nèi)部安裝有鉆探器固定裝置和超聲波鉆探器，在密封艙體下部安裝有空心圓柱殼體，密封艙體與底座支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)鉸接，底座支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與空心圓柱殼體鉸接。能夠?qū)崿F(xiàn)海底巖石取樣工作，并且依靠自身裝置，能夠?qū)r石樣本穩(wěn)定帶到水面。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水下矢量推進(jìn)式超聲波鉆探機(jī)器人及其使用方法。

背景技術(shù)：

由于深海運(yùn)載器在水下作業(yè)時(shí)間極其有限，需要巖芯取樣鉆機(jī)能在微小鉆壓條件下實(shí)現(xiàn)快速鉆取作業(yè)。加之，深海領(lǐng)域地形條件和環(huán)境極其復(fù)雜，現(xiàn)有成熟的取芯技術(shù)無(wú)法直接滿足深海作業(yè)要求，而較大的改進(jìn)提升了研發(fā)成本和技術(shù)難度。因此，研制高效、強(qiáng)適應(yīng)能力、低功耗的深海運(yùn)載專用鉆探取芯器是關(guān)鍵。

在進(jìn)行水下勘探任務(wù)時(shí)，大多數(shù)水下機(jī)器人工作效率低，體型龐大，耗能大，造價(jià)昂貴，不利于大面積使用，實(shí)用性低等問(wèn)題，大大降低了勘探效率，延長(zhǎng)了勘探時(shí)間。而且，由于水下環(huán)境復(fù)雜多變，使得巖石鉆探提取更加困難，這些不利因素最終限制科研進(jìn)一步進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種水下矢量推進(jìn)式超聲波鉆探機(jī)器人及其使用方法。本發(fā)明機(jī)器人搭載超聲波鉆探器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，整體具有體積較小，效率高的特點(diǎn)。能夠?qū)崿F(xiàn)海底巖石取樣工作，并且依靠自身裝置，能夠?qū)r石樣本穩(wěn)定帶到水面。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種水下矢量推進(jìn)式超聲波鉆探機(jī)器人，包括矢量推進(jìn)器1、超聲波鉆探器2、鉆探器固定裝置3、底座支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)4、密封艙體5、空心圓柱殼體6、鋰電池7和半球形殼體8，在所述密封艙體5頂部設(shè)有半球形殼體8，球形殼體8側(cè)部安裝有均勻布置的三組矢量推進(jìn)器1，每組矢量推進(jìn)器具有兩個(gè)自由度；在密封艙5內(nèi)安裝布置有鋰電池7，在密封艙體5下部安裝有空心圓柱殼體6，在所述空心圓柱殼體6內(nèi)部安裝有鉆探器固定裝置3和超聲波鉆探器2，密封艙體5與底座支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)4鉸接，底座支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)4與空心圓柱殼體6鉸接。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，三組矢量推進(jìn)器具有相同組成和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸，矢量推進(jìn)器包括螺旋槳11、無(wú)刷防水電機(jī)12、長(zhǎng)U支架13、第一金屬主舵盤(pán)14、第一單軸防水舵機(jī)15、杯士軸承16、第一舵機(jī)多功能支架17、第二金屬主舵盤(pán)18、第二單軸防水舵機(jī)19和第二舵機(jī)多功能支架110，在所述密封艙體5殼體頂部通過(guò)第二舵機(jī)多功能支架110與第二單軸防水舵機(jī)19固定連接，在第二單軸防水舵機(jī)19的轉(zhuǎn)軸固定安裝于第二金屬主舵盤(pán)18一端，第二金屬主舵盤(pán)18另一端與第一舵機(jī)多功能支架17固定連接，實(shí)現(xiàn)第二自由度的旋轉(zhuǎn)；第一舵機(jī)多功能支架17與第一單軸防水舵機(jī)15固定連接為一體，長(zhǎng)U支架13的一端與第一金屬主舵盤(pán)14通過(guò)螺栓固定連接，另一端與第一舵機(jī)多功能支架17和杯士軸承16連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；第一單軸防水舵機(jī)15旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)長(zhǎng)U支架13以及與長(zhǎng)U支架固定聯(lián)接的無(wú)刷防水電機(jī)12旋轉(zhuǎn)，無(wú)刷防水電機(jī)12轉(zhuǎn)軸上安裝螺旋槳11，實(shí)現(xiàn)第一自由度的旋轉(zhuǎn)。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述超聲波鉆探器2包括上機(jī)殼21、預(yù)緊螺栓22、后蓋板23、后置高聲阻抗單元24、多個(gè)銅電極片25、多個(gè)壓電陶瓷片26、下殼體27、變幅桿28、自由質(zhì)量塊29、取心鉆桿210、壓縮彈簧211、調(diào)整螺母212和軟鋼絲213，上殼體21與下殼體27固定連接，預(yù)緊螺栓22套接有后置高聲阻抗單元24、多個(gè)銅電極片25和多個(gè)壓電陶瓷片26，變幅桿28的一端與上殼體21內(nèi)的后蓋板23通過(guò)預(yù)緊螺栓22可拆卸連接，且變幅桿28的一端與后蓋板23設(shè)有間隙，變幅桿28與取心鉆桿210連接有自由質(zhì)量塊29，取心鉆桿210為底端帶有外階梯的取心鉆具。