[发明专利]一种多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下探测装置的载体，具体是指多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人。

背景技术

水下机器人是一种进行海洋环境研究的水下观测机构，它通常由水面工作母船通过脐带缆对水下机器人发出动力和控制信号来操纵特定的控制机构从而对其实施轨迹与姿态控制并将水下机器人自带的观测传感器所获取的水下探测信息传递回工作母船上。随着人类水下观测开发活动的不断展开，对利用水下机器人来进行水下探测作业的需求不断增加。水下机器人作业性质要求其在作业过程中姿态稳定，并具有快速灵活的轨迹与姿态调节、控制与稳定能力。在水下作业过程中，水下机器人具有进退、侧移、升沉、纵摇、横摇、首摇六个运动自由度，为了完成各种复杂的水下作业，水面操作者必须按作业要求通过控制水下机器人的控制机构操纵水下机器人做出各种运动姿态，而螺旋桨则是作为水下机器人控制机构的一种主要的装置。因此如何按照水下探测的轨迹与姿态要求利用控制螺旋桨对水下机器人进行简便、灵活、稳定的操纵，是能否开发出一种经济实用、具有市场价值的水下机器人的关键。

现有的小型水下机器人一般是采用多个控制螺旋桨实现对其不同自由度的控制，通常每一个自由度的控制由一个或每一组螺旋桨来实施对其控制。如现在比较常见的Video Ray Sub小型水下机器人即是采用这样一种控制方式。这类控制方式的主要缺陷是需要多个控制螺旋桨和复杂的操纵动作才能实现对机器人不同自由度的轨迹与姿态稳定控制。这无疑增大了机器人控制系统设计的复杂程度和使用者操纵的难度，使得这些机器人由于控制机构复杂、结构庞大和难以具有良好的姿态稳定能力从而限制了其应用的范围。如何在简化水下操纵动作的同时实现对机器人进行灵活稳定的操纵控制已成为越来越多研究者与使用者关心的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术的缺点和问题，提供一种控制机构简单、通用性好并且具有较高实用价值和商业价值的多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种多自由度喷水推进带缆遥控水下机器人，包括主腔体、浮体装置和两个多自由度喷水推进器；浮体装置固定在主腔体外部上表面，两个多自由度喷水推进器分别通过圆杆固定在主腔体两侧；

所述主腔体包括圆筒形腔体以及设在圆筒形腔体两端的半球壳体，圆筒形腔体与其两端的半球壳体构成一个封闭的主腔体；在半球壳体上设有海水进出口导管；电缆出口设置在半球壳体的上部；圆筒形腔体下部设有主体支架；在圆筒形腔体内设有海洋探测传感器；来自传感器以及电机的电缆通过缆线出口连接到设在水面工作船上的计算机储存器以及机器人姿态控制设备上；

所述浮体装置包括姿态稳定浮体、蜗杆、浮体支架、浮体罩和旋钮；姿态稳定浮体设置在浮体罩内，浮体罩上设置有出水孔；在浮体罩内的两端分别设有浮体支架，浮体支架与蜗杆连接，姿态稳定浮体通过蜗杆固定在姿态稳定浮体支架上，蜗杆延伸出浮体罩，与旋钮连接；

所述多自由度喷水推进器包括圆筒、螺旋桨、螺旋桨电机、套环、滚珠轴承、喷水口、驱动电机和套环驱动电机；圆筒为圆筒状腔体，圆筒中部被切除一部分作为推进器侧向喷水时的水流出口；在圆筒被切除处的两侧沿圆周各安装多个滚珠轴承；在圆筒内的一端设有螺旋桨电机支架，用于固定螺旋桨电机，螺旋桨电机通过桨轴与螺旋桨连接；套环通过滚珠轴承与圆筒连接，套环为薄壁圆筒状，在套环轴向中间的表面开有喷水口，产生侧向喷水，套环两端边缘设有齿槽；在圆筒外端设有套环驱动电机，套环驱动电机上的齿轮与套环边缘的齿槽相啮合；圆筒的另一端设有圆形薄板和驱动电机，驱动电机设置在圆筒的外侧，圆形薄板焊接在穿过其圆心的圆杆上，圆杆一端设有齿轮，齿轮与驱动电机的齿轮轴啮合，以控制圆形薄板转动。

为进一步实现本发明目的，所述半球壳体优选用有机玻璃制备。

所述姿态稳定浮体优选为凹形柱体结构。

所述出水孔优选为4个，均匀设置在浮体罩的上表面。

所述圆筒被切去部分两端优选通过螺丝进行连接加固。

所述圆筒被切除部分的两端沿圆周优选各安装4个滚珠轴承，4个滚珠轴承均分布在圆筒的圆周表面上。

所述喷水口伸出圆筒表面的高度比圆杆长度短3～4mm。

所述圆形薄板厚度优选为2～3mm。

所述海洋探测传感器包括海洋化学元素传感器和物理传感器；所述海洋化学元素传感器包括检测海水盐度、氨氮、硝氨磷、PH值的传感器；所述物理传感器包括检测海洋光线、声纳、温度、压力的传感器。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：