CN100383020C - 小型水下机器人 - Google Patents

Abstract

一种小型水下机器人，具有外壳、密封舱、外挂式电动螺旋桨推进装置、电动姿态控制装置、发泡材料浮体，改进后，密封舱壳体的两端各有一个开槽支架，三者O形圈径向密封，一体化齿轮传动的电动姿态控制装置的支架装于开槽支架的槽内，外壳分段组成，用接环连接，外壳中段的两端面有槽，姿态控制轴在槽内，两外螺纹接环拧入外壳中段两端后将所有零件挤在一起，所有壳体材料均为塑料型材，支架为注塑件，故安装方便，便于系列化制造。

Description

小型水下机器人

技术领域：

本发明是关于小型水下机器人的改进。

背景技术：

过去，带有外壳、密封舱、外挂式电动螺旋桨推进装置、电动姿态控制装置、发泡材料浮体，由发泡材料浮体提供主要浮力的小型水下机器人已有报道，如澳大利亚悉尼大学研制的机器人，其大致结构是，有一个圆筒形的外壳，电子设备密封舱和电动姿态控制装置安装在一个基板上装在在外壳内，预制成型的发泡材料浮体填充剩余空间，外挂式电动螺旋桨推进装置在外壳外部，每两个为一组，对称布置，前后两组，有时尾部还有一个单个的，外挂式电动螺旋桨推进装置的姿态调整轴插入外壳壁上的圆孔中，外壳上有槽可以携带外挂设备。这种结构的的小型水下机器人与传统中空耐压密封壳体形式的水下机器人相比有了较大改进。

但这种结构的的小型水下机器人尚存在装配不方便，电路引线不便连接，不便于系列化大规模生产的缺陷。

本发明的目的是：

提供一种便于装配，便于系列化，零部件通用性高，低成本，并可以应用到深水的小型水下机器人。

发明内容：

一种小型水下机器人，具有外壳、密封舱、外挂式电动螺旋桨推进装置、电动姿态控制装置、发泡材料浮体，密封舱在外壳内，外挂式电动螺旋桨推进装置在外壳外部，每两个为一组，对称布置，电动姿态控制装置是一体化的，外壳是分段组成的，外壳中段的两端面有槽，电动姿态控制装置的姿态控制轴放在槽中，外壳中段的两端部有螺纹，外壳前段与外壳后段用螺纹与其直接连接或通过接环与其间接连接，在此基础上进行改进，改进点在于：

一体化的电动姿态控制装置至少由支架、姿态控制轴、电动机组成，几个零件通过支架组装成一个一体化的独立部件。

电动姿态控制装置的支架是一整体成形件，从端面看呈矩形，上面有两个平行孔，其中一孔是姿态控制轴的轴承，插有姿态控制轴，另一孔紧配合插有姿态调整电动机，两者通过齿轮传动。

密封舱壳体的两端各有一个开槽支架，开槽支架的外周与外壳中段的内周配合，开槽支架的一个端面上有槽，电动姿态控制装置的支架安放在开槽支架上的槽中，开槽支架的另一端突起有圆柱体，圆柱体插入密封舱壳体的内孔里，，圆柱体上有O形圈槽，两者通过O形圈径向密封。

外壳中段的两端各有一个外螺纹的接环，外壳前段与外壳后段通过外螺纹的接环与外壳中段连接，两外螺纹的接环拧入外壳中段后将两个开槽支架与密封舱壳体挤在一起，外壳中段的两端都有外圆锥倒角面，外壳前段与外壳后段上有内圆锥面与其配合。

推进器电机与姿态控制电机均采用无刷直流电机，电机的转子在水中或充入的油中转动。

外挂式电动螺旋桨推进装置的外壳的端部有外螺纹，螺旋桨护罩上的内螺纹与其配合将螺旋桨电动机压在推进装置的外壳内；推进装置外壳的外圆的中部与轴线垂直凸起有螺纹孔柱，姿态控制轴端部有螺纹，两者配合，两套外挂式电动螺旋桨推进装置与一套电动姿态控制装置配合后组成一体化的动力部件。外壳中段的前后两端各有一套这样的动力部件。

外壳中段的外圆上有两条对称的T形槽，外挂设备舱的外壳上有与其配合的T形体，外壳中段与外挂设备舱的外壳均是塑料挤出型材。

电动姿态控制装置上带有霍尔传感器，姿态控制轴上的齿轮上镶有磁铁。

姿态控制轴是空心的齿轮轴，轴中部有孔与轴线的中心孔相通。

外挂设备舱上带有爆炸自救装置，爆炸自救装置上有电控雷管，引爆后将压舱物抛离机器人。

发明效果：

采用上述结构后，由于是一体化的动力部件，装配很方便，零部件的通用性较高，仅更换外壳型材或密封舱型材的长度即可改变规格，所有规格结构相同，同一直径系列内零部件通用，方便系列化生产。主要壳体零件采用挤出塑料型材，支架采用注塑件较大地降低了成本。电子设备的体积决定了密封舱的大小，而密封舱的大小决定了机器人的大小，根据拟采用电子设备的体积和所携带的外挂设备的重量，可以设置直径60、直径80、直径100三个直径系列，450、500、550、600、650五个长度系列，共计15个规格。此系列设计给各种不同需求的应用和试验提供了最大的灵活性。

附图说明

图1是按本发明设计的实例的正视图

图2是图1实例的左视图

图3是图1实例的A-A剖视图

图4是开槽支架零件的正视图

图5是图4实例的左视图

图6是电动姿态控制装置的支架零件的正视图

图7是图6实例的左视图

具体实施方式

以下参照附图及实例对本发明进行详细说明：

参见图3，1是端盖，用螺纹与外壳前段连接。2是探照灯、闪光灯的组合件。3和18分别是外壳前段和外壳后段，都是一空心圆筒，两端有内螺纹，其中与外壳中段接触的一端有内倒角。4是浮体，用发泡材料制成，根据外壳内部零件的不同外形，预制成不同的形状，将多余空间尽量填充，起主要浮力的圆柱状浮体中间开有孔和槽使孔与外圆相通，方便放入电线，制成几种不同高度备选。9是隔圈，用塑料注塑成，套在姿态控制轴上，轴的两端各有一个，隔圈一端挡在外壳上，用于防止姿态控制装置轴向窜动。

6是螺旋桨防护罩，用塑料注塑成，中心大孔有内螺纹。7是螺旋桨电机，采用无刷直流电机，8是外挂式电动螺旋桨推进装置的外壳，用塑料注塑成，是一空心杯形件，杯底为球形，杯的开口处有外螺纹，杯的中部与轴线垂直有凸起的圆柱，中心有螺孔与杯相通。螺旋桨防护罩6将螺旋桨电机7及机械密封组件5压在外挂式电动螺旋桨推进装置的外壳8内。

11是姿态调整电动机，采用齿轮减速步进电机。

姿态调整轴12是一铝合金制空心齿轮轴，两端有台阶，台阶上有螺纹与外挂式电动螺旋桨推进装置的外壳8上的螺孔配合。两个螺旋桨电机的电源线分别从两端穿入空心轴，从轴中间与外界相通的孔中穿出，环绕轴几圈后与密封舱的输出电缆连接。

为防止向一个方向转的太多扭断电缆，以及确切得知电动螺旋桨推进装置的位置，设置了霍尔传感器，在姿态调整轴12的齿轮上镶有小磁铁，霍尔传感器固定在电动姿态控制装置的支架16上。

参见图6、图7，电动姿态控制装置的支架16是一整体注塑件，从端面看呈矩形，上面有两个平行孔，其中一孔是姿态控制轴的轴承，插有姿态控制轴12，另一孔紧配合插有姿态调整电动机，两者通过齿轮传动。两端面之间的材料除留出轴承厚度后以装齿轮的孔为圆心去除，去除后中间的断面是空心圆筒状。装电机的孔是台阶孔，压装机械密封组件10的孔大于电机的外径。

参见图4、图5，开槽支架13同时也是密封舱的端部，两个开槽支架13与厚壁圆管塑料型材制成的密封舱壳体15共同组成密封舱。

开槽支架13用塑料注塑成，其外圆与外壳中段14的内圆配合，开槽支架的下部是有一定厚度的圆盘状，圆盘的一个端面凸起有两侧对称切去半弧的圆柱体，这个圆柱体的端面上开有一个宽槽，槽的宽度和深度正好与电动姿态控制装置的支架16相配合，槽的底部有一个矩形下陷空间，用于容纳电线，矩形下陷空间的底部有数个电缆孔，插入电缆后用环氧树脂灌封，槽的上下两部分多余材料适当地去除如图5中所示。圆盘的另一端面突起有圆柱体，圆柱体插入密封舱壳体15的内孔里，圆柱体上有O形圈槽，两者通过O形圈径向密封。

14是外壳中段，是筒状塑料挤出型材，内孔是圆形，外圆两侧对称的各凸起有一条T形槽，圆筒两端各有一道通槽，用于容纳姿态调整轴12，通槽的底面还有一条窄槽，用于容纳输出电缆。圆筒两端都有内螺纹，两端都有外倒角。

17是接环，是塑料圆筒状型材切断制成，外圆有通螺纹，径向有几个孔，用于装配时扭动。前后两个接环旋入外壳中段后将两个开槽支架与密封舱壳体以及与开槽支架装配在一起的动力部件挤在一起，成为整体。

外挂设备舱19的外壳是挤出塑料型材，基体呈圆筒状，在外圆上伸出T形体，与外壳中段上的T形槽配合，端部有螺纹，可旋装罩盖。在外挂设备舱外壳中间的T形体底面钻有一孔，由螺钉螺母组成的制动锁紧装置放入孔中，螺钉帽顶紧设备舱即可迫使螺母锁紧外壳中段。

电动机的密封在采用机械密封时仅可满足水下60米左右的应用，(选用的机械密封组件标称耐压6公斤/平方厘米)但若将无刷直流电机的定子绕组进行环氧树脂真空高压灌封等防水处理后，让定子在水中转。此时密封装置仅起到过滤和防沙作用，可用于水下数千米以下，仅由密封舱的耐压决定。为减小水的粘滞阻力，可将电机内充入低粘滞系数的油。

在外挂设备舱的尾部内装有爆炸自救装置，爆炸自救装置的原理是用电点火雷管将压舱物(通常是蓄电池)抛离机器人，机器人即可上浮，何时点火可预先程序设定。爆炸自救装置的外形象一颗小型炮弹，内部点火结构也基本相同，不过装药量要小的多，外径与外挂设备舱的内径紧配合，弹头部分是作为压舱物的蓄电池。与普通炮弹相比，弹头部分深入弹壳部分要深得多。蓄电池引线用接插件连接，做好防水处理。

Claims (5)

1.一种小型水下机器人，具有外壳、密封舱、外挂式电动螺旋桨推进装置、电动姿态控制装置、发泡材料浮体，密封舱在外壳内，外挂式电动螺旋桨推进装置在外壳外部，每两个为一组，对称布置，电动姿态控制装置是一体化的，外壳是分段组成的，外壳中段(14)的两端面有槽，电动姿态控制装置的姿态控制轴(12)放在槽中，外壳中段(14)的两端部有螺纹，外壳前段(3)与外壳后段(18)用螺纹与外壳中段(14)连接，其特征在于：电动姿态控制装置的支架(16)是一整体成形件，上面有两个平行孔，其中一孔是姿态控制轴(12)的轴承，插有姿态控制轴(12)，另一孔插有姿态调整电动机(11)，姿态控制轴(12)与姿态调整电动机(11)两者之间通过齿轮传动。

2.根据权利要求1所述的小型水下机器人，其特征在于：密封舱具有圆管状密封舱壳体(15)，密封舱壳体(15)的两端各有一个开槽支架(13)，开槽支架(13)的外周与外壳中段(14)的内周配合，开槽支架(13)的一个端面上有槽，电动姿态控制装置的支架(16)安放在开槽支架(13)上的槽中，开槽支架(13)的另一端突起有圆柱体，圆柱体插入密封舱壳体(15)的内孔里，圆柱体上有O形圈槽，两者通过O形圈径向密封。

3.根据权利要求2所述的小型水下机器人，其特征在于：外壳中段(14)的两端各有一个接环(17)，接环(17)具有外螺纹，外壳前段(3)与外壳后段(18)通过接环(17)与外壳中段(14)连接，两接环(17)拧入外壳中段(14)后将两个开槽支架(13)与密封舱壳体(15)挤在一起。

4.根据权利要求1所述的小型水下机器人，其特征在于：外挂式电动螺旋桨推进装置具有外壳(8)，外挂式电动螺旋桨推进装置的外壳(8)的端部有外螺纹，螺旋桨护罩(6)上的内螺纹与外挂式电动螺旋桨推进装置的外壳(8)配合，螺旋桨电机(7)压装在外挂式电动螺旋桨推进装置的外壳(8)内，外挂式电动螺旋桨推进装置的外壳(8)的外圆的中部与轴线垂直凸起有螺纹孔柱，姿态控制轴(12)端部有螺纹，两者配合，两套外挂式电动螺旋桨推进装置与一套电动姿态控制装置配合后组成一体化的动力部件。

5.根据权利要求1所述的小型水下机器人，其特征在于：电动姿态控制装置上带有霍尔传感器，姿态控制轴(12)上的齿轮上镶有磁铁。

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