CN104097758B - 一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台，包括两套可供选择的能源系统：一套为装载有锂电池组的电子舱，适用于脱缆作业的情况，一套为装载有AC220V转DC24V的电源模块的电力舱，适用于连续作业的情况，可根据实验内容的具体需求，选择安装最适宜的能源系统。实验平台框架由左右两块立板、角铝、方铝、铝棒通过螺栓螺母连接而成；通过钢箍将电子舱和电力舱(或者电池舱)固定在框架上层。在改变能源系统时，只需将钢箍旋松，将电力舱移走，换上电池舱，反之亦然，再旋紧钢箍即可。本发明专利具有体积小、重量轻、结构调整容易的特点，可在水池中或者浅水环境下进行水下机器人故障诊断和容错控制技术的实验研究。

Description

一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台

技术领域

本发明涉及的是一种实验平台，具体地说是水下机器人实验平台。

背景技术

随着陆地资源的日益减少，海洋资源的开发和利用对经济增长起到越来越明显的推动作用。水下机器人作为海洋开发的主要工具，工作在复杂多变的水下环境中，其安全性和可靠性至关重要。故障诊断和容错控制技术是水下机器人安全性和可靠性的重要保证。水下机器人实验平台是故障诊断和容错控制技术研究的重要组成部分，它对于水下机器人故障诊断和容错控制技术的理论研究、实验研究都具有重要的意义。

能源系统是水下机器人的重要组成部分，其构成取决于水下机器人的供电方式。水下机器人的供电方式主要有水上电源供电和水下电池舱供电两种形式，各有优缺点。采用水上电源供电的水下机器人，如专利申请号为201210488586.1，名称为《混合动力水下机器人》的专利，其采用水上控制箱通过电缆对水下机器人供电，可以连续作业，但是电缆会影响水下机器人的动力学性能，对某些故障诊断与容错控制算法的实验研究造成干扰。采用电池舱供电的水下机器人如CNKI数据库刊登的“自主式水下机器人实验平台研制与实验研究”设计的实验平台，排除了电缆对实验研究的影响，但是连续作业时间有限。

实际上，在水下机器人实验平台的使用过程中，实验内容不同，对水下机器人的功能需求也不同。在水下机器人的调试、电缆的影响可以忽略的实验研究、电缆的影响不可忽略的初步实验研究中，连续作业功能是主要需求，此时应采用水上电源供电方式；在电缆的影响不可忽略的最终实验研究中，脱缆作业功能是主要需求，此时应采用水下电池舱供电方式。因此，对于经常变换实验内容的水下机器人实验平台而言，只拥有某一固定形式的能源系统并不适宜。

发明内容

本发明的目的在于提供拥有两套可供选择的能源系统、结构调整容易的一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台，其特征是：包括框架、电子舱、推进器系统，框架包括左立板、右立板，左立板前端与右立板前端通过第一铝棒、第二铝棒、前方铝相连，左立板后端与右立板后端通过第三铝棒、第四铝棒、后方铝相连，前方铝位于第一铝棒和第二铝棒之间，后方铝位于第三铝棒和第四铝棒之间，在左立板和右立板的中部通过铝板相连，前方铝、后方铝、铝板位于同一高度，并将框架分割成上层和下层，电子舱位于框架上层左立板一侧，电子舱通过第一钢箍固定在前方铝上，电子舱与前方铝之间固定有V型块，框架上层右立板一侧与第一钢箍对称的位置上安装第二钢箍，第二钢箍上安装电力舱或电池舱，安装在框架下层的推进器系统包括前侧推、后侧推、左主推、右主推、前垂推、后垂推，左主推和右主推安装在铝板的下方，前侧推和后侧推安装在右立板上，前垂推和后垂推安装在铝板的前后两侧。

本发明还可以包括：

1、左立板和右立板的上端内侧安装U型螺栓，下端内侧安装调平钢块。

2、铝板下侧安装有多普勒速度计，上侧安装有深度计，深度计与铝板之间通过防水胶带相连；电子舱、电力舱、电池舱的前端和后端分别安装前端盖和后端盖，前端盖上安装导流罩，电力舱、电池舱的后端盖上安装有扁平水下连接器和圆形水下连接器。

3、前铝板右侧安装前立柱，前立柱顶端安装电子罗盘；后方铝右侧安装后立柱，后立柱顶端固定天线。

本发明的优势在于：

1、可以根据不同的实验需求，选用最适宜的能源系统。

传统的水下机器人只拥有水下电源供电、水下电池舱供电两者之一的供电方式，但对于经常变换实验内容的水下机器人实验平台而言，只拥有某一固定形式的能源系统并不适宜。本专利与传统水下机器人不同，拥有两套可供选择的能源系统，可按不同实验需求选用不同的供电方式，再根据选用的供电方式，安装电池舱或者电力舱。

2、结构调整容易。

本发明专利通过钢箍将电子舱、电力舱(或者电池舱)固定在水下机器人框架上层，当需要改变供电方式时，只需要旋松钢箍，移走电力舱，换上电池舱，反之亦然，再旋紧钢箍即可。各部件均采用微小型的独立密封结构，各部件之间通过水密连接器进行连接，拆装和重组容易。

3、供电电缆压降小。

当采用水上电源供电时，本专利的水下机器人上安装电力舱。电力舱内部装有AC220V转DC24V的电源模块，AC220V与岸上市电相连，DC24V与电子舱相连。与《混合动力水下机器人》等专利采用岸上直流电源给水下机器人供电的方式相比，本发明专利的直流电源供电电缆短，电缆压降小。

4、体积小，重量轻。

水下机器人的调试、电缆的影响可以忽略的实验研究、电缆的影响不可忽略的初步实验研究均可在有缆情况下进行，无缆实验的时间较少，因此对锂电池组的容量需求较低，降低了电池舱的体积和重量；左右立板采用聚四氟乙烯材料，且立板上加工有矩形、梯形等通孔，进一步降低了水下机器人的体积和重量。

5、搬运和放置方便。

聚四氟乙烯立板上加工有矩形、梯形等通孔，立板上端作为用于搬运的拎手，便于搬运，下端作为用于放置的突台，便于放置，用于吊放的U型螺栓朝向框架内侧，不影响其他设备的放置。

6、电子舱、电力舱、电池舱前端安装有半球形导流罩，能够减小前进时的水阻力。

7、在艏摇自由度上配置冗余的推进器，为水下机器人故障诊断与容错控制技术的实验研究提供了硬件基础。

主推进器和侧向推进器均为两个推进器对称布置，两组推进器的差动控制均可实现机器人的转艏运动，所以主推进器和侧向推进器在功能上存在冗余。

附图说明

图1为本发明的水下机器人外形俯视图；

图2为图1的A-A视图；

图3为图2的左视图；

图4为图2的仰视图；

图5为聚四氟乙烯立板结构简图；

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，框架由左立板37、右立板16通过铝棒11、铝棒22等构成，铝棒22和右立板16之间通过螺钉38进行固定连接。U型螺栓39通过螺母40和螺母41固定在右立板16上。

如图3所示，右立板16竖向中央与角铝29通过螺栓组件42固定，角铝29与前方铝6通过螺栓组件43固定。通过钢箍10将电力舱15固定在前方铝6上，电力舱15和前方铝6之间固定有V型块45。

如图4所示，在框架中央安装有铝板32，铝板32下侧安装有多普勒速度计31，上侧安装有深度计18，深度计18与铝板32之间通过防水胶带相连。框架下层布置有前侧推36、后侧推28、左主推46、右主推33、前垂推17、后垂推19等六个推进器。

如图2所示，前方铝6右侧与前立柱14通过螺栓组件5连接，前立柱14顶端与电子罗盘12通过螺栓组件13连接，前方铝6下侧与推进器固定座3通过螺栓组件4连接，固定座3与固定端盖1通过螺栓组件2进行连接，并固定前侧推36。后方铝27右侧依次连接垫块26、后立柱25，后立柱25顶端固定天线20。前立柱14与铝棒11之间、后立柱25与铝棒22之间通过防水胶带进行固定。电力舱15后端盖21上安装有扁平水下连接器23和圆形水下连接器24。右立板16下端与调平钢块34和调平钢块30通过螺栓组件35连接。

如图1所示，螺钉47将导流罩支架48、前端盖9固定在电力舱15上，导流罩固定架48通过不锈钢螺杆组件7将导流罩8固定。电子舱44前端安装有导流罩49，导流罩49上加工有凹槽，以满足扁平水密连接器50的布线需求。

如图5所示，立板采用聚四氟乙烯材料，其上加工有矩形、梯形等通孔，立板上端作为用于搬运的拎手，下端作为用于放置的突台，立板上的圆孔用于连接。

电力舱15内部在安装AC220V转DC24V的电源模块的基础上，安装附加铅块，用于调节电力舱与电池舱的重量以及重心位置相一致，以减小电力舱和电池舱的更换对水下机器人动力学性能的影响。

本发明一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台，拥有两套可供选择的能源系统，一套为装载有锂电池组的电子舱，适用于脱缆作业的情况，一套为装载有AC220V转DC24V的电源模块的电力舱，适用于连续作业的情况，可根据实验内容的具体需求，选择安装最适宜的能源系统。实验平台采用两块聚四氟乙烯板作为左右立板，两个立板四角通过四个铝棒连接，形成框架；聚四氟乙烯板竖向中间通过螺栓螺母固定有角铝，角铝上安装方铝和铝板。通过钢箍将电子舱和电力舱(或者电池舱)固定在框架上层，在改变能源系统时，只需将钢箍旋松，将电力舱移走，换上电池舱，反之亦然，再旋紧钢箍即可。框架上层按前后左右中依次安装有密封的电子罗盘、天线、电子舱、电力舱(或者电池舱)、深度计；框架下层中央安装有多普勒速度计，四周布置六个推进器；推进器分为主推进器、侧向推进器以及垂向推进器，每向推进器对称布置两个，在艏摇自由度上具有推进器冗余配置。

聚四氟乙烯立板上加工有矩形、梯形等通孔，立板上端作为用于搬运的拎手，下端作为用于放置的突台，上端内侧安装U型螺栓，下端内侧安装调平钢块。

通过钢箍将电子舱和电力舱固定在框架上层，两舱和框架之间，安装有V型块。

电子舱，电力舱以及电池舱前端安装有导流罩支架，导流罩支架上安装有导流罩，导流罩上加工有凹槽，以满足布线需求。

各部件均采用微小型的独立密封结构，各部件间通过水密连接器进行连接，水密插座固定在电子舱、电力舱以及电池舱的端盖上，水密插头与传感器、推进器、天线等相连。

推进器安装在由推进器固定座和固定端盖组成的推进器固定组件上，固定组件安装在水下机器人框架上。

电力舱内部在安装AC220V转DC24V的电源模块的基础上，安装附加铅块，用于调节电力舱与电池舱的重量以及重心位置相一致。

Claims (5)

1.一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台，其特征是：包括框架、电子舱、推进器系统，框架包括左立板、右立板，左立板前端与右立板前端通过第一铝棒、第二铝棒、前方铝相连，左立板后端与右立板后端通过第三铝棒、第四铝棒、后方铝相连，前方铝位于第一铝棒和第二铝棒之间，后方铝位于第三铝棒和第四铝棒之间，在左立板和右立板的中部通过铝板相连，前方铝、后方铝、铝板位于同一高度，并将框架分割成上层和下层，电子舱位于框架上层左立板一侧，电子舱通过第一钢箍固定在前方铝上，电子舱与前方铝之间固定有V型块，框架上层右立板一侧与第一钢箍对称的位置上安装第二钢箍，第二钢箍上安装电力舱或电池舱，安装在框架下层的推进器系统包括前侧推、后侧推、左主推、右主推、前垂推、后垂推，左主推和右主推安装在铝板的下方，前侧推和后侧推安装在右立板上，前垂推和后垂推安装在铝板的前后两侧。

2.根据权利要求1所述的一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台，其特征是：左立板和右立板的上端内侧安装U型螺栓，下端内侧安装调平钢块。

3.根据权利要求1或2所述的一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台，其特征是：铝板下侧安装有多普勒速度计，上侧安装有深度计，深度计与铝板之间通过防水胶带相连；电子舱、电力舱、电池舱的前端和后端分别安装前端盖和后端盖，前端盖上安装导流罩，电力舱、电池舱的后端盖上安装有扁平水下连接器和圆形水下连接器。

4.根据权利要求1或2所述的一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台，其特征是：前方铝右侧安装前立柱，前立柱顶端安装电子罗盘；后方铝右侧安装后立柱，后立柱顶端固定天线。

5.根据权利要求3所述的一种能源系统可变的开架式水下机器人实验平台，其特征是：前方铝右侧安装前立柱，前立柱顶端安装电子罗盘；后方铝右侧安装后立柱，后立柱顶端固定天线。