CN105383653A - 一种水下机器人 - Google Patents

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Abstract

一种水下机器人，属船舶技术领域，包括囊形器身、气囊、左推进器、右推进器、控制器、摄像机和多组传感器。传感器收集信息通过信号线传递给控制器。控制器能与岸上指挥中心进行无线信息交换。气囊安装在囊形器身的顶部。控制器能控制气囊的大小。结构相同的左推进器和右推进器对称安装于囊形器身的左右两侧。右推进器包括轨道、小车、环形平板叶片、牵引杆、定位杆和敞开式外壳。环形平板叶片垂直套装在定位杆上。轨道为封闭式半圆形，轨道水平安装于顶板的下面，小车安装在轨道上。牵引杆的上端安装在小车上，下段竖直插入环形平板叶片中。控制器操控左推进器和右推进器工作能产生很大的推力，该机器人效率高，机动灵活，且叶片易制作。

Description

一种水下机器人
技术领域
一种水下机器人，属船舶技术领域，尤其涉一种水下机器人。
背景技术
传统船舶的推进器大多采用螺旋桨，尽管驱动方便，但效率较低，桨叶制造工艺复杂，使用时会产生尾迹，且噪音大。授权公告号为CN100360378C的专利，公开了一种仿生平板船舶推进器，虽效率较高，但结构较复杂。现有的水中机械采用仿生鸭掌作推进器，只能慢速游动，不方便快速游动。
发明内容
本发明的目的是克服传统水中机械设备的技术不足，发明一种效率较高的能快速游动的水下机器人。
一种水下机器人，包括囊形器身、气囊、左推进器、右推进器、控制器、摄像机和多组传感器。控制器安装在囊形器身上，传感器分布在囊形器身的周围。传感器收集信息通过信号线传递给控制器。控制器能与岸上指挥中心进行无线信息交换。控制器和传感器由电池供电。摄像机是能摆头的，拍摄角度范围大于120°。气囊安装在囊形器身的顶部，气囊位于过所述水下机器人的重心的铅垂线上。控制器能控制气囊的大小，通过控制气囊的大小来调节浮力的大小，从而调节所述水下机器人的沉浮。左推进器和右推进器结构相同，它们对称安装于囊形器身的左右两侧。
右推进器的具体结构是：右推进器包括轨道、小车、环形平板叶片、牵引杆、定位杆和敞开式外壳。环形平板叶片包括两端的相同的弧形体和中段的两块相同的平板。敞开式外壳包括左侧板、底板和顶板，左侧板纵向竖直布置，底板和顶板水平布置。左侧板是囊形器身的右壁的一部分。定位杆处于敞开式外壳的前后方向的中部并竖直固定安装于底板上靠近左侧板处，定位杆和左侧板之间的间隙能确保环形平板叶片在顶板和底板之间灵活地作半圆周运动。环形平板叶片套装在定位杆上，并处于顶板和底板之间，环形平板叶片与敞开式外壳的底板垂直。轨道为封闭式半圆形，轨道水平安装于顶板的下面，小车安装在轨道上，牵引杆的上端安装在小车上，牵引杆竖直布置，牵引杆的下段插入环形平板叶片中。控制器内配有无线电发射装置，小车内配有无线电接收装置、大容量电容、电机和电机的驱动器。小车能按控制器的无线指令沿轨道运动。控制器通过控制小车的电机的转速大小和方向来控制右推进器的推力大小和方向。小车内还配有低电压报警装置，当小车内大容量电容的电压下降至额定电压的85%时，低电压报警装置会发出报警信号给控制器，以便及时回岸充电或更换大容量电容。
在所述水下机器人上安装自动投食设备，方便水产养殖业投喂饲料。
在所述水下机器人内配置自动导航系统，方便按设定路径自动巡游。
在所述水下机器人上安装自动抓手，方便深水取样进行科学研究或打捞物件。
本发明一种水下机器人是这样产生有益效果的：控制器按事先设定的路径和工作程序操控左推进器和右推进器运行，或者按岸上指挥中心的指令操控左推进器和右推进器运行。左推进器和右推进器的工作原理相同。右推进器是这样工作的，起初，环形平板叶片处于纵向最前位置，即环形平板叶片的后端内壁紧贴定位杆的后缘，环形平板叶片的前端处于最前端，环形平板叶片的左侧面紧贴敞开式外壳的左侧板的右侧面，控制器操控小车开始运动，从上往下俯视右推进器，小车带动牵引杆运动，由于牵引杆插在环形平板叶片中，受轨道和环形平板叶片的限制，小车带动牵引杆作半圆周运动，同时带动环形平板叶片在顶板和底板之间作半圆周运动，即环形平板叶片在纵向最前位置绕定位杆顺时针转动半周后到达纵向最后位置，然后直线前行至纵向最前位置，接下来环形平板叶片又绕定位杆顺时针转动半周，然后又直线前行至纵向最前位置，即回到了起初位置。接下来周期性地重复上述过程。这样，环形平板叶片会连续不断地将前方的水划向后方，产生向前的推力。运动过程中，环形平板叶片在前面与左侧板之间快速打开而在后面与左侧板之间快速合上，产生了类似昆虫的“急张”和“相扑”运动效果，能产生很大的向前的推力。在控制器的操控下，左推进器的叶片作逆时针半圆周运动，也会产生很大的向前的推力。由于左推进器和右推进器两者独立操作，所述水下机器人不用配方向舵，转弯和退后都能方便实现。左推进器和右推进器两者一快一慢运动能实现转弯行驶。改变叶片的运动方向可使所述水下机器人退后行驶。若左推进器和右推进器两者的叶片运动方向相同则可实现原地转圈。本发明水下机器人包括但不限于以下优点：能量损失小，效率高，机动灵活，运行平稳，且叶片易制作，不会像螺旋桨船那样产生明显的尾迹，也不会像传统明轮船那样存在严重的拍水现象。
本发明一种水下机器人可用作海里探测、沉船打捞、水下科研等作业；装上自动投食装置还方便喂投深水水生动物的食物。
附图说明
图1是本发明一种水下机器人的俯视示意图；图2是图1的左视示意图；图3是放大了的右推进器的后视示意图；图4是图3的俯视示意图；图5是右推进器的环形平板叶片的运动示意简图。
图中，A-囊形器身，A1-器身头部，A2-器身尾部；B-所述水下机器人的前进方向指示；C-左推进器；D-右推进器；E-控制器；F-传感器；G-气囊；H-摄像机。1-轨道；2-小车；3-环形平板叶片，31-表示环形平板叶片处于纵向最前位置，32-表示环形平板叶片处于横向位置，33-表示环形平板叶片处于纵向最后位置，34-环形平板叶片的转动方向指示；35-环形平板叶片的前行方向指示；4-牵引杆；5-定位杆，51-耐磨平垫片；6-敞开式外壳，61-左侧板，62-底板，63-顶板。
具体实施方式
现结合附图对本发明加以说明：一种水下机器人，包括囊形器身A、气囊G、左推进器C、右推进器D、控制器E、摄像机H和多组传感器F。控制器E安装在囊形器身A上，传感器F分布在囊形器身A的周围。传感器F收集信息通过信号线传递给控制器E。控制器E能与岸上指挥中心进行无线信息交换。控制器E和传感器F由电池供电。摄像机H是能摆头的，拍摄角度范围大于120°。气囊G安装在囊形器身A的顶部，气囊G的重心落在过所述水下机器人的重心的铅垂线上。控制器E能控制气囊G的大小，通过控制气囊G的大小来调节浮力的大小，从而调节所述水下机器人的沉浮。左推进器C和右推进器D结构相同，它们对称安装于囊形器身A的左右两侧。
右推进器D的具体结构是：右推进器包括轨道1、小车2、环形平板叶片3、牵引杆4、定位杆5和敞开式外壳6。环形平板叶片3包括两端的相同的弧形体和中段的两块相同的平板。敞开式外壳6包括左侧板61、底板62和顶板63，左侧板61纵向竖直布置，底板62和顶板63水平布置。左侧板61直接利用囊形器身A的右壁的一部分。定位杆5处于敞开式外壳6的前后方向的中部并竖直固定安装于底板62上靠近左侧板61处，定位杆5和左侧板61之间的间隙能确保环形平板叶片3在顶板63和底板62之间灵活地作半圆周运动。环形平板叶片3套装在定位杆5上，并处于顶板63和底板62之间，环形平板叶片3与敞开式外壳6的底板62垂直。轨道1为封闭式半圆形，轨道1水平安装于顶板63的下面，小车2安装在轨道1上，牵引杆4的上端安装在小车2上，牵引杆4竖直布置，牵引杆4的下段插入环形平板叶片3中。控制器E内配有无线电发射装置，小车内配有无线电接收装置、大容量电容、电机和电机的驱动器。小车2能按控制器E的无线指令沿轨道1运动。控制器E通过控制小车2的电机的转速大小和方向来控制右推进器D的推力大小和方向。小车2内还配有低电压报警装置，当小车2内大容量电容的电压下降至额定电压的85%时，低电压报警装置会发出报警信号给控制器，以便及时回岸充电或更换大容量电容。为了节省成本，为小车2供电的大容量电容采用普通电池代替。为减少环形平板叶片3的底部与底板62的上表面之间的摩擦，环形平板叶片3的底部镶有减摩滚珠；环形平板叶片3的密度小于1500kg/m3。为减小牵引杆4和定位杆5与环形平板叶片3的内表面之间的摩擦，牵引杆4和定位杆5的周围都镶有减摩滚珠或滚针，或者牵引杆4和定位杆5的周围都套装有滚筒或轴承。为减小环形平板叶片3的外表面与左侧板61的右侧面之间的摩擦，左侧板61的右侧面镶有减摩滚珠或滚针。
所述水下机器人是这样工作的：控制器E按事先设定的路径和工作程序操控左推进器C和右推进器D运行，或者按岸上指挥中心的指令操控左推进器C和右推进器D运行。左推进器C和右推进器D的工作原理相同。右推进器D是这样工作的，起初，环形平板叶片3处于纵向最前位置，即环形平板叶片3的后端内壁紧贴定位杆5的后缘，环形平板叶片3的前端处于最前端，环形平板叶片3的左侧面紧贴敞开式外壳6的左侧板61的右侧面，控制器E操控小车2开始运动，从上往下俯视右推进器D，小车2带动牵引杆4运动，由于牵引杆4插在环形平板叶片3中，受轨道1和环形平板叶片3的限制，小车2带动牵引杆4作半圆周运动，同时带动环形平板叶片3在敞开式外壳6内作半圆周运动，即环形平板叶片3在纵向最前位置绕定位杆5顺时针转动半周后到达纵向最后位置，然后直线前行至纵向最前位置，接下来环形平板叶片3又绕定位杆5顺时针转动半周，然后又直线前行至纵向最前位置，即回到了起初位置。接下来周期性地重复上述过程。这样，环形平板叶片3会连续不断地将前方的水划向后方，产生向前的推力。运动过程中，环形平板叶片3在前面与左侧板61之间快速打开而在后面与左侧板61之间快速合上，产生了类似昆虫的“急张”和“相扑”运动效果，能产生很大的推力。在控制器E的操控下，左推进器C的叶片作逆时针半圆周运动，也会产生很大的向前的推力。由于左推进器C和右推进器D两者独立操作，所述水下机器人不用配方向舵，转弯和退后都能方便实现。左推进器C和右推进器D两者一快一慢运动能实现转弯行驶。改变叶片的运动方向可使所述水下机器人退后行驶。若左推进器C和右推进器D两者的叶片运动方向相同则可实现原地转圈。本发明水下机器人包括但不限于以下优点：能量损失小，效率高，噪声低，机动灵活，运行平稳，且叶片易制作，不会像螺旋桨船那样产生明显的尾迹，也不会像传统明轮船那样存在严重的拍水现象。

Claims (9)

1.一种水下机器人，其特征在于：包括囊形器身（A）、气囊（G）、左推进器（C）、右推进器（D）、控制器（E）、摄像机（H）和多组传感器（F）；控制器（E）安装在囊形器身（A）上，传感器（F）分布在囊形器身（A）的周围；传感器（F）收集信息通过信号线传递给控制器（E）；控制器（E）能与岸上指挥中心进行无线信息交换；控制器（E）和传感器（F）由电池供电；气囊（G）安装在囊形器身（A）的顶部，气囊（G）位于过所述水下机器人的重心的铅垂线上；控制器（E）能控制气囊（G）的大小，通过控制气囊（G）的大小来调节浮力的大小，从而调节所述水下机器人的沉浮；左推进器（C）和右推进器（D）结构相同，它们对称安装于囊形器身（A）的左右两侧；右推进器包括轨道（1）、小车（2）、环形平板叶片（3）、牵引杆（4）、定位杆（5）和敞开式外壳（6）；环形平板叶片（3）包括两端的相同的弧形体和中段的两块相同的平板；敞开式外壳（6）包括左侧板（61）、底板（62）和顶板（63），左侧板（61）纵向竖直布置，底板（62）和顶板（63）水平布置；定位杆（5）处于敞开式外壳（6）的前后方向的中部并竖直固定安装于底板（62）上靠近左侧板（61）处，定位杆（5）和左侧板（61）之间的间隙能确保环形平板叶片（3）在顶板（63）和底板（62）之间灵活地作半圆周运动；环形平板叶片（3）套装在定位杆（5）上，并处于顶板（63）和底板（62）之间，环形平板叶片（3）与敞开式外壳（6）的底板（62）垂直；轨道（1）为封闭式半圆形，轨道（1）水平安装于顶板（63）的下面，小车（2）安装在轨道（1）上，牵引杆（4）的上端安装在小车（2）上，牵引杆（4）竖直布置，牵引杆（4）的下段插入环形平板叶片（3）中；控制器（E）内配有无线电发射装置，小车内配有无线电接收装置、大容量电容、电机和电机的驱动器；小车（2）能按控制器（E）的无线指令沿轨道（1）运动；控制器（E）通过控制小车（2）的电机的转速大小和方向来控制右推进器（D）的推力大小和方向；小车（2）内还配有低电压报警装置。
2.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：摄像机（H）是能摆头的，拍摄角度范围大于120°。
3.根据权利要求1所述的一种水下机器人，其特征在于：为减少环形平板叶片（3）的底部与底板（62）的上表面之间的摩擦，环形平板叶片（3）的底部镶有减摩滚珠；环形平板叶片（3）的密度小于1500kg/m3。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种水下机器人，其特征在于：为了节省成本，为小车（2）供电的大容量电容采用普通电池代替。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种水下机器人，其特征在于：左侧板（61）直接利用囊形器身（A）的右壁的一部分。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种水下机器人，其特征在于：在所述水下机器人上安装自动投食设备，方便水产养殖业投喂饲料。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种水下机器人，其特征在于：在所述水下机器人内配置自动导航系统，方便按设定路径自动巡游。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种水下机器人，其特征在于：为减小牵引杆（4）和定位杆（5）与环形平板叶片（3）的内表面之间的摩擦，牵引杆（4）和定位杆（5）的周围都镶有减摩滚珠或滚针，或者牵引杆（4）和定位杆（5）的周围都套装有滚筒或轴承；为减小环形平板叶片（3）的外表面与左侧板（61）的右侧面之间的摩擦，左侧板（61）的右侧面镶有减摩滚珠或滚针。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种水下机器人，其特征在于：在所述水下机器人上安装自动抓手，方便深水取样进行科学研究或打捞物件。
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