CN106628072A - 一种仿生多航态深海无人潜水器 - Google Patents

一种仿生多航态深海无人潜水器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种仿生多航态深海无人潜水器，在深海无人潜水器本体的艏部的中心位置设置有水下摄像机、艏部的两侧分别设置有可伸缩的机械手，深海无人潜水器本体的中部的两侧分别设置有侧扫声纳，深海无人潜水器本体的尾部设置有仿金枪鱼尾鳍，深海无人潜水器本体的下方设置有三组凹槽，每组凹槽中设置有一组步行足，每组步行足有两条，每条步行足包括安装在深海无人潜水器本体内的一号电机、与一号电机输出轴铰接的一号臂、与一号臂端部铰接的二号臂、与二号臂端部铰接的三号臂，在一号臂与二号臂的铰接处、二号臂与三号臂的铰接处分别设置有二号电机和三号电机，所述二号臂是弯臂。本发明可进行海底行走、海底目标采样。

Description

一种仿生多航态深海无人潜水器
技术领域
本发明涉及一种潜水器，尤其涉及一种仿生多航态深海无人潜水器。
背景技术
随着人们对于海洋的开发，海底环境采样变得十分迫切，深海环境中尤其是海底环境复杂多变，对于海底环境的研究，普通的深海无人潜水器往往只进行海洋环境探测、深海搜救、特定载荷布放等任务，很难进行定点作业、海底爬行、海底目标采样。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前深海无人潜水器不能进行海底行走、海底目标采样的问题而提供一种仿生多航态深海无人潜水器。
本发明的目的是这样实现的：在深海无人潜水器本体的艏部的中心位置设置有水下摄像机、艏部的两侧分别设置有可伸缩的机械手，深海无人潜水器本体的中部的两侧分别设置有侧扫声纳，深海无人潜水器本体的尾部设置有仿金枪鱼尾鳍，深海无人潜水器本体的下方设置有三组凹槽，每组凹槽中设置有一组步行足，每组步行足有两条，每条步行足包括安装在深海无人潜水器本体内的一号电机、与一号电机输出轴铰接的一号臂、与一号臂端部铰接的二号臂、与二号臂端部铰接的三号臂，在一号臂与二号臂的铰接处、二号臂与三号臂的铰接处分别设置有二号电机和三号电机，所述二号臂是弯臂。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.深海航行状态时，靠近深海无人潜水器本体艏部的一组步行足折叠构成艏舵，其余两组步行足收缩至对应的凹槽中；
海底行走状态时，三组步行足均伸开至行走状态；
定点作业状态：三组步行足处于固定点，位于艏部的两个机械手伸出至工作状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用仿生学构建金枪鱼尾鳍模型并将步行足应用到深海无人潜水器上，使得深海无人潜水器实现海底行走功能，将机械手与水下摄像机安装在艏部，实现精确定点作业目标采样功能，使得深海无人潜水器的功能得到了进一步的拓展。
附图说明
图1为深海无人潜水器背面结构示意图；
图2为深海无人潜水器底面结构示意图；
图3为深海无人潜水器侧面结构示意图；
图4为深海无人潜水器深海航行示意图；
图5为深海无人潜水器海底行走示意图；
图6为深海无人潜水器定点作业示意图；
图7为深海无人潜水器步行足的行走状态示意图；
图8为深海无人潜水器艏部的步行足变化成首舵的状态示意图；
图9为深海无人潜水器步行足收缩至底部凹槽的状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图3，本发明包括深海无人潜水器本体1、机械手2(在艏部两侧机械手尾端有两个开口，机械手收缩后可以通过开口进入深海无人潜水器本体内储存)、水下摄像机3、步行足4(共三组，艏部的一组可通过折叠变为首舵)、在深海无人潜水器步行足下方底部，分别有三组凹槽5、尾鳍6、侧扫声纳7，在深海中能够完成多种航态:深海航行状态、海底行走状态、定点作业状态。
每条步行足有三条臂：一号臂a、二号臂b、三号臂c，在关节连接处装有电机：二号电机d、三号电机e，三号电机e控制连接三号臂c的转动，二号电机d控制二号臂b的转动，一号臂a通过一号电机连接在在深海无人潜水器本体凹槽处，通过电机的转动来控制步行足的姿态，艏部的一组步行足可以通过电机控制折叠变为首舵，步行足还有行走状态和收缩至底部凹槽的状态，在行走状态时，一号臂a通过与水下无人航行器本体连接的电机控制进行转动，从而实现行走功能；
尾鳍是由多节电机连接构成的，通过每节电机的转动实现尾鳍的整体摆动功能；
深海无人潜水器本体艏部两侧有开口，艏部两侧的机械手可以通过电机控制伸出深海无人潜水器本体和收缩至深海无人潜水器本体内，水下摄像机安装在深海无人潜水器本体艏部偏下位置，在深海无人潜水器本体两侧有三组步行足，在步行足下方的深海无人潜水器本体底部对应有三组凹槽，步行足可通过电机控制进行收缩和伸展，不用时通过电机控制折叠收缩至底部凹槽中，应用时通过电机控制从凹槽中伸出，艏部的步行足可以通过电机控制折叠成首舵，尾鳍通过深海无人潜水器本体内的电机进行控制，从而左右摆动，侧扫声纳安装在深海无人潜水器本体中部两侧位置，具有探测功能；
本发明具有以下航态：
深海航行状态：如图4所示，在深海航行状态下，艏部的机械手通过深海无人潜水器本体前端的开口，通过电机控制，收缩至深海无人潜水器本体内，中部和后部的两组步行足通过电机控制，收缩折叠到深海无人潜水器底部的凹槽内，艏部的步行足通过电机控制，折叠成首舵，深海无人潜水器通过尾鳍和首舵的操纵来实现航向和深度控制，通过尾鳍的摆动提供推力和航向变化，通过首舵的变换改变深海无人潜水器的深度，尾鳍安装在深海无人潜水器的尾部，采用仿生学，根据金枪鱼尾鳍构建三维模型并进行设计，其作用是通过摆动提供深海无人潜水器的动力，以及控制深海无人潜水器的航行方向，首舵安装在深海无人潜水器的艏部两侧位置，是由艏部的一组步行足通过折叠变化而成，其作用是通过调节首舵，控制深海无人潜水器的纵倾角，从而对深海无人潜水器进行深度控制；
海底行走状态：如图5所示，当深海无人潜水器发现并抵近目标后，利用水下摄像机再次探测，进行目标确认，当目标完全确认后，深海无人潜水器从底部凹槽内伸出步行足，首舵通过电机控制，展开成步行足，降落到目标附近，通过海底行走靠近目标，水下摄像机安装在深海无人潜水器艏部位置，其作用是对目标进行再探测，进而确认目标，步行足安装在深海无人潜水器中部两侧位置，共三组，不用时收缩至深海无人潜水器底部凹槽内，应用时伸出，其作用是在深海无人潜水器降落到目标附近后，此时尾鳍不提供动力，通过步行足提供动力前进，通过步行足行走到目标位置；
定点作业状态：如图6所示，当深海无人潜水器爬行到达目标位置后，位于艏部的机械手通过电机控制从深海无人潜水器本体艏部的两侧开口内伸出，基于携带的水下摄像机和步行足，完成自主取样的任务，水下摄像机的作用是辅助机械手进行目标采样，机械手安装在深海无人潜水器艏部两侧位置，其作用是基于水下摄像机的辅助，通过伸缩靠近目标，进行目标采样，步行足其作用是保持深海无人潜水器的位置和姿态。

Claims (2)

1.一种仿生多航态深海无人潜水器，其特征在于：在深海无人潜水器本体的艏部的中心位置设置有水下摄像机、艏部的两侧分别设置有可伸缩的机械手，深海无人潜水器本体的中部的两侧分别设置有侧扫声纳，深海无人潜水器本体的尾部设置有仿金枪鱼尾鳍，深海无人潜水器本体的下方设置有三组凹槽，每组凹槽中设置有一组步行足，每组步行足有两条，每条步行足包括安装在深海无人潜水器本体内的一号电机、与一号电机输出轴铰接的一号臂、与一号臂端部铰接的二号臂、与二号臂端部铰接的三号臂，在一号臂与二号臂的铰接处、二号臂与三号臂的铰接处分别设置有二号电机和三号电机，所述二号臂是弯臂。
2.一种仿生多航态深海无人潜水器，其特征在于：深海航行状态时，靠近深海无人潜水器本体艏部的一组步行足折叠构成艏舵，其余两组步行足收缩至对应的凹槽中；
海底行走状态时，三组步行足均伸开至行走状态；
定点作业状态：三组步行足处于固定点，位于艏部的两个机械手伸出至工作状态。
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