CN107352003B - 自动可调式水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动可调式水下机器人，包括非回转体的流线型主体，主体前部横向尺寸小于主体后部横向尺寸，主体中部的尺寸大于左、右对称的两侧部；主体中部内前、中、后分别设有同步转动左、右水翼以改变机器人俯仰角度的二级以上齿轮减速传动机构、动力电池组和设备仓，主体的两侧部内分别设有浮力舱，左、右浮力舱外侧分别开设有水流通道，水流通道的进水口向前通出主体的侧部、向后通出主体的后部；各水流通道的出水口均设有螺旋推进器。本发明外形简洁，航态稳定性好，自主姿态控制方便，操纵效率高。

Description

自动可调式水下机器人

技术领域

本发明涉及水下机器人设备，具体为一种自动可调式水下机器人。

背景技术

水下机器人广泛应用于水下调查作业、海洋环境监测等领域，通常依托水下机器人搭载的各种设备来完成既定的任务，不同的任务对水下机器人的运动特性有着不同的要求。

通常水下机器人在作业时，需要在大范围不同深度的水下进行移动，这种在同一水深层面的大范围运动以及不同深度的灵活调节，需要水下机器人具备多个自由度运动自动控制的能力，再加上水下环境恶劣，水流复杂，进一步对水下机器人运动状态的自动调整能力提出了要求。

现有的水下机器人，在姿态稳定性以及姿态自主控制方面存在一些问题。对于采用回转体形主体的水下机器人，在水下容易产生横摇，且纵向稳定性也不容易得到保证，抗干扰能力较弱；而对于非回转体形主体的水下机器人，外形设计存在缺陷，使水下航行阻力太大，而且，其运动控制装置往往过于复杂，不易操控，成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种外形合理、结构简单、控制方便的自动可调式水下机器人。

能够解决上述技术问题的自动可调式水下机器人，其技术方案包括流线型主体，所不同的是

1、所述主体为非回转体，主体前部的横向尺寸小于主体后部的横向尺寸，横向面内，主体中部的尺寸大于左、右对称的两侧部。

2、所述主体中部内按前、中、后位置分别设有同步转动左、右水翼以改变机器人俯仰角度的二级以上齿轮减速传动机构、动力电池组和设备仓，主体的两侧部内分别设有浮力舱，左、右浮力舱外侧分别开设有水流通道，所述水流通道的进水口向前通出主体的侧部，水流通道的出水口向后通出主体的后部。

3、所述二级以上齿轮减速传动机构包括俯仰电机驱动的二级以上齿轮减速传动副，所述二级以上齿轮减速传动副的第一级齿轮安装于俯仰电机的输出轴上，二级以上齿轮减速传动副的最后一级齿轮安装于传动轴上，所述传动轴的左、右端分别伸出至主体的左、右侧部外并与对应的水翼安装连接，传动轴于主体的伸出部位设有水密封结构。

4、各水流通道的出水口均设有螺旋推进器。

进一步、所述二级以上齿轮减速传动副为自后向前传递动力的二级齿轮减速传动副，所述二级齿轮减速传动副包括第一级主动小齿轮、第一级从动大齿轮、第二级从动小齿轮和第二级从动大齿轮，第一级主动小齿轮安装于主体内一侧设置的俯仰电机的输出轴上，第一级从动大齿轮与第二级从动小齿轮同轴安装，第二级从动大齿轮安装于传动轴上。

更进一步、所述主体内的另一侧设有平衡俯仰电机重量的一个配重块，所述传动轴前方的主体内设有平衡俯仰电机重量的另一个配重块。

为使潜行平稳，所述主体的后部设有垂直状尾翼。

本发明的有益效果：

1、本发明自动可调式水下机器人外形结构合理(具备流线型外形的非回转体主体)，外表面没有过多的附属装置，较为光洁齐整，潜行时有利于降低水阻力。

2、本发明的稳定性得到提升，主体具备一定的横向尺寸，将重量集中布置在中间，适当布置浮力舱的位置(将浮力舱布置在主体两侧)，使水下机器人具备较好的横稳性。

3、本发明控制机构简单，只需通过一个驱动电机即可驱动可调水翼摆动，实现俯仰运动；驱动电机通过两级齿轮减速，使驱动电机驱动水翼偏转所需的扭矩大大降低，主体两侧设置螺旋桨推进器，既可提供前向推进力，也可用于实现转向。

4、本发明控制效率高，可调水翼位于主体前部，能产生很大的俯仰力矩，实现快速调节深度。

5、本发明的螺旋桨推进器布置在水流通道内，具有稳定的水流来源，提高了推进效率，使得本水下机器人具备快速改变运动姿态的能力，灵活性较强。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的结构示意图(俯视)。

图2为图1实施方式的后视图。

图号标识：1、主体；2、水翼；3、动力电池组；4、设备仓；5、浮力舱；6、水流通道；7、第一级主动小齿轮；8、俯仰电机；9、传动轴；10、第一级从动大齿轮；11、螺旋推进器；12、第二级从动小齿轮；13、第二级从动大齿轮；14、尾翼；15、配重块。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明自动可调式水下机器人，包括流线型主体1(非回转体)，所述主体1前部的横向尺寸小于主体1后部的横向尺寸，于横向面内，主体1中部的尺寸大于左、右对称的两侧部，主体1的前部呈尖状，主体1的后部为平端面，如图1所示。

于主体1中部内，前、中、后的位置上分别设有以改变机器人俯仰角度的二级齿轮减速传动机构、动力电池组3和设备仓4，对应于中、后的位置于主体1的两侧部内(靠近中部)分别设有浮力舱5，左、右浮力舱5外侧的主体1内分别开设有水流通道6，左、右水流通道6的进水口向前分别通出主体1的左、右侧部，左、右水流通道6的出水口向后分别通出主体1的后部，各水流通道6的出水口内均设有通过支架固定安装的螺旋推进器11(由水密电机和螺旋桨构成)，所述水密电机由动力电池组3提供电力，主体1的后部中央(设备仓4上方)设有垂直状尾翼15，如图1、图2所示。

所述二级齿轮减速传动机构包括由俯仰电机驱动并自后向前传递动力的二级齿轮减速传动副，所述二级齿轮减速传动副包括第一级主动小齿轮7、第一级从动大齿轮10、第二级从动小齿轮12和第二级从动大齿轮13，第一级主动小齿轮7安装于主体1内一侧设置的俯仰电机8的输出轴上，所述俯仰电机8于主体1内的一侧设置，所述俯仰电机8由动力电池组3提供电力，第一级从动大齿轮10与第二级从动小齿轮12同轴安装，第一级主动小齿轮7啮合第一级从动大齿轮10，第二级从动大齿轮13安装于左、右横置于主体1内部的传动轴9上，第二级从动小齿轮12啮合第二级从动大齿轮13，所述传动轴9的左、右端分别伸出至主体1的左、右侧部外，传动轴9于主体1的伸出部位设有水密封结构，对应于传动轴9的左、右伸出端分别设置左、右水翼，左、右水翼分别与传动轴9的左、右伸出端安装连接；所述主体1内的另一侧设有平衡俯仰电机8重量的一个配重块15，所述传动轴9前方的主体1内设有平衡俯仰电机8重量的另一个配重块15，如图1所示。

所述主体1内还设有控制电路板，用以控制俯仰电机8和螺旋推进器11的水密电机的转速。

本发明的运行方式为：

1、调整机器人在水中的受力平衡，使其处于正浮状态，该状态为水下机器人所处的初始状态，在该状态下，左、右水翼2处于水平位置。

2、左、右螺旋桨推进器11驱动水下机器人前进或倒退。

3、控制俯仰电机8的正、反向转动，带动左、右水翼2往前下方转动(最大不超过30°)或往后下方转动(最大不超过30°)，使水下机器人实现仰、俯运动，进而改变潜行深度。

4、通过控制左、右螺旋桨推进器11推力的大小和方向，实现转向运动。

Claims (4)

1.自动可调式水下机器人，包括流线型主体(1)，其特征在于：

①、所述主体(1)为非回转体，主体(1)前部的横向尺寸小于主体(1)后部的横向尺寸，且主体(1)的横向尺寸从主体(1)前部到主体(1)后部方向上逐渐增大，横向面内，主体(1)中间部的尺寸大于左、右对称的从主体(1)中间部向两侧平缓延伸的两侧部；

②、所述主体(1)中部内按前、中、后位置分别设有同步转动左、右水翼(2)以改变机器人俯仰角度的二级以上齿轮减速传动机构、动力电池组(3)和设备仓(4)，主体(1)的两侧部内分别设有浮力舱(5)，左、右浮力舱(5)外侧分别开设有水流通道(6)，所述水流通道(6)的进水口向前通出主体(1)的侧部，水流通道(6)的出水口向后通出主体(1)的后部，所述进水口沿着两侧部的流线型外表面开设，所述水流通道(6)分别设置在主体(1)的两侧部内，水流通道(6)呈曲线弯曲形状；

③、所述二级以上齿轮减速传动机构包括俯仰电机(8)驱动的二级以上齿轮减速传动副，所述二级以上齿轮减速传动副的第一级齿轮安装于俯仰电机(8)的输出轴上，二级以上齿轮减速传动副的最后一级齿轮安装于传动轴(9)上，所述传动轴(9)的左、右端分别伸出至主体(1)的左、右侧部外并与对应的水翼(2)安装连接，传动轴(9)于主体(1)的伸出部位设有水密封结构；

④、各水流通道(6)的出水口均设有螺旋推进器(11)。

2.根据权利要求1所述的自动可调式水下机器人，其特征在于：所述二级以上齿轮减速传动副为自后向前传递动力的二级齿轮减速传动副，所述二级齿轮减速传动副包括第一级主动小齿轮(7)、第一级从动大齿轮(10)、第二级从动小齿轮(12)和第二级从动大齿轮(13)，第一级主动小齿轮(7)安装于主体(1)内一侧设置的俯仰电机(8)的输出轴上，第一级从动大齿轮(10)与第二级从动小齿轮(12)同轴安装，第二级从动大齿轮(13)安装于传动轴(9)上。

3.根据权利要求2所述的自动可调式水下机器人，其特征在于：所述主体(1)内的另一侧设有平衡俯仰电机(8)重量的一个配重块(15)，所述传动轴(9)前方的主体(1)内设有平衡俯仰电机(8)重量的另一个配重块(15)。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的自动可调式水下机器人，其特征在于：所述主体(1)的后部设有垂直状尾翼(14)。

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