CN109250052A - 多鳍扭波水下机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人领域，公开了多鳍扭波水下机器人，其包括船体(1)，还包括安装在船体(1)上的驱动装置(2)和与驱动装置(2)连接的控制器(3)，驱动装置(2)上安装有驱动杆(21)，控制器(3)控制驱动装置(2)带动驱动杆(21)转动，还包括分别位于船体(1)两侧的具有弹性的长鳍(4)，一个长鳍(4)上固装有多个驱动杆(21)并由驱动杆(21)带动长鳍(4)实现对水的拨动。本发明采用仿生波动型推进器，无螺旋桨转动，更加安全，不破坏水下生态环境；可实现水下机器人的远距离控制；采用多种保护系统，在船舱进水、失控、失电、深度超过警戒线等情况下，使产品上浮以保护产品。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及了多鳍扭波水下机器人。
背景技术
1)在动力系统方面，传统水下机器人多采用螺旋桨推进，在安全、效率、噪音等方面存在不足，对于水下生态环境也有很强的破坏力。本设计方案采用水下仿生波动推进器可有效的解决以上问题；
2)在控制系统方面，传统水下机器人采用线缆传输信号，这使得水下机器人活动范围小，无法远距离、高速度航行。本设计方案采用浮球式无线控制系统，能有效解决以上问题；
3)在电源管理系统方面，传统水下机器人采用岸上供电，由线缆将电力传输给水下机器人，这种方式也同样限制着水下机器人的活动范围，并且带有漏电等安全隐患，容易损伤产品及危害周边水生生物。本设计方案采用内嵌式可更换锂电池，可有效解决以上问题；
4)在应急系统方面，传统水下机器人遇到舱内进水、失控、失电等突发情况无法进行自救措施，易造成财产的极大损失。而本设计方案采用多种混合型应急方案可在遇到突发情况下采取多种有效措施进行自救；
5)在自动驾驶系统方面，传统水下机器人未安装导航模块，必须手动遥控，无法进行自动驾驶。而本设计方案装有GPS定位及惯性导航系统，可按照规划路径自动进行航行。
发明内容
本发明针对现有技术中动力、控制、应急等方面设计不足的缺点，提供了多鳍扭波水下机器人。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
多鳍扭波水下机器人，包括船体，还包括安装在船体上的驱动装置和与驱动装置连接的控制器，驱动装置上安装有驱动杆，控制器控制驱动装置带动驱动杆转动，还包括分别位于船体两侧的具有弹性的长鳍，一个长鳍上固装有多个驱动杆并由驱动杆带动长鳍实现对水的拨动。
作为优选，驱动装置内安装有与控制器连接的电机，控制器控制电机的正反转，电机上连接有输出轴，还包括安装在驱动装置内的减速机构，还包括转动轴，转动轴分布在船体的两侧，转动轴伸出驱动装置外，输出轴通过减速机构与转动轴连接并带动转动轴转动，驱动杆固定在转动轴上并由转动轴带动上下摆动。
作为优选，驱动杆与长鳍连接的一端为安装端，驱动杆的另一端定义为固定端，驱动杆为空心杆，驱动杆的空心管内安装有螺纹伸缩杆，螺纹伸缩杆伸出驱动杆的固定端外并与驱动装置固接，驱动杆的内壁与螺纹伸缩杆的外壁通过螺纹连接，螺纹伸缩杆可由驱动杆的安装端伸出，还包括两个截面为直角三角形的三角块，三角块的直角端铰接在驱动杆安装端的内环上，两个三角块关于驱动杆的中轴线对称设置，三角块的直角边长度为a，两个三角块的铰接点之间的距离大于a的两倍，伸出驱动杆外的螺纹伸缩杆向外顶出两个三角块并使三角块形成向外突出的定位结构，长鳍内设有与驱动杆配合的安装孔，安装孔的孔底设有与定位结构配合的定位凹槽。
作为优选，长鳍有四个，四个长鳍均匀分布在船体两侧，每个长鳍上安装有八个驱动杆。
作为优选，长鳍为具有弹性的橡胶片。
作为优选，船体的尾部安装有尾鳍，控制器与尾鳍连接并控制尾鳍的摆动。
作为优选，船体内设有压载水舱，压载水舱有四个，船体包括位于前端的船头端和位于后端的船尾端，其中两个压载水舱分别位于船头端的左右两侧，另两个压载水舱位于船尾端的左右两侧，压载水舱内均安装有进水泵和出水泵，进水泵和出水泵均与控制器连接并由控制器控制其进出水。
作为优选，船体内安装有漏水检测装置，漏水检测装置与控制器连接并向控制器发送漏水信号，控制器根据接收到的漏水信号控制压载水舱的进出水。
作为优选，还包括浮球，浮球上安装有电缆线，浮球通过电缆线与船体中的控制器连接，浮球内安装有信号收发装置，信号收发装置接收控制器通过电缆线发送来的控制信号并发送给移动设备。
作为优选，还包括安装在船体上的深度传感器，深度传感器通过对水压的检测分析所在深度并形成深度信号发送给控制器。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：1)采用仿生波动型推进器，无螺旋桨转动，更加安全，不破坏水下生态环境。具有在低速环境下效率高、抗扰动能力强、噪音小、机动灵活等优点，并且能实现悬停、就地转弯等机动控制；2)动力系统模块化设计，便于维护与拆装；3)采用2.4G无线信号遥控，具有传输距离远、穿透力强等优点，可实现水下机器人的远距离控制；4)内置模块化锂电池，拆装方便，安全可靠，无需岸上线缆供电，便于水下机器人实现远距离航行；5)采用多种保护系统，在船舱进水、失控、失电、深度超过警戒线等情况下，使产品上浮以保护产品；6)装有导航系统，可实现水下机器人按照事先规划路径进行自动航行；7)装有摄像系统，便于远距离操控；8)装有灯光系统，便于摄像系统在水中或夜间中使用；9)装有航向灯，便于水下机器人在夜间使用；
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的原理框图。
图3是图1的长鳍的剖面图。
附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—船体、2—驱动装置、3—控制器、4—长鳍、5—压载水舱、6—漏水检测装置、7—浮球、8—深度传感器、11—尾鳍、21—驱动杆、22—电机、23—转动轴、211—螺纹伸缩杆、212—三角块、2120—定位结构、41—安装孔、42—定位凹槽、51—进水泵、52—出水泵、71—电缆线、72—信号收发装置。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
多鳍扭波水下机器人，如图所示，包括船体1，还包括安装在船体1上的驱动装置2和与驱动装置2连接的控制器3，驱动装置2上安装有驱动杆21，控制器3控制驱动装置2带动驱动杆21转动，还包括分别位于船体1两侧的具有弹性的长鳍4，一个长鳍4上固装有多个驱动杆21并由驱动杆21带动长鳍4实现对水的拨动。通过波动推进，可实现水下机器人前进后退，左右转向、原地回转、俯仰运动；通过拍动运动，可实现水下机器人左右转向、原地回转、俯仰运动、左右横移；舵机由舵机水密盒密封保护，采用模块化设计，外挂式安装，便于检测维护；波动长鳍采用柔性橡胶制作，可方便更换；主体采用铝合金、玻璃钢、工程塑料等混合结构制作，具有强度高、环保等优点。
驱动装置2内安装有与控制器3连接的电机22，控制器3控制电机22的正反转，电机22上连接有输出轴221，还包括安装在驱动装置2内的减速机构，还包括转动轴23，转动轴23分布在船体1的两侧，转动轴23伸出驱动装置2外并平行于船体1侧船面设置，输出轴221通过减速机构与转动轴23连接并带动转动轴23转动，驱动杆21固定在转动轴23上并由转动轴23带动上下摆动。
驱动杆21与长鳍4连接的一端为安装端，驱动杆21的另一端定义为固定端，驱动杆21为空心杆，驱动杆21的空心管内安装有螺纹伸缩杆211，螺纹伸缩杆211伸出驱动杆21的固定端外并与驱动装置2的转动轴23固接，驱动杆21的内壁与螺纹伸缩杆211的外壁通过螺纹连接，螺纹伸缩杆211可由驱动杆21的安装端伸出，还包括两个截面为直角三角形的三角块212，三角块212的直角端铰接在驱动杆21安装端的内环上，两个三角块212关于驱动杆21的中轴线对称设置，三角块212的直角边长度为a，两个三角块212的铰接点之间的距离大于a的两倍，驱动杆21的厚度小于a，伸出驱动杆21外的螺纹伸缩杆211向外顶出两个三角块212并使三角块212形成向外突出的定位结构2120，长鳍4内设有与驱动杆21配合的安装孔41，安装孔41的孔底设有与定位结构2120配合的定位凹槽42。
长鳍4有四个，四个长鳍4均匀分布在船体2两侧，每个长鳍4上安装有八个驱动杆21。
长鳍4为具有弹性的橡胶片，长鳍4上设有导流槽。采用仿生波动型推进器，无螺旋桨转动，更加安全，不破坏水下生态环境。具有在低速环境下效率高、抗扰动能力强、噪音小、机动灵活等优点，并且能实现悬停、就地转弯等机动控制；动力系统模块化设计，便于维护与拆装。
船体1的尾部安装有尾鳍11，控制器3与尾鳍11连接并控制尾鳍11的摆动。
船体1内设有压载水舱5，压载水舱5有四个，船体1包括位于前端的船头端和位于后端的船尾端，其中两个压载水舱5分别位于船头端的左右两侧，另两个压载水舱5位于船尾端的左右两侧，压载水舱5内均安装有进水泵51和出水泵52，进水泵51和出水泵52均与控制器3连接并由控制器3控制其进出水。四个压载水舱分别位于艇体的前左，前右，后左，后右，这个可以分别调节4个水舱的水量，从而可以控制艇体的前后俯仰，左右倾侧的姿态。
船舱内两侧布置了两个压载水舱，在无航速的情况下也能实现本申请的稳定的上浮下潜或用于紧急上浮；使用12V20AH可充电锂电池作驱动电源，具有放电电流大、使用寿命长、便于更换的特点，在航速0.6米/秒时，持续工作时间不小于0.5小时；在航速为0.2米/秒时，持续工作时间不小于2小时。
船体1内安装有漏水检测装置6，漏水检测装置6与控制器3连接并向控制器3发送漏水信号，控制器3根据接收到的漏水信号控制压载水舱5的进出水。船舱内设置有漏水检测系统，当检测到船舱进水时可紧急排出压载水舱内的水，使本申请紧急上浮，以保护本申请；使用2.4G无线遥控，具有信号远、穿透力强等优点；装有GPS，可实现本申请在水面或近水面航行时按规划路径航行。
还包括浮球7，浮球7上安装有电缆线71，浮球7通过电缆线71与船体1中的控制器3连接，浮球7内安装有信号收发装置72，信号收发装置72接收控制器3通过电缆线71发送来的控制信号并发送给移动设备(如手机、电脑)。本本申请使用浮球控制系统，本申请漂浮天线系于水面随动浮球，浮球上有遥控信号收发装置，通过浮球和细缆传输控制信号，可随时改变航线规划和人工介入操作，也可将所有数据反馈到电脑操作界面；装有惯性导航系统，能在水下收不到GPS的情况下，依靠惯性导航系统控制本申请按照事先规划的路径实现水下航行；装有433/915数传，提供运动参数采集接口，可以记录并下载运动数据。
还包括安装在船体1上的深度传感器8，深度传感器8通过对水压的检测分析所在深度并形成深度信号发送给控制器3。带深度传感器，可实时记录，并可传输至岸边电脑；电子设备盒采用模块化设计，可单独取出，便于调试维护；本申请具有失控保护功能，当检测到水下机器人失去控制信号一段时间后可紧急排出压载水舱内的水，能使本申请紧急上浮，以保护本申请；本申请具有深度检测模块，当水下机器人下潜深度超过警戒范围时能紧急排出压载水舱内的水，使水下机器人紧急上浮，以保护本申请；本申请具有失电保护功能，当水下机器人失去电力时能用被动式的失电保护系统，使本申请紧急上浮，以保护本申请。
装有摄像头系统，便于使用者远距离使用时控制本申请；装有灯光系统，便于摄像系统在水下或夜间使用；本申请两侧设有提手，可以方便本申请运输与下水；本申请集成充电接口，不须取出电池也可进行充电；本申请两侧装有航向灯，便于水下机器人在夜间使用；
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (9)
1.多鳍扭波水下机器人，包括船体(1)，其特征在于：还包括安装在船体(1)上的驱动装置(2)和与驱动装置(2)连接的控制器(3)，驱动装置(2)上安装有驱动杆(21)，控制器(3)控制驱动装置(2)带动驱动杆(21)转动，还包括分别位于船体(1)两侧的具有弹性的长鳍(4)，一个长鳍(4)上固装有多个驱动杆(21)并由驱动杆(21)带动长鳍(4)实现对水的拨动；船体(1)的尾部安装有尾鳍(11)，控制器(3)与尾鳍(11)连接并控制尾鳍(11)的摆动。
2.根据权利要求1所述的多鳍扭波水下机器人，其特征在于：驱动装置(2)内安装有与控制器(3)连接的电机(22)，控制器(3)控制电机(22)的正反转，电机(22)上连接有输出轴(221)，还包括安装在驱动装置(2)内的减速机构，还包括转动轴(23)，转动轴(23)分布在船体(1)的两侧，转动轴(23)伸出驱动装置(2)外，输出轴(221)通过减速机构与转动轴(23)连接并带动转动轴(23)转动，驱动杆(21)固定在转动轴(23)上并由转动轴(23)带动上下摆动。
3.根据权利要求1所述的多鳍扭波水下机器人，其特征在于：驱动杆(21)与长鳍(4)连接的一端为安装端，驱动杆(21)的另一端定义为固定端，驱动杆(21)为空心杆，驱动杆(21)的空心管内安装有螺纹伸缩杆(211)，螺纹伸缩杆(211)伸出驱动杆(21)的固定端外并与驱动装置(2)固接，驱动杆(21)的内壁与螺纹伸缩杆(211)的外壁通过螺纹连接，螺纹伸缩杆(211)可由驱动杆(21)的安装端伸出，还包括两个截面为直角三角形的三角块(212)，三角块(212)的直角端铰接在驱动杆(21)安装端的内环上，两个三角块(212)关于驱动杆(21)的中轴线对称设置，三角块(212)的直角边长度为a，两个三角块(212)的铰接点之间的距离大于a的两倍，伸出驱动杆(21)外的螺纹伸缩杆(211)向外顶出两个三角块(212)并使三角块(212)形成向外突出的定位结构(2120)，长鳍(4)内设有与驱动杆(21)配合的安装孔(41)，安装孔(41)的孔底设有与定位结构(2120)配合的定位凹槽(42)。
4.根据权利要求1所述的多鳍扭波水下机器人，其特征在于：长鳍(4)有四个，四个长鳍(4)均匀分布在船体(2)两侧，每个长鳍(4)上安装有八个驱动杆(21)。
5.根据权利要求1所述的多鳍扭波水下机器人，其特征在于：长鳍(4)为具有弹性的橡胶片。
6.根据权利要求1所述的多鳍扭波水下机器人，其特征在于：船体(1)内设有压载水舱(5)，压载水舱(5)有四个，船体(1)包括位于前端的船头端和位于后端的船尾端，其中两个压载水舱(5)分别位于船头端的左右两侧，另两个压载水舱(5)位于船尾端的左右两侧，压载水舱(5)内均安装有进水泵(51)和出水泵(52)，进水泵(51)和出水泵(52)均与控制器(3)连接并由控制器(3)控制其进出水。
7.根据权利要求6所述的多鳍扭波水下机器人，其特征在于：船体(1)内安装有漏水检测装置(6)，漏水检测装置(6)与控制器(3)连接并向控制器(3)发送漏水信号，控制器(3)根据接收到的漏水信号控制压载水舱(5)的进出水。
8.根据权利要求1所述的多鳍扭波水下机器人，其特征在于：还包括浮球(7)，浮球(7)上安装有电缆线(71)，浮球(7)通过电缆线(71)与船体(1)中的控制器(3)连接，浮球(7)内安装有信号收发装置(72)，信号收发装置(72)接收控制器(3)通过电缆线(71)发送来的控制信号并发送给移动设备。
9.根据权利要求1所述的多鳍扭波水下机器人，其特征在于：还包括安装在船体(1)上的深度传感器(8)，深度传感器(8)通过对水压的检测分析所在深度并形成深度信号发送给控制器(3)。
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