CN113602459A - 一种微型自主水下机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水下机器人技术领域，特别涉及一种微型自主水下机器人。包括依次密封连接的推进舱段、操纵舱段、控制舱段、电池舱段及艏段，其中控制舱段的顶部设有天线；推进舱段包括推进舱段导流罩及设置于推进舱段导流罩内的轮缘推进器和操舵组件，轮缘推进器通过顺时针或逆时针运转实现微型自主水下机器人的前进或后退；操舵组件设置于轮缘推进器的后端，操舵组件用于微型自主水下机器人在高速航行时的航向角和俯仰角的姿态调节。本发明结构小巧、重量轻，能够实现单人收放和操作；由于兼有桨后舵和微型轮缘推进器两种位姿操纵手段，能够实现从零速到高速的高机动能力，在硬件与结构方面具有模块化易扩展的优点。

Description

一种微型自主水下机器人
技术领域
本发明属于水下机器人技术领域，特别涉及一种微型自主水下机器人。
技术背景
随着自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)技术的进步，其应用领域不断扩宽，对自主水下机器人的易用性和自主航行能力提出了更高的要求。微型自主水下机器人能够用于海洋科考、国防安全、湖泊科考、河道调查、集群编队、教学科研等诸多领域，具有价格较低，操作简便、易于扩展等突出优势。现有微型水下机器人的设计方案大多采用与现有中大型水下机器人基本相同的方案和结构形式，仅在外形尺寸上予以缩小，没有考虑到微型水下机器人集群化大量应用时的模块化和低成本要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有较高水下操纵能力、模块化可扩展的微型自主水下机器人。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种微型自主水下机器人，包括依次密封连接的推进舱段、操纵舱段、控制舱段、电池舱段及艏段，其中控制舱段的顶部设有天线；
所述推进舱段包括推进舱段导流罩及设置于推进舱段导流罩内的轮缘推进器和操舵组件，所述轮缘推进器通过顺时针或逆时针运转实现微型自主水下机器人的前进或后退；
所述操舵组件设置于所述轮缘推进器的后端，所述操舵组件用于微型自主水下机器人在高速航行时的航向角和俯仰角的姿态调节。
所述操纵舱段包括操纵舱、推进与操纵控制器、稳定翼及微型轮缘推进器，其中操纵舱的外侧沿周向均布四个稳定翼，各稳定翼上设有微型轮缘推进器；推进与操纵控制器设置于操纵舱内，用于控制所述轮缘推进器和四个微型轮缘推进器。
所述操纵舱的上部安装有深度计。
所述微型轮缘推进器通过顺时针或逆时针运转实现微型自主水下机器人在零速或低速航行时的航向角和俯仰角姿态调节；
所述微型轮缘推进器通过变转速实现降低或提高微型自主水下机器人的航向角和俯仰角姿态调节速率。
所述控制舱段内安装有自主水下机器人的主控系统。
所述艏段的内部设有载荷传感器和载荷控制器；所述艏段的后部接口处设有载荷分控制器，载荷分控制器用来实现所述主控制系统与载荷设备的连接。
所述艏段和所述电池舱段之间设有载荷舱段。
所述天线为水翼流线外形，所述天线内设有WIFI模块、无线电模块、GPS/北斗定位与短报文收发模块和示位灯，其中示位灯设置于所述天线的顶部。
所述电池舱段的内部安装有电池模块，所述电池舱段的后部壳体上开孔，用于安装脐带缆接插件，开孔通过脐带缆孔盖密封。
所述微型自主水下机器人整体为鱼雷状回转体外形，整体耐压结构。
本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种微型自主水下机器人，由于兼有桨后舵和微型轮缘推进器两种位姿操纵手段，能够实现从零速到高速的高机动能力，且重量轻，能够实现单人收放和操作。
附图说明
图1为本发明一种微型自主水下机器人的轴测图之一；
图2为本发明一种微型自主水下机器人的轴测图之二；
图3为本发明一种微型自主水下机器人的前视图；
图4为本发明一种微型自主水下机器人的后视图；
图5为本发明一种微型自主水下机器人的剖视图；
图中：1为推进舱段，2为操纵舱段，3为控制舱段，4为天线，5为电池舱段，6为艏段，7为抱箍，8为轮缘推进器，9为操舵组件，10为推进舱段导流罩，11为稳定翼，12为微型轮缘推进器，13为推进与操纵控制器，14为深度计，15为主控制系统，16为WIFI模块，17为无线电模块，18为GPS/北斗定位与短报文收发模块，19为示位灯，20为孔盖，21为脐带缆插头，22为电池模块，23为载荷分控制器，24为载荷控制器，25为载荷传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1至图4所示，本发明提供的一种微型自主水下机器人，包括依次密封连接的推进舱段1、操纵舱段2、控制舱段3、电池舱段5及艏段6，其中控制舱段3的顶部设有天线4；推进舱段1包括推进舱段导流罩10及设置于推进舱段导流罩10内的轮缘推进器8和操舵组件9，轮缘推进器8通过顺时针或逆时针运转实现微型自主水下机器人的前进或后退；轮缘推进器8能够实现变转速，实现微型自主水下机器人航行的加减速；操舵组件9设置于轮缘推进器8的后端，操舵组件9用于微型自主水下机器人在高速航行时的航向角和俯仰角的姿态调节，进而实现高速航行时水下定深或定高自主航行功能。
如图5所示，本发明的实施例中，操纵舱段2包括操纵舱、推进与操纵控制器13、稳定翼11及微型轮缘推进器12，其中操纵舱的外侧沿周向均布四个稳定翼11，各稳定翼11上设有微型轮缘推进器12；推进与操纵控制器13设置于操纵舱内，用于控制轮缘推进器8和四个微型轮缘推进器12。微型轮缘推进器12通过顺时针或逆时针运转实现微型自主水下机器人在零速或低速航行时的航向角和俯仰角姿态调节；微型轮缘推进器12通过变转速实现降低或提高微型自主水下机器人的航向角和俯仰角姿态调节速率。
进一步地，操纵舱的上部安装有深度计13。
如图5所示，本发明的实施例中，控制舱段3内安装有自主水下机器人的主控系统15，包括电子罗盘、惯导等导航传感器。天线4为水翼流线外形，天线4内设有WIFI模块16、无线电模块17、GPS/北斗定位与短报文收发模块18和示位灯19，其中示位灯19设置于天线4的顶部。电池舱段5的内部安装有电池模块22，电池舱段5的后部壳体上开孔，用于安装脐带缆接插件21，开孔通过脐带缆孔盖20密封。艏段6的内部设有载荷传感器25和载荷控制器24；艏段6的后部接口处设有载荷分控制器23，载荷分控制器23用来实现主控制系统15与载荷设备的连接。
进一步地，可在艏段6和电池舱段5之间安装了相应功能传感器的载荷舱段。电池舱段、艏段以及其它载荷舱段均有相同的舱段接口，可以实现各种舱段的加装或互换。
本发明的实施例中，微型自主水下机器人整体为鱼雷状回转体外形，直径为123.8mm，整体耐压结构，根据加装载荷情况整体重量约为10-20KG。推进舱段1、操纵舱段2、控制舱段3、电池舱段5及艏段6依次通过抱箍7固定，舱段之间通过密封圈密封。与传统水下机器人相比，本发明重量轻，能够实现单人收放和操作。
本发明的工作原理为：轮缘推进器8能够顺时针或逆时针运转，从而实现微型自主水下机器人的前进或后退；轮缘推进器8能够变转速，实现微型自主水下机器人航行的加减速。
操舵组件9位于轮缘推进器8后部，为桨后舵形式，可实现微型自主水下机器人高速航行时的航向角、俯仰角和横滚角姿态调节，进而实现高速航行时水下定深、定高及定横滚自主航行功能。
四个微型轮缘推进器12均能够顺时针或逆时针运转，可实现微型自主水下机器人在零速或低速航行时的航向角、俯仰角和横滚角姿态调节；每个微型轮缘推进器12能够变转速，以降低或提高微型自主水下机器人的航向角和俯仰角姿态调节速率，进而实现在零速的载体位姿操纵，或低速航行时水下定深或定高自主航行功能。本发明由于兼有桨后舵和微型轮缘推进器12两种位姿操纵手段，能够实现从零速到高速的高机动能力。
如需扩展微型自主水下机器人的功能，可在艏段6和电池舱段5间增加安装了相应功能传感器的载荷舱段。电池舱段5、艏段6以及其它载荷舱段均有相同的舱段接口，可以实现各种舱段的加装或互换。艏段6以及其它载荷舱段均在后部端口处安装有载荷分控制器23，可通过每个舱段间的载荷分控制器23级联加装或互换不同的功能载荷，所有载荷最终均与主控制系统15连接。因此，无论安装了什么样的传感器，舱段的结构与硬件接口都是一样的，有模块化、易扩展的特点。
本发明结构小巧、重量轻，能够实现单人收放和操作；由于兼有桨后舵和微型轮缘推进器两种位姿操纵手段，能够实现从零速到高速的高机动能力；在硬件与结构方面具有模块化易扩展的优点。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微型自主水下机器人，其特征在于，包括依次密封连接的推进舱段(1)、操纵舱段(2)、控制舱段(3)、电池舱段(5)及艏段(6)，其中控制舱段(3)的顶部设有天线(4)；
所述推进舱段(1)包括推进舱段导流罩(10)及设置于推进舱段导流罩(10)内的轮缘推进器(8)和操舵组件(9)，所述轮缘推进器(8)通过顺时针或逆时针运转实现微型自主水下机器人的前进或后退；
所述操舵组件(9)设置于所述轮缘推进器(8)的后端，所述操舵组件(9)用于微型自主水下机器人在高速航行时的航向角和俯仰角的姿态调节。
2.根据权利要求1所述的微型自主水下机器人，其特征在于，所述操纵舱段(2)包括操纵舱、推进与操纵控制器(13)、稳定翼(11)及微型轮缘推进器(12)，其中操纵舱的外侧沿周向均布四个稳定翼(11)，各稳定翼(11)上设有微型轮缘推进器(12)；推进与操纵控制器(13)设置于操纵舱内，用于控制所述轮缘推进器(8)和四个微型轮缘推进器(12)。
3.根据权利要求2所述的微型自主水下机器人，其特征在于，所述操纵舱的上部安装有深度计(13)。
4.根据权利要求2所述的微型自主水下机器人，其特征在于，所述微型轮缘推进器(12)通过顺时针或逆时针运转实现微型自主水下机器人在零速或低速航行时的航向角和俯仰角姿态调节；
所述微型轮缘推进器(12)通过变转速实现降低或提高微型自主水下机器人的航向角和俯仰角姿态调节速率。
5.根据权利要求1所述的微型自主水下机器人，其特征在于，所述控制舱段(3)内安装有自主水下机器人的主控系统(15)。
6.根据权利要求5所述的微型自主水下机器人，其特征在于，所述艏段(6)的内部设有载荷传感器(25)和载荷控制器(24)；所述艏段(6)的后部接口处设有载荷分控制器(23)，载荷分控制器(23)用来实现所述主控制系统(15)与载荷设备的连接。
7.根据权利要求6所述的微型自主水下机器人，其特征在于，所述艏段(6)和所述电池舱段(5)之间设有载荷舱段。
8.根据权利要求1所述的微型自主水下机器人，其特征在于，所述天线(4)为水翼流线外形，所述天线(4)内设有WIFI模块(16)、无线电模块(17)、GPS/北斗定位与短报文收发模块(18)和示位灯(19)，其中示位灯(19)设置于所述天线(4)的顶部。
9.根据权利要求1所述的微型自主水下机器人，其特征在于，所述电池舱段(5)的内部安装有电池模块(22)，所述电池舱段(5)的后部壳体上开孔，用于安装脐带缆接插件(21)，开孔通过脐带缆孔盖(20)密封。
10.根据权利要求1所述的微型自主水下机器人，其特征在于，所述微型自主水下机器人整体为鱼雷状回转体外形，整体耐压结构。
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