CN114572369A - 一种模块化蛇形水下机器人及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种模块化蛇形水下机器人及使用方法，包括多个模块舱和船载控制终端，多个模块舱之间通过联轴器连接，分为推进模块舱和任务模块舱，推进模块舱位于首部，任务模块舱位于推进模块舱后方顺次连接，船载控制终端通过电缆与尾部的任务模块舱相连，相邻的两个模块舱之间通过缩式铠装电缆相连，推进模块舱外部安设动力推进装置和探照装置，内部配置电机驱动、导航和数据存储模块，任务模块舱外部搭载功能载荷，内部配置任务模块，本发明通过刚性模块柔性连接实现蛇形机动，通过模块化密封舱设计，实现负载柔性适配、形态千变万化、功能任务多样。
Description
技术领域
本发明属于水下机器人的技术领域，尤其涉及一种模块化蛇形水下机器人及使用方法。
背景技术
船舶船体勘察主要针对船舶服役过程中船体污底情况和水下附体、螺旋桨等正常或异常情况水下检查。勘察手段主要包括进坞坐墩检查、潜水员水下勘察和水下机器人勘察等。进坞坐墩检查成本高、周期长。潜水员水下勘察对潜水员和潜水装具要求较高，且水下作业时间受限。水下机器人勘察未来将是最主要的手段，但常规水下机器人主要为鱼雷形/水滴形细长刚体设计，对于重点勘察部位如球鼻艏、减摇鳍、支架、螺旋桨、舵等狭小部位勘察效果有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种模块化蛇形水下机器人及使用方法，具有优良的快速性和机动性，可用于船舶船体/水下管道勘察、搜潜搜水雷、水下对抗和对海反潜作战训练中。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种模块化蛇形水下机器人，其特征在于，包括多个模块舱和船载控制终端，所述多个模块舱之间通过联轴器连接，分为推进模块舱和任务模块舱，所述推进模块舱位于首部，所述任务模块舱位于推进模块舱后方顺次连接，所述船载控制终端通过电缆与尾部的任务模块舱相连，相邻的两个模块舱之间通过缩式铠装电缆相连，推进模块舱外部安设动力推进装置和探照装置，内部配置电机驱动、导航和数据存储模块，任务模块舱外部搭载功能载荷，内部配置任务模块。
按上述方案，所述电缆绕设于电缆绞车上，所述电缆绞车上设有张力传感器。
按上述方案，所述联轴器为双十字万向联轴器。
按上述方案，所述动力推进装置为导管推进器，所述导管推进器为三个，沿所述推进模块舱外周面均匀间隔设置。
按上述方案，所述探照装置包括LED探照灯和高清摄像头。
按上述方案，所述功能载荷包括水下对抗和训练载荷和气胀式角反射体载荷。
按上述方案，所述多个模块舱的重力浮力平衡，重心位于浮心下方。
按上述方案，所述模块舱的舱体为复合材料制成的圆柱结构。
按上述方案，所述电缆为零浮力缆。
一种模块化蛇形水下机器人的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)根据使用任务，确定的任务模块舱的种类和数量；
S2)根据任务快速性要求，确定推进模块舱的数量；
S3)将模块化组合方案输入船载控制终端，进行模块化组合顺序方案生成、配重方案生成、推进控制算法和策略自动生成；
S4)根据配重方案，对各模块舱进行相应重量配重；
S5)对各任务模块进行装配，主要包括双十字万向连轴器的连接，伸缩式铠装电缆连接相邻模块舱通用标准接口，零浮力缆绳与末端舱通用标准接口连接；
S6)检查试验，通电检试测试能源供给、指令信号执行、数据及视频反馈的情况；
S7)将蛇形水下机器人投入海中，进行任务作业；
S8)任务完成后控制蛇形水下机器人回航，通过电缆绞车将蛇形水下机器人收起并进行冲洗；
S9)根据未来任务需求拆解或贮存。
本发明的有益效果是：提供一种模块化蛇形水下机器人及使用方法，通过柔性设计具有优良的快速性和机动性，可有效弥补常规水下机器人在船体勘察中的劣势；通过模块化密封舱设计，实现负载柔性适配、形态千变万化、功能任务多样，提高水下机器人适应多重任务的能力；通过蛇形机体细长流线优势，增加长径比，降低水下流体阻力，提高快速性。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为本发明一个实施例的推进模块舱的正视图。
图3为本发明一个实施例的蛇形机器人与船舶的连接示意图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1-图3所示，一种模块化蛇形水下机器人，包括多个模块舱和船载控制终端1，多个模块舱之间通过联轴器连接，分为推进模块舱2和任务模块舱3，推进模块舱位于首部，任务模块舱位于推进模块舱后方顺次连接，船载控制终端通过电缆4与尾部的任务模块舱相连，相邻的两个模块舱之间通过缩式铠装电缆5相连，推进模块舱外部安设动力推进装置和探照装置，内部配置电机驱动、导航和数据存储模块，任务模块舱外部搭载功能载荷6，内部配置任务模块7。
电缆绕设于电缆绞车8上，电缆绞车上设有张力传感器。可根据张力和长度需求自动控制和补偿机器人移动过程中或波浪等因素引起的缆绳张紧/松弛，保证零浮力缆适当长度。
电缆为零浮力缆，船载控制终端通过零浮力缆向蛇形水下机器人传输能量和信息交互。蛇形水下机器人接收到操纵指令(进退、俯仰、转向命令)后控制推进模块舱转速进行运动。同时蛇形水下机器人将视频信息、导航信息(位置、姿态、速度等)、设备运行状态信息等实时传回船载控制终端。
伸缩式铠装电缆对相邻模块舱的能源和信息进行传递，在模块舱之间相对运动时，伸缩式铠装电缆通过伸缩变形进行自动调节，伸缩式铠装电缆外包覆有耐腐蚀材料，可承受长期海水腐蚀。
联轴器为双十字万向联轴器9，两端通过螺栓与模块舱刚性连接。连轴器采用高强度复合材料。模块舱之间通过双十字万向连轴器可做艏摇、俯仰两个自由度运动。
动力推进装置为导管推进器10，导管推进器为三个，沿推进模块舱外周面均匀间隔设置。
探照装置包括LED探照灯11和高清摄像头12。
可通过任务模块舱搭载搜潜搜水雷换能器基阵，将传感器舷外化，且相对于拖曳线列阵具有主动控制机动能力，可构建船舶局部安全机动空间。任务模块舱也可根据需要搭载的多样化的功能模块，提高水下机器人适应多重任务的能力。
功能载荷包括水下对抗和训练载荷和气胀式角反射体载荷。通过模块化搭载水下对抗和训练载荷，进行水下诱饵、对抗和训练作业。通过模块化搭载气胀式角反射体等载荷，进行对海训练作业。
通过配载，蛇形水下机器人处于重力浮力平衡状态，重心位于浮心下方一定距离，保持正初稳性高，具有充足的复原力臂使机器人恢复浮态。通过控制推进模块舱导管式推进器转速进行俯仰和转向，采用模糊PID控制算法控制下方两个导管式推进器之间的转速差实现转向，通过控制上方导管式推进器与下方两个导管式推进器之间的转速差实现俯仰角度调节和下潜深度调节。
模块舱的舱体为复合材料制成的圆柱结构，可承受水下300m深度压力。
上述模块化蛇形水下机器人的使用方法，包括如下步骤：
S1)根据使用任务，确定的任务模块舱的种类和数量；
S2)根据任务快速性要求，确定推进模块舱的数量；
S3)将模块化组合方案输入船载控制终端，进行模块化组合顺序方案生成、配重方案生成、推进控制算法和策略自动生成；
S4)根据配重方案，对各模块舱进行相应重量配重；
S5)对各任务模块进行装配，主要包括双十字万向连轴器的连接，伸缩式铠装电缆连接相邻模块舱通用标准接口，零浮力缆绳与末端舱通用标准接口连接；
S6)检查试验，通电检试测试能源供给、指令信号执行、数据及视频反馈的情况；
S7)将蛇形水下机器人投入海中，进行任务作业；
S8)任务完成后控制蛇形水下机器人回航，通过电缆绞车将蛇形水下机器人收起并进行冲洗；
S9)根据未来任务需求拆解或贮存。
以上具体实施方式仅是本专利的较佳案例，并不能包含本专利的所有实现方式，因此不能视作对本专利保护范围的具体限定，凡是依据或参考本专利技术方案的内容，对以上案例所做的简单修改、等效替换，均仍属于本专利技术方案保护范围内。
Claims (10)
1.一种模块化蛇形水下机器人，其特征在于，包括多个模块舱和船载控制终端，所述多个模块舱之间通过联轴器连接，分为推进模块舱和任务模块舱，所述推进模块舱位于首部，所述任务模块舱位于推进模块舱后方顺次连接，所述船载控制终端通过电缆与尾部的任务模块舱相连，相邻的两个模块舱之间通过缩式铠装电缆相连，推进模块舱外部安设动力推进装置和探照装置，内部配置电机驱动、导航和数据存储模块，任务模块舱外部搭载功能载荷，内部配置任务模块。
2.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形水下机器人，其特征在于，所述电缆绕设于电缆绞车上，所述电缆绞车上设有张力传感器。
3.根据权利要求1或2所述的一种模块化蛇形水下机器人，其特征在于，所述联轴器为双十字万向联轴器。
4.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形水下机器人，其特征在于，所述动力推进装置为导管推进器，所述导管推进器为三个，沿所述推进模块舱外周面均匀间隔设置。
5.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形水下机器人，其特征在于，所述探照装置包括LED探照灯和高清摄像头。
6.根据权利要求1或5所述的一种模块化蛇形水下机器人，其特征在于，所述功能载荷包括水下对抗和训练载荷和气胀式角反射体载荷。
7.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形水下机器人，其特征在于，所述多个模块舱的重力浮力平衡，重心位于浮心下方。
8.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形水下机器人，其特征在于，所述模块舱的舱体为复合材料制成的圆柱结构。
9.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形水下机器人，其特征在于，所述电缆为零浮力缆。
10.一种模块化蛇形水下机器人的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)根据使用任务，确定的任务模块舱的种类和数量；
S2)根据任务快速性要求，确定推进模块舱的数量；
S3)将模块化组合方案输入船载控制终端，进行模块化组合顺序方案生成、配重方案生成、推进控制算法和策略自动生成；
S4)根据配重方案，对各模块舱进行相应重量配重；
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