CN114913761B - 一种用于水下机器人教育和水下科学研究的平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于水下机器人教育和水下科学研究的平台，属于机器人教育技术领域，用于解决现有水下机器人形式及功能相对单一，难以满足用户创新能力培养和科研需求的技术问题。本平台包括用户通信模块和水下机器人，用户通信模块包括计算机设备、中继器和用户终端，计算机设备通过中继器实现对水下机器人运动控制、底层程序的下载和水下机器人所搭载摄像头组件、各类传感器信息的获取；水下机器人为模块化拼装式结构，水下机器人包括机器人主机、连接组件、动力模块和感知模块，动力模块和感知模块均与机器人主机可拆连接。本平台具有自由化程度高、开发程度广、各组成零件间通用性强等优点，能够满足不同用户教育学习和科学研究的需求。

Description

一种用于水下机器人教育和水下科学研究的平台

技术领域

本发明属于机器人教育技术领域，涉及一种水下机器人教育平台，特别是一种用于水下机器人教育和水下科学研究的平台。

背景技术

机器人教育是指通过组装、搭建、运行机器人，激发学生学习兴趣、培养学生综合能力；通过人机结合，机器人辅助教学的方式，在组装、搭建、运行机器人过程中，调动学生主动性和积极性，让学生在创作过程中，对物理、数学、机械工程、计算机编程知识产生兴趣，有效锻炼思维逻辑性，解决问题的能力，动手能力，提高专注力，塑造空间思维与创造性，从而提升学生学习能力和未来竞争力。机器人教育综合了多种学科的知识和技能，注重创新意识和动手能力的培养，提升分析解决问题和探索创新的能力。

在我国，机器人教育起步较晚，但随着国家对机器人的重视逐步增强，机器人教育的发展速度也在逐步提高；由于未来的社会必定是向着自动化智能化发展，接触机器人是必然趋势，机器人教育定会越来越重要。现有教育机器人存在以下缺点：

1、现有教育机器人多为陆地及桌面类教育机器人且功能单一，在思维广度，知识覆盖面具有一定局限性。

2、现有水下教育和科研的机器人形式及功能相对单一，用户在结构和硬件可开发程度较低，自然也限制了用户创新创造的能力培养和科研需求。

3、教育机器人产品的类型需求很多，科学研究需要自由程度更高，可开发程度更广的机器人，因此需要研发各种不同形态的机器人来满足用户的心理预期，并且由于产品种类过多，不同机器人之间的零件也很难通用，对于用户来说会增加成本。

基于此，设计一种用于水下机器人教育和水下科学研究的可自定义平台。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种用于水下机器人教育和水下科学研究的平台，本发明要解决的技术问题是：如何设计一种自由化程度高、开发程度广、各组成零件间通用性强的水下教育机器人及其服务平台。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种用于水下机器人教育和水下科学研究的平台，包括用户通信模块和水下机器人，用户通信模块包括计算机设备、中继器和用户终端，用户终端包括操控器和手机，计算机设备通过中继器实现对水下机器人运动控制、底层程序的下载和水下机器人所搭载摄像头组件、各类传感器信息的获取；水下机器人为模块化拼装式结构，水下机器人包括机器人主机、连接组件、动力模块和感知模块，动力模块和感知模块均与机器人主机可拆连接，动力模块包括若干防水电机推进器，感知模块包括防水LED探照灯、防水摄像头组件、防水红外传感器和其他外部部件，其他外部部件如机械臂等。

水下机器人通过零浮力线缆与中继器有线联通，水下机器人上设置有与零浮力线缆连接的防水接头，有缆通信避免了机器人在水下wifi与蓝牙无法穿透水介质的通信问题，使用零浮力线缆也解决线缆对机器人在水下运动的较大干扰，当机器人在水面上运动时，即不存在wifi通信穿透水介质产生干扰的问题。通过专属操控器或手机实时控制机器人运动，以及操控端可接受经过机器人处理的高清图像和各类传感器采集的实时回传数据。

为满足模块拼装需要，对水下机器人的动力模块部分进行软件抽象，在程序中抽象出单独推进器矢量配置的方式，对实际ROV控制进行分层隔离。

水下机器人动力模块主要分为两层，应用层和动力适配层，应用层是保证无论设备配置成何种推进方式，推进器如何摆放，都不影响应用层对设备的控制；动力适配层则是对不同拼接方式进行运动学适配，使上层控制保持统一。

具体的适配方式为:

步骤一：根据需要拼装好动力模块；机器人本体上所有接口ID按方向依次排布，拼装好动力模块后依次接入机器人本体，安装好后设备开机，此时仿真本体设备会发现推进器连接情况；

步骤二：根据实际建立的运动学模型，建立六自由度矢量推力矩阵，矢量矩阵输入为六自由度推进器对应ID，矢量矩阵输出为各个推进器推力。

连接组件包括双向连接杆、单向连接杆和L型连接件，机器人主机的上下和前后两侧均通过螺栓与双向连接杆连接，单向连接杆与双向连接杆通过螺栓螺母进行连接，L型连接件与双向连接杆和单向连接杆均通过螺栓螺母进行连接。

双向连接杆、单向连接杆和L型连接件上开设的孔间距和大小一致，且均为双排孔设计；使用三种连接杆件且每种连接杆所有连接孔采用一致性孔间距和通孔大小，实现最大化增加拼装连接方案的自由度同时简化了产品结构降低了产品成本，另外，三种杆件均为双排孔设计，解决了单独其中两杆件相连和连接角度的局限问题。

所述机器人主机上设置有防水霍尔开关、防水充电接口、防水压力传感器、推进器防水插座、摄像头组件防水插座、探照灯防水插座、零浮力线缆防水插座、红外传感器防水插座和若干备用防水插座；水下机器人主机包括下舱体、上舱体以及设置在下舱体和上舱体内部的主板、电池固定架、电池组件，上舱体与下舱体之间通过螺钉螺母连接，上舱体与下舱体连接端面设置有舱体橡胶密封圈，水下机器人主机由上舱体与下舱体之间通过螺钉螺母连接并压紧端面的舱体橡胶密封圈形成密闭的主机舱体。

防水霍尔开关安装在上舱体上并通过螺纹密封连接，连接处设置有密封圈，防水霍尔开关与主板电性连接；防水霍尔开关通过接触点压力感应，当压力大于一个程序设定值即为开状态，长按为开关机，两次连续按压进入程序烧录模式。

下舱体的内部设置有螺钉安装孔，主板通过螺钉与舱内预留的安装孔螺钉连接，推进器防水插座、摄像头组件防水插座、探照灯防水插座、零浮力线缆防水插座、红外传感器防水插座和若干备用防水插座均与下舱体的端面通过螺纹密封连接，且连接处设置有密封圈，所有防水插座均与主板电性连接；下舱体内设置有电池组件限位槽，电池组件安装在电池组件限位槽中，电池固定架固定在电池组件的上方将电池组件压紧；电池组件可在中继器供电中断同时反向为水下机器人与中继器同时供电，保证机器人正常运行，同时电池组件为该主机主要配重模块。

防水压力传感器安装在下舱体上并通过螺纹密封连接，连接处设置有密封圈，防水压力传感器与主板电性连接，可实时提供水下压强和水下深度的数据。

防水充电接口安装在下舱体上并通过螺纹密封连接，连接处设置有密封圈，防水充电接口与电池组件电性连接，可直接为机器人主机中的电池组件进行充电。

主板上设置有ATmega主控芯片、六个电机控制电调、WIFI模块、蓝牙模块、温湿度传感器、电子罗盘、惯导模块、GPS模块等模块集成，可实时获取整机在区域水下的位置、深度，可获取自身在水下俯仰角、机体左右倾斜角，可获取机体在水下的运动方向、运动速度以及加速度。

零浮力线缆、防水摄像头组件、防水LED探照灯、防水红外传感器、防水电机推进器的线缆端部均设置有防水插头，且线缆均通过硫化处理与防水插头固化连接。

防水摄像头组件与双向连接杆通过螺栓螺母连接，防水摄像头组件线缆端部的防水插头与摄像头组件防水插座直插连接，可在水下实时传输经算法处理后视频图像至计算机和手机终端，并可实现目标识别。

防水LED探照灯与双向连接杆通过螺栓螺母连接，防水LED探照灯线缆端部的防水插头与探照灯防水插座直插连接，通过终端控制给防水LED探照灯供电提供水下照明。

防水红外传感器与双向连接杆通过螺栓螺母连接，防水红外传感器线缆端部的防水插头与红外传感器防水插座直插连接，可实现水下测距、避障等功能，红外传感器为本实施例中的一种传感器，不仅限于此。

零浮力线缆端部的防水插头与零浮力线缆防水插座直插连接，实现机器人主机与中继器通过零浮力线缆连接，有缆通信避免了机器人在水下wifi与蓝牙无法穿透水介质的通信问题，使用零浮力线缆也解决线缆对机器人在水下运动的较大干扰，当机器人在水面上运动时，即不存在wifi通信穿透水介质的问题。

备用防水插座上螺纹连接有防水插座帽，需连接其他传感器时，如声纳、水质检测传感器等外部部件，卸下防水插座帽，直插传感器线缆防水插头即可使用。

防水电机推进器端部的防水插头与推进器防水插座直插连接，防水电机推进器的数量为六个，四个防水电机推进器与L型件通过螺栓螺母连接，L型件与双向连接杆通过螺栓螺母连接，四个防水电机推进器对称分布，这四个防水电机推进器配合控制水下机器人在水中的前后、左右方向的多自由度运动，另外两个防水电机推进器与单向连接杆通过螺栓螺母连接，这两个防水电机推进器配合控制水下机器人在水中上下运动。由用户终端将控制信号通过中继器零浮力线缆传递到主板芯片，程序驱动主板上直流电机电调控制防水电机推进器产生相应动作，作用力垂直水面的左右两个推进器让水下机器人在水下可做垂直运动实现定深巡航、上下潜水功能，四个对称分布的推进器协同动作使得机器人在水下全方向自由运动。

与现有技术相比，本用于水下机器人教育和水下科学研究的平台具有以下优点：

1、该水下机器人教育平台通过设计、装配、编程、运行四大阶段，引导学生的学习兴趣、培养学生的综合能力，并基于水下环境融合了机械设计原理、电子传感器、计算机编程等众多先进技术，全面地为学生能力、素质的培养提供条件；集成多学科领域的发展成果并引入教育机器人的教学理念，极力满足各阶段学生的学习需求，成为培养学生综合能力、信息技术素养的优秀教育平台。该水下机器人科研平台为科研人员随着课题研究不断深入而不断地调整科研方案、多种实验数据获取提供了条件；该水下机器人具有多种结构形态、水下运动形式以及各功能配件组合，更高自由度的软硬件二次开发可实现水下观测、水质监测、水下作业、水下编队协同等丰富的功能；可同科研深入进程即时调整结构和功能，成为助力科研人员发展创新的高效科研平台。

2、面向机器人教育，制作出针对水下机器人教育的平台，用户通过该平台可学习水下机器人、流体动力学等相关知识，可锻炼编程思维能力、动手实践能力、创新创造能力。

3、该机器人可搭载多种外部部件并且具有多样的结构拼装方案，可实现多种水下运动形式，具备多种水下实用功能（水下观测、水质监测、水下作业、水下编队等），满足不同用户教育学习和科学研究的需求。

4、该平台可提供图形化编程以及基于C语言的开源程序，提供一个开放的编程环境，实现软件硬件协同教育以及基于平台二次开发，满足不同用户教育学习和科学研究的需求。

5、该平台可基于一台机器人设备实现，也可由多台机器人设备共同搭建，多台水下机器人协同配合执行复杂的水下任务，该水下机器人具备通用性的机械接口和硬件接口使得该平台多样化，同时降低了用户搭建更高级平台的成本。

附图说明

图1是本发明的组成结构示意图；

图2是本发明中动力模块的层次结构示意图；

图3是本发明实施例一中动力适配层的推力矢量方案示意图；

图4是本发明实施例一中水下机器人的立体结构示意图；

图5是本发明实施例一中水下机器人的俯视结构示意图；

图6是本发明实施例一中水下机器人的主视结构示意图；

图7是本发明实施例一中水下机器人的左视结构示意图；

图8是本发明实施例一中机器人主机的俯视结构示意图；

图9是图8中A-A截面的结构示意图；

图10是本发明实施例一中机器人主机的主视结构示意图；

图11是本发明实施例一中机器人主机的后视结构示意图；

图12是本发明实施例一中双向连接杆的立体结构示意图；

图13是本发明实施例一中单向连接杆的立体结构示意图；

图14是本发明实施例一中L型连接件的结构示意图；

图中：1、机器人主机；101、下舱体；102、上舱体；103、主板；104、电池固定架；105、电池组件；106、防水霍尔开关；107、防水充电接口；108、舱体橡胶密封圈；109、防水压力传感器；110、推进器防水插座；111、摄像头组件防水插座；112、探照灯防水插座；113、零浮力线缆防水插座；114、红外传感器防水插座；115、备用防水插座；2、双向连接杆；3、L型连接件；4、单向连接杆；5、防水插头；6、防水摄像头组件；7、防水LED探照灯；8、防水红外传感器；9、防水电机推进器；10、防水插座帽。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

请参阅图1-12，本实施例提供了一种用于水下机器人教育和水下科学研究的平台，包括用户通信模块和水下机器人，用户通信模块包括计算机设备、中继器和用户终端，用户终端包括操控器和手机，计算机设备通过中继器实现对水下机器人运动控制、底层程序的下载和水下机器人所搭载摄像头组件、各类传感器信息的获取；水下机器人为模块化拼装式结构，水下机器人包括机器人主机、连接组件、动力模块和感知模块，动力模块和感知模块均与机器人主机可拆连接，动力模块包括若干防水电机推进器9，感知模块包括防水LED探照灯7、防水摄像头组件6、防水红外传感器8和其他外部部件，其他外部部件如多自由度机械臂，多自由度机械臂可安装在连接组件上。

水下机器人通过零浮力线缆与中继器有线联通，水下机器人上设置有与零浮力线缆连接的防水接头，有缆通信避免了机器人在水下wifi与蓝牙无法穿透水介质的通信问题，使用零浮力线缆也解决线缆对机器人在水下运动的较大干扰，当机器人在水面上运动时，即不存在wifi通信穿透水介质产生干扰的问题。通过专属操控器或手机实时控制机器人运动，以及操控端可接受经过机器人处理的高清图像和各类传感器采集的实时回传数据。

为满足模块拼装需要，对水下机器人的动力模块部分进行软件抽象，在程序中抽象出单独推进器矢量配置的方式，对实际ROV控制进行分层隔离，分层结构如图2所示。

水下机器人动力模块主要分为两层，应用层和动力适配层，应用层是保证无论设备配置成何种推进方式，推进器如何摆放，都不影响应用层对设备的控制；动力适配层则是对不同拼接方式进行运动学适配，使上层控制保持统一。

具体的适配方式为:

步骤1：根据需要拼装好动力模块；机器人本体上所有接口ID按方向依次排布，拼装好动力模块后依次接入机器人本体，安装好后设备开机，此时仿真本体设备会发现推进器连接情况；

步骤2：根据实际建立的运动学模型，建立六自由度矢量推力矩阵，矢量矩阵输入为六自由度推进器对应ID，矢量矩阵输出为各个推进器推力。

实施例一

如图3所示，为对应水下机器人动力模块的推荐安装方式的推力矢量方案图，其拼装结构如图4所示，拼装完成后，既有矩阵将推进器ID对应进去，即可实现动力适配，此时应用层就通过既有的操控方式去控制设备进行运动。

如图4所示，连接组件包括双向连接杆2、单向连接杆4和L型连接件3，机器人主机1的上下和前后两侧均通过螺栓与双向连接杆2连接，单向连接杆4与双向连接杆2通过螺栓螺母进行连接，L型连接件3与双向连接杆2和单向连接杆4均通过螺栓螺母进行连接。

双向连接杆2、单向连接杆4和L型连接件3上开设的孔间距和大小一致，且均为双排孔设计；使用三种连接杆件且每种连接杆所有连接孔采用一致性孔间距和通孔大小，实现最大化增加拼装连接方案的自由度同时简化了产品结构降低了产品成本，另外，三种杆件均为双排孔设计，解决了单独其中两杆件相连和连接角度的局限问题。

机器人主机1上设置有防水霍尔开关106、防水充电接口107、防水压力传感器109、推进器防水插座110、摄像头组件防水插座111、探照灯防水插座112、零浮力线缆防水插座113、红外传感器防水插座114和若干备用防水插座115；水下机器人主机1包括下舱体101、上舱体102以及设置在下舱体101和上舱体102内部的主板103、电池固定架104、电池组件105，上舱体102与下舱体101之间通过螺钉螺母连接，上舱体102与下舱体101连接端面设置有舱体橡胶密封圈108，水下机器人主机1由上舱体102与下舱体101之间通过螺钉螺母连接并压紧端面的舱体橡胶密封圈108形成密闭的主机舱体。

防水霍尔开关106安装在上舱体102上并通过螺纹密封连接，连接处设置有密封圈，防水霍尔开关106与主板103电性连接，防水霍尔开关106通过接触点压力感应，当压力大于一个程序设定值即为开状态，长按为开关机，两次连续按压进入程序烧录模式。

下舱体101的内部设置有螺钉安装孔，主板103通过螺钉与舱内预留的安装孔螺钉连接，推进器防水插座110、摄像头组件防水插座111、探照灯防水插座112、零浮力线缆防水插座113、红外传感器防水插座114和若干备用防水插座115均与下舱体的端面通过螺纹密封连接，且连接处设置有密封圈，所有防水插座均与主板103电性连接；下舱体101内设置有电池组件限位槽，电池组件105安装在电池组件限位槽中，电池固定架104固定在电池组件105的上方将电池组件105压紧；电池组件105可在中继器供电中断同时反向为水下机器人与中继器同时供电，保证机器人正常运行，同时电池组件105为该主机主要配重模块。

防水压力传感器109安装在下舱体101上并通过螺纹密封连接，连接处设置有密封圈，防水压力传感器109与主板103电性连接，可实时提供水下压强和水下深度的数据。

防水充电接口107安装在下舱体101上并通过螺纹密封连接，连接处设置有密封圈，防水充电接口107与电池组件105电性连接，可直接为机器人主机1中的电池组件105进行充电。

主板103上设置有ATmega128主控芯片、六个电机控制电调、WIFI模块、蓝牙模块、温湿度传感器、电子罗盘、惯导模块、GPS模块等模块集成，可实时获取整机在区域水下的位置、深度，可获取自身在水下俯仰角、机体左右倾斜角，可获取机体在水下的运动方向、运动速度以及加速度。

零浮力线缆、防水摄像头组件6、防水LED探照灯7、防水红外传感器8、防水电机推进器9的线缆端部均设置有防水插头5，且线缆均通过硫化处理与防水插头5固化连接。

防水摄像头组件6与双向连接杆2通过螺栓螺母连接，防水摄像头组件6线缆端部的防水插头5与摄像头组件防水插座111直插连接，可在水下实时传输经算法处理后视频图像至计算机和手机终端，并可实现目标识别。

防水LED探照灯7与双向连接杆2通过螺栓螺母连接，防水LED探照灯7线缆端部的防水插头5与探照灯防水插座112直插连接，通过终端控制给防水LED探照灯7供电提供水下照明。

防水红外传感器9与双向连接杆2通过螺栓螺母连接，防水红外传感器9线缆端部的防水插头5与红外传感器防水插座114直插连接，可实现水下测距、避障等功能，红外传感器为本实施例中的一种传感器，不仅限于此。

零浮力线缆端部的防水插头5与零浮力线缆防水插座113直插连接，实现机器人主机1与中继器通过零浮力线缆连接，有缆通信避免了机器人在水下wifi与蓝牙无法穿透水介质的通信问题，使用零浮力线缆也解决线缆对机器人在水下运动的较大干扰，当机器人在水面上运动时，即不存在wifi通信穿透水介质的问题。

备用防水插座上螺纹连接有防水插座帽10，需连接其他传感器时，如声纳、水质检测传感器等外部部件，卸下防水插座帽，直插传感器线缆防水插头即可使用。

防水电机推进器9端部的防水插头5与推进器防水插座110直插连接，防水电机推进器9的数量为六个，四个防水电机推进器9与L型件3通过螺栓螺母连接，L型件3与双向连接杆2通过螺栓螺母连接，四个防水电机推进器9对称分布，这四个防水电机推进器9配合控制水下机器人在水中的前后、左右方向的多自由度运动，另外两个防水电机推进器9与单向连接杆4通过螺栓螺母连接，这两个防水电机推进器9配合控制水下机器人在水中上下运动。由用户终端将控制信号通过中继器零浮力线缆传递到主板芯片，程序驱动主板103上直流电机电调控制防水电机推进器9产生相应动作，作用力垂直水面的左右两个推进器让水下机器人在水下可做垂直运动实现定深巡航、上下潜水功能，四个对称分布的推进器协同动作使得机器人在水下全方向自由运动。

机器人主机1的外形结构设计以及内部排布使得主机具有较大的预留浮力，因此拥有负载更多外部部件的能力,主机结构的对称性重量分布集中特点使得主机稳心极限接近于主机的质心之处，结合PID算法控制推进器的配合使得水下机器人有一定的水下维稳姿态、抗水流、抗惯性的能力，为多种及多个外部部件的拼装方案提供可行性，为精确作业提供保障，同时也满足了机器人在水下多种运动形式的需求；通用的电气接口可使得多个主机之间外部部件通用，可组成水下机器人编队协同作业。

水下机器人其机器人主机1为结构核心，双向连接杆2、L型件3、单向连接杆4三类杆件组合使用是机器人拼装结构的基础构架，三类杆件通孔大小及通孔间距的通用设计，各类外部部件均可适配安装；各类外部部件通过防水插头5与机器人主机1直插连接实现信息传递和供电，各类外部部件均可实现电气层面的拼装。拼装结构的核心为运动模块可拼装性。动力适配层运动学解算可满足不同拼装方案在应用层的一致性控制；该水下机器人通用的机械和电气接口可使得多台机器人搭建水下机器人编队。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种用于水下机器人教育和水下科学研究的平台，包括用户通信模块和水下机器人，其特征在于，所述用户通信模块包括计算机设备、中继器和用户终端，用户终端包括操控器和手机，计算机设备通过中继器实现对水下机器人运动控制、底层程序的下载和水下机器人所搭载摄像头组件、各类传感器信息的获取；水下机器人为模块化拼装式结构，水下机器人包括机器人主机、连接组件、动力模块和感知模块，动力模块和感知模块均与机器人主机可拆连接，动力模块包括若干防水电机推进器，感知模块包括防水LED探照灯、防水摄像头组件、防水红外传感器和其他外部部件；水下机器人通过零浮力线缆与中继器有线联通，水下机器人上设置有与零浮力线缆连接的防水接头；

所述水下机器人动力模块主要分为两层，应用层和动力适配层，应用层是保证无论设备配置成何种推进方式，推进器如何摆放，都不影响应用层对设备的控制；动力适配层则是对不同拼接方式进行运动学适配，使上层控制保持统一；动力适配层的适配方式为:

步骤一：根据需要拼装好动力模块；机器人本体上所有接口ID按方向依次排布，拼装好动力模块后依次接入机器人本体，安装好后设备开机，此时仿真本体设备会发现推进器连接情况；

步骤二：根据实际建立的运动学模型，建立六自由度矢量推力矩阵，矢量矩阵输入为六自由度推进器对应ID，矢量矩阵输出为各个推进器推力；

所述连接组件包括双向连接杆、单向连接杆和L型连接件，机器人主机的上下和前后两侧均通过螺栓与双向连接杆连接，单向连接杆与双向连接杆通过螺栓螺母进行连接，L型连接件与双向连接杆和单向连接杆均通过螺栓螺母进行连接；所述双向连接杆、单向连接杆和L型连接件上开设的孔间距和大小一致，且均为双排孔设计；

所述机器人主机上设置有防水霍尔开关、防水充电接口、防水压力传感器、推进器防水插座、摄像头组件防水插座、探照灯防水插座、零浮力线缆防水插座、红外传感器防水插座和若干备用防水插座；水下机器人主机包括下舱体、上舱体以及设置在下舱体和上舱体内部的主板、电池固定架、电池组件，上舱体与下舱体之间通过螺钉螺母连接，上舱体与下舱体连接端面设置有舱体橡胶密封圈，水下机器人主机由上舱体与下舱体之间通过螺钉螺母连接并压紧端面的舱体橡胶密封圈形成密闭的主机舱体；

所述下舱体的内部设置有螺钉安装孔，主板通过螺钉与舱内预留的安装孔螺钉连接，推进器防水插座、摄像头组件防水插座、探照灯防水插座、零浮力线缆防水插座、红外传感器防水插座和若干备用防水插座均与下舱体的端面通过螺纹密封连接，且连接处设置有密封圈，所有防水插座均与主板电性连接；下舱体内设置有电池组件限位槽，电池组件安装在电池组件限位槽中，电池固定架固定在电池组件的上方将电池组件压紧；

所述防水霍尔开关安装在上舱体上并通过螺纹密封连接，连接处设置有密封圈，防水霍尔开关与主板电性连接；防水压力传感器安装在下舱体上并通过螺纹密封连接，连接处设置有密封圈，防水压力传感器与主板电性连接；防水充电接口安装在下舱体上并通过螺纹密封连接，连接处设置有密封圈，防水充电接口与电池组件电性连接；

所述主板上设置有ATmega主控芯片、六个电机控制电调、WIFI模块、蓝牙模块、温湿度传感器、电子罗盘、惯导模块、GPS模块，实时获取整机在区域水下的位置、深度、俯仰角、机体左右倾斜角、运动方向、运动速度以及加速度。

2.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人教育和水下科学研究的平台，其特征在于，所述零浮力线缆、防水摄像头组件、防水LED探照灯、防水红外传感器、防水电机推进器的线缆端部均设置有防水插头，且线缆均通过硫化处理与防水插头固化连接；防水摄像头组件与双向连接杆通过螺栓螺母连接，防水摄像头组件线缆端部的防水插头与摄像头组件防水插座直插连接；防水LED探照灯与双向连接杆通过螺栓螺母连接，防水LED探照灯线缆端部的防水插头与探照灯防水插座直插连接；防水红外传感器与双向连接杆通过螺栓螺母连接，防水红外传感器线缆端部的防水插头与红外传感器防水插座直插连接；零浮力线缆端部的防水插头与零浮力线缆防水插座直插连接；备用防水插座上螺纹连接有防水插座帽。

3.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人教育和水下科学研究的平台，其特征在于，防水电机推进器端部的防水插头与推进器防水插座直插连接，防水电机推进器的数量为六个，四个防水电机推进器与L型件通过螺栓螺母连接，L型件与双向连接杆通过螺栓螺母连接，四个防水电机推进器对称分布，这四个防水电机推进器配合控制水下机器人在水中的前后、左右方向的多自由度运动，另外两个防水电机推进器与单向连接杆通过螺栓螺母连接，这两个防水电机推进器配合控制水下机器人在水中上下运动。