CN210027852U - 一种可变形的水下运载器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水下作业技术领域的一种可变形的水下运载器，包括潜水器主体、头部，头部可转动地安装在潜水器主体前端，且头部的旋转轴线水平设置，头部外壳内固定有旋转体连接件，一对头部推进器分别安装在旋转体连接件的两端，主体壳腔体之内安装有旋转驱动机构，旋转驱动机构与旋转体连接件中部传动连接；在初始状态下一对头部推进器的轴线处于竖直状态，在头部与潜水器主体相互垂直时一对头部推进器的轴线处于水平状态。头部可以进行旋转变位，使得旋转变位后的头部推进器的推力方向为横向，从而精确调节水下机器人与观测物体的距离，在观测柱状物体时可以有效的减弱水下涡流的影响，从而实现对目标物体的近距离环绕检测。

Description

一种可变形的水下运载器

技术领域

本实用新型涉及水下作业技术领域，具体来说，是水下机器人。

背景技术

随着近年来计算机技术的发展，在智能化、逻辑与软件技术方面突飞猛进，AUV摆脱了系缆的牵绊，在水下作业方面更加灵活，但我国的水下机器人起步较晚，智能化程度不够高，需要加强系统的学习能力，与外界环境产生交互作用，最大程度的适应外界的环境，且目前水下机器人的运动为六自由度的空间运动，需要一个完善的集成运动控制系统来保障运动与定位精度，但由于复杂的环境中水下机器人运动的时变性很难建立精确的运动模型，导致水下机器人的运动方式较为单一，难以做到近距离扫描与观测。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可变形的水下运载器，头部可以进行旋转变位，使得旋转变位后的头部推进器的推力方向为横向，从而精确调节水下机器人与观测物体的距离，在观测柱状物体时可以有效的减弱水下涡流的影响，从而实现对目标物体的近距离环绕检测。

本实用新型的目的是这样实现的：一种可变形的水下运载器，包括潜水器主体以及与潜水器主体连接的头部，所述潜水器主体设有主体壳以及一对安装在主体壳上的尾部推进器，所述潜水器主体包括安装于主体壳腔体之内的、与船舶控制系统通讯连接的控制单元，所述头部设有头部外壳以及一对安装在头部外壳上的头部推进器，所述头部可转动地安装在潜水器主体前端，且头部的旋转轴线水平设置，所述头部外壳内固定有旋转体连接件，所述一对头部推进器分别安装在旋转体连接件的两端，所述主体壳腔体之内安装有旋转驱动机构，所述旋转驱动机构与旋转体连接件中部传动连接，且所述旋转驱动机构受控制单元控制；

所述头部与潜水器主体在初始状态下相互平行，所述头部外壳始终与主体壳外壁一起构成连续的、流线型的表面；

所述一对尾部推进器的轴线水平设置且以头部的旋转轴线为准对称布置，所述一对头部推进器以头部的旋转轴线为准对称布置，在初始状态下所述一对头部推进器的轴线处于竖直状态，在头部与潜水器主体相互垂直时所述一对头部推进器的轴线处于水平状态。

进一步地，所述头部与潜水器主体的对接处设置有液密封组件，所述液密封组件密封头部与潜水器主体的安装间隙。

进一步地，所述液密封组件包括第一密封圈、第二密封圈，所述头部外壳具有从其对接端位置向其内腔延伸的、圆套结构的内延伸部，所述主体壳对接端设有一圈环形结构的接合台阶，所述头部外壳的内延伸部可同轴旋转地套装在接合台阶上，所述接合台阶的外周面上同轴设有环形的安装槽，所述安装槽的槽底设有环形的、与安装槽同轴的内限位槽，所述内延伸部内周壁设有一圈沿径向凸起的限位凸缘，所述限位凸缘插入内限位槽中且抵触内限位槽侧壁，所述第一密封圈、第二密封圈分别抵触限位凸缘两轴端面，且第一密封圈、第二密封圈分别抵触安装槽的两侧壁，所述第一密封圈、第二密封圈密封内延伸部内周壁与接合台阶外周面之间的配合间隙。

进一步地，所述旋转驱动机构包括伺服电机、接合套、丝杆，所述伺服电机受安装于主体壳腔体之内的控制单元控制，所述伺服电机的输出主轴通过接合套与丝杆一轴端同轴固定连接，所述丝杆另一轴端伸入头部外壳的内腔中并与旋转体连接件中部固定相连。

进一步地，所述主体壳腔体之内的控制单元包括GPS接收器、声呐、罗盘经纬仪、控制板，所述主体壳上安装有天线，所述GPS接收器、声呐、罗盘经纬仪、伺服电机均与控制板连接，所述控制板的通讯部分与天线连接，且控制板的通讯部分通过天线与船舶控制系统无线通讯连接。

进一步地，所述主体壳内壁上固定安装有方框结构的内固定支架，所述GPS接收器、声呐、罗盘经纬仪均安装在内固定支架上。

进一步地，所述主体壳上穿装有推进器固定支架，所述推进器固定支架中间部分处于主体壳内腔中且与内固定支架固定连接，所述推进器固定支架两端伸出主体壳内腔之外，所述一对尾部推进器分别安装在推进器固定支架的两端。

进一步地，所述主体壳内置有电池，所述电池给GPS接收器、声呐、罗盘经纬仪、控制板、尾部推进器、头部推进器供电。

进一步地，所述头部设置有与控制板连接的、用于感应头部旋转角度的角度传感器，所述角度传感器设置在头部外壳内腔中。

本实用新型的有益效果在于：

1)头部可以进行旋转变位，使得旋转变位后的头部推进器的推力方向为横向，从而精确调节水下机器人与观测物体的距离，在观测柱状物体时可以有效的减弱水下涡流的影响，从而实现对目标物体的近距离环绕检测；

2)头部与潜水器主体的连接处设有液密封组件，头部在旋转时能够保持良好的液密封性能；

3)头部与潜水器主体的相对角度可以得到精确的控制，由于设置了伺服电机、罗盘经纬仪，使得头部在旋转时被限定在预设的角度上，并且还设有角度传感器，可以及时反馈头部的旋转角度信息，以免头部在旋转时受水流阻力或运动惯性等复杂的外界因素影响产生角度偏差；

4)由于控制板的通讯部分通过天线与船舶控制系统无线通讯连接，能够及时获取该水下运载器的姿态信息并根据情况。

附图说明

图1是本实用新型在未变形前的立体结构示意图。

图2是本实用新型在未变形前的俯视示意图。

图3是图2中的仰视图。

图4是变形后的结构示意图。

图5是本实用新型的内部结构示意图。

图6是本实用新型的内部布局示意图。

图7是液密封组件的安装示意图。

图8是本实用新型的控制关系示意图。

图中，1头部，101头部外壳，101a内延伸部，101b限位凸缘，102头部推进器，103旋转体连接件，104角度传感器，2潜水器主体，201主体壳，201a接合台阶，201b安装槽，201c内限位槽，202尾部推进器，203推进器固定支架，204内固定支架，205电池，206 GPS接收器，207声呐，208罗盘经纬仪，209控制板，210天线，211伺服电机，212接合套，213丝杆，214第一密封圈，215第二密封圈，3船舶控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。

结合图1、5、6所示，一种可变形的水下运载器，包括潜水器主体2以及与潜水器主体2连接的头部1，潜水器主体2设有主体壳201以及一对安装在主体壳201上的尾部推进器202，潜水器主体2包括安装于主体壳201腔体之内的、与船舶控制系统3通讯连接的控制单元，头部1设有头部外壳101以及一对安装在头部外壳101上的头部推进器102，头部1可转动地安装在潜水器主体2前端，且头部1的旋转轴线水平设置，头部外壳101内固定有旋转体连接件103，一对头部推进器102分别安装在旋转体连接件103的两端，主体壳201腔体之内安装有旋转驱动机构，旋转驱动机构与旋转体连接件103中部传动连接，且旋转驱动机构受控制单元控制。

结合图3、4所示，上述头部1与潜水器主体2在初始状态下相互平行，也就是说头部1和潜水器主体2一样处于水平状态，头部外壳101始终与主体壳201外壁一起构成连续的、流线型的表面。

结合图1-4所示，上述一对尾部推进器202的轴线水平设置且以头部1的旋转轴线为准对称布置，一对头部推进器102以头部1的旋转轴线为准对称布置，在初始状态下一对头部推进器102的轴线处于竖直状态，在头部1与潜水器主体2相互垂直时一对头部推进器102的轴线处于水平状态，结合头部外壳101始终与主体壳201外壁一起构成连续的、流线型的表面，因此，头部1与潜水器主体2相互垂直时，不会影响该水下运载器的移动。在该水下运载器需要下潜时，头部1和潜水器主体2一样处于水平状态，在初始状态下一对头部推进器102的轴线处于竖直状态，此时可以启动一对头部推进器102，以驱使该水下运载器进行下潜；在该水下运载器需要前进时，则启动一对尾部推进器202进行运作。

由于头部1可以进行旋转变位，使得旋转变位后的头部推进器102的推力方向为横向，从而精确调节该水下运载器与观测物体的距离，在观测柱状物体时可以有效的减弱水下涡流的影响，从而实现对目标物体的近距离环绕检测。

如图7所示，为了使得头部1在旋转时能够保持良好的液密封性能，上述头部1与潜水器主体2的对接处设置有液密封组件，液密封组件密封头部1与潜水器主体2的安装间隙；液密封组件包括第一密封圈214、第二密封圈215，头部外壳101具有从其对接端位置向其内腔延伸的、圆套结构的内延伸部101a，主体壳201对接端设有一圈环形结构的接合台阶201a，头部外壳101的内延伸部101a可同轴旋转地套装在接合台阶201a上，接合台阶201a的外周面上同轴设有环形的安装槽201b，安装槽201b的槽底设有环形的、与安装槽201b同轴的内限位槽201c，内延伸部101a内周壁设有一圈沿径向凸起的限位凸缘101b，限位凸缘101b插入内限位槽201c中且抵触内限位槽201c侧壁，第一密封圈214、第二密封圈215分别抵触限位凸缘101b两轴端面，且第一密封圈214、第二密封圈215分别抵触安装槽201b的两侧壁，第一密封圈214、第二密封圈215密封内延伸部101a内周壁与接合台阶201a外周面之间的配合间隙。第一密封圈214、第二密封圈215可以实现双层密封，以充分阻挡液体的侵入，实现动密封。

结合图5、6、8所示，上述旋转驱动机构包括伺服电机211、接合套212、丝杆213，伺服电机211受安装于主体壳201腔体之内的控制单元控制，伺服电机211的输出主轴通过接合套212与丝杆213一轴端同轴固定连接，丝杆213另一轴端伸入头部外壳101的内腔中并与旋转体连接件103中部固定相连。

上述主体壳201腔体之内的控制单元包括GPS接收器206、声呐207、罗盘经纬仪208、控制板209，主体壳201上安装有天线210，GPS接收器206、声呐207、罗盘经纬仪208、伺服电机211均与控制板209连接，控制板209的通讯部分与天线210连接，且控制板209的通讯部分通过天线210与船舶控制系统3无线通讯连接。

上述主体壳201内壁上固定安装有方框结构的内固定支架204，GPS接收器206、声呐207、罗盘经纬仪208均安装在内固定支架204上。伺服电机211的电机座也可以与内固定支架204固定连接。使得该水下运载器的控制单元的布局简单合理。

上述主体壳201上穿装有推进器固定支架203，推进器固定支架203中间部分处于主体壳201内腔中且与内固定支架204固定连接，推进器固定支架203两端伸出主体壳201内腔之外，一对尾部推进器202分别安装在推进器固定支架203的两端。

上述主体壳201内置有电池205，电池205给GPS接收器206、声呐207、罗盘经纬仪208、控制板209、尾部推进器202、头部推进器102供电。

如图2所示，上述头部1设置有与控制板209连接的、用于感应头部1旋转角度的角度传感器104，角度传感器104设置在头部外壳101内腔中，角度传感器104既可以安装在旋转体连接件103上，也可以安装在头部外壳101的内壁上。由于设置了伺服电机211、罗盘经纬仪208，使得头部1在旋转时被限定在预设的角度上，并且还设有角度传感器104，可以及时反馈头部1的旋转角度信息，与罗盘经纬仪208测得的角度信息进行对比，能够准确得知头部1的旋转角度信息，以免头部1在旋转时受水流阻力或运动惯性等复杂的外界因素影响产生角度偏差。

结合图1-8所示，使用时，入水之前对水下运载器进行设置，路径规划，通过声呐207探测水下运载器与探测物体间的距离，并通过船舶控制系统3控制该水下运载器的尾部推进器202、头部推进器102的运动；可通过尾部推进器202、头部推进器102的差速产生围绕探测物体的旋转动作，具体操作时利用伺服电机211带动头部1进行旋转，使得头部1旋转到与潜水器主体2相垂直的角度上，使得头部推进器102处于水平状态，然后加快头部推进器102的运行速度，同时减慢尾部推进器202的运行速度，以实现该水下运载器产生围绕探测物体的旋转动作；通过声呐207得知水下状况；当该水下运载器探测过程中发现需要检测的对象时，将该水下运载器上浮至水面，发送位置以定位，并接收下一步工作指令，再次下潜以完成工作。

以上是本实用新型的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本实用新型总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本实用新型要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变形的水下运载器，包括潜水器主体(2)以及与潜水器主体(2)连接的头部(1)，所述潜水器主体(2)设有主体壳(201)以及一对安装在主体壳(201)上的尾部推进器(202)，所述潜水器主体(2)包括安装于主体壳(201)腔体之内的、与船舶控制系统(3)通讯连接的控制单元，所述头部(1)设有头部外壳(101)以及一对安装在头部外壳(101)上的头部推进器(102)，其特征在于：所述头部(1)可转动地安装在潜水器主体(2)前端，且头部(1)的旋转轴线水平设置，所述头部外壳(101)内固定有旋转体连接件(103)，所述一对头部推进器(102)分别安装在旋转体连接件(103)的两端，所述主体壳(201)腔体之内安装有旋转驱动机构，所述旋转驱动机构与旋转体连接件(103)中部传动连接，且所述旋转驱动机构受控制单元控制；

所述头部(1)与潜水器主体(2)在初始状态下相互平行，所述头部外壳(101)始终与主体壳(201)外壁一起构成连续的、流线型的表面；

所述一对尾部推进器(202)的轴线水平设置且以头部(1)的旋转轴线为准对称布置，所述一对头部推进器(102)以头部(1)的旋转轴线为准对称布置，在初始状态下所述一对头部推进器(102)的轴线处于竖直状态，在头部(1)与潜水器主体(2)相互垂直时所述一对头部推进器(102)的轴线处于水平状态。

2.根据权利要求1所述的一种可变形的水下运载器，其特征在于：所述头部(1)与潜水器主体(2)的对接处设置有液密封组件，所述液密封组件密封头部(1)与潜水器主体(2)的安装间隙。

3.根据权利要求2所述的一种可变形的水下运载器，其特征在于：所述液密封组件包括第一密封圈(214)、第二密封圈(215)，所述头部外壳(101)具有从其对接端位置向其内腔延伸的、圆套结构的内延伸部(101a)，所述主体壳(201)对接端设有一圈环形结构的接合台阶(201a)，所述头部外壳(101)的内延伸部(101a)可同轴旋转地套装在接合台阶(201a)上，所述接合台阶(201a)的外周面上同轴设有环形的安装槽(201b)，所述安装槽(201b)的槽底设有环形的、与安装槽(201b)同轴的内限位槽(201c)，所述内延伸部(101a)内周壁设有一圈沿径向凸起的限位凸缘(101b)，所述限位凸缘(101b)插入内限位槽(201c)中且抵触内限位槽(201c)侧壁，所述第一密封圈(214)、第二密封圈(215)分别抵触限位凸缘(101b)两轴端面，且第一密封圈(214)、第二密封圈(215)分别抵触安装槽(201b)的两侧壁，所述第一密封圈(214)、第二密封圈(215)密封内延伸部(101a)内周壁与接合台阶(201a)外周面之间的配合间隙。

4.根据权利要求1所述的一种可变形的水下运载器，其特征在于：所述旋转驱动机构包括伺服电机(211)、接合套(212)、丝杆(213)，所述伺服电机(211)受安装于主体壳(201)腔体之内的控制单元控制，所述伺服电机(211)的输出主轴通过接合套(212)与丝杆(213)一轴端同轴固定连接，所述丝杆(213)另一轴端伸入头部外壳(101)的内腔中并与旋转体连接件(103)中部固定相连。

5.根据权利要求4所述的一种可变形的水下运载器，其特征在于：所述主体壳(201)腔体之内的控制单元包括GPS接收器(206)、声呐(207)、罗盘经纬仪(208)、控制板(209)，所述主体壳(201)上安装有天线(210)，所述GPS接收器(206)、声呐(207)、罗盘经纬仪(208)、伺服电机(211)均与控制板(209)连接，所述控制板(209)的通讯部分与天线(210)连接，且控制板(209)的通讯部分通过天线(210)与船舶控制系统(3)无线通讯连接。

6.根据权利要求5所述的一种可变形的水下运载器，其特征在于：所述主体壳(201)内壁上固定安装有方框结构的内固定支架(204)，所述GPS接收器(206)、声呐(207)、罗盘经纬仪(208)均安装在内固定支架(204)上。

7.根据权利要求6所述的一种可变形的水下运载器，其特征在于：所述主体壳(201)上穿装有推进器固定支架(203)，所述推进器固定支架(203)中间部分处于主体壳(201)内腔中且与内固定支架(204)固定连接，所述推进器固定支架(203)两端伸出主体壳(201)内腔之外，所述一对尾部推进器(202)分别安装在推进器固定支架(203)的两端。

8.根据权利要求7所述的一种可变形的水下运载器，其特征在于：所述主体壳(201)内置有电池(205)，所述电池(205)给GPS接收器(206)、声呐(207)、罗盘经纬仪(208)、控制板(209)、尾部推进器(202)、头部推进器(102)供电。

9.根据权利要求1所述的一种可变形的水下运载器，其特征在于：所述头部(1)设置有与控制板(209)连接的、用于感应头部(1)旋转角度的角度传感器(104)，所述角度传感器(104)设置在头部外壳(101)内腔中。

Images