RU208908U1 - Безвинтовой подводный робот с неизменяемой формой оболочки - Google Patents
Безвинтовой подводный робот с неизменяемой формой оболочки Download PDFInfo
- Publication number
- RU208908U1 RU208908U1 RU2021131925U RU2021131925U RU208908U1 RU 208908 U1 RU208908 U1 RU 208908U1 RU 2021131925 U RU2021131925 U RU 2021131925U RU 2021131925 U RU2021131925 U RU 2021131925U RU 208908 U1 RU208908 U1 RU 208908U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flywheel
- screwless
- underwater robot
- generator
- robot according
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/08—Propulsion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H19/00—Marine propulsion not otherwise provided for
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к конструкциям подводных лодок, а именно к подводным мобильным роботам с движителем иным, чем обычные гребные винты и струйные движители, и может применяться в задачах мониторинга в жидкости с плотной растительностью. Технической задачей полезной модели, совпадающей с положительным результатом от ее применения, является повышение маневренности подводного робота. Робот содержит жесткий, геометрически неизменяемый корпус, имеющий в сечении форму профиля Жуковского, при этом устройство выполнено с возможностью выполнения под водой поворотных движений за счет создания внутренних инерционных сил при вращении маховика, ось вращения которого перпендикулярна продольной плоскости сечения корпуса. Внутри корпуса закреплены генератор внутреннего кинетического момента, выполненного на основе маховика, модули поддержания плавучести, блок системы управления и аккумуляторные батареи, при этом генератор внутреннего кинетического момента смонтирован на опоре маховика и состоит из маховика, приводимого во вращение через коническую зубчатую передачу от мотора-редуктора.
Description
Полезная модель относится к конструкциям подводных лодок, а именно к подводным мобильным роботам с движителем иным, чем обычные гребные винты и струйные движители, и может применяться в задачах мониторинга в жидкости с плотной растительностью, так как не содержит внешних подвижных механических элементов, а также в научных исследованиях в качестве экспериментальной модели при оценке эффективности инерционного движителя, использующегося для приведения подводного робота в движение.
Устройство предназначено для реализации принципов перемещения (плавания) под водой известных из живой природы подводных обитателей, а именно бионического принципа. В отличие от известных из живой природы аналогов корпус предлагаемого устройства не деформируется, отсутствуют сочлененные механизмы, а в качестве приводного движителя используются внутренний маховик, вращение которого приводит к вращению корпус робота.
Из уровня техники известен подводный плавающий робот с бионическим принципом движения (RU 124656 U1, МПК B62D 57/00, опубл. 10.02.2013). Устройство содержит корпус с обтекаемой носовой частью, первый приводной блок, закрепленный на корпусе, второй приводной блок, закрепленный на выходном звене первого приводного блока, хвостовой плавник, закрепленный на выходном звене второго приводного блока, электропривод, закрепленный на корпусе робота, гидроцилиндр, закрепленный на корпусе робота, причем поршень гидроцилиндра соединен со штоком электропривода. Из гидроцилиндра выведена наружу трубка таким образом, что при перемещении поршня гидроцилиндр может забирать воду извне или выталкивать воду во внешнюю среду. Также на корпусе робота закреплен электропривод вращения, с валом которого соединены два плавника. Каждый приводной блок состоит из корпуса приводного блока и мотора-редуктора.
Недостатками известного устройства являются его низкая технологичность, связанная со сложностью предложенной конструкции робота, и низкая надежность, обусловленная наличием большого числа подвижных узлов.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является безвинтовой подводный робот (RU 172254 U1, МПК B63G 8/00, опубл. 03.07.2017), содержащий корпус, выполненный в виде эллипсоида, состоящего из двух половин, герметично соединенных друг с другом в экваториальной плоскости с помощью дискообразной опорной перегородки, содержащей четыре прямоугольных окна, выполненных под углом 90° относительно друг друга. В опорной перегородке установлен узел маховиков. Дополнительно робот снабжен двумя однотипными модулями плавучести, закрепленными в вершинах каждой из половин корпуса. Положительный технический результат состоит в расширении функциональных возможностей подводного робота за счет осуществления управляемого движения в произвольном направлении в жидкости посредством узла маховиков, а также регулирования глубины его погружения за счет модулей плавучести.
Недостатком известного технического решения являются ограниченные возможности его движителя для осуществления управляемого перемещения, а также сложность построения управляющих маневров.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение маневренности подводного робота.
Указанная задача решена тем, что безвинтовой подводный робот содержит жесткий, геометрически неизменяемый корпус, имеющий в сечении форму профиля Жуковского, при этом устройство выполнено с возможностью выполнения под водой поворотных (колебательных) движений за счет создания внутренних инерционных сил (моментов) при вращении маховика, ось вращения которого перпендикулярна продольной плоскости сечения корпуса. Внутри корпуса закреплены генератор внутреннего кинетического момента, выполненного на основе маховика, модули поддержания плавучести, блок системы управления и аккумуляторные батареи, при этом генератор внутреннего кинетического момента смонтирован на опоре маховика и состоит из маховика, приводимого во вращение через коническую зубчатую передачу от мотора-редуктора.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков полезной модели, является повышение маневренности подводного робота, за счет размещения движителя в его корпусе и исключения соприкосновения движущихся узлов генератора внутреннего кинетического момента с окружающей средой.
Конструкция устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан внешний вид подводного робота в сборе в изометрической проекции; на фиг. 2 показан внешний вид подводного робота со снятой крышкой; на фиг. 3 показана кусочно-непрерывная периодическая функция угловой скорости маховика.
Безвинтовой подводный робот с неизменяемой формой оболочки устроен следующим образом.
Устройство скомпоновано в виде пустотелого герметичного корпуса каплеобразного профиля с затупленной передней и острой задней кромками, контур и аэродинамические характеристики которого вычисляются по аналитическим формулам. Такую форму аппарата в технике принято называть профилем Жуковского. Корпус робота имеет плоские верхнюю и нижнюю поверхности, при этом он выполнен разъемным, состоящим из полой нижней части 1 и верхней части, представляющей собой крышку 2. Внутри корпуса размещены генератор внутреннего кинетического момента на основе маховика 3, модули поддержания плавучести 4, блок управления 5 и аккумуляторные батареи 6. Генератор внутреннего кинетического момента смонтирован на опоре и состоит из маховика, приводимого во вращение через коническую зубчатую передачу 7 от мотора-редуктора 8.
Опора маховика установлена в корпусе на салазках, что дает возможность экспериментально определить положение генератора относительно корпуса для получения наибольшей эффективности его работы. Ось вращения маховика перпендикулярна нижней и верхней плоским поверхностям корпуса, модули поддержания плавучести выполнены с использованием гидроцилиндров, штоки которых через передачу винт-гайка и цилиндрическую зубчатую передачу соединены с мотором-редуктором, а выходы гидроцилиндров соединены соответствующими каналами с наружной текучей средой.
Для поддержания заданной скорости на валу привода маховика установлен датчик углового перемещения - энкодер, с помощью которого блок управления рассчитывает фактическую скорость вращения маховика в текущий момент времени. Для точного отсчета временных интервалов блок управления выполнен на основе микроконтроллера, содержащего микропроцессорное ядро, соединенное системной шиной с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных и периферийными устройствами: универсальными двунаправленными портами ввода-вывода, многоканальным аналого-цифровым преобразователем, к одному из входов которого подключен упомянутый энкодер, аппаратные таймеры-счетчики и синхронно-асинхронный приемопередатчик USART, к которому подключен радиомодуль для приема управляющих команд от внешнего блока управления роботом, при этом в качестве микроконтроллера целесообразно использовать микросхему, работающую на частоте 72 МГц.
Безвинтовой подводный робот работает следующим образом.
Первоначально корпус робота надежно герметизируют, закрепляя крышку 2 на полой части 1, затем устройство помещают в водоем, мониторинг которого планируется осуществлять. Дальнейшие действия робот осуществляет на основе управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти микроконтроллера с использованием SRAM-памяти данных в соответствии с управляющими командами, принимаемыми блоком управления 5 по радиоканалу.
При работе устройства в модули поддержания плавучести 4 закачивается жидкость из наружной гидравлической среды в таком количестве, чтобы удерживать устройство под поверхностью на необходимой глубине. Генератор внутреннего кинетического момента при возвратно-вращательном движении маховика 3 создает вращающий момент, передающийся чрез опору маховика на корпус устройства, заставляя его поворачиваться в левую или правую сторону, создавая отталкивающую (движущую) силу, направленную в сторону головной части корпуса.
Для управления устройством используется кусочно-непрерывная периодическая функция угловой скорости маховика. Функция имеет 4 участка на периоде: участки t1 и t3 определяют время вращения маховика с постоянной скоростью, участки t1 и t4 - время ускоренного вращения маховика. От соотношений интервалов зависит форма траектории и характер движения: при соблюдения условия t1=t3 и t2=t4 робот движется в среднем вдоль прямой, если какое-либо из равенств нарушается, робот начинает двигаться вдоль некоторой кривой, описываемой окружностью. При увеличении отношений t3/t1 и t4/t2 радиус траектории движения уменьшается для любого периода Т управляющего воздействия.
Поскольку колебания совершаются относительно оси, являющейся своеобразным геометро-гидравлическим центром, то определенная каплеобразная форма (форма профиля Жуковского), как и крыло в воздухоплавании, обеспечивает разность условий обтекания жидкостью головной и хвостовой частей. Благодаря этому эффекту возникает разница в давлении жидкости с различных сторон корпуса совершающего вращательные колебания и, соответственно, разность присоединенных масс, определяемых объемами вовлекаемой в процесс движения жидкости и зарождение вихревых структур, которые приводят к появлению движущей силы, приводящей корпус робота в движение.
Таким образом, рассмотренный в настоящей заявке подводный робот является эффективным устройством для исследования естественных и искусственных водоемов экологически безопасным способом, за счет применения в его конструкции герметичного корпуса, инерционного движителя, отсутствия внешних подвижных частей и возможности управления роботом удаленно по радиоканалу.
Claims (6)
1. Безвинтовой подводный робот, содержащий геометрически неизменяемый корпус, имеющий в сечении форму профиля Жуковского, при этом устройство выполнено с возможностью выполнения под водой поворотных движений за счет создания внутренних инерционных сил при вращении маховика, ось вращения которого перпендикулярна продольной плоскости сечения корпуса, отличающийся тем, что внутри корпуса закреплены генератор внутреннего кинетического момента, выполненного на основе маховика, модули поддержания плавучести, блок управления и аккумуляторные батареи, при этом генератор внутреннего кинетического момента смонтирован на опоре и состоит из маховика, приводимого во вращение через коническую зубчатую передачу от мотор-редуктора.
2. Безвинтовой подводный робот по п. 1, отличающийся тем, что опора маховика установлена в корпусе на салазках.
3. Безвинтовой подводный робот по п. 1, отличающийся тем, что модули поддержания плавучести выполнены с использованием гидроцилиндров, штоки которых через передачу винт-гайка и цилиндрическую зубчатую передачу соединены с мотор-редуктором.
4. Безвинтовой подводный робот по п. 1, отличающийся тем, что выходы гидроцилиндров соединены каналами с наружной текучей средой.
5. Безвинтовой подводный робот по п. 1, отличающийся тем, что на валу привода маховика установлен датчик углового перемещения.
6. Безвинтовой подводный робот по п. 1, отличающийся тем, что блок управления выполнен на основе микроконтроллера, содержащего микропроцессорное ядро, соединенное системной шиной с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных и периферийными устройствами: универсальными двунаправленными портами ввода-вывода, многоканальным аналого-цифровым преобразователем, к одному из входов которого подключен упомянутый энкодер, аппаратные таймеры-счетчики и синхронно-асинхронный приемопередатчик USART, к которому подключен радиомодуль для приема управляющих команд от внешнего блока управления роботом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021131925U RU208908U1 (ru) | 2021-10-29 | 2021-10-29 | Безвинтовой подводный робот с неизменяемой формой оболочки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021131925U RU208908U1 (ru) | 2021-10-29 | 2021-10-29 | Безвинтовой подводный робот с неизменяемой формой оболочки |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU208908U1 true RU208908U1 (ru) | 2022-01-21 |
Family
ID=80445114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021131925U RU208908U1 (ru) | 2021-10-29 | 2021-10-29 | Безвинтовой подводный робот с неизменяемой формой оболочки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU208908U1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130291782A1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-07 | Electric Power Research Institute | Smooth, spheroidal, appendage free underwater robot capable of 5 dof motions |
RU149882U1 (ru) * | 2013-11-22 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) "Удмуртский государственный университет" | Сфероробот |
RU153711U1 (ru) * | 2014-10-03 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Безвинтовой надводный робот |
RU172254U1 (ru) * | 2016-11-15 | 2017-07-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Безвинтовой подводный робот |
RU2629474C1 (ru) * | 2016-08-22 | 2017-08-29 | Александр Поликарпович Лялин | Движитель подводного судна |
WO2019099885A1 (en) * | 2017-11-17 | 2019-05-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Actuation system for swimming robots |
-
2021
- 2021-10-29 RU RU2021131925U patent/RU208908U1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130291782A1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-07 | Electric Power Research Institute | Smooth, spheroidal, appendage free underwater robot capable of 5 dof motions |
RU149882U1 (ru) * | 2013-11-22 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) "Удмуртский государственный университет" | Сфероробот |
RU153711U1 (ru) * | 2014-10-03 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Безвинтовой надводный робот |
RU2629474C1 (ru) * | 2016-08-22 | 2017-08-29 | Александр Поликарпович Лялин | Движитель подводного судна |
RU172254U1 (ru) * | 2016-11-15 | 2017-07-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Безвинтовой подводный робот |
WO2019099885A1 (en) * | 2017-11-17 | 2019-05-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Actuation system for swimming robots |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9120546B1 (en) | Actively controlled curvature robotic pectoral fin | |
Chew et al. | Development of propulsion mechanism for Robot Manta Ray | |
CN112977776B (zh) | 多段组合式及翼展折叠式水下机器人的运动方式 | |
CN101033000A (zh) | 多关节波动推进鱼形机器人 | |
CN104260885A (zh) | 一种适用于微型扑翼飞行器的鱼尾式扑动机构 | |
CN111232163A (zh) | 水下飞行机器人 | |
CN108688783B (zh) | 一种带波动鳍的仿生水下滑翔机 | |
CN113665769A (zh) | 一种仿生水母机器人及其海洋探索应用方法 | |
JP2013123988A (ja) | 水中推進体 | |
CN115674969A (zh) | 一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人 | |
RU208908U1 (ru) | Безвинтовой подводный робот с неизменяемой формой оболочки | |
CN108839784B (zh) | 金枪鱼机器人 | |
CN114655405A (zh) | 一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构 | |
CN114435044A (zh) | 一种可变体的跨介质航行器 | |
Zhou et al. | Overview of progress in development of the bionic underwater propulsion system | |
Xu et al. | Initial development of a flapping propelled unmanned underwater vehicle (UUV) | |
AU2020103021A4 (en) | A Slider-type Barycenter Regulating Mechanism and Its Control and Application Method | |
RU132773U1 (ru) | Подводный робот с внешними движителями | |
RU153711U1 (ru) | Безвинтовой надводный робот | |
RU172254U1 (ru) | Безвинтовой подводный робот | |
Behbahani et al. | A flexible passive joint for robotic fish pectoral fins: Design, dynamic modeling, and experimental results | |
JPH10250686A (ja) | 内部駆動型羽ばたき式推進器 | |
Mazlan et al. | Modelling and control of a biomimetic autonomous underwater vehicle | |
CN112224369A (zh) | 一种仿生鱼尾水下机器人 | |
Huera-Huarte et al. | Role of the near-tip region of a fin in fish propulsion |