WO2022033210A1 - 一种高机动大潜深自主水下机器人形体结构 - Google Patents

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Abstract

一种高机动大潜深自主水下机器人，包括艇体（1）、槽道推进器（3）及舵推耦合机构。其中，艇体（1）为立扁形体结构，槽道推进器（3）水平设置于所述艇体（1）的艏部，舵推耦合机构设置于艇体（1）的两侧；槽道推进器（3）和舵推耦合机构协同控制艇体的六自由度。舵推耦合机构包括前水平舵板（5）、辅推进器（6）、后水平舵板（11）及主推进器（12）。两个前水平舵板（5）上分别设有一辅推进器（6），两个后水平舵板（11）上分别设有一主推进器（12）。该水下机器人可用于大深度复杂地形海域，具备复杂环境感知与高机动自主避碰能力，以实现复杂地形海域的高效环境感知与高机动自主避碰探测能力。

Description

一种高机动大潜深自主水下机器人形体结构 技术领域
本发明属于水下机器人技术领域，特别涉及一种高机动大潜深自主水下机器人形体结构。
背景技术
在建设海洋强国的战略背景下，自主水下机器人在面向大洋科考和深海资源勘查领域有着不可替代的重要的意义。复杂的海洋环境对自主水下机器人的复杂环境感知与高机动自主避碰能力单的形体结构优化设计提出了更高的要求，如何优化设计自主水下机器人的形体结构成为解决上述问题的关键。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高机动大潜深自主水下机器人形体结构，该结构可用于大深度复杂地形海域，具备复杂环境感知与高机动自主避碰能力，以实现复杂地形海域的高效环境感知与高机动自主避碰探测能力。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高机动大潜深自主水下机器人形体结构，包括艇体、槽道推进器及舵推耦合机构；所述艇体为立扁形体结构；所述槽道推进器水平设置于所述艇体的艏部；所述舵推耦合机构设置于所述艇体的两侧；
所述槽道推进器和所述舵推耦合机构协同控制所述艇体的六自由度。
所述舵推耦合机构包括前水平舵板、辅推进器、后水平舵板及主推进器；
所述艇体的艏部两侧设置前水平舵板，艉部两侧设置后水平舵板；两个前水平舵板上分别设有一辅推进器；两个后水平舵板上分别设有一主推进器。
所述前水平舵板设置于所述槽道推进器的后侧。
所述艇体的艏部前端设有避碰声呐。
所述艇体艉部上下侧分别设有上垂直舵板和下垂直舵板。
所述艇体的顶部由前向后依次设有声通讯一体机、组合天线、主起吊钩及超短基线定位一体机。
所述艇体的底部设有测深侧扫组合声呐系统和CTD。
所述艇体的侧部设有深海保压采水器。
所述艇体的最前端设有牵引环，所述艇体的底部设有深海照相机和深海闪光灯。
所述艇体的艉部设有磁力探测仪，磁力探测仪设置于固定架内，固定架与所述艇体的艉部连接。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明采用仿生立扁深海鱼型形体设计，充分利用海洋生物进化的流体外形形体结构实现机器人变深潜浮的低阻特性，最大化的实现机器人无动力上浮与下潜的高速能力，极大的提升大洋科考的工作效率。同时立扁的形体结构可以对机器人实现不小于30毫米高稳心设计，获得水下强航行稳定性与垂直面内高机动避碰能力，同时获得高稳定性的水面航行能力，有力的提升了机器人高海况条件下水面回收成功率
2.本发明采用立扁形体与水平舵推有机结合的方式将机器人的综合操控性充分发掘，空间六自由度可控的设计，保证了机器人空间运动操控能力。在保证机器人大深度剖面高机动性能的前提下，高效发挥水平可正负180度旋转的舵推耦合的优势，实现进海底高机动避碰能力。
3.本发明采用深海保压采水器对深海水样进行保压采样，实现了自主水下机器人对深海水环境的自主干预。
4.本发明采用前视避碰声呐实现对复杂海洋环境的深度感知与避碰处理。
附图说明
图1为本发明高机动大潜深自主水下机器人形体结构的主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的仰视图；
图4为图1的左视图；
图5为本发明高机动大潜深自主水下机器人形体结构的轴测图；
图6为本发明中磁力探测仪的安装示意图。
图中：1为艇体，2为牵引环，3为槽道推进器，4为避碰声呐，5为前水平舵板，6为辅推进器，7为深海保压采水器，8为CTD，9为测深侧扫组合声呐系统，10为下垂直舵板，11为后水平舵板，12为主推进器，13为磁力探测仪，14为上垂直舵板，15为超短基线定位一体机，16为主起吊钩，17为组合天线，18为声通讯一体机，19为深海照相机，20为深海闪光灯，21为固定架。
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1-5所示，本发明提供的一种高机动大潜深自主水下机器人形体结构，包括艇体1、槽道推进器3及舵推耦合机构，其中艇体1为立扁形体结构，槽道推进器3水平设置于艇体1的艏部，舵推耦合机构设置于艇体1的两侧；槽道推进器3和舵推耦合机构协同控制艇体1的六自由度。
本发明的实施例中，如图2所示，舵推耦合机构包括前水平舵板5、辅推进器6、后水平舵板11及主推进器12，艇体1的艏部两侧设置前水平舵板5，艉部两侧设置后水平舵板11；两个前水平舵板5上分别设有一辅推进器6；两个后水平舵板11上分别设有一主推进器12。槽道推进器3沿左右方向设置，并且位于前水平舵板5的前方。前水平舵板5和后水平舵板11均能正负180度旋转。
本发明的实施例中，如图1所示，艇体1的艏部前端设有牵引环2和避碰声呐4，避碰声呐4位于牵引环2的下方，牵引环2可用于牵引和止荡。避碰声呐4用于实现对复杂海洋环境的深度感知与避碰处理。
艇体1艉部上下侧分别设有上垂直舵板14和下垂直舵板10。
进一步地，如图2所示，艇体1的顶部由前向后依次设有声通讯一体机18、组合天线17、主起吊钩16及超短基线定位一体机15，即声通讯一体机18、组合天线17位于艇体1的艏部，主起吊钩16位于艇体1的中间位置，超短基线定位一体机15位于艇体1的艉部。组合天线17包括自容铱星天线、无线网天线及无线电天线。声通讯一体机18用于对机器人进行声学信号通讯与遥控，超短基线一体机15对机器人进行声学信号定位与监控。
进一步地，如图3所示，艇体1的底部设有测深侧扫组合声呐系统9、CTD8、深海照相机19和深海闪光灯20，测深侧扫组合声呐系统9进行浅底层剖面测量和海底微地形、地貌精细探测及底质判断；采用深海照相机9和深海闪光灯20进行近海底光学探测。艇体1的侧部设有深海保压采水器7，深海保压采水器7可以实现深海保压采水操作。CTD8(温盐深仪)布置于测深侧扫组合声呐系统9和深海保压采水器7的中间，采用CDT8(温度、盐度和深度)对深海水环境进行水文探测。
进一步地，艇体1的艉部设有磁力探测仪13，以实现深海磁力数据的探测作业。如图6 所示，磁力探测仪13设置于固定架21内，固定架21与艇体1的艉部连接。磁力仪12可根据实际探测需求进行安装或拆卸操作，拆卸后的机器人整体长度更短且阻力更小。
本发明采用舵推耦合的设计理念，借助正负180度旋转水平舵板及水平槽道推进器，实现大深度复杂地形海域的空间六自由度高效、灵活机动探测与避碰能力。
本发明提供的一种高机动大潜深自主水下机器人形体结构，通过仿生立扁深海鱼型形体设计，既可以实现快速无动力下潜和上浮，也可实现不小于30毫米高稳心设计，获得水下强航行稳定性与垂直面内高机动避碰能力，同时获得高稳定性的水面航行能力，有力的提升了机器人高海况条件下水面回收成功率。
本发明的6自由度实现方式：
前水平舵板5和后水平舵板11均为水平，主推进器12和辅推进器6同时正转或者反转，实现机器人前进或后退方向移动；前水平舵板5和后水平舵板11均为竖直向下，主推进器12和辅推进器6同时正转或者反转实现机器人竖直向上或向下移动；前水平舵板5和后水平舵板11均为水平，槽道推进器3正转，右侧主推进器正转，左侧主推进器反转，实现机器人横向移动；前水平舵板5和后水平舵板11均为水平，主辅推进器12停转，槽道推进器3正转或反转，实现机器人水平面内旋转；前水平舵板5向上，后水平舵板11向下，主推进器12和辅推进器6正转或反转，实现纵向垂直面内(立剖面)旋转；左侧前后舵板向上，右侧前后舵板向下，实现纵向垂直面内(立剖面)旋转。
综上所述，本发明采用立扁形体与水平舵推有机结合的方式将机器人的综合操控性充分发掘，空间六自由度可控的设计，保证了机器人空间运动操控能力。在保证机器人大深度剖面高机动性能的前提下，高效发挥水平可正负180度旋转的舵推耦合的优势，实现进海底高机动避碰能力。
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. 一种高机动大潜深自主水下机器人形体结构，其特征在于，包括艇体(1)、槽道推进器(3)及舵推耦合机构；
    所述艇体(1)为立扁形体结构；
    所述槽道推进器(3)水平设置于所述艇体(1)的艏部；
    所述舵推耦合机构设置于所述艇体(1)的两侧；
    所述槽道推进器(3)和所述舵推耦合机构协同控制所述艇体(1)的六自由度。
  2. 根据权利要求1所述的高机动大潜深自主水下机器人形体结构，其特征在于，所述舵推耦合机构包括前水平舵板(5)、辅推进器(6)、后水平舵板(11)及主推进器(12)；
    所述艇体(1)的艏部两侧设置前水平舵板(5)，艉部两侧设置后水平舵板(11)；两个前水平舵板(5)上分别设有一辅推进器(6)；两个后水平舵板(11)上分别设有一主推进器(12)。
  3. 根据权利要求2所述的高机动大潜深自主水下机器人形体结构，其特征在于，所述前水平舵板(5)设置于所述槽道推进器(3)的后侧。
  4. 根据权利要求2所述的高机动大潜深自主水下机器人形体结构，其特征在于，所述艇体(1)的艏部前端设有避碰声呐(4)。
  5. 根据权利要求2所述的高机动大潜深自主水下机器人形体结构，其特征在于，所述艇体(1)艉部上下侧分别设有上垂直舵板(14)和下垂直舵板(10)。
  6. 根据权利要求2所述的高机动大潜深自主水下机器人形体结构，其特征在于，所述艇体(1)的顶部由前向后依次设有声通讯一体机(18)、组合天线(17)、主起吊钩(16)及超短基线定位一体机(15)。
  7. 根据权利要求2所述的高机动大潜深自主水下机器人形体结构，其特征在于，所述艇体(1)的底部设有测深侧扫组合声呐系统(9)和CTD(8)。
  8. 根据权利要求2所述的高机动大潜深自主水下机器人形体结构，其特征在于，所述艇体(1)的侧部设有深海保压采水器(7)。
  9. 根据权利要求2所述的高机动大潜深自主水下机器人形体结构，其特征在于，所述艇体(1)的最前端设有牵引环(2)，所述艇体(1)的底部设有深海照相机(19)和深海闪光灯(20)。
  10. 根据权利要求2所述的高机动大潜深自主水下机器人形体结构，其特征在于，所述 艇体(1)的艉部设有磁力探测仪(13)，磁力探测仪(13)设置于固定架(21)内，固定架(21)与所述艇体(1)的艉部连接。
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