專利名稱：浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的水下機(jī)器人，特別是一種浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人。
背景技術(shù)：
海洋水下勘探和作業(yè)中大量使用各類水下機(jī)器人，其中遠(yuǎn)距遙控機(jī)器人(簡(jiǎn)稱ROV)和自治水下機(jī)器人(簡(jiǎn)稱AUV)是最常見的兩類。遠(yuǎn)距遙控機(jī)器人具有連接水面和水下的臍帶纜，用于輸送能量和通訊，因此可以長(zhǎng)時(shí)間工作于水下，但需要復(fù)雜的水面支持系統(tǒng)和水面母船相配合，使用成本高，隱蔽性差。自治水下機(jī)器人沒有聯(lián)接水面水下的臍帶纜，省去了復(fù)雜的水面支持設(shè)備和母船，使用和維護(hù)成本低，隱蔽性好。但自治系統(tǒng)只能自己攜帶有限的能量，因此，提高能量利用效率以延長(zhǎng)其水下持續(xù)工作時(shí)間和航程，是自治水下機(jī)器人領(lǐng)域重要的課題之一。常規(guī)的自治水下機(jī)器人是推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)的，也即運(yùn)動(dòng)是靠推進(jìn)器提供推進(jìn)力的。通常，自治水下機(jī)器人由安裝位置和方向都不同的多個(gè)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)，可以獲得水體空間良好的機(jī)動(dòng)性。對(duì)于較高速情況，也有通過推進(jìn)器和操縱舵面聯(lián)合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人水體空間機(jī)動(dòng)的。在水下運(yùn)載工具中，還存在另一類稱作水下滑翔器的潛水器。這種潛水器采用浮力驅(qū)動(dòng)方式。和推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)不同，浮力驅(qū)動(dòng)沒有外置的推進(jìn)器，而是通過調(diào)節(jié)潛水器的重心以改變姿態(tài)，并配合浮力調(diào)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的推進(jìn)力。這種驅(qū)動(dòng)方式可以在保證高的推進(jìn)效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)很低的航行速度，因此獲得高的續(xù)航時(shí)間和航程。這種驅(qū)動(dòng)噪音低，對(duì)外部環(huán)境的干擾小，不足之處是航速很低，機(jī)動(dòng)能力差。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國USPTO專利號(hào)為5995882的專利提供一種預(yù)編程的用于海洋數(shù)據(jù)采集的自治水下機(jī)器人，機(jī)器人具有長(zhǎng)約6英尺，直徑13英寸的主體，主體上有一個(gè)集成的頻閃和天線塔?？刂泼姘凑辗浅Ｒ?guī)方式布置，升沉控制面布置在機(jī)器人前部、緊接頭錐后面，方向舵在推進(jìn)器的前面。自治水下機(jī)器人采用推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性好、航速較高，但這種推進(jìn)方式航程和續(xù)航時(shí)間較短，并且噪音較高，對(duì)環(huán)境有一定的干擾。在實(shí)際的海洋水下勘探作業(yè)中，高續(xù)航能力、低噪音、良好機(jī)動(dòng)性和快速性都是重要的需求指標(biāo)，理想的自治水下機(jī)器人需要在這些方面都具有滿意的性能，現(xiàn)有的技術(shù)不能滿足這種要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)中存在的不足，提供一種浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人，使其簡(jiǎn)單可靠并且成本低廉，既具有高的續(xù)航能力，又可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高的航速和機(jī)動(dòng)性。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明包括機(jī)器人主體，一對(duì)主翼，一對(duì)推進(jìn)器和垂直尾翼，機(jī)器人主體的外部是整流用的透水殼，透水殼內(nèi)部是側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置、浮力調(diào)節(jié)裝置和耐壓艙，耐壓艙內(nèi)有電池組和縱向重心調(diào)節(jié)裝置。透水殼是長(zhǎng)徑比在6至9之間的回轉(zhuǎn)體，具有低流體阻力外形，透水殼尾部向后引出天線。主翼和垂直尾翼具有低流體阻力翼型。主翼設(shè)置于透水殼后部，對(duì)稱分布于透水殼左右兩側(cè)。垂直尾翼設(shè)置于透水殼尾部，在透水殼的垂直對(duì)稱面內(nèi)。主推進(jìn)器設(shè)置在主翼的外側(cè)。
主推進(jìn)器采用導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器，螺旋槳的外部有導(dǎo)管，導(dǎo)管的入水口有可以打開和關(guān)閉的整流罩。整流罩由活動(dòng)支架、填充支架、整形骨架和可折疊的高強(qiáng)度薄膜組成?；顒?dòng)支架、填充支架都是半環(huán)形的，其截面的一端為半圓，整形骨架是半環(huán)形的，其截面積很小，高強(qiáng)度薄膜在折疊起來時(shí)是半環(huán)形的，張開時(shí)為半球形。導(dǎo)管由內(nèi)管和外管組成，內(nèi)管和外管之間是中空的空腔，空腔在入水口方向的端面是環(huán)形的。填充支架由彈簧壓緊在空腔入水口方向端面的下半部，活動(dòng)支架通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在導(dǎo)管的入水口端面處，其上極限位置覆蓋空腔入水口方向端面的上半部，下極限位置覆蓋空腔入水口方向端面的下半部，與填充支架重疊。整形骨架具有和活動(dòng)支架相同的旋轉(zhuǎn)軸，高強(qiáng)度薄膜一端固定在活動(dòng)支架上，另一端固定在內(nèi)管和外管之間空腔內(nèi)的上半部，中間由整形骨架支撐。外管的外壁膨脹出雙耳形的密封腔，用來支撐活動(dòng)支架和設(shè)置第一電機(jī)，第一電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與活動(dòng)支架相連。當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)調(diào)節(jié)活動(dòng)支架于上極限位置時(shí)，整流罩打開，整形骨架和高強(qiáng)度薄膜陷入內(nèi)管和外管之間的空腔中，活動(dòng)支架和填充支架遮蓋內(nèi)管和外管之間空腔的入水口端，并為其整形。當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)調(diào)節(jié)活動(dòng)支架于下極限位置時(shí)，活動(dòng)支架和填充支架均陷入內(nèi)管和外管之間的空腔中，整流罩關(guān)閉，整形骨架和高強(qiáng)度薄膜遮蓋住導(dǎo)管的入水口并為其整形。
縱向重心調(diào)節(jié)裝置包括第二電機(jī)，滑塊和絲桿，第二電機(jī)的輸出軸連接絲桿，絲桿連接滑塊，滑塊和電池組固連。
側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置包括第三電機(jī)、齒輪、齒條和重塊。第三電機(jī)的輸出軸連接齒輪，齒輪連接齒條，齒條再連接重塊。
浮力調(diào)節(jié)裝置包括常壓液艙、高壓液囊、泵、閥和液位測(cè)量傳感器，常壓液艙具有固定浮容積，高壓液囊具有可變浮容積，常壓液艙、泵、閥和高壓液囊連通，液位傳感器設(shè)置于常壓液艙內(nèi)部，常壓液艙和高壓液囊對(duì)稱于機(jī)器人外形垂直對(duì)稱面。
耐壓艙內(nèi)還設(shè)置有中央控制計(jì)算機(jī)組、深度傳感器、姿態(tài)傳感器、羅盤、GPS接收機(jī)和無線通訊控制器。GPS接收機(jī)和無線通訊控制器均與透水殼尾部的天線連接，中央控制計(jì)算機(jī)組連接推進(jìn)器、浮力調(diào)節(jié)裝置、側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置、縱向重心調(diào)節(jié)裝置、深度傳感器、姿態(tài)傳感器、羅盤、GPS接收機(jī)和無線通訊控制器，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的綜合控制。
縱向重心調(diào)節(jié)裝置可以沿機(jī)器人縱軸方向移動(dòng)機(jī)器人重心，側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置可以沿機(jī)器人側(cè)軸方向移動(dòng)機(jī)器人重心。重心的縱向調(diào)節(jié)范圍覆蓋并寬于浮力調(diào)節(jié)時(shí)浮心的縱向變化范圍，并且在重心和浮力的各種調(diào)節(jié)狀態(tài)下，始終保持機(jī)器人系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)性高。
浮力調(diào)節(jié)裝置通過改變機(jī)器人的浮容積，調(diào)節(jié)潛水器的浮力。當(dāng)浮容積最小時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)具有最小負(fù)浮力，當(dāng)浮容積最大時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)具有最大正浮力，當(dāng)潛水器具有某適當(dāng)?shù)闹虚g浮容積時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)具有零浮力。浮力調(diào)節(jié)裝置對(duì)稱于機(jī)器人外形垂直對(duì)稱面，浮力調(diào)節(jié)過程中機(jī)器人的浮心始終在此垂直對(duì)稱面內(nèi)。
機(jī)器人外形的升力焦點(diǎn)位于浮心和重心的后部，提供足夠的縱傾靜穩(wěn)定性。同樣，機(jī)器人外形的側(cè)向水動(dòng)力焦點(diǎn)位于重心和浮心的后部，提供足夠的航向靜穩(wěn)定性。
中央控制計(jì)算機(jī)組對(duì)自治水下機(jī)器人的控制策略是這樣的在由出發(fā)點(diǎn)至作業(yè)點(diǎn)，以及作業(yè)點(diǎn)至回收點(diǎn)的航行過程中，本發(fā)明以浮力驅(qū)動(dòng)方式航行，在作業(yè)點(diǎn)作業(yè)過程中，本發(fā)明以推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)方式航行。
當(dāng)本發(fā)明以浮力驅(qū)動(dòng)方式航行時(shí)，主推進(jìn)器導(dǎo)管入水口的整流罩關(guān)閉，整個(gè)機(jī)器人外形上完全固定。在水面時(shí)，浮力調(diào)節(jié)裝置減少機(jī)器人的浮容積，使其處于負(fù)浮力狀態(tài)，同時(shí)縱向重心調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)機(jī)器人重心，使機(jī)器人產(chǎn)生負(fù)的縱傾角(抬頭為正)，機(jī)器人在負(fù)浮力和升力的聯(lián)合作用下，建立起前進(jìn)和下潛速度，并達(dá)到穩(wěn)定的航行狀態(tài)。當(dāng)機(jī)器人到達(dá)設(shè)定深度時(shí)，浮力調(diào)節(jié)裝置增加機(jī)器人的浮容積，使其處于正浮力狀態(tài)，同時(shí)縱向重心調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)機(jī)器人重心，使機(jī)器人產(chǎn)生正的縱傾角(抬頭為正)，機(jī)器人在正浮力和升力的聯(lián)合作用下，建立起前進(jìn)和上升速度，并達(dá)到穩(wěn)定的航行狀態(tài)。通過下潛和上升過程的不斷重復(fù)，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程航行和長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。航行過程中側(cè)向重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也可以側(cè)向調(diào)節(jié)機(jī)器人重心，使機(jī)器人產(chǎn)生一定的橫傾角，機(jī)器人在浮力和升力的聯(lián)合作用下，建立起偏航角速度。
當(dāng)本發(fā)明以推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)方式航行時(shí)，主推進(jìn)器導(dǎo)管入水口的整流罩打開，整個(gè)機(jī)器人外形只有推進(jìn)器是活動(dòng)部件，并且浮力調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)機(jī)器人使之處于零浮力狀態(tài)。此時(shí)，機(jī)器人通過兩個(gè)推進(jìn)器推力的配合，共同產(chǎn)生沿縱軸方向的推力，以及在機(jī)器人主翼平面內(nèi)的偏航力矩，通過對(duì)重心的調(diào)節(jié)，改變機(jī)器人主翼平面的空間姿態(tài)。通過對(duì)主翼平面空間姿態(tài)以及主翼平面內(nèi)推力和偏航力矩的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的空間機(jī)動(dòng)。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。本發(fā)明增加了主翼和縱向、側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置，刪除了活動(dòng)舵面，可以通過浮力驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)高的航程和續(xù)航時(shí)間，通過推進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)高的機(jī)動(dòng)性，在浮力驅(qū)動(dòng)方式下系統(tǒng)外形沒有活動(dòng)部件，在推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)方式下其外形也只有兩個(gè)推進(jìn)器是活動(dòng)部件，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，簡(jiǎn)單可靠并且成本低廉。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明側(cè)視3是對(duì)圖2中的側(cè)向重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)局部放大4是右推進(jìn)器正視5是右推進(jìn)器的左視6是右圖5的AA視圖其中，機(jī)器人主體1，主翼2，推進(jìn)器3，垂直尾翼4，透水殼5，側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置6，浮力調(diào)節(jié)裝置7，耐壓艙8，導(dǎo)管9，整流罩10，活動(dòng)支架11，填充支架12，整形骨架13，高強(qiáng)度薄膜14，內(nèi)管15，外管16，第一電機(jī)17，電池組18，縱向重心調(diào)節(jié)裝置19，第二電機(jī)20，滑塊21，絲桿22，第三電機(jī)23，齒輪24，齒條25，重塊26，常壓液艙27，高壓液囊28，泵29，閥30，液位測(cè)量傳感器31，天線32，姿態(tài)傳感器33，羅盤34，GPS接收機(jī)35，無線通訊控制器36，中央控制計(jì)算機(jī)組37，深度傳感器38。
具體實(shí)施例方式
如圖1-6所示，本發(fā)明包括機(jī)器人主體1，一對(duì)主翼2，一對(duì)推進(jìn)器3和一對(duì)垂直尾翼4，機(jī)器人主體1的外部是整流用的透水殼5，透水殼5內(nèi)部是側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置6、浮力調(diào)節(jié)裝置7和耐壓艙8。透水殼5是長(zhǎng)徑比在6至9之間的回轉(zhuǎn)體，具有低流體阻力外形。主翼2和垂直尾翼4具有低流體阻力翼型。主翼2設(shè)置于透水殼5后部，對(duì)稱分布于透水殼5左右兩側(cè)。垂直尾翼4設(shè)置于透水殼5尾部，對(duì)稱分布于透水殼5上下兩側(cè)，在透水殼5的垂直對(duì)稱面內(nèi)。主推進(jìn)器3設(shè)置在主翼2的外側(cè)。
主推進(jìn)器3采用導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器，螺旋槳的外部有導(dǎo)管9，導(dǎo)管9的入水口有可以開啟和關(guān)閉的整流罩10。整流罩10由活動(dòng)支架11、填充支架12、整形骨架13和可折疊的高強(qiáng)度薄膜14組成?；顒?dòng)支架11、填充支架12都是半環(huán)形的，其截面的一端為半圓，整形骨架13是半環(huán)形的，其截面積很小，高強(qiáng)度薄膜14在折疊起來時(shí)是半環(huán)形的，張開時(shí)為半球形。導(dǎo)管9由內(nèi)管15和外管16組成，內(nèi)管15和外管16之間是中空的空腔，空腔在入水口方向的端面是環(huán)形的。填充支架12由彈簧壓緊在空腔入水口方向端面的下半部，活動(dòng)支架11通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在導(dǎo)管9的入水口端面處，其上極限位置覆蓋空腔入水口方向端面的上半部，下極限位置覆蓋空腔入水口方向端面的下半部，與填充支架12重疊。整形骨架具有和活動(dòng)支架相同的旋轉(zhuǎn)軸，高強(qiáng)度薄膜14一端固定在活動(dòng)支架11上，另一端固定在內(nèi)管15和外管16之間空腔內(nèi)的上半部，中間由整形骨架支撐。外管16的外壁膨脹出雙耳形的密封腔，用來支撐活動(dòng)支架11和設(shè)置第一電機(jī)17，第一電機(jī)17的轉(zhuǎn)軸與活動(dòng)支架11相連。當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)17調(diào)節(jié)活動(dòng)支架于上極限位置時(shí)，整流罩10打開，整形骨架13和高強(qiáng)度薄膜14陷入內(nèi)管15和外管16之間的空腔中，活動(dòng)支架11和填充支架12遮蓋內(nèi)管15和外管16之間空腔的入水口端，并為其整形。當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)17調(diào)節(jié)活動(dòng)支架于下極限位置時(shí)，活動(dòng)支架11和填充支架12均陷入內(nèi)管15和外管16之間的空腔中，整流罩10關(guān)閉，整形骨架13和高強(qiáng)度薄膜14遮蓋住導(dǎo)管9的入水口并為其整形。
耐壓艙8內(nèi)有電池組18和縱向重心調(diào)節(jié)裝置19。縱向重心調(diào)節(jié)裝置19包括第二電機(jī)20，滑塊21和絲桿22。第二電機(jī)20的輸出軸連接絲桿22，絲桿22連接滑塊21，滑塊21和電池組18固連。第二電機(jī)20正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)電池組18沿機(jī)器人縱軸方向運(yùn)動(dòng)，最終使機(jī)器人重心沿縱軸方向前進(jìn)和后退。重心的縱向調(diào)節(jié)范圍覆蓋并寬于浮力調(diào)節(jié)時(shí)浮心的縱向變化范圍。
側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置6包括第三電機(jī)23、齒輪24、齒條25和重塊26。第三電機(jī)23的輸出軸連接齒輪24，齒輪24連接齒條25，齒條25再連接重塊26。第三電機(jī)23正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)重塊26隨齒條25左右運(yùn)動(dòng)，最終使?jié)撍髦匦难貍?cè)軸方向左右移動(dòng)。
浮力調(diào)節(jié)裝置7包括常壓液艙27、高壓液囊28、泵29、閥30和液位測(cè)量傳感器31，常壓液艙27具有固定浮容積，高壓液囊28具有可變浮容積，常壓液艙27、泵29、閥30和高壓液囊28連通，內(nèi)部是用于浮力調(diào)節(jié)的高比重液體。液位傳感器31設(shè)置于常壓液艙27內(nèi)部，間接測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)的浮容積。浮力調(diào)節(jié)裝置7利用泵29將高比重液體在常壓液艙27和高壓液囊28之間調(diào)撥，當(dāng)液體充滿常壓液艙27時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)具有最小負(fù)浮力，當(dāng)液體充滿高壓液囊28并使之達(dá)到最大浮容積時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)具有最大正浮力，當(dāng)液體按適當(dāng)比例分布于常壓液艙27和高壓液囊28中時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)具有零浮力。常壓液艙27和高壓液囊28對(duì)稱于機(jī)器人外形垂直對(duì)稱面，浮力調(diào)節(jié)過程中機(jī)器人的浮心始終在此垂直對(duì)稱面內(nèi)。
在重心和浮力的各種調(diào)節(jié)狀態(tài)下，始終保持機(jī)器人系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)性高。機(jī)器人外形的升力焦點(diǎn)位于浮心和重心的后部，提供足夠的縱傾靜穩(wěn)定性。同樣，機(jī)器人外形的側(cè)向水動(dòng)力焦點(diǎn)位于重心的后部，提供足夠的航向靜穩(wěn)定性。
透水殼5尾部向后引出天線32。
耐壓艙8內(nèi)還設(shè)置有姿態(tài)傳感器33、羅盤34、GPS接收機(jī)35、無線通訊控制器36、中央控制計(jì)算機(jī)組37、深度傳感器38。GPS接收機(jī)35和無線通訊控制器36均與透水殼5尾部的天線32連接，當(dāng)天線32伸出水面時(shí)，實(shí)現(xiàn)GPS定位和與外部的無線電通訊。中央控制計(jì)算機(jī)組37連接推進(jìn)器3、浮力調(diào)節(jié)裝置7、側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置6、縱向重心調(diào)節(jié)裝置19、深度傳感器38、姿態(tài)傳感器33、羅盤34、GPS接收機(jī)35和無線通訊控制器36，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的綜合控制。
中央控制計(jì)算機(jī)組37對(duì)自治水下機(jī)器人的控制策略是這樣的在由出發(fā)點(diǎn)至作業(yè)點(diǎn)，以及作業(yè)點(diǎn)至回收點(diǎn)的航行過程中，本發(fā)明以浮力驅(qū)動(dòng)方式航行，在作業(yè)點(diǎn)作業(yè)過程中，本發(fā)明以推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)方式航行。
當(dāng)本發(fā)明以浮力驅(qū)動(dòng)方式航行時(shí)，整流罩10關(guān)閉，整個(gè)機(jī)器人外形上沒有活動(dòng)的部件。在水面時(shí)，浮力調(diào)節(jié)裝置7向常壓液艙27調(diào)撥高比重液體，使機(jī)器人系統(tǒng)處于負(fù)浮力狀態(tài)，同時(shí)縱向重心調(diào)節(jié)裝置19調(diào)節(jié)系統(tǒng)重心，使機(jī)器人產(chǎn)生負(fù)的縱傾角(抬頭為正)，機(jī)器人在負(fù)浮力和升力的聯(lián)合作用下，建立起前進(jìn)和下潛速度，并達(dá)到穩(wěn)定的航行狀態(tài)。當(dāng)機(jī)器人到達(dá)設(shè)定深度時(shí)，浮力調(diào)節(jié)裝置7向高壓液囊28調(diào)撥高比重液體，使機(jī)器人系統(tǒng)處于正浮力狀態(tài)，同時(shí)縱向重心調(diào)節(jié)裝置19縱向調(diào)節(jié)系統(tǒng)重心，使機(jī)器人產(chǎn)生正的縱傾角(抬頭為正)，機(jī)器人在正浮力和升力的聯(lián)合作用下，建立起前進(jìn)和上升速度，并達(dá)到穩(wěn)定的航行狀態(tài)。通過下潛和上升過程的不斷重復(fù)，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程航行和長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。航行過程中側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置6也可以側(cè)向調(diào)節(jié)系統(tǒng)重心，使機(jī)器人產(chǎn)生一定的橫傾角，機(jī)器人在浮力和升力的聯(lián)合作用下，建立起偏航角速度。
當(dāng)本發(fā)明以推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)方式航行時(shí)，導(dǎo)管9入水口的整流罩10打開，整個(gè)機(jī)器人外形只有推進(jìn)器3是活動(dòng)部件，并且浮力調(diào)節(jié)裝置7調(diào)節(jié)機(jī)器人使之處于零浮力狀態(tài)。通過兩個(gè)推進(jìn)器推力的配合，共同產(chǎn)生沿機(jī)器人縱軸方向的推力，以及在機(jī)器人主翼平面內(nèi)的偏航力矩。通過對(duì)重心的調(diào)節(jié)，改變機(jī)器人主翼平面的空間姿態(tài)，通過對(duì)主翼平面空間姿態(tài)以及主翼平面內(nèi)推力和偏航力矩的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的空間機(jī)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人，包括機(jī)器人主體(1)，一對(duì)推進(jìn)器(3)和垂直尾翼(4)，其特征在于，還包括一對(duì)主翼(2)，機(jī)器人主體(1)的外部是整流用的透水殼(5)，透水殼(5)內(nèi)部是側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置(6)、浮力調(diào)節(jié)裝置(7)和耐壓艙(8)，耐壓艙(8)內(nèi)部有電池組(18)和縱向重心調(diào)節(jié)裝置(19)，透水殼(5)尾部向后引出天線(32)，主翼(2)和垂直尾翼(4)具有低流體阻力翼型，主翼(2)設(shè)置于透水殼(5)后部，對(duì)稱分布于透水殼(5)左右兩側(cè)，垂直尾翼(4)設(shè)置于透水殼(5)尾部，在透水殼(5)的垂直對(duì)稱面內(nèi)，推進(jìn)器(3)設(shè)置在主翼(2)的外側(cè)，推進(jìn)器(3)采用導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器，螺旋槳的外部有導(dǎo)管(9)，導(dǎo)管(9)的入水口有能開啟和關(guān)閉的整流罩(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人，其特征是，整流罩(10)由活動(dòng)支架(11)、填充支架(12)、整形骨架(13)和可折疊的高強(qiáng)度薄膜(14)組成，導(dǎo)管(9)由內(nèi)管(15)和外管(16)組成，內(nèi)管(15)和外管(16)之間是中空的空腔，空腔在入水口方向的端面是環(huán)形的，填充支架(12)由彈簧壓緊在空腔入水口方向端面的下半部，活動(dòng)支架(11)通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副設(shè)置在導(dǎo)管(9)的入水口端面處，其上極限位置覆蓋空腔入水口方向端面的上半部，下極限位置覆蓋空腔入水口方向端面的下半部，與填充支架(12)重疊，整形骨架(13)具有和活動(dòng)支架(11)相同的旋轉(zhuǎn)軸，高強(qiáng)度薄膜(14)一端固定在活動(dòng)支架(11)上，另一端固定在內(nèi)管(15)和外管(16)之間空腔內(nèi)的上半部，中間由整形骨架(13)支撐，外管(16)的外壁膨脹出雙耳形的密封腔，用來支撐活動(dòng)支架(11)和設(shè)置第一電機(jī)(17)，第一電機(jī)(17)的轉(zhuǎn)軸與活動(dòng)支架(11)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人，其特征是，活動(dòng)支架(11)、填充支架(12)都是半環(huán)形的，其截面的一端為半圓，整形骨架(13)是半環(huán)形的，其截面積很小，高強(qiáng)度薄膜(14)在折疊起來時(shí)是半環(huán)形的，張開時(shí)為半球形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人，其特征是，側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置(6)包括第三電機(jī)(23)、齒輪(24)、齒條(25)和重塊(26)，第三電機(jī)(23)的輸出軸連接齒輪(24)，齒輪(24)連接齒條(25)，齒條(25)再連接重塊(26)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人，其特征是，浮力調(diào)節(jié)裝置(7)包括常壓液艙(27)、高壓液囊(28)、泵(29)、閥(30)和液位測(cè)量傳感器(31)，常壓液艙(27)具有固定浮容積，高壓液囊(28)具有可變浮容積，常壓液艙(27)、泵(29)、閥(30)和高壓液囊(28)連通，液位傳感器(31)設(shè)置于常壓液艙(27)內(nèi)部，常壓液艙(27)和高壓液囊(28)對(duì)稱于機(jī)器人外形垂直對(duì)稱面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人，其特征是，縱向重心調(diào)節(jié)裝置(19)包括第二電機(jī)(20)，滑塊(21)和絲桿(22)，第二電機(jī)(20)的輸出軸連接絲桿(22)，絲桿(22)連接滑塊(21)，滑塊(21)和電池組(18)固連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人，其特征是，耐壓艙(8)內(nèi)還設(shè)置有姿態(tài)傳感器(33)、羅盤(34)、GPS接收機(jī)(35)和無線通訊控制器(36)，中央控制計(jì)算機(jī)組(37)、深度傳感器(38)，GPS接收機(jī)(35)和無線通訊控制器(36)均與天線(32)連接，中央控制計(jì)算機(jī)組(37)連接推進(jìn)器(3)、浮力調(diào)節(jié)裝置(7)、側(cè)向重心調(diào)節(jié)裝置(6)、縱向重心調(diào)節(jié)裝置(19)、深度傳感器(38)、姿態(tài)傳感器(33)、羅盤(34)、GPS接收機(jī)(35)和無線通訊控制器(36)，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的綜合控制。
全文摘要
一種浮力和推進(jìn)器雙驅(qū)動(dòng)方式遠(yuǎn)程自治水下機(jī)器人，用于海洋水下工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括機(jī)器人主體，一對(duì)主翼，一對(duì)推進(jìn)器和垂直尾翼，機(jī)器人主體的外部是整流用的透水殼，主翼和垂直尾翼具有低流體阻力翼型，主翼設(shè)置于透水殼后部，對(duì)稱分布于透水殼左右兩側(cè)，垂直尾翼設(shè)置于透水殼尾部，在透水殼的垂直對(duì)稱面內(nèi)。推進(jìn)器設(shè)置在主翼的外側(cè)。本發(fā)明具有推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)和浮力驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式，在浮力驅(qū)動(dòng)模式下依靠浮力和重心的調(diào)節(jié)產(chǎn)生推力和控制運(yùn)動(dòng)方向，具有高的續(xù)航能力，在推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)模式下依靠推進(jìn)器產(chǎn)生推力，依靠左右推進(jìn)器的推力差和重心調(diào)節(jié)控制運(yùn)動(dòng)方向，具有高機(jī)動(dòng)能力。
文檔編號(hào)B63B3/00GK1709766SQ20051002681
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者葛彤, 連璉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)