一種擺式三推進(jìn)器水下球形機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】【技術(shù)領(lǐng)域】：本發(fā)明涉及一種水下機(jī)器人研究領(lǐng)域，尤指一種帶有三推進(jìn)器和重?cái)[的新型球形水下機(jī)器人。本發(fā)明公開了一種通過推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、通過重?cái)[實(shí)現(xiàn)俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)的球形水下機(jī)器人。該機(jī)器人使用透明有機(jī)玻璃材料外殼，三推進(jìn)器均貫通球殼，通過兩側(cè)推進(jìn)器的推力差實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向，通過使重?cái)[轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)重?cái)[的反作用力實(shí)現(xiàn)俯仰姿態(tài)的變化，同時(shí)重?cái)[也可調(diào)節(jié)機(jī)器人的重心使其姿態(tài)穩(wěn)定。通過調(diào)節(jié)向前推進(jìn)時(shí)機(jī)器人的姿態(tài)變化即可調(diào)節(jié)機(jī)器人的深度。通過調(diào)節(jié)重?cái)[的重量可以使機(jī)器人的重量與浮力相等，從而實(shí)現(xiàn)在水中懸浮。
【專利說明】一種擺式三推進(jìn)器水下球形機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水下機(jī)器人研究領(lǐng)域，尤指一種帶有三推進(jìn)器和重?cái)[的新型球形水下機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類對海洋探索的不斷深化，水下機(jī)器人成為了人類進(jìn)行海洋開發(fā)的最重要的手段。水下機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)對海底地形的探測，對于某些需要進(jìn)行建筑施工的海底(如海底隧道、跨海橋)，機(jī)器人可以對擬進(jìn)行施工的海底區(qū)域進(jìn)行探測，通過機(jī)器人傳來的海底圖像，工程人員可以找到施工困難相對最小的區(qū)域，從而找到最佳的施工路線。水下機(jī)器人同時(shí)可以對海底的一些石油管道、石油豎井等進(jìn)行檢測，如果管道泄漏，則可以使機(jī)器人沿著管道航行，通過攝像頭或固定的油檢測傳感器，可以很快定位管道故障的位置。同時(shí)，水下機(jī)器人在軍事上也同樣有應(yīng)用價(jià)值，小型AUV可以在潛艇無法進(jìn)入的區(qū)域進(jìn)行無人偵查，類似無人機(jī)。
[0003]現(xiàn)在已經(jīng)有了一些相關(guān)的球形水下機(jī)器人的發(fā)明，如申請?zhí)?00910084791.x專利中公開了一種六自由度水下球形機(jī)器人，該機(jī)器人設(shè)有儲水設(shè)備和長軸第一電機(jī)，本專利在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，通過利用重?cái)[調(diào)整俯仰角的方式來實(shí)現(xiàn)深度動(dòng)態(tài)控制，通過左右推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，使機(jī)器人的姿態(tài)調(diào)節(jié)更加靈活。目前的水下機(jī)器人普遍存在的問題是體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)向半徑較大、造價(jià)高等，這在很大程度上限制了水下機(jī)器人的應(yīng)用，如何改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使水下機(jī)器人能夠克服上述問題，成為 申請人:關(guān)注和研究的新課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決上述問題，提供一種運(yùn)動(dòng)靈活，結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、抗流能力較強(qiáng)的水下球形機(jī)器人。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種帶三推進(jìn)器二重?cái)[水下球形機(jī)器人，它包括:
[0006]球殼，包括組成一個(gè)球體的前后殼體，其中一個(gè)球殼與三個(gè)導(dǎo)管推進(jìn)器固連，另一個(gè)可以裝拆，以便內(nèi)部結(jié)構(gòu)的維護(hù)，殼體材料為透明的有機(jī)玻璃；
[0007]直線推進(jìn)的導(dǎo)管推進(jìn)器機(jī)構(gòu)，其包括三個(gè)貫穿球體的導(dǎo)管推進(jìn)器，其中中間的導(dǎo)管推進(jìn)器貫穿球體中軸線，其他兩個(gè)導(dǎo)管推進(jìn)器在中間導(dǎo)管推進(jìn)器左右兩邊對稱分布；
[0008]控制轉(zhuǎn)向的導(dǎo)管推進(jìn)器機(jī)構(gòu)，即直線推進(jìn)的導(dǎo)管推進(jìn)器機(jī)構(gòu)中的中間導(dǎo)管推進(jìn)器左右兩邊的導(dǎo)管推進(jìn)器，通過控制左右兩邊導(dǎo)管推進(jìn)器的推力差，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；
[0009]俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括基架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、若干傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和兩個(gè)重?cái)[，通過使重?cái)[擺動(dòng)時(shí)重?cái)[對機(jī)器人的反作用力，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)；
[0010]俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中基架固定在中間的導(dǎo)管推進(jìn)器的中間位置上，基架成長方體，基架上平面固定有驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其支架、傳遞運(yùn)動(dòng)的軸及其支架，通過帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)到兩側(cè)連接重?cái)[的軸即重?cái)[軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)傳遞，基架的左右兩面開有軸承座以及螺紋孔，重?cái)[軸為階梯軸，一端與基架側(cè)壁上的軸承形成配合，一端通過軸肩、鍵及螺母固定重?cái)[，在重?cái)[軸中間部分設(shè)有若干軸肩及鍵槽，用以固定帶輪、軸承、套筒等，重?cái)[軸上的一個(gè)軸承與基架壁上的軸承座配合，另一軸承與所設(shè)計(jì)的法蘭蓋配合，而法蘭蓋固定在基架壁上，通過螺釘連接，從而通過上述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了重?cái)[的支撐及擺動(dòng)。
[0011]本發(fā)明提供的一種擺式三推進(jìn)器水下球形機(jī)器人具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]通過三個(gè)推進(jìn)器可以使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)及其轉(zhuǎn)向，使用的推進(jìn)器相對現(xiàn)在普遍的開架式水下機(jī)器人較少，但是轉(zhuǎn)向半徑可以為零，即方向調(diào)節(jié)較為靈活，并且結(jié)構(gòu)也較為簡單，成本也較低。通過重?cái)[的反作用力調(diào)節(jié)機(jī)器人的俯仰姿態(tài)，并且重?cái)[還可以調(diào)節(jié)機(jī)器人的重心，使機(jī)器人的抗流能力提高。機(jī)器人的球形形狀使轉(zhuǎn)向更為靈活，并且流線型外殼也增強(qiáng)了抗流能力。球殼的材料為透明的有機(jī)玻璃，有利于實(shí)驗(yàn)觀察內(nèi)部機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，也有利于搭載的傳感器觀察水域信息。故可將本機(jī)器人作為海底偵察設(shè)備、水中與水底的操作系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)的載體，執(zhí)行人類無法直接完成的近海域多種作業(yè)任務(wù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明提供的機(jī)器人的外部正視圖。
[0014]圖2為本發(fā)明提供的機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)正視圖。
[0015]圖3為本發(fā)明提供的機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上視圖。
[0016]圖4為本發(fā)明提供的機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0017]圖5為本發(fā)明提供的機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)等軸左視圖。
[0018]圖6為本發(fā)明提供的機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)等軸右視圖。
[0019]圖7為本發(fā)明機(jī)提供的器人重?cái)[傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剖面示意圖。
[0020]圖中標(biāo)號:1:右推進(jìn)器2:中間推進(jìn)器3:左推進(jìn)器4:重?cái)[橫向固定螺母5:傳動(dòng)帶6:法蘭蓋7:上帶輪固定螺母8:上傳動(dòng)軸支撐座9:上傳動(dòng)軸10:驅(qū)動(dòng)電機(jī)11:驅(qū)動(dòng)電機(jī)支撐座12:球殼13:重?cái)[14:基架15:重?cái)[傳動(dòng)軸16:重?cái)[支撐軸承17:帶輪18:套筒19:螺釘
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，一種三推進(jìn)器水下球形機(jī)器人，它擁有球形的外殼，以及左、中、右三個(gè)推進(jìn)器，在機(jī)器人直線行走時(shí)，可控制三個(gè)推進(jìn)器以同樣的推動(dòng)力運(yùn)行，從而機(jī)器人可沿著既定方向直線運(yùn)動(dòng)，如果需要機(jī)器人轉(zhuǎn)向，則可以控制右推進(jìn)器I和左推進(jìn)器3的推力使左右推進(jìn)器有推力差，則會對機(jī)器人產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力矩，從而使機(jī)器人轉(zhuǎn)向。
[0022]如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，機(jī)器人通過右推進(jìn)器I和左推進(jìn)器3來控制轉(zhuǎn)向，通過重?cái)[16的擺動(dòng)來控制機(jī)器人的俯仰姿態(tài)，當(dāng)控制重?cái)[16擺動(dòng)時(shí)，重?cái)[16會給機(jī)器人一個(gè)反作用力，從而會使機(jī)器人的俯仰姿態(tài)發(fā)生改變，同時(shí)重?cái)[16也有調(diào)節(jié)重心的作用，使機(jī)器人得以保持某一俯仰姿態(tài)。通過調(diào)節(jié)重?cái)[16的重量，可使機(jī)器人在水中可以懸浮，從而可以使機(jī)器人的方向的調(diào)整、姿態(tài)的變化更加靈活。為了使兩側(cè)重?cái)[同步擺動(dòng)，使用了上傳動(dòng)軸9，上傳動(dòng)軸9兩端有與其固定的帶輪，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)10伸出的軸端也固定有帶輪，驅(qū)動(dòng)電機(jī)10伸出的軸上的帶輪、上傳動(dòng)軸9軸一端的帶輪與同側(cè)的帶輪17處于同一平面，通過雙排V型帶傳動(dòng)，同理，上傳動(dòng)軸9另一端的帶輪與其同側(cè)的帶輪17也處于同一平面，通過雙排V型帶傳動(dòng)，這樣，通過上傳動(dòng)軸9，既可實(shí)現(xiàn)兩側(cè)的重?cái)[13運(yùn)動(dòng)同步。通過重?cái)[擺動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)器人的俯仰姿態(tài)，即可以調(diào)節(jié)機(jī)器人的深度，利用深度傳感器和陀螺儀不斷的檢測機(jī)器人的深度和俯仰的角度，機(jī)器人根據(jù)檢測到的信號與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，判斷是否需要改變深度，當(dāng)需要改變深度時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)10控制重?cái)[13擺動(dòng)一定角度，從而改變機(jī)器人俯仰角，機(jī)器人繼續(xù)推進(jìn)，繼而改變深度位置。
[0023]如圖7所示，重?cái)[傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剖面視圖，側(cè)壁內(nèi)裝有軸承，重?cái)[軸15與基架側(cè)壁內(nèi)的軸承通過軸肩固定，帶輪17左側(cè)通過軸肩與軸軸向固定，右側(cè)通過套筒18軸向固定，帶輪與重?cái)[軸15是通過鍵來傳遞運(yùn)動(dòng)。套筒18左側(cè)與帶輪17接觸，右側(cè)與軸承16的內(nèi)圈接觸起到軸向固定的作用，軸承16的外圈則卡在法蘭蓋6的內(nèi)壁上，法蘭蓋6與基架通過螺釘19固定。法蘭蓋在通過帶的部分開有缺口，重?cái)[在軸向通過軸肩和螺母4與重?cái)[軸固定，周向則通過鍵實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞。
【權(quán)利要求】
1.一種擺式三推進(jìn)器水下球形機(jī)器人，它包括: 球殼，包括組成一個(gè)球體的前后殼體，其中一個(gè)殼體與三個(gè)導(dǎo)管推進(jìn)器固連，另一個(gè)可以裝拆，以便內(nèi)部結(jié)構(gòu)的維護(hù)，殼體材料為透明的有機(jī)玻璃； 直線推進(jìn)的導(dǎo)管推進(jìn)器機(jī)構(gòu)，其包括三個(gè)貫穿球體的導(dǎo)管推進(jìn)器，其中中間的導(dǎo)管推進(jìn)器貫穿球體中軸線，其他兩個(gè)導(dǎo)管推進(jìn)器在中間導(dǎo)管推進(jìn)器左右兩邊對稱分布； 控制轉(zhuǎn)向的導(dǎo)管推進(jìn)器機(jī)構(gòu)，即直線推進(jìn)的導(dǎo)管推進(jìn)器機(jī)構(gòu)中的中間導(dǎo)管推進(jìn)器左右兩邊的導(dǎo)管推進(jìn)器，通過控制左右兩邊導(dǎo)管推進(jìn)器的推力差，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向； 俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其包括基架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、若干傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和兩個(gè)重?cái)[，通過使重?cái)[擺動(dòng)時(shí)重?cái)[對機(jī)器人的反作用力，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擺式三推進(jìn)器水下球形機(jī)器人，其特征在于:俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中基架固定在中間的導(dǎo)管推進(jìn)器的中間位置上，基架成長方體，基架上平面固定有驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其支架、傳遞運(yùn)動(dòng)的軸及其支架，通過帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)到兩側(cè)連接重?cái)[的軸即重?cái)[軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)傳遞，基架的左右兩面開有軸承座以及螺紋孔，重?cái)[軸為階梯軸，一端與基架側(cè)壁上的軸承形成配合，一端通過軸肩、鍵及螺母固定重?cái)[，在重?cái)[軸中間部分設(shè)有若干軸肩及鍵槽，用以固定帶輪、軸承、套筒等，重?cái)[軸上的一個(gè)軸承與基架壁上的軸承座配合，另一軸承與所設(shè)計(jì)的法蘭蓋配合，而法蘭蓋固定在基架壁上，通過螺釘連接，從而通過上述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了重?cái)[的支撐及擺動(dòng)。
【文檔編號】B63C11/52GK103832565SQ201410105240
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】孫漢旭, 張延恒, 褚明, 劉家倫, 李艷生, 左權(quán) 申請人:北京郵電大學(xué)