本發(fā)明涉及一種自組織水下機器人，屬于海洋裝備與水下機器人。

背景技術(shù)：

1、海洋占地球面積的71％，蘊藏著豐富的海洋生物資源、礦產(chǎn)資源和能源。為了開發(fā)、利用和保護海洋，能夠代替或部分代替人類去了解、觀測和考察海洋的水下機器人應(yīng)運而生。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，水下機器人已在海洋環(huán)境觀測、深海礦產(chǎn)資源開發(fā)、海底地貌繪制等民用方面發(fā)揮著重要的作用。不僅如此，在軍事上，水下機器人作為目標(biāo)探測、反水雷戰(zhàn)等任務(wù)的有力武器裝備，在海洋戰(zhàn)爭中扮演著重要的角色。

2、水下機器人通常分為自主水下機器人(autonomous?underwater?vehicle，auv)和遙控水下機器人(remotely?operated?vehicle，rov)。其中，auv利用自身攜帶的能源，借助所搭載的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，可自主地進行分析、決策和協(xié)作，具有智能化程度高、航行速度快和探測范圍廣等諸多優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于水下目標(biāo)探測跟蹤中。

3、隨著海洋能源開發(fā)事業(yè)的迅速發(fā)展，auv承擔(dān)的水下作業(yè)任務(wù)日益增加。現(xiàn)有的自主水下機器人通常采用單體的設(shè)計。然而，隨著水下目標(biāo)隱蔽技術(shù)的提升，受限于單體auv的作業(yè)范圍及能力有限，目前的auv探測跟蹤能力存在不足，亟需兼具強探測能力和強機動能力的新型作業(yè)平臺。現(xiàn)有的auv主要用于水平面內(nèi)大范圍海底搜尋、探測和勘查等任務(wù)，對于垂直三維剖面和狹窄水域及管道等特種作業(yè)環(huán)境的觀測能力有限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決現(xiàn)有的auv主要用于水平面內(nèi)大范圍海底搜尋、探測和勘查等任務(wù)，對于垂直三維剖面和狹窄水域及管道等特種作業(yè)環(huán)境的觀測能力有限的問題，進而提出一種自主導(dǎo)引對接的自組織水下機器人和動力學(xué)建模。

2、本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括具備導(dǎo)引功能的艏段模塊、具備感知功能的艉段模塊和具備自主對接功能的正交關(guān)節(jié)模塊；

3、艏段模塊通過正交關(guān)節(jié)模塊與艉段模塊連接。

4、進一步的，艏段模塊包括第一耐壓艙、垂直槽道推進器、水平槽道推進器、多個導(dǎo)引折疊抓鉤和導(dǎo)引聲學(xué)基陣；

5、第一耐壓艙設(shè)置在艏段模塊的中部，垂直槽道推進器安裝在艏段模塊前部，水平槽道推進器安裝在艏段模塊后部，多個導(dǎo)引折疊抓鉤沿圓周方向設(shè)置在艏段模塊后部的外側(cè)壁上，導(dǎo)引聲學(xué)基陣安裝在艏段模塊后部的外壁上。

6、進一步的，艏段模塊還包括多個引導(dǎo)光源；

7、每個導(dǎo)引折疊抓鉤上安裝一個引導(dǎo)光源。

8、進一步的，艉部模塊還包括主推進器、第二耐壓艙、水平槽道推進器和垂直槽道推進器；

9、第二耐壓艙設(shè)置艉部模塊的中部，垂直槽道推進器安裝在艉部模塊前部，水平槽道推進器安裝在艉部模塊后部，主推進器安裝在艉部模塊的后端。

10、進一步的，正交關(guān)節(jié)模塊包括第一艙蓋、第二艙蓋、電機和水平-垂直正交關(guān)節(jié)；

11、第一艙蓋和第二艙蓋由前至后依次設(shè)置，第一艙蓋通過水平-垂直正交關(guān)節(jié)與第二艙蓋連接，第一艙蓋與艏段模塊連接，第二艙蓋與艉段模塊連接，電機安裝在第二艙蓋內(nèi)，電機與水平-垂直正交關(guān)節(jié)連接。

12、進一步的，正交關(guān)節(jié)模塊還包括雙目攝像頭和聲學(xué)接收器；

13、雙目攝像頭和聲學(xué)接收器安裝在第一艙蓋的外側(cè)面。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、1、本發(fā)明創(chuàng)造所述的一種具備自主對接的自組織水下機器人，它是一個模塊化的，高機動性的水下機器人；其可以通過改變正交關(guān)節(jié)實現(xiàn)變結(jié)構(gòu)運動，具備更好的機動性，能夠在垂直三維剖面和狹窄水域及管道等特種作業(yè)環(huán)境受限情況下進行探測和作業(yè)問題；

16、2、本發(fā)明創(chuàng)造所述的一種具備自主對接的自組織水下機器人，它是一個分段靈活布放，具備自主導(dǎo)引對接功能的水下機器人；其可以分段便攜布放，提高布放回收工作效率，降低工作成本；通過auv艏段模塊搭載的回收導(dǎo)引模塊及聲學(xué)基陣和正交關(guān)節(jié)模塊搭載的雙目攝像頭和聲學(xué)接收器可以實現(xiàn)自主導(dǎo)引對接。

17、3、本發(fā)明創(chuàng)造所述的一種具備自主對接的自組織水下機器人，采用多剛體動力學(xué)建模方法可以對自組織auv變結(jié)構(gòu)運動進行仿真，有效驗證自組織auv水下雙體自主引導(dǎo)對接和自組織auv在海底狹窄水域執(zhí)行任務(wù)的可行性。

技術(shù)特征：

1.一種自主導(dǎo)引對接的自組織水下機器人和動力學(xué)建模，其特征在于，包括具備導(dǎo)引功能的艏段模塊(1)、具備感知功能的艉段模塊(2)和具備自主對接功能的正交關(guān)節(jié)模塊(3)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主導(dǎo)引對接的自組織水下機器人和動力學(xué)建模，其特征在于，艏段模塊(1)包括第一耐壓艙(5)、垂直槽道推進器(7)、水平槽道推進器(8)、多個導(dǎo)引折疊抓鉤(9)和導(dǎo)引聲學(xué)基陣(11)；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自主導(dǎo)引對接的自組織水下機器人和動力學(xué)建模，其特征在于，艏段模塊(1)還包括多個引導(dǎo)光源(10)；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主導(dǎo)引對接的自組織水下機器人和動力學(xué)建模，其特征在于，艉部模塊(2)還包括主推進器(4)、第二耐壓艙(6)、水平槽道推進器(7)和垂直槽道推進器(8)；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主導(dǎo)引對接的自組織水下機器人和動力學(xué)建模，其特征在于，正交對接關(guān)節(jié)模塊(3)包括第一艙蓋(14)、第二艙蓋(15)、電機(16)和水平-垂直正交關(guān)節(jié)(17)；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自主導(dǎo)引對接的自組織水下機器人和動力學(xué)建模，其特征在于，正交關(guān)節(jié)模塊(3)還包括雙目攝像頭(12)和聲學(xué)接收器(13)；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自主導(dǎo)引對接的自組織水下機器人和動力學(xué)建模，其特征在于，在進行雙體主動導(dǎo)引對接操作時，首先艏段模塊(1)通過聲學(xué)基陣(11)為艉段模塊(2)進行導(dǎo)引，艏段模塊(1)的四個導(dǎo)引折疊抓鉤(9)張開，艉段模塊(2)的雙目攝像機(12)獲取與對接裝置(3)的相對位置和姿態(tài)，通過艉段模塊(2)進行主動控制靠近對接裝置(3)，從而完成雙體主動對接。

技術(shù)總結(jié)
一種自主導(dǎo)引對接的自組織水下機器人和動力學(xué)建模，它涉及一種自組織水下機器人。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的AUV主要用于水平面內(nèi)大范圍海底搜尋、探測和勘查等任務(wù)，對于垂直三維剖面和狹窄水域及管道等特種作業(yè)環(huán)境的觀測能力有限的問題。本發(fā)明包括具備導(dǎo)引功能的艏段模塊、具備感知功能的艉段模塊和具備自主對接功能的正交關(guān)節(jié)模塊；其中艏段模塊通過正交關(guān)節(jié)模塊與艉段模塊連接。本發(fā)明屬于海洋裝備與水下機器人技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：姜言清,盛聰,李昊政,李舒暢,李航,張君蕊,李曄
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10