一種擺式三推進器水下球形機器人的製作方法

2023-06-08 10:39:46

一種擺式三推進器水下球形機器人的製作方法
【專利摘要】【技術領域】：本發明涉及一種水下機器人研究領域，尤指一種帶有三推進器和重擺的新型球形水下機器人。本發明公開了一種通過推進器實現轉向、通過重擺實現俯仰姿態調節的球形水下機器人。該機器人使用透明有機玻璃材料外殼，三推進器均貫通球殼，通過兩側推進器的推力差實現機器人的轉向，通過使重擺轉動時重擺的反作用力實現俯仰姿態的變化，同時重擺也可調節機器人的重心使其姿態穩定。通過調節向前推進時機器人的姿態變化即可調節機器人的深度。通過調節重擺的重量可以使機器人的重量與浮力相等，從而實現在水中懸浮。
【專利說明】一種擺式三推進器水下球形機器人
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水下機器人研究領域，尤指一種帶有三推進器和重擺的新型球形水下機器人。
【背景技術】
[0002]隨著人類對海洋探索的不斷深化，水下機器人成為了人類進行海洋開發的最重要的手段。水下機器人可以實現對海底地形的探測，對於某些需要進行建築施工的海底(如海底隧道、跨海橋)，機器人可以對擬進行施工的海底區域進行探測，通過機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域，從而找到最佳的施工路線。水下機器人同時可以對海底的一些石油管道、石油豎井等進行檢測，如果管道洩漏，則可以使機器人沿著管道航行，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，水下機器人在軍事上也同樣有應用價值，小型AUV可以在潛艇無法進入的區域進行無人偵查，類似無人機。
[0003]現在已經有了一些相關的球形水下機器人的發明，如申請號200910084791.x專利中公開了一種六自由度水下球形機器人，該機器人設有儲水設備和長軸第一電機，本專利在其基礎上進行了改進，通過利用重擺調整俯仰角的方式來實現深度動態控制，通過左右推進器實現轉向，使機器人的姿態調節更加靈活。目前的水下機器人普遍存在的問題是體積較大，結構複雜，轉向半徑較大、造價高等，這在很大程度上限制了水下機器人的應用，如何改進結構，使水下機器人能夠克服上述問題，成為 申請人:關注和研究的新課題。

【發明內容】

[0004]本發明為解決上述問題，提供一種運動靈活，結構簡單、體積較小、抗流能力較強的水下球形機器人。
[0005]為了達到上述目的，本發明提供一種帶三推進器二重擺水下球形機器人，它包括:
[0006]球殼，包括組成一個球體的前後殼體，其中一個球殼與三個導管推進器固連，另一個可以裝拆，以便內部結構的維護，殼體材料為透明的有機玻璃；
[0007]直線推進的導管推進器機構，其包括三個貫穿球體的導管推進器，其中中間的導管推進器貫穿球體中軸線，其他兩個導管推進器在中間導管推進器左右兩邊對稱分布；
[0008]控制轉向的導管推進器機構，即直線推進的導管推進器機構中的中間導管推進器左右兩邊的導管推進器，通過控制左右兩邊導管推進器的推力差，即可實現轉向；
[0009]俯仰姿態調節機構，包括基架、驅動電機、若干傳動結構和兩個重擺，通過使重擺擺動時重擺對機器人的反作用力，實現機器人的俯仰姿態調節；
[0010]俯仰姿態調節機構中基架固定在中間的導管推進器的中間位置上，基架成長方體，基架上平面固定有驅動電機及其支架、傳遞運動的軸及其支架，通過帶傳動實現了電機軸的轉動到兩側連接重擺的軸即重擺軸的轉動的運動傳遞，基架的左右兩面開有軸承座以及螺紋孔，重擺軸為階梯軸，一端與基架側壁上的軸承形成配合，一端通過軸肩、鍵及螺母固定重擺，在重擺軸中間部分設有若干軸肩及鍵槽，用以固定帶輪、軸承、套筒等，重擺軸上的一個軸承與基架壁上的軸承座配合，另一軸承與所設計的法蘭蓋配合，而法蘭蓋固定在基架壁上，通過螺釘連接，從而通過上述結構實現了重擺的支撐及擺動。
[0011]本發明提供的一種擺式三推進器水下球形機器人具有如下優點:
[0012]通過三個推進器可以使機器人實現直線運動及其轉向，使用的推進器相對現在普遍的開架式水下機器人較少，但是轉向半徑可以為零，即方向調節較為靈活，並且結構也較為簡單，成本也較低。通過重擺的反作用力調節機器人的俯仰姿態，並且重擺還可以調節機器人的重心，使機器人的抗流能力提高。機器人的球形形狀使轉向更為靈活，並且流線型外殼也增強了抗流能力。球殼的材料為透明的有機玻璃，有利於實驗觀察內部機構運轉，也有利於搭載的傳感器觀察水域信息。故可將本機器人作為海底偵察設備、水中與水底的作業系統和通訊系統的載體，執行人類無法直接完成的近海域多種作業任務。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發明提供的機器人的外部正視圖。
[0014]圖2為本發明提供的機器人的內部結構正視圖。
[0015]圖3為本發明提供的機器人的內部結構上視圖。
[0016]圖4為本發明提供的機器人內部結構側視圖。
[0017]圖5為本發明提供的機器人內部結構等軸左視圖。
[0018]圖6為本發明提供的機器人內部結構等軸右視圖。
[0019]圖7為本發明機提供的器人重擺傳動機構剖面示意圖。
[0020]圖中標號:1:右推進器2:中間推進器3:左推進器4:重擺橫向固定螺母5:傳動帶6:法蘭蓋7:上帶輪固定螺母8:上傳動軸支撐座9:上傳動軸10:驅動電機11:驅動電機支撐座12:球殼13:重擺14:基架15:重擺傳動軸16:重擺支撐軸承17:帶輪18:套筒19:螺釘
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，一種三推進器水下球形機器人，它擁有球形的外殼，以及左、中、右三個推進器，在機器人直線行走時，可控制三個推進器以同樣的推動力運行，從而機器人可沿著既定方向直線運動，如果需要機器人轉向，則可以控制右推進器I和左推進器3的推力使左右推進器有推力差，則會對機器人產生轉向力矩，從而使機器人轉向。
[0022]如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，機器人通過右推進器I和左推進器3來控制轉向，通過重擺16的擺動來控制機器人的俯仰姿態，當控制重擺16擺動時，重擺16會給機器人一個反作用力，從而會使機器人的俯仰姿態發生改變，同時重擺16也有調節重心的作用，使機器人得以保持某一俯仰姿態。通過調節重擺16的重量，可使機器人在水中可以懸浮，從而可以使機器人的方向的調整、姿態的變化更加靈活。為了使兩側重擺同步擺動，使用了上傳動軸9，上傳動軸9兩端有與其固定的帶輪，在驅動電機10伸出的軸端也固定有帶輪，驅動電機10伸出的軸上的帶輪、上傳動軸9軸一端的帶輪與同側的帶輪17處於同一平面，通過雙排V型帶傳動，同理，上傳動軸9另一端的帶輪與其同側的帶輪17也處於同一平面，通過雙排V型帶傳動，這樣，通過上傳動軸9，既可實現兩側的重擺13運動同步。通過重擺擺動調節機器人的俯仰姿態，即可以調節機器人的深度，利用深度傳感器和陀螺儀不斷的檢測機器人的深度和俯仰的角度，機器人根據檢測到的信號與預設值進行比較，判斷是否需要改變深度，當需要改變深度時，驅動電機10控制重擺13擺動一定角度，從而改變機器人俯仰角，機器人繼續推進，繼而改變深度位置。
[0023]如圖7所示，重擺傳動機構剖面視圖，側壁內裝有軸承，重擺軸15與基架側壁內的軸承通過軸肩固定，帶輪17左側通過軸肩與軸軸向固定，右側通過套筒18軸向固定，帶輪與重擺軸15是通過鍵來傳遞運動。套筒18左側與帶輪17接觸，右側與軸承16的內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，重擺在軸向通過軸肩和螺母4與重擺軸固定，周向則通過鍵實現運動的傳遞。
【權利要求】
1.一種擺式三推進器水下球形機器人，它包括: 球殼，包括組成一個球體的前後殼體，其中一個殼體與三個導管推進器固連，另一個可以裝拆，以便內部結構的維護，殼體材料為透明的有機玻璃； 直線推進的導管推進器機構，其包括三個貫穿球體的導管推進器，其中中間的導管推進器貫穿球體中軸線，其他兩個導管推進器在中間導管推進器左右兩邊對稱分布； 控制轉向的導管推進器機構，即直線推進的導管推進器機構中的中間導管推進器左右兩邊的導管推進器，通過控制左右兩邊導管推進器的推力差，即可實現轉向； 俯仰姿態調節機構，其包括基架、驅動電機、若干傳動結構和兩個重擺，通過使重擺擺動時重擺對機器人的反作用力，實現機器人的俯仰姿態調節。
2.根據權利要求1所述的一種擺式三推進器水下球形機器人，其特徵在於:俯仰姿態調節機構中基架固定在中間的導管推進器的中間位置上，基架成長方體，基架上平面固定有驅動電機及其支架、傳遞運動的軸及其支架，通過帶傳動實現了電機軸的轉動到兩側連接重擺的軸即重擺軸的轉動的運動傳遞，基架的左右兩面開有軸承座以及螺紋孔，重擺軸為階梯軸，一端與基架側壁上的軸承形成配合，一端通過軸肩、鍵及螺母固定重擺，在重擺軸中間部分設有若干軸肩及鍵槽，用以固定帶輪、軸承、套筒等，重擺軸上的一個軸承與基架壁上的軸承座配合，另一軸承與所設計的法蘭蓋配合，而法蘭蓋固定在基架壁上，通過螺釘連接，從而通過上述結構實現了重擺的支撐及擺動。
【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 優先權日:2014年3月20日
【發明者】孫漢旭, 張延恆, 褚明, 劉家倫, 李豔生, 左權 申請人:北京郵電大學