碟形潛水器的製作方法

2023-06-22 12:25:21

專利名稱：碟形潛水器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是機器人領域，具體地說是水下工作的機器人。
背景技術：
水下機器人是先進機器人技術在水下的特殊應用，是機械學科與信息學科相結合的前沿技術領域，是人類探索和開發海洋的有效工具。水下機器人的研究和廣泛應用對於充分利用自然資源，發展國民經濟具有十分重要現實意義。但是現今的水下機器人一般有類魚雷的流線型機器人，該類機器人適合遠程高速運行，但是轉彎等需要轉彎半徑，運動不夠靈活。開架式的水下作業機器人雖然無轉彎半徑，但是運行阻力大且結構無法封閉。作業機器人需要有著靈活的機動能力、具有封閉外形、運行阻力小、結構簡單穩定性高、具有較少或者完全沒有外掛動力及舵系設備的機器人。這樣的機器人在海洋工程作業的時候不易被纏繞。國內外研究現狀及發展趨勢國內非常規外形水下機器人研究現狀翟宇毅等人在《一種超小型碟形水下機器人設計》中提到了一款水下機器人該水下機器人利用兩個螺旋槳，能夠完成多個自由度方向的運動。與通常超小型水下機器人相比，該碟形水下機器人的特點是採用可兩軸旋轉的水平螺旋槳來同步實現機器人的升降與/或橫向水平運動。從設計來看，碟形潛水器結構簡單，但在控制系統方面要求比較高，也要求控制單片機有較高的運算速度以滿足實時控制，在控制方面其水下機器人僅作橫向運動，而其他方向不能有運動。在不同的環境和不同的條件下，換算關係並不完全一樣，就算在同樣的環境中，不同方向上的換算也有差別，因此實際速度的合成與理想狀態下的速度合成有較大的誤差。在上海交通大學學報2003年8月37卷8期中，張新曙等人發表的《碟形潛水器水動力性能研究》中也提到了一種碟形水下機器人，具有橢圓橫截面的扁平機器人。但是該機器人並非圓碟形，並且該機器人只是機器人主體應用扁平形狀，仍然通過外掛舵系及螺旋槳推進器進行驅動。仍然存在纏繞問題國外非常規外形水下機器人研究現狀Perry公司推出的第二代「鯨魚座II」水下智慧機器人，也採用了橢圓截面的扁平水動力外形，但是該機器人依然配有外掛的舵系，通過推進器和舵的配合來改變運動姿態並且不能實現原地三軸姿態調整。

發明內容
本發明的目的在於提供具有封閉外形、運行阻力小、結構簡單穩定性高、具有較少或者完全沒有外掛動力及舵系設備的碟形潛水器。本發明的目的是這樣實現的本發明碟形潛水器，其特徵是包括機架以及安裝在機架上的浮力材、水泵、平衡管、橡膠管和電池倉，橡膠管一端套在水泵上、另一端即噴口端固定在機架側面面向外側。
本發明還可以包括
I、所述的機架包括蝶形的外圈和設置在外圈裡的龍骨。2、所述的平衡管包括外殼以及安裝在外殼裡的導軌、滑塊、電機，滑塊安裝在導軌上，電機驅動滑塊在導軌上移動。3、所述的平衡管有兩個，兩個 平衡管呈十字形安裝在機架的中心位置。4、所述的橡膠管和水泵有四組，相鄰橡膠管的噴口端成90度角。5、所述的浮力材有四個，四個浮力材圍繞機架圓心均勻布置。6、機架外安裝擾流殼，在機架上、橡膠管噴口端旁開設進水口以使得水進入擾流殼內部。本發明的優勢在於1、靈活，可以實現無轉彎半徑的水下運動；2、具有全封閉的水動力外形，沒有外掛物，無外露推進器的軸系、舵系等結構，使得該發明水動力性能優異。
3、矢量噴水推進，不易纏繞，結構簡單；4、能夠實現三維運動；5、能夠在傳感器的幫助下實現自主巡遊、避障功能和遙控功能。


圖I是本發明的是本發明的俯視圖(不含擾流外殼)；圖2是本發明的側視圖(不含擾流外殼)；圖3是本發明的結構簡圖；圖4是本發明控制系統框圖；圖5是本發明的矢量推進布置圖；圖6是本發明基於SVM預測控制器結構；圖7是本發明基於SVM預測精度。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述結合圖I 7，圖I及圖2均對外殼進行透明化處理。圖中1-1尼龍機架上，機架通過15-1，、15-2、15-3、15-4四個孔，用內六角螺栓固定在碳纖維外殼(底殼)上。碳纖維外殼(頂殼)通過螺栓固定在機架1-1上面的14-1、14-2、14-3、14-4、14-5、14-6孔上，整機外殼部分固定完成，浮力材2-1、2-2、2-3、2-4利用矽膠固定在碳纖維外殼(頂部)的內側，碟形潛器內部的所有部件都固定在機架上1-1。電池倉3-1、3-2通過矽膠固定在機架上。水泵5-1、5-2、5-3、5-4通不鏽鋼扎螺紋扎帶13_1、13_2、13_3、13_4固定在機架1_1上。橡膠管4-1、4-2、4-3、4-4 一端套在水泵5-1、5_2、5-3、5_4的噴水口處，一端固定在機架側面向外噴水提供動力。平衡(圓筒)管6-1、6-2外殼用來防水作用，內部由導軌(絲槓)7-1、滑塊8-1、電機9-1組裝而成，滑塊沿導軌移動調節碟形潛器的重心位置。平衡管6-1利用不鏽鋼螺紋扎帶10-1、10-2固定在機架上，平衡管6-2利用不鏽鋼螺紋扎帶12-1、12-2固定在機架上。該機器人的控制系統如圖4所示，包括嵌入式計算機，姿態傳感器，深度傳感器，電機驅動器，步進電機驅動器，無線調試模塊、電源管理系統。其中嵌入式計算機系統主要負責採集姿態傳感器數據及底層驅動板採集的深度傳感器數據、電源電流電壓值、洩漏傳感器數據。
該套控制系統以嵌入式計算機為核心，姿態傳感器及GPS通過RS232接口與嵌入式計算機相連。無線通訊系統轉換器通過乙太網接口與嵌入式相連。嵌入式計算機通過RS232接口與CAN總線控制器相連，底層驅動元件均掛載在CAN總線上。底層驅動元件採用STM32單片器，通過該單片機接收嵌入式計算機的控制指令來驅動水泵及步進電機，並讀取深度傳感器值及電池電壓信息將信息匯總打包後返回給嵌入式計算機。本發明的工作原理如下如圖I和圖2，噴水口嵌於機體外殼邊緣處，呈矢量布局。相鄰兩個噴口角度成90°，如圖6。這四臺推進器的推力經過適量合成，將會產
生一個大小為I； =[;AU推力。及大小為
權利要求
1.碟形潛水器，其特徵是包括機架以及安裝在機架上的浮力材、水泵、平衡管、橡膠管和電池倉，橡膠管一端套在水泵上、另一端即噴口端固定在機架側面面向外側。
2.根據權利要求I所述的碟形潛水器，其特徵是所述的機架包括蝶形的外圈和設置在外圈裡的龍骨。
3.根據權利要求2所述的碟形潛水器，其特徵是所述的平衡管包括外殼以及安裝在外殼裡的導軌、滑塊、電機，滑塊安裝在導軌上，電機驅動滑塊在導軌上移動。
4.根據權利要求3所述的碟形潛水器，其特徵是所述的平衡管有兩個，兩個平衡管呈十字形安裝在機架的中心位置。
5.根據權利要求4所述的碟形潛水器，其特徵是所述的橡膠管和水泵有四組，相鄰橡膠管的噴口端成90度角。
6.根據權利要求5所述的碟形潛水器，其特徵是所述的浮力材有四個，四個浮力材圍繞機架圓心均勻布置。
7.根據權利要求6所述的碟形潛水器，其特徵是機架外安裝擾流殼，在機架上、橡膠管噴口端旁開設進水口以使得水進入擾流殼內部。
全文摘要
本發明的目的在於提供碟形潛水器，其特徵是包括機架以及安裝在機架上的浮力材、水泵、平衡管、橡膠管和電池倉，橡膠管一端套在水泵上、另一端即噴口端固定在機架側面面向外側。本發明靈活，可以實現無轉彎半徑的水下運動；具有全封閉的水動力外形，沒有外掛物，無外露推進器的軸系、舵系等結構，使得該發明水動力性能優異；矢量噴水推進，不易纏繞，結構簡單；能夠實現三維運動；能夠在傳感器的幫助下實現自主巡遊、避障功能和遙控功能。
文檔編號B63C11/00GK102616353SQ20121011177
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者劉文智, 劉曉陽, 葉秀芬, 張繼宇, 張超, 李海波, 王天, 王英東, 王雷, 許長魁, 黃振棟 申請人:哈爾濱工程大學