一種仿生多航態深海無人潛水器的製作方法

2023-10-17 21:01:39

本發明涉及一種潛水器，尤其涉及一種仿生多航態深海無人潛水器。

背景技術：

隨著人們對於海洋的開發，海底環境採樣變得十分迫切，深海環境中尤其是海底環境複雜多變，對於海底環境的研究，普通的深海無人潛水器往往只進行海洋環境探測、深海搜救、特定載荷布放等任務，很難進行定點作業、海底爬行、海底目標採樣。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決目前深海無人潛水器不能進行海底行走、海底目標採樣的問題而提供一種仿生多航態深海無人潛水器。

本發明的目的是這樣實現的：在深海無人潛水器本體的艏部的中心位置設置有水下攝像機、艏部的兩側分別設置有可伸縮的機械手，深海無人潛水器本體的中部的兩側分別設置有側掃聲納，深海無人潛水器本體的尾部設置有仿金槍魚尾鰭，深海無人潛水器本體的下方設置有三組凹槽，每組凹槽中設置有一組步行足，每組步行足有兩條，每條步行足包括安裝在深海無人潛水器本體內的一號電機、與一號電機輸出軸鉸接的一號臂、與一號臂端部鉸接的二號臂、與二號臂端部鉸接的三號臂，在一號臂與二號臂的鉸接處、二號臂與三號臂的鉸接處分別設置有二號電機和三號電機，所述二號臂是彎臂。

本發明還包括這樣一些結構特徵：

1.深海航行狀態時，靠近深海無人潛水器本體艏部的一組步行足摺疊構成艏舵，其餘兩組步行足收縮至對應的凹槽中；

海底行走狀態時，三組步行足均伸開至行走狀態；

定點作業狀態：三組步行足處於固定點，位於艏部的兩個機械手伸出至工作狀態。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明採用仿生學構建金槍魚尾鰭模型並將步行足應用到深海無人潛水器上，使得深海無人潛水器實現海底行走功能，將機械手與水下攝像機安裝在艏部，實現精確定點作業目標採樣功能，使得深海無人潛水器的功能得到了進一步的拓展。

附圖說明

圖1為深海無人潛水器背面結構示意圖；

圖2為深海無人潛水器底面結構示意圖；

圖3為深海無人潛水器側面結構示意圖；

圖4為深海無人潛水器深海航行示意圖；

圖5為深海無人潛水器海底行走示意圖；

圖6為深海無人潛水器定點作業示意圖；

圖7為深海無人潛水器步行足的行走狀態示意圖；

圖8為深海無人潛水器艏部的步行足變化成首舵的狀態示意圖；

圖9為深海無人潛水器步行足收縮至底部凹槽的狀態示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。

結合圖1至圖3，本發明包括深海無人潛水器本體1、機械手2(在艏部兩側機械手尾端有兩個開口，機械手收縮後可以通過開口進入深海無人潛水器本體內儲存)、水下攝像機3、步行足4(共三組，艏部的一組可通過摺疊變為首舵)、在深海無人潛水器步行足下方底部，分別有三組凹槽5、尾鰭6、側掃聲納7，在深海中能夠完成多種航態:深海航行狀態、海底行走狀態、定點作業狀態。

每條步行足有三條臂：一號臂a、二號臂b、三號臂c，在關節連接處裝有電機：二號電機d、三號電機e，三號電機e控制連接三號臂c的轉動，二號電機d控制二號臂b的轉動，一號臂a通過一號電機連接在在深海無人潛水器本體凹槽處，通過電機的轉動來控制步行足的姿態，艏部的一組步行足可以通過電機控制摺疊變為首舵，步行足還有行走狀態和收縮至底部凹槽的狀態，在行走狀態時，一號臂a通過與水下無人航行器本體連接的電機控制進行轉動，從而實現行走功能；

尾鰭是由多節電機連接構成的，通過每節電機的轉動實現尾鰭的整體擺動功能；

深海無人潛水器本體艏部兩側有開口，艏部兩側的機械手可以通過電機控制伸出深海無人潛水器本體和收縮至深海無人潛水器本體內，水下攝像機安裝在深海無人潛水器本體艏部偏下位置，在深海無人潛水器本體兩側有三組步行足，在步行足下方的深海無人潛水器本體底部對應有三組凹槽，步行足可通過電機控制進行收縮和伸展，不用時通過電機控制摺疊收縮至底部凹槽中，應用時通過電機控制從凹槽中伸出，艏部的步行足可以通過電機控制摺疊成首舵，尾鰭通過深海無人潛水器本體內的電機進行控制，從而左右擺動，側掃聲納安裝在深海無人潛水器本體中部兩側位置，具有探測功能；

本發明具有以下航態：

深海航行狀態：如圖4所示，在深海航行狀態下，艏部的機械手通過深海無人潛水器本體前端的開口，通過電機控制，收縮至深海無人潛水器本體內，中部和後部的兩組步行足通過電機控制，收縮摺疊到深海無人潛水器底部的凹槽內，艏部的步行足通過電機控制，摺疊成首舵，深海無人潛水器通過尾鰭和首舵的操縱來實現航向和深度控制，通過尾鰭的擺動提供推力和航向變化，通過首舵的變換改變深海無人潛水器的深度，尾鰭安裝在深海無人潛水器的尾部，採用仿生學，根據金槍魚尾鰭構建三維模型並進行設計，其作用是通過擺動提供深海無人潛水器的動力，以及控制深海無人潛水器的航行方向，首舵安裝在深海無人潛水器的艏部兩側位置，是由艏部的一組步行足通過摺疊變化而成，其作用是通過調節首舵，控制深海無人潛水器的縱傾角，從而對深海無人潛水器進行深度控制；

海底行走狀態：如圖5所示，當深海無人潛水器發現並抵近目標後，利用水下攝像機再次探測，進行目標確認，當目標完全確認後，深海無人潛水器從底部凹槽內伸出步行足，首舵通過電機控制，展開成步行足，降落到目標附近，通過海底行走靠近目標，水下攝像機安裝在深海無人潛水器艏部位置，其作用是對目標進行再探測，進而確認目標，步行足安裝在深海無人潛水器中部兩側位置，共三組，不用時收縮至深海無人潛水器底部凹槽內，應用時伸出，其作用是在深海無人潛水器降落到目標附近後，此時尾鰭不提供動力，通過步行足提供動力前進，通過步行足行走到目標位置；

定點作業狀態：如圖6所示，當深海無人潛水器爬行到達目標位置後，位於艏部的機械手通過電機控制從深海無人潛水器本體艏部的兩側開口內伸出，基於攜帶的水下攝像機和步行足，完成自主取樣的任務，水下攝像機的作用是輔助機械手進行目標採樣，機械手安裝在深海無人潛水器艏部兩側位置，其作用是基於水下攝像機的輔助，通過伸縮靠近目標，進行目標採樣，步行足其作用是保持深海無人潛水器的位置和姿態。