专利名称：舵翼式微小型水下机器人的制作方法
技术领域：
一种舵翼式微小型水下机器人，可以在海洋环境下自主地定深定向航行。用于海洋开发、海洋科考或军事领域。
背景技术：
一般的水下机器人欲实现各方向的运动能力，必须在纵向、横向和垂向装备包括主推进器、侧推力器和垂向推力器在内的多种推力器，一般总数大于5个。它们需占据较大的空间，并且破坏了机器人的整体线型，导致阻力增加，能耗加大，不利于长时间航行。另一方面，当水下机器人以较高的航速前行时，横向和垂向推力器的功效急剧下降，不能有效地控制机器人的航向和纵倾。对于更加重视航速和航程指标的水下机器人，应装备舵、翼等操纵面或利用主推进器实现较高航速下的操纵性能。
微小型水下机器人的长度一般小于2.0米，其活动空间也是水下三维。由于它体积小，载荷空间和能力有限，所带能源不足，不适合装备侧推力器和垂向推力器。而舵和翼的操纵频率低、能耗小，高速下操纵能力强，特别适用于微小型水下机器人。
舵翼式微小型水下机器人具有体积小、重量轻、机动灵活、隐身性好、搭载方便、成本低、可批量生产和使用等特点，在增强海军实力和提高海洋资源的开发利用能力方面发挥着独特的不可替代的作用。美国等发达国家已经充分认识到了这种微小型水下机器人的重要性，投入大量人力物力进行研究。
日本东京大学1990年研制的PTEROA150总长1.575米，排水量220公斤，采用尾部双推进器推进，由可调的水平尾翼和可调的垂直尾舵实现纵倾和航向调整，可在水中续航40分钟，携带超声测距、水下TV、惯性导航系统、爆燃式压载排出装置。该机器人是海洋环境检测水下机器人的先期实验样机。2002年，美国Nekton公司研制了一种只在水面工作的低成本、单一任务的舵翼式微小型水下机器人Renger(巡逻兵)，它只装备一个推力器，靠一个垂直舵改变航向，装有温盐深、叶绿素、含氧量等传感器，主要用于海洋环境监测及多机器人的协调控制研究。
目前国内尚没有只安装主推进器的舵翼式微小型水下机器人。
发明内容
本实用新型提供了一种舵翼式微小型水下机器人，它以双主推进器、舵翼结合的方式实现水下机器人的定深定向航行，与一般水下机器人相比省掉了横向和垂向推力器，具有结构相对简单、操纵灵活、运转可靠、成本低廉等优点。
舵翼式微小型水下机器人的主要结构包括躯体、左右两个主推进器、可调攻角水平舵、垂直稳定翼、深度计、磁罗经、步进电机和控制计算机。其中，两个主推进器分别安装于水下机器人躯体的两侧，可调攻角水平舵和垂直稳定翼各两个，分别对称地布置于水下机器人的尾部，深度计安装于躯体的下方，磁罗经、步进电机和控制电脑位于水下机器人的水密舱内，步进电机通过动密封驱动可调攻角水平舵。
航行时，由两个主推进器推动水下机器人航行，左右主推进器的转向和推力分别可调，当左右主推进器的推力相同时，水下机器人作直航运动，此时垂直稳定翼起稳定航向的作用；当左右主推进器的推力不同时，则水下机器人作回航运动；当一个推进器正转发出推力，而另一个推进器反转，发出反方向的推力时，水下机器人可实现原地回转。当确定某一航向航行时，如偏离了航向，则磁罗经将偏离信号传递给控制计算机，控制计算机根据偏离的量值，向左右推进器发出命令，修正航向，使水下机器人保持航向航行。
航行中，深度计始终将水下机器人自身的深度信号反馈给控制计算机，要使水下机器人在某一深度航行，则控制计算机实时地根据深度差值发出命令，使步进电机带动可调攻角水平舵改变攻角，产生升力，调整水下机器人的纵倾，从而改变航行的深度。
图1舵翼式微小型水下机器人系统构成示意图图2舵翼式微小型水下机器人航行系统控制框图具体实施方式
下面给出本实用新型的优选实施方式，并结合附图加以说明。
如图1所示，舵翼式微小型水下机器人的主要结构包括躯体0、左右两个主推进器1、可调攻角水平舵2、垂直稳定翼3、深度计4、磁罗经5、步进电机6和控制计算机7。其中，躯体0为具有扁圆截面的长方形壳体，非水密部分可采用铝合金或玻璃钢制作，内置的水密舱为双圆柱铝合金水密耐压壳体；躯体0的长度约为1.0米，长宽比为2∶1。可调攻角水平舵2和垂直稳定翼3各两个，分别对称地布置于躯体0尾部的两侧，且均由铝合金制成；两个主推进器1为Model-250型磁耦合水下导管推进器，分别安装于躯体0的两侧、可调攻角水平舵2之前；深度计4为JYB-KO-LVG型，安装在躯体0的下方并直接与水接触；磁罗经5、步进电机6和控制计算机7位于躯体0内部的水密舱内；步进电机6的型号为KH42JM2(直流24V)，借助常规设计的传动机构带动可调攻角水平舵2转动，并在穿越壳体处加装动密封。磁罗经5的型号为HWR3000。控制计算机7为PC104总线MSMP3XEV-400C-64M-P+-E47。
如图2所示，深度计4、磁罗经5将深度和航向信息发送给控制计算机7，左右两台主推进器1和步进电机6分别接受控制计算机7的指令。自主运动控制程序预先存储在控制计算机7中。
该水下机器人航行时，由主推进器1提供推力使机器人航行，当左右两台主推进器1发出的推力相同时，水下机器人处于直航状态，此时，垂直稳定翼3起到稳定航向的作用。当左右主推进器1发出的推力不同时，水下机器人将改变航向。如确定水下机器人按某一既定的航向航行，则磁罗经5随时将航向信息传递给控制计算机7，控制计算机7根据既定航向与目前航向的差距，向主推进器1发出命令，调整左右主推进器发出的推力，修正航向，使水下机器人保持航向航行。如要求水下机器人在某一深度航行，则深度计4随时将深度信息传递给控制计算机7，控制计算机7根据给定深度与目前深度的差距，向步进电机6发出命令，带动可调攻角水平舵2转动，使水下机器人呈纵倾状态航行，以改变下潜深度。当水下机器人的深度达到给定深度时，可调攻角水平舵2调回到零舵角位置，它将起到稳定翼的作用，可使水下机器人无纵倾航行。
本实用新型可实现水下定深定向航行，并具有结构相对简单、操纵灵活、运转可靠、密封方式适合水下环境等优点，特别适用于海洋开发、海洋科考及各种军事领域。
权利要求1.一种舵翼式微小型水下机器人，其特征在于它包括躯体(0)、左右两个主推进器(1)、可调攻角水平舵(2)、垂直稳定翼(3)、深度计(4)、磁罗经(5)、步进电机(6)和控制计算机(7)；其中，躯体0为具有扁圆截面的长方形壳体，内置封闭筒式水密舱；可调攻角水平舵(2)和垂直稳定翼(3)各两个，分别对称地布置于躯体(0)尾部的两侧；两个主推进器(1)分别安装于躯体(0)的两侧、可调攻角水平舵(2)之前；深度计(4)安装在躯体(0)的下方，直接与水接触；磁罗经(5)、步进电机(6)和控制计算机(7)位于躯体(0)内部的水密舱内；步进电机(6)与可调攻角水平舵(2)转轴机械连接，并在穿越壳体处加装动密封；深度计(4)、磁罗经5分别将深度和航向信息发送给控制计算机(7)；左右两台主推进器(1)和步进电机(6)分别接受控制计算机(7)的指令；自主运动控制程序预先存储在控制计算机(7)中。
专利摘要一种舵翼式微小型水下机器人，它是以双主推进器、舵翼结合的方式实现水下机器人的定深定向航行，与一般水下机器人相比省掉了横向和垂向推力器。其主要结构包括躯体、左右两个主推进器、可调攻角水平舵、垂直稳定翼、深度计、磁罗经、步进电机和控制计算机。躯体长度约为1.0米，长宽比为2∶1。航行时，由左右两个主推进器推动水下机器人航行，由磁罗经和深度计将航向和深度信号实时地反馈给控制计算机，并由控制计算机控制主推进器和可调攻角水平舵，保持一定的航向和下潜深度。本实用新型具有结构简单、操控方便、运行可靠、成本低廉等优点，可以在海洋环境下自主地定深定向航行。特别适用于海洋开发、海洋科考或军事领域。
文档编号B63G8/00GK2892668SQ20062002085
公开日2007年4月25日 申请日期2006年5月18日 优先权日2006年5月18日
发明者苏玉民, 万磊, 庞永杰, 李晔, 秦再白 申请人:哈尔滨工程大学