一种摆式三推进器水下球形机器人的制作方法
【专利摘要】【技术领域】：本发明涉及一种水下机器人研究领域，尤指一种带有三推进器和重摆的新型球形水下机器人。本发明公开了一种通过推进器实现转向、通过重摆实现俯仰姿态调节的球形水下机器人。该机器人使用透明有机玻璃材料外壳，三推进器均贯通球壳，通过两侧推进器的推力差实现机器人的转向，通过使重摆转动时重摆的反作用力实现俯仰姿态的变化，同时重摆也可调节机器人的重心使其姿态稳定。通过调节向前推进时机器人的姿态变化即可调节机器人的深度。通过调节重摆的重量可以使机器人的重量与浮力相等，从而实现在水中悬浮。
【专利说明】一种摆式三推进器水下球形机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水下机器人研究领域，尤指一种带有三推进器和重摆的新型球形水下机器人。
【背景技术】
[0002]随着人类对海洋探索的不断深化，水下机器人成为了人类进行海洋开发的最重要的手段。水下机器人可以实现对海底地形的探测，对于某些需要进行建筑施工的海底(如海底隧道、跨海桥)，机器人可以对拟进行施工的海底区域进行探测，通过机器人传来的海底图像，工程人员可以找到施工困难相对最小的区域，从而找到最佳的施工路线。水下机器人同时可以对海底的一些石油管道、石油竖井等进行检测，如果管道泄漏，则可以使机器人沿着管道航行，通过摄像头或固定的油检测传感器，可以很快定位管道故障的位置。同时，水下机器人在军事上也同样有应用价值，小型AUV可以在潜艇无法进入的区域进行无人侦查，类似无人机。
[0003]现在已经有了一些相关的球形水下机器人的发明，如申请号200910084791.x专利中公开了一种六自由度水下球形机器人，该机器人设有储水设备和长轴第一电机，本专利在其基础上进行了改进，通过利用重摆调整俯仰角的方式来实现深度动态控制，通过左右推进器实现转向，使机器人的姿态调节更加灵活。目前的水下机器人普遍存在的问题是体积较大，结构复杂，转向半径较大、造价高等，这在很大程度上限制了水下机器人的应用，如何改进结构，使水下机器人能够克服上述问题，成为 申请人:关注和研究的新课题。
【发明内容】
[0004]本发明为解决上述问题，提供一种运动灵活，结构简单、体积较小、抗流能力较强的水下球形机器人。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供一种带三推进器二重摆水下球形机器人，它包括:
[0006]球壳，包括组成一个球体的前后壳体，其中一个球壳与三个导管推进器固连，另一个可以装拆，以便内部结构的维护，壳体材料为透明的有机玻璃；
[0007]直线推进的导管推进器机构，其包括三个贯穿球体的导管推进器，其中中间的导管推进器贯穿球体中轴线，其他两个导管推进器在中间导管推进器左右两边对称分布；
[0008]控制转向的导管推进器机构，即直线推进的导管推进器机构中的中间导管推进器左右两边的导管推进器，通过控制左右两边导管推进器的推力差，即可实现转向；
[0009]俯仰姿态调节机构，包括基架、驱动电机、若干传动结构和两个重摆，通过使重摆摆动时重摆对机器人的反作用力，实现机器人的俯仰姿态调节；
[0010]俯仰姿态调节机构中基架固定在中间的导管推进器的中间位置上，基架成长方体，基架上平面固定有驱动电机及其支架、传递运动的轴及其支架，通过带传动实现了电机轴的转动到两侧连接重摆的轴即重摆轴的转动的运动传递，基架的左右两面开有轴承座以及螺纹孔，重摆轴为阶梯轴，一端与基架侧壁上的轴承形成配合，一端通过轴肩、键及螺母固定重摆，在重摆轴中间部分设有若干轴肩及键槽，用以固定带轮、轴承、套筒等，重摆轴上的一个轴承与基架壁上的轴承座配合，另一轴承与所设计的法兰盖配合，而法兰盖固定在基架壁上，通过螺钉连接，从而通过上述结构实现了重摆的支撑及摆动。
[0011]本发明提供的一种摆式三推进器水下球形机器人具有如下优点:
[0012]通过三个推进器可以使机器人实现直线运动及其转向，使用的推进器相对现在普遍的开架式水下机器人较少，但是转向半径可以为零，即方向调节较为灵活，并且结构也较为简单，成本也较低。通过重摆的反作用力调节机器人的俯仰姿态，并且重摆还可以调节机器人的重心，使机器人的抗流能力提高。机器人的球形形状使转向更为灵活，并且流线型外壳也增强了抗流能力。球壳的材料为透明的有机玻璃，有利于实验观察内部机构运转，也有利于搭载的传感器观察水域信息。故可将本机器人作为海底侦察设备、水中与水底的操作系统和通讯系统的载体，执行人类无法直接完成的近海域多种作业任务。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明提供的机器人的外部正视图。
[0014]图2为本发明提供的机器人的内部结构正视图。
[0015]图3为本发明提供的机器人的内部结构上视图。
[0016]图4为本发明提供的机器人内部结构侧视图。
[0017]图5为本发明提供的机器人内部结构等轴左视图。
[0018]图6为本发明提供的机器人内部结构等轴右视图。
[0019]图7为本发明机提供的器人重摆传动机构剖面示意图。
[0020]图中标号:1:右推进器2:中间推进器3:左推进器4:重摆横向固定螺母5:传动带6:法兰盖7:上带轮固定螺母8:上传动轴支撑座9:上传动轴10:驱动电机11:驱动电机支撑座12:球壳13:重摆14:基架15:重摆传动轴16:重摆支撑轴承17:带轮18:套筒19:螺钉
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，一种三推进器水下球形机器人，它拥有球形的外壳，以及左、中、右三个推进器，在机器人直线行走时，可控制三个推进器以同样的推动力运行，从而机器人可沿着既定方向直线运动，如果需要机器人转向，则可以控制右推进器I和左推进器3的推力使左右推进器有推力差，则会对机器人产生转向力矩，从而使机器人转向。
[0022]如图2、图3、图4、图5、图6所示，机器人通过右推进器I和左推进器3来控制转向，通过重摆16的摆动来控制机器人的俯仰姿态，当控制重摆16摆动时，重摆16会给机器人一个反作用力，从而会使机器人的俯仰姿态发生改变，同时重摆16也有调节重心的作用，使机器人得以保持某一俯仰姿态。通过调节重摆16的重量，可使机器人在水中可以悬浮，从而可以使机器人的方向的调整、姿态的变化更加灵活。为了使两侧重摆同步摆动，使用了上传动轴9，上传动轴9两端有与其固定的带轮，在驱动电机10伸出的轴端也固定有带轮，驱动电机10伸出的轴上的带轮、上传动轴9轴一端的带轮与同侧的带轮17处于同一平面，通过双排V型带传动，同理，上传动轴9另一端的带轮与其同侧的带轮17也处于同一平面，通过双排V型带传动，这样，通过上传动轴9，既可实现两侧的重摆13运动同步。通过重摆摆动调节机器人的俯仰姿态，即可以调节机器人的深度，利用深度传感器和陀螺仪不断的检测机器人的深度和俯仰的角度，机器人根据检测到的信号与预设值进行比较，判断是否需要改变深度，当需要改变深度时，驱动电机10控制重摆13摆动一定角度，从而改变机器人俯仰角，机器人继续推进，继而改变深度位置。
[0023]如图7所示，重摆传动机构剖面视图，侧壁内装有轴承，重摆轴15与基架侧壁内的轴承通过轴肩固定，带轮17左侧通过轴肩与轴轴向固定，右侧通过套筒18轴向固定，带轮与重摆轴15是通过键来传递运动。套筒18左侧与带轮17接触，右侧与轴承16的内圈接触起到轴向固定的作用，轴承16的外圈则卡在法兰盖6的内壁上，法兰盖6与基架通过螺钉19固定。法兰盖在通过带的部分开有缺口，重摆在轴向通过轴肩和螺母4与重摆轴固定，周向则通过键实现运动的传递。
【权利要求】
1.一种摆式三推进器水下球形机器人，它包括: 球壳，包括组成一个球体的前后壳体，其中一个壳体与三个导管推进器固连，另一个可以装拆，以便内部结构的维护，壳体材料为透明的有机玻璃； 直线推进的导管推进器机构，其包括三个贯穿球体的导管推进器，其中中间的导管推进器贯穿球体中轴线，其他两个导管推进器在中间导管推进器左右两边对称分布； 控制转向的导管推进器机构，即直线推进的导管推进器机构中的中间导管推进器左右两边的导管推进器，通过控制左右两边导管推进器的推力差，即可实现转向； 俯仰姿态调节机构，其包括基架、驱动电机、若干传动结构和两个重摆，通过使重摆摆动时重摆对机器人的反作用力，实现机器人的俯仰姿态调节。
2.根据权利要求1所述的一种摆式三推进器水下球形机器人，其特征在于:俯仰姿态调节机构中基架固定在中间的导管推进器的中间位置上，基架成长方体，基架上平面固定有驱动电机及其支架、传递运动的轴及其支架，通过带传动实现了电机轴的转动到两侧连接重摆的轴即重摆轴的转动的运动传递，基架的左右两面开有轴承座以及螺纹孔，重摆轴为阶梯轴，一端与基架侧壁上的轴承形成配合，一端通过轴肩、键及螺母固定重摆，在重摆轴中间部分设有若干轴肩及键槽，用以固定带轮、轴承、套筒等，重摆轴上的一个轴承与基架壁上的轴承座配合，另一轴承与所设计的法兰盖配合，而法兰盖固定在基架壁上，通过螺钉连接，从而通过上述结构实现了重摆的支撑及摆动。
【文档编号】B63C11/52GK103832565SQ201410105240
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】孙汉旭, 张延恒, 褚明, 刘家伦, 李艳生, 左权 申请人:北京邮电大学