一种环形单驱动水下机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，尤其是涉及一种环形单驱动水下机器人。

背景技术：

自人类诞生以来，对海洋的探索就从未停止。海洋面积占到了全球面积的71％，蕴含着极大的矿产资源，在地表资源日渐告急的今天，对海洋资源的探索和开采显得尤为重要。然而，水下的环境复杂多变，在环境较好、空间较大的情况下，我们可以使用载人潜水艇进行探测；但是在一些暗流剧烈的水域，碍于空间或环境条件，载人潜水艇就不能胜任这些探测工作了。于是，针对各种特定情况而设计出的水下机器人应运而生。

水下机器人分为有缆式和无缆式，为了应对一些深海探测和复杂环境，无缆式水下机器人得到了广泛的运用。然而，对于一般的水下机器人，都会使用很多的电机来达到驱动和变向的功能，这大大提高了机器人的体积和重量，使用的防水舱也多笨重，难以拆卸。此外，根据机械结构，水下机器人又可以分为开架式和流线型两类。开架式机器人适用于浅海作业，下潜速度较慢，结构也比较稳定。流线型下潜速度较快，能够快速地到达深海，适用于深海作业。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服背景技术的不足，本实用新型公开了一种环形单驱动水下机器人。

技术方案：本实用新型所述的环形单驱动水下机器人，包括：由内至外依次环绕设置的第一转向环、第二转向环以及第三转向环；

所述第一转向环通过第一转轴与第二转向环连接，并通过第一舵机驱动实现转动；所述第二转向环通过第二转轴与第三转向环连接，并通过第二舵机驱动实现转动；所述第一转向环环内设有驱动桨叶装置，通过第一转向环、第二转向环以及第三转向环之间的相互转动实现驱动桨叶装置在三维空间内驱动方向的调整；

还包括连接第一舵机、第二舵机和驱动桨叶装置的控制器和电源。

通过控制终端远程控制第一舵机和第二舵机运行调整转动至驱动桨叶装置朝着需要机器人前进的方向的反方向，实现机器人在水中的航行。

进一步的，所述第一转轴与第二转轴所在直线相互垂直，即第一转向环相对第二转向环的转动方向与第二转向环相对第三转动方向的转动方向相互垂直。

进一步的，所述驱动桨叶装置包括：在第一转向环所在平面内设置的支撑架、设置在该支撑架上的桨叶电机以及桨叶。通过调整第一转向环的朝向即调整机器人的航行方向。

其中，所述支撑架上设有第一密封舱，所述第一密封舱内设有用于控制桨叶电机的电机控制器。

所述第二转向环上设有第二密封舱，所述第二密封舱内设有用于控制第一舵机的第一舵机控制器。

所述第三转向环上设有用于放置控制器和电源的第三密封舱，所述第三密封舱内设有用于控制第二舵机的第二舵机控制器。

进一步的，所述控制器包括主控制器和辅控制器，所述主控制器为飞控pixhawk4，包含有陀螺仪、加速度计、磁力传感器、深度计，根据当前姿态解算出旋转角；所述辅控制器为树莓派开发板，搭载以太网电力载波模块，用于主控制器与控制终端进行数据和信号传递。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点为：首先，本机器人通过三个转向环相互连接，可以相互转动，并在最内侧转向环的环内设置驱动桨叶，实现了机器人在水中的单桨方向控制及驱动，其操作较为灵活，整体的自由度较高；其次，通过本机器人的小型化设计，对于一些正常机器人无法探测到的区域，如管道、岩缝、闸门检测等，有较好的适用性；再而，本机器人的主体构架相互间连接方式简单，易于安装和拆卸，其小型化轻型化的特点使得机器人在水中的航行速度得到提高。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图；

图2是本实用新型第一转向环和第二转向环组合示意图；

图3是本实用新型第二转向环和第三转向环组合示意图；

图4是本实用新型通信结构示意图；

图5是本实用新型系统工作流程图；

图6是本实用新型在三维轴内的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

如图1、图2和图3所示的环形单驱动水下机器人，包括：由内至外依次环绕设置的第一转向环1、第二转向环2以及第三转向环3；三个转向环的直径依次增加，第一转向环1和第二转向环2均采用轻型抗压耐腐蚀材料，第三转向环3采用较重的抗压耐腐蚀材料。

所述第一转向环1通过第一转轴101与第二转向环2连接，并通过第一舵机102驱动实现转动，该第一转轴101可在第一转向环1和第二转向环2的顶部和底部分别设置，实现转动连接；所述第二转向环2通过第二转轴201与第三转向环3连接，并通过第二舵机202驱动实现转动，采用的连接方式同上，另外，第一转轴101与第二转轴201所在直线相互垂直，使得第一转向环相对第二转向环的转动方向与第二转向环相对第三转动方向的转动方向相互垂直；所述第一转向环1环内设有驱动桨叶装置，通过第一转向环1、第二转向环2以及第三转向环3之间的相互转动实现驱动桨叶装置在三维空间内驱动方向的调整。

其中，所述驱动桨叶装置包括：在第一转向环1所在平面内设置的支撑架103、设置在该支撑架103上的桨叶电机104以及桨叶105，在支撑架103上设有第一密封舱106，所述第一密封舱106内设有用于控制桨叶电机104的电机控制器。在第二转向环2上位于第一舵机102的位置处设有第二密封舱203，所述第二密封舱203内设有用于控制第一舵机102的第一舵机控制器。在第三转向环3上位于第二舵机202位置处设有第三密封舱301，所述第三密封舱301内设有用于控制第二舵机202的第二舵机控制器。

电机控制器、第一舵机控制器和第二舵机控制器均采用stm32开发板。

在第三转向环3的第三密封舱301内设有连接第一舵机102、第二舵机202和驱动桨叶装置的控制器和电源，电源为整个装置供电。所述控制器包括主控制器和辅控制器，所述主控制器为飞控pixhawk4，包含有陀螺仪、加速度计、磁力传感器、深度计，可以根据当前姿态结算出旋转角，辅控制器为树莓派开发板，搭载以太网电力载波模块，用于主控制器与控制终端进行数据和信号传递。

如图4和图5所示，本实用新型的通讯及工作流程为：

由控制终端发出指令至辅控制器，辅控制器将指令传递至主控制器，主控制首先控制桨叶旋转速度，再进行解算，根据需要偏转的角度，将角度结算为两个方向上圆周运动的角度，进而算出舵机选择角度，控制舵机控制器来调整第一转向环和第二转向环的角度，至转向完成，再将完成信号发送至控制终端，通讯结束。

如图6所示，本实用新型机器人在xyz轴三维空间内变向，初始状态机器人作上升运动，即沿y轴正方向移动，现在需求机器人向x轴负方向变向。

首先，操作者通过控制终端发送向x轴负方向变向指令，辅控制器接收指令，将数据传送到主控制器进行解算。依据此种特定情况，主控制器将解算出：第一转向环应当向绕x轴逆时针方向旋转90°，第二转向环应当向绕y轴顺时针方向旋转90°的姿态调整方法。

于是，主控制器发出指令到第一及第二舵机控制器，依据此特定情况，舵机控制器控制第一舵机反转四分之一周，第二舵机正转四分之一周。

第一舵机和第二舵机的转动使得各自连接的转轴转动相同角度，从而使第一转向环绕x轴逆时针方向旋转了90°，第二转向环向绕y轴顺时针方向旋转了90°，转向完成。