二元六自由度水下机器人的制作方法

本实用新型属于水下设备技术领域， 具体地说是一种二元六自由度水下机器人。

背景技术：

在进行水下搜救、大坝和港口检修等水下作业时，人工作业危险系数大、成本高、 活动范围有限。利用水下机器人替代潜水员进行水下作业能够克服这些困难。传统的水下 机器人多采用在不同方向上布置多个固定式推进器或者采用推进器和舵组合使用的方式 实现水下机器人的前后、浮潜、转弯等运动，其结构复杂、体积庞大、运动不灵活，不能满足在复杂环境下的工作需求。增加水下机器人的运动自由度， 能够提高其可控性和灵活性。

中国实用新型专利申请公开说明书CN101003300A公开了一种六自由度水下机器人变向旋转轴推进器， 这种推进器包括水下机器人主体和推进器主体，在首尾各安装一台推进器可以完成机器人六自由度的运动；但是，这种方案的横摆运动控制难度大，并且效率低。

中国实用新型专利申请公开说明书CN101565095A公开了一种六自由度水下球形机器人， 这种水下机器人通过第一、第二电机 带动配重绕长轴、 短轴转动， 实现水中六自由度全方位运动； 但是， 这种方案依靠配重改变 推进器的方向，无法实现水平面内的转向。

中国实用新型专利申请公开说明书CN101596931A公开了一种三螺旋桨主动矢量推进的方法， 这种水下航行器上安装三套螺旋桨主动矢量推进器，可以实现水下航行器的前进、后退、转弯、上浮、下潜、偏航、俯仰、 水下悬浮、侧向平移、可控横滚；但是，这种方案采用的主动矢量推进器结构复杂，并且传动效率低。

中国实用新型专利申请公开说明书CN104960650A公开了一种六自由度水下机器人，这种水下机器人采用六个姿态调整装置进行推进，可以实现水下机器人在运动空间内的六自由度运动；但是，这种方案采用六个推进装置，导致水下机器人结构复杂，水阻力较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对，旨在提供一种结构简单、运动灵活、扩展性强、售价便宜； 在复杂环境下的可控性和适应能力强的一种二元六自由度水下机器人。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

二元六自由度水下机器人，包括密封舱，其特征在于：所述密封舱左右两侧设有挂架，所述挂架上设有舵机，左侧挂架的舵机上设有左推进器，右侧挂架的舵机上设有右推进器，所述密封舱前端设有密封盖，所述密封舱后端的密封舱盖设有防水插组，所述密封舱后端的密封舱盖上设有上尾部推进器和下尾部推进器；所述密封舱内包括电池组，配重和控制系统，图像采集系统。

所述密封舱前端的密封盖是半球形状，所述密封盖通过螺钉与密封法兰连接，密封法兰与密封舱连接。

密封舱后端的密封舱盖与法兰，法兰与密封舱有密封胶圈。

所述挂架为不锈钢材质，通过浮力块固定在密封舱上。

所述控制系统包括微型电脑主板，所述微型电脑主板和飞控器连接，控制器分别与四个推进器、两个舵机连接，控制器负责采集自身传感器和外接传感器信息，然后传输到微型电脑主板，微型电脑主板控制指令控制器转换、分配、传输至四个推进器。

所述图像采集系统由二轴云台固定在密封舱内部，水平电机固定在安装板上， 水平电机通过连接件与竖直电机连接； 竖直电机安装在固定架，固定架通过螺钉安装在密封舱内，水平电机、竖直电机带动活动摄像头组绕Y轴和Z轴转动。

摄像头安装在安装板上，所述活动摄像头数量至少为一个。

尾部推进器通过固定耳固定在密封舱盖上。

本实用新型具有以下有益效果：

1、 本实用新型采用左推进器、右推进器和两个尾部推进器共四个推进器，实现本实用新型在前后、上下、左右、俯仰、偏转、横滚六个自由度运动，实现其在水中任意方向的运动； 结构简单、运动灵活，增强了复杂环境下的可控性和适应能力；

2、密封舱上有防水插组和防水接口，防水插组通过电缆与岸上连接，挂架上安装机械手、声纳扩展模块，通过防水插组对本实用新型供电和传输信息，具有较强的通用性和扩展 性，能够适应多场合、多用途需求；

3、密封舱内有前、后配重块， 前配重块和后配重块装在密封舱内， 且位置可调； 调节前、后配重块的重量，使本实用新型的重力等于其在水中的浮力；调节前、后配重块的位置， 使本实用新型的重心位于其浮心正下方，或者重合；

4、密封舱内装有蓄电池组，在不连接电缆条件下，由蓄电池组提供电源

综上所述，本实用新型与现有技术相比，结构简单、运动灵活、扩展性强，更能满足复杂环境下的可控性和适应能力的需求。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2-3是本实用新型前后运动示意图。

图4-6是本实用新型左右转向运动示意图。

图7是本实用新型左右运动示意图。

图8是本实用新型上下运动示意图。

图9是本实用新型俯仰运动示意图。

图10是本实用新型偏转运动示意图。

图11是本实用新型横滚运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

如图1-11所示，二元六自由度水下机器人，包括密封舱1，其特征在于：所述密封舱1左右两侧设有挂架2，所述挂架2上设有舵机，左侧挂架的舵机上设有左推进器9，右侧挂架的舵机上设有右推进器4，所述密封舱1前端设有密封盖8，所述密封舱1后端的密封舱盖5设有防水插组，所述密封舱1后端的密封舱盖上设有上尾部推进器7和下尾部推进器10；所述密封舱1内包括电池组，配重和控制系统，图像采集系统。

所述密封舱1前端的密封盖8是半球形状，所述密封盖通过螺钉与密封法兰连接，密封法兰与密封舱连接。

密封舱1后端的密封舱盖与法兰，法兰与密封舱有密封胶圈。

所述挂架2为不锈钢材质，通过浮力块3固定在密封舱1上。

所述控制系统包括微型电脑主板，所述微型电脑主板和飞控器连接，控制器分别与四个推进器、两个舵机连接，控制器负责采集自身传感器和外接传感器信息，然后传输到微型电脑主板，微型电脑主板控制指令控制器转换、分配、传输至四个推进器。

所述图像采集系统由二轴云台固定在密封舱内部，水平电机固定在安装板上，水平电机通过连接件与竖直电机连接； 竖直电机安装在固定架，固定架通过螺钉安装在密封舱内，水平电机、竖直电机带动活动摄像头组绕Y轴和Z轴转动。

摄像头安装在安装板上，所述活动摄像头数量至少为一个。

尾部推进器通过固定耳固定在密封舱盖上。

实施例：

密封舱1上有防水插组，防水插组通过电缆与岸上连接，实现水下机器人的供电和信息传输。密封舱1内有蓄电池组， 在不接电缆下给水下机器人提供电源。使本实用新型有两种工作模式，一种是连接电缆下岸上操作员的遥控模式， 另一种是接电缆下依靠内部程序自主控制模式。

参照图1，所述动力系统中的左推进器9、右推进器4、上尾部推进器7和下尾部推进器10和安装于挂架2上的舵机。左、右推进器安装在舵机上，并对称布置；上尾部推进器7和下尾部推进器10装在密封舱盖5后，上下布置。

左、 右转向舵机通过联轴器和连接轴接左、 右推进器。左转向舵机通过联轴器和连接轴带动左推进器绕Y轴旋转，右转向舵机通过联轴器和连接轴带动右推进器绕Y轴旋转。四个推进器的推力与两个转向电机的转动组合，实现本实用新型在前后、 上下、 左右、 俯仰、 偏转、 横滚六个自由度上的运动。

下面详述本实用新型在前后、上下、左右、俯仰、偏转、横滚六个运动自由度运动， 实现其在水中任意方向的运动的情况。

参照图2-3， 本实用新型沿X轴做前后运动。当左转向舵机、右转向舵机位于0° 位置时，上尾部推进器7和右推进器4提供向前的推力，左，右推进器提供维持本实用新型平衡的推力或者吸力，实现向前运动；加速时如图3，左，右推进器向-X方向旋转90°，四个推进器向前推进，实现向前运动。后退运动只要让推进器反转就行。

参照图4-6， 本实用新型沿X-Y平面做左右转向运动。当左转向舵机、 右转向舵机分别位于90° 、 90°位置时， 由尾推进器提供本实用新型向前平移的推力，由右推进器 向上推进，给实用新型一个向上的推力并给实用新型一个向右的分力， 实现本实用新型的向左大半径转向运动；同理向右这时左推进器给一个向上的推力。 当左转向舵机、右转向电机分别位于90° 、 -180°位置时， 由右推进器和后推进器提供本实用新型向前平移的推力，但是左推进器不做功， 因此实用新型向左做小半径转向运动。向右同理。

参照图7，本实用新型沿Y轴做左右运动。当左转向舵机、右转向舵机位于90°、90°位置时， 由右推进器给一个向下的推力使实用新型与x-z平面平行，然后左推进器和右推进器一同向左推，并且改变推进角度使实用新型舱体平行X轴向左平移，实现本实用新型的向左平移运动； 同理，向右平移就是由推进器给一个向下的推力使实用新型与x-z平面平行，然后右推进器和左推进器一同向右推，并且改变推进角度使实用新型舱体平行X轴向右平移，实现本实用新型的向右平移运动。

参照图8，本实用新型沿Z轴做上下运动。当左转向舵机，右转向舵机分别位于90° 、 90°位置时，左推进器、右推进器提供向上的推力，实现本实用新型的上浮运动；下潜就是改变左右推进器的转动方向。

参照图9，本实用新型绕Y轴做俯仰运动。当左转向舵机、右转向舵机位于90° 、 90°位置时，尾推进器提供向前推力，实现本实用新型的下俯运动；当左转向舵机、右转向舵机分别位于90° 、 90°位置时，尾推进器提供向前推力， 实现本实用新型的上仰运动。

参照图10， 本实用新型绕Z轴做偏转运动。当左转向舵机、右转向舵机位于-180°、-180°位置时， 由左推进器和右推进器提供绕Z轴左转的扭矩实现本实用新型的向左偏转运动；当左推进器和右推进器提供绕 Z轴右转的扭矩，实现本实用新型的向右偏转运动。

参照图11， 本实用新型绕X轴做横滚运动。当左转向舵机、右转向舵机位于90°、90°位置时， 由左推进器和右推进器提供绕X轴向左横滚的扭矩，实现本实用新型的向左横滚运动；当左推进器和右推进器提供绕X轴向右横滚的扭矩，实现本实用新型的向右横滚运动。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在实用新型的保护范围之内。