一种多自由度操纵的无人潜水器的制作方法

本发明属于水下无人潜水器技术领域，具体涉及一种多自由度操纵的无人潜水器。

背景技术：

随着对海洋资源的开发，海洋利用区域不断扩大，水下无人潜水器的应用场景也颇为丰富，如海洋生物监测、基础设施巡检、水下平台观测、渔业养殖巡检、潜水跟拍、游艇娱乐、钓鱼等。无人潜水器适合小范围海域，但是在实现姿态调整和航向改变时，存在转向半径大、反向推进能力不足的问题；无人潜水器携带的摄像头具有一定的拍摄覆盖区域，无人潜水器的姿态限制会造成水下监测死角。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种多自由度操纵的无人潜水器，解决现有技术存在的转向半径大、反向推进能力不足以及存在水下监测死角的问题。

为实现上述目的，本发明的一种多自由度操纵的无人潜水器包括：

主壳体；

设置在所述主壳体上的操作机械手；

设置在所述主壳体上的监测单元，所述监测单元包括交错设置在所述主壳体上表面的上照明灯和上半球摄像头以及交错设置在主壳体下表面的下照明灯和下摄像头；

以及推进单元，所述推进单元包括多组圆周均布在主壳体侧壁的螺旋推进体；每组所述螺旋推进体包括通过连接体和主壳体连接的螺旋桨推进器以及带动所述螺旋桨推进器绕连接体所在轴线转动的动力及传递单元，所述螺旋桨推进器的轴线和所述连接体的轴线垂直。

所述主壳体包括：

环形的耐压壳体；

和所述耐压壳体上端通过密封安装环可拆卸连接的导流顶盖，所述上照明灯和所述上半球摄像头设置在所述导流顶盖上；

和所述耐压壳体下端可拆卸连接的底座；所述下照明灯和所述下摄像头设置在所述底座上；

以及固定在所述底座下端面的底板。

所述无人潜水器还包括设置在所述主壳体上的槽道推进器包括：

位于主壳体中间由上端延伸至下端的通道；

设置在通道靠近主壳体的耐压壳体一端的桨叶；

以及固定在通道内并带动桨叶转动的槽道电机。

所述连接体包括一端和所述螺旋桨推进器外壳体侧面固定连接的旋转轴，所述旋转轴和所述螺旋桨推进器轴线垂直；所述旋转轴的另一端依次穿过减震球、静环端盖以及延伸管和动力及传递单元连接，通过所述动力及传递单元带动所述旋转轴旋转；所述减震球一端和所述旋转轴轴肩接触，另一端和所述静环端盖接触，所述所述静环端盖通过螺钉和所述延伸管一端连接，所述延伸管的另一端和所述主壳体的耐压壳体外侧的伸出管通过密封结构密封连接。

所述动力及传递单元包括：

支撑在所述主壳体内的传动轴，所述传动轴的一端通过弹性联轴器和所述旋转轴连接；

固定在所述传动轴靠近另一端位置处的下齿轮；

和所述下齿轮啮合的上齿轮；

以及驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过减速器和所述上齿轮同轴固定连接。

所述动力及传递单元还包括：

调心球轴承，所述调心球轴承的内环和所述传动轴配合，外环和所述耐压壳体的伸出管的内管臂配合；

设置在调心球轴承之间的第一轴套；

位于下齿轮两侧的轴承支座，每个所述轴承支座通过一个圆锥滚子轴承和所述传动轴配合支撑；

设置在调心球轴承和一个圆锥滚子轴承之间的第二轴套；

以及设置在于调心球轴承靠近的一个圆锥滚子轴承和下齿轮之间的第三轴套。

所述延伸管的另一端和所述主壳体的耐压壳体外侧伸出管通过密封结构密封连接中的密封结构包括：

套在所述旋转轴上并通过防转销连接在静环端盖上的静环；

设置在所述静环和静环端盖连接处的静环密封圈，所述静环位于所述延伸管内；

位于所述延伸管内并套在所述旋转轴上的动环，所述动环一个端面和所述静环端面接触；

设置在所述动环和所述旋转轴之间的动环密封圈；

通过紧定螺钉固定在所述旋转轴上的弹簧座；

位于所述动环和弹簧座之间的补偿弹簧，所述补偿弹簧处于常压状态；

设置在所述延伸管和所述耐压壳体的伸出管端部连接处的连接密封圈；

设置在所述延伸管和所述传动轴之间的双弹性旋转密封件；

以及设置在延伸管端部和所述传动轴之间的毛毡圈。

本发明的有益效果为：本发明的一种多自由度操纵的无人潜水器具有12个自由度，六个螺旋桨推进器在圆周均匀阵列排布，每个螺旋桨推进器可以通过轴系传动实现360°的旋转运动，在运动过程中，无需转弯半径即可灵活转向；在多自由的操纵下，可以实现升沉、转艏、翻身、自转等运动，调节螺旋桨推进器的转速，可以保持水平、竖直、倾斜等姿态，实现水下无死角监测；采用弹性减振元件，对水流波动等冲击具有一定的抵抗缓冲作用；头部及壳体采用流线型的外形，保持水流在其表面运动的均匀性，减少水阻力；中心处的槽道推进器对其运动起到促进作用，机动性更强；侧面设有操作机械手，满足水下作业的需求。

附图说明

图1为本发明的无人潜水器的立体结构示意图；

图2为本发明的无人潜水器的仰视图；

图3为本发明的无人潜水器的正视图；

图4为本发明的无人沁水器中传动轴系的剖视图；

图5为本发明的无人潜水器螺旋桨推进器旋转90度的立体结构示意图；

其中：1、主壳体，101、耐压壳体，102、密封安装环，103、导流顶盖，104、底座，105、底板，2、槽道推进器，3、操作机械手，4、监测单元，401、上照明灯，402、下照明灯，403、上半球摄像头，404、下摄像头，5、推进单元，501、螺旋桨推进器，502、旋转轴，503、减震球，504、静环端盖，505、延伸管，506、弹性联轴器，507、传动轴，508、下齿轮，509、上齿轮，510、减速器，511、驱动电机，512、调心球轴承，513、第一轴套，514、轴承支座，515、圆锥滚子轴承，516、第二轴套，517、第三轴套，518、静环密封圈，519、防转销，520、静环，521、动环密封圈，522、动环，523、补偿弹簧，524、紧定螺钉，525、弹簧座，526、弹性旋转密封件，527、连接密封圈，528、毛毡圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1-5，本发明的一种多自由度操纵的无人潜水器包括：

主壳体1；

设置在所述主壳体1上的操作机械手3；

设置在所述主壳体1上的监测单元4，所述监测单元4包括交错设置在所述主壳体1上表面的上照明灯401和上半球摄像头403以及交错设置在主壳体1下表面的下照明灯402和下摄像头404；

以及推进单元5，所述推进单元5包括多组圆周均布在主壳体1侧壁的螺旋推进体；每组所述螺旋推进体包括通过连接体和主壳体1连接的螺旋桨推进器501以及带动所述螺旋桨推进器501绕连接体所在轴线转动的动力及传递单元，所述螺旋桨推进器501的轴线和所述连接体的轴线垂直。

通过控制器控制整体的动作，并通过电源模块为整体提供电源。

所述主壳体1包括：

环形的耐压壳体101；

和所述耐压壳体101上端通过密封安装环102可拆卸连接的导流顶盖103；所述上照明灯401和所述上半球摄像头403设置在所述导流顶盖103上；此处的密封可以采用o型密封圈进行密封；

和所述耐压壳体101下端可拆卸连接的底座104；所述下照明灯402和所述下摄像头404设置在所述底座104上；

以及固定在所述底座104下端面的底板105。

所述无人潜水器还包括设置在所述主壳体1上的槽道推进器2包括：

位于主壳体1中间由上端延伸至下端的通道；

设置在通道靠近主壳体1的耐压壳体101一端的桨叶；

以及固定在通道内并带动桨叶转动的槽道电机。

导流顶盖103中间为一通孔，以便位于耐压壳体101中心处的槽道推进器2运行，上面的花型槽结构对槽道推进器2的螺旋桨起到保护作用；槽道推进器2可以提高螺旋桨的推进效率，对无人潜水器的运动起到辅助作用。

所述连接体包括一端和所述螺旋桨推进器501外壳体侧面固定连接的旋转轴502，所述旋转轴502和所述螺旋桨推进器501轴线垂直；所述旋转轴502的另一端依次穿过减震球503、静环端盖504以及延伸管505和动力及传递单元连接，通过所述动力及传递单元带动所述旋转轴502旋转；所述减震球503一端和所述旋转轴502轴肩接触，另一端和所述静环端盖504接触，所述所述静环端盖504通过螺钉和所述延伸管505一端连接，所述延伸管505的另一端和所述主壳体1的耐压壳体101外侧的伸出管通过密封结构密封连接。

所述动力及传递单元包括：

支撑在所述主壳体1内的传动轴507，所述传动轴507的一端通过弹性联轴器506和所述旋转轴502连接；

固定在所述传动轴507靠近另一端位置处的下齿轮508；

和所述下齿轮508啮合的上齿轮509；

以及驱动电机511，所述驱动电机511的输出轴通过减速器510和所述上齿轮509同轴固定连接。

所述动力及传递单元还包括：

调心球轴承512，所述调心球轴承512的内环和所述传动轴507配合，外环和所述耐压壳体101的伸出管的内管臂配合；

设置在调心球轴承512之间的第一轴套513；

位于下齿轮508两侧的轴承支座514，每个所述轴承支座514通过一个圆锥滚子轴承515和所述传动轴507配合支撑；

设置在调心球轴承512和一个圆锥滚子轴承515之间的第二轴套516；

以及设置在于调心球轴承512靠近的一个圆锥滚子轴承515和下齿轮508之间的第三轴套517。

所述延伸管505的另一端和所述主壳体1的耐压壳体101外侧伸出管通过密封结构密封连接中的密封结构包括：

套在所述旋转轴502上并通过防转销519连接在静环端盖504上的静环520；

设置在所述静环520和静环端盖504连接处的静环密封圈518，所述静环520位于所述延伸管505内；

位于所述延伸管505内并套在所述旋转轴502上的动环522，所述动环522一个端面和所述静环520端面接触；

设置在所述动环522和所述旋转轴502之间的动环密封圈521；

通过紧定螺钉524固定在所述旋转轴502上的弹簧座525；

位于所述动环522和弹簧座525之间的补偿弹簧523，所述补偿弹簧523处于常压状态；

设置在所述延伸管505和所述耐压壳体101的伸出管端部连接处的连接密封圈527；

设置在所述延伸管505和所述传动轴507之间的双弹性旋转密封件526；

以及设置在延伸管505端部和所述传动轴507之间的毛毡圈528。

所述操作机械手3采用现有技术中的操作机械手3，只要是可以实现抓取动作即可，具体可以采用申请号为cn201720967608.0名称为一种可自由转向水下机械手的技术方案。

本发明的导流顶盖103和密封安装环102通过螺钉固连在一起，密封安装环102和耐压壳体101通过螺钉固连在一起，耐压壳体101和底座104通过螺钉固连在一起；底板105安装在底座104上，操作机械手3安装在底板105上，正常状态下，收紧各关节以贴合耐压壳体101，悬停时，可进行抓取、搬运物件、焊接等水下作业；延伸管505通过螺钉安装在耐压壳体101各分支的侧面，连接端面处设有密封圈，延伸管505与传动轴507之间设有毛毡圈528；静环端盖504和延伸管505通过螺钉固连在一起，螺旋桨推进器501和旋转轴502通过螺钉固连在一起，减震球503位于静环端盖504和旋转轴502之间，减小螺旋桨推进器501对旋转轴502造成的震动；延伸管505、静环端盖504、减震球503、旋转轴502和螺旋桨推进器501以耐压壳体101的回转轴为中心各均匀圆周阵列6个，耐压壳体101的中心处安装有槽道推进器2，槽道推进器2可以提高螺旋桨的推进效率，对无人潜水器的运动起到辅助作用；驱动电机511通过上齿轮509和下齿轮508啮合带动传动轴507转动，弹性联轴节将旋转轴502和传动轴507连接在一起，减弱轴系的横向振动和纵向振动，吸收螺旋桨推进器501处传来的局部冲击；在旋转轴502的轴端采用机械密封方式，通过紧定螺钉524将弹簧座525安装在旋转轴502上，当旋转轴502转动时，通过补偿弹簧523带动动环522旋转，动环522和旋转轴502之间设有动环密封圈521，在补偿弹簧523的作用下，使动环522和静环520紧密贴合，防转销519固定在静环端盖504上，防止静环520转动，静环端盖504和静环520的端面之间设有静环密封圈518；在传动轴507上设计两道弹簧旋转密封件，通过弹簧来补偿旋转对密封件端面造成的磨损，实现二次密封的作用；下齿轮508通过键和第三轴套517安装在传动轴507上，圆锥滚子轴承515的内环和传动轴507配合，圆锥滚子轴承515的外环和轴承支座514配合，调心球轴承512的内环和传动轴507配合，调心球轴承512的外环和耐压壳体101配合，第一轴套513位于调心球轴承512之间，第二轴套516b位于调心球轴承512和圆锥滚子轴承515之间，第三轴套517位于圆锥滚子轴承515和下齿轮508之间，平衡传动轴507上的径向力和轴向力。