一种可分离式混合推进微小型水下机器人

1.本实用新型涉及潜水机器人技术领域，具体而言，涉及一种可分离式混合推进微小型水下机器人。


背景技术：

2.随着技术发展，水下机器人的应用得以取得较大突破，为人们进行水下探索作业提供了便利。目前主要的水下机器人的外形结构有鱼雷型、仿生型、球型以及框架型，前三类都具有较强的流线性和耐压性，使其在水下有较好的运动特性，框架型的水下机器人设计可以装配许多固定推进器，使其能实现更多的自由度运动，具有更强的灵活性，但工作效率较低。为了适应水下工作的需要，子母式机器人应运而生，其多为模块化设计，各部分在水下可分离，且分离后可单独运行。目前子母式水下机器人的连接结构较为复杂，并且在使用时分离效率低，使用不便。


技术实现要素：

3.针对现有技术之不足，本实用新型的目的在于提供一种可分离式混合推进微小型水下机器人，其结构简单，便于主舱与副舱快速分离。
4.本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：
5.一种可分离式混合推进微小型水下机器人，包括主舱，以及与该主舱可拆卸连接的至少一个副舱，其中：所述主舱的侧壁内开设有滑动腔，主舱的侧壁外开设有与所述滑动腔连通的第一缺口；所述副舱侧壁上配置有第二固定块，第二固定块滑动嵌设于所述滑动腔内；滑动腔内配置有用于驱动第二固定块的第一驱动件和第二驱动件；当第一驱动件驱动第二固定块在滑动腔内运动至第一缺口时，第二驱动件驱动第二固定块使其通过第一缺口脱离滑动腔，以使得副舱与主舱分离。
6.根据一种优选实施方式，所述滑动腔内滑动嵌设有滑板，所述滑板上贯穿设置有第二缺口，所述第二固定块嵌设于第二缺口内；所述第一驱动件用于驱动滑板；当第一驱动件驱动滑板在滑动腔内运动使得第二固定块至第一缺口时，所述第二驱动件驱动第二固定块使其依次脱离第二缺口和第一缺口以使得副舱与主舱分离。
7.根据一种优选实施方式，所述第二驱动件包括开设于所述滑动腔内壁的凹槽，该凹槽与所述第一缺口对应，凹槽内压设有弹簧，该弹簧分布于所述滑板的侧面与所述凹槽的底面之间并与所述滑板的侧面滑动贴合；当第一驱动件驱动滑板在滑动腔内运动使得第二固定块至第一缺口时，所述弹簧驱动第二固定块使其依次脱离第二缺口和第一缺口以使得副舱与主舱分离。
8.根据一种优选实施方式，两个所述副舱对称设置于所述主舱两侧，其中：所述主舱上配置有第三驱动件，副舱上配置有第四驱动件。
9.根据一种优选实施方式，所述第三驱动件为康达效应推进系统。
10.根据一种优选实施方式，所述第四驱动件包括转动安装于所述副舱尾端的转动
筒，该转动筒的侧壁内周向环设有多个磁性件；所述转动筒内转动嵌设有磁性转动块，该磁性转动块上配置有桨杆，桨杆的自由端配置有桨叶；桨杆外滑动套设有调节块；还包括第一圆弧调节杆和第二圆弧调节杆，第一圆弧调节杆的两个端部和第二圆弧调节杆的两个端部均铰接于副舱的外壁，第一圆弧调节杆的两个铰接点的连线构成第一转轴线段，第二圆弧调节杆的两个铰接点的连线构成第二转轴线段，第一转轴线段与第二转轴线段彼此垂直平分且相交；所述第一转轴线段与第二转轴线段均通过所述磁性转动块的转动中心点；所述第一圆弧调节杆和所述第二圆弧调节杆均与调节块滑动连接。
11.根据一种优选实施方式，所述副舱的尾端配置有安装筒，所述转动筒嵌设于所述安装筒内；所述第一圆弧调节杆和所述第二圆弧调节杆均铰接于所述安装筒外壁；所述第二固定块设置于安装筒外壁；所述安装筒内配置有用于驱动所述转动筒的无刷电机。
12.根据一种优选实施方式，所述安装筒外周向均匀设置有多个第一尾翼，所述第二固定块设置于其中一个第一尾翼的端部；当第二固定块嵌设于所述第二缺口内时，与第二固定块连接的第一尾翼嵌设于滑槽内。
13.根据一种优选实施方式，所述第一尾翼为四个，其中两个相邻的第一尾翼上均配置有用于驱动所述第一圆弧调节杆和所述第二圆弧调节杆的舵机。
14.根据一种优选实施方式，所述主舱包括依次设置的艏舱、中舱和艉舱；所述康达效应推进系统至少包括彼此连接的喷水电机、导流管和康达效应阀，其中：喷水电机设置于艏舱内，康达效应阀设置于艉舱内，导流管设置于中舱内且其两端分别延伸至与其邻近的艏舱和艉舱内。
15.本实用新型实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
16.本实用新型通过第一驱动件和第二驱动件相互配合，使得该水下机器人的主舱与副舱在水下分离过程简化，得以实现该水下机器人的子母式设计，结构简单，使用方便；同时主舱与副舱在非分离状态下，其能够保证主舱与副舱稳定连接，实用性强。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本实用新型的立体结构示意图；
19.图2为本实用新型中第一固定块的正视结构示意图；
20.图3为本实用新型中第一固定块和滑板的装配结构示意图；
21.图4为图1中a处结构的局部放大示意图；
22.图5为本实用新型中调节块的立体结构示意图；
23.图6为本实用新型中转动筒与磁性转动块的装配结构示意图；
24.图7为本实用新型中康达效应推进系统的立体结构示意图。
25.图标：1-主舱，11-艏舱，111-第一隔板，12-中舱，121-第一固定块， 1211-滑槽，1212-第一缺口，1213-凹槽，1214-第一驱动件，1215-滑板， 12151-第二缺口，1216-弹簧，1217-第二固定块，1218-弹射板，13-艉舱，131-第二隔板，132-透水孔，133-第二尾翼，2-副
舱，21-桨杆，211-调节块，2111-主滑筒，2112-第一副滑筒，2113-第二副滑筒，212-磁性转动块， 213-桨叶，22-第一圆弧调节杆，23-第二圆弧调节杆，24-安装筒，25-转动筒，26-无刷电机，27-第一尾翼，271-舵机，3-康达效应推进系统，31
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喷水电机，32-导流管，33-康达效应阀。
具体实施方式
26.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.请参照图1至图7，一种可分离式混合推进微小型水下机器人，包括主舱1，以及与该主舱1可拆卸连接的至少一个副舱2，其中：主舱1的侧壁内开设有滑动腔，主舱1的侧壁外开设有与滑动腔连通的第一缺口1212；副舱2侧壁上配置有第二固定块1217，第二固定块1217滑动嵌设于滑动腔内；滑动腔内配置有用于驱动第二固定块1217的第一驱动件1214和第二驱动件；当第一驱动件1214驱动第二固定块1217在滑动腔内运动至第一缺口1212时，第二驱动件驱动第二固定块1217使其通过第一缺口1212脱离滑动腔，以使得副舱2与主舱1分离。进一步地，滑动腔内滑动嵌设有滑板1215，滑板1215上贯穿设置有第二缺口12151，第二固定块1217嵌设于第二缺口12151内；第一驱动件1214用于驱动滑板1215；当第一驱动件1214驱动滑板1215在滑动腔内运动使得第二固定块1217至第一缺口 1212时，第二驱动件驱动第二固定块1217使其依次脱离第二缺口12151和第一缺口1212以使得副舱2与主舱1分离。
32.本实施例中，为了保证主舱1的密封性以及主舱1侧壁的结构强度，与主舱1外壁设置有第一固定块121，滑动腔与第一缺口1212均设置在第一该第一固定块121上，进一步地，
第一固定块121的侧壁上还开设有与滑动腔连通的滑槽1211，滑槽1211与第一缺口1212贯通。具体地，如图 1、图2和图3所示，该水下机器人在工作时可根据需要进行主舱1与副舱 2分离，在使用时，通过第一驱动件1214驱动滑板1215在滑动腔内滑动，从而使得第二固定块1217在第二缺口12151的作用下偏离第一缺口1212 和第二驱动件，具体如图3(a)所示，此时主舱1与副舱2处于组合状态；当需要进行主舱1和副舱2分离时，第一驱动件1214驱动滑板1215滑行使得第二固定块1217与第二缺口12151对齐，此时第二驱动件对第二固定块1217施加作用力使其以滑动的方式依次脱离第二缺口12151和第一缺口 1212，从而实现主舱1与副舱2的分离，具体如图3(b)所示，此时主舱1 和副舱2还未完全脱离。通过第一驱动件1214和第二驱动件相互配合，使得该水下机器人的主舱1与副舱2在水下分离过程简化，得以实现该水下机器人的子母式设计，结构简单，使用方便。本实施例中，第一驱动件1214 可以是气缸、液压缸或者电动杆。第一缺口1212宽于滑槽1211，第一缺口 1212、第二缺口12151和第二固定块1217的外形彼此适配。
33.进一步地，如图2和图3所示，第二驱动件包括开设于滑动腔内壁的凹槽1213，该凹槽1213与第一缺口1212对应，凹槽1213内压设有弹簧 1216，该弹簧1216分布于滑板1215的侧面与凹槽1213的底面之间并与滑板1215的侧面滑动贴合；当第一驱动件1214驱动滑板1215在滑动腔内运动使得第二固定块1217至第一缺口1212时，弹簧1216驱动第二固定块1217 使其依次脱离第二缺口12151和第一缺口1212以使得副舱2与主舱1分离。优选地，弹簧1216的自由端配置有弹射板1218，该弹射板1218与滑板1215 滑动贴合。在使用时，当第二固定块1217与第一缺口1212对齐时，压缩的弹簧1216通过其弹性势能驱动弹射板1218进而驱动第二固定块1217依次脱离第二缺口12151和第一缺口1212。在某些实施例中，第二驱动件还可以是气缸、液压缸或者电动杆。
34.如图1所示，两个副舱2对称设置于主舱1两侧，其中：主舱1上配置有第三驱动件，副舱2上配置有第四驱动件。本实施例中，第三驱动件为康达效应推进系统3。进一步地，如图1和图7所示，主舱1包括依次设置的艏舱11、中舱12和艉舱13；康达效应推进系统3至少包括彼此连接的喷水电机31、导流管32和康达效应阀33，其中：喷水电机31设置于艏舱11内，康达效应阀33设置于艉舱13内，导流管32设置于中舱12内且其两端分别延伸至与其邻近的艏舱11和艉舱13内。本实施例中，第一隔板111用于分隔艏舱11和中舱12，第二隔板131用于分隔中舱12和艉舱 13，在使用时，导流管32贯穿第一隔板111延伸至艏舱11内，导流管32 贯穿第二隔板131延伸至艉舱13内。本实施例中，喷水电机31的进水端贯穿艏舱11的侧壁与外界连通。如图1所示，康达效应阀33的输出端贯穿艉舱13的侧壁与外界连通。该导流管32设计隔绝了射流与中舱12的相互影响，保障了中舱12密闭性的同时使副舱2的重心趋近于中心，更有利于运动性能的调节。本实施例中的康达效应推进系统3引用自公开号为cn208102295u的中国专利，其具体公开了一种康达效应推进系统3，其中，本实施例中的喷水电机31对应该专利中的喷水动力装置，其工作原理在此不再赘述。
35.如图1、图4、图5和图6所示，第四驱动件包括转动安装于副舱2尾端的转动筒25，该转动筒25的侧壁内周向环设有多个磁性件；转动筒25 内转动嵌设有磁性转动块212，该磁性转动块212上配置有桨杆21，桨杆 21的自由端配置有桨叶213；桨杆21外滑动套设有调节块211；还包括第一圆弧调节杆22和第二圆弧调节杆23，第一圆弧调节杆22的两个端部和第二圆弧调节杆23的两个端部均铰接于副舱2的外壁，第一圆弧调节杆22 的两个铰接点的连
线构成第一转轴线段，第二圆弧调节杆23的两个铰接点的连线构成第二转轴线段，第一转轴线段与第二转轴线段彼此垂直平分且相交；第一转轴线段与第二转轴线段均通过磁性转动块212的转动中心点；第一圆弧调节杆22和第二圆弧调节杆23均与调节块211滑动连接。本实施例中，通过第一圆弧调节杆22绕第一转轴线段转动、第二圆弧调节杆23 绕第二转轴线段转动的方式，配合调节块211使得磁性转动块212即桨杆 21实现空间角度调节。具体地，转动筒25转动，在磁性件的作用下，使得其与磁性转动块212之间通过磁耦合实现非接触式运动传递，从而驱动桨杆21转动，进而通过桨叶213为副舱2提供动力。桨杆21的空间角度调节使得第四驱动件可提供矢量动力，便于水下机器人的姿态调整。并且主舱1两侧对称设置的副舱2在第四驱动件的作用下抵消了由螺旋桨旋转带来的反扭力，提高了机器人的稳定性。
36.本实施例中，如图4所示，副舱2的尾端配置有安装筒24，转动筒25 嵌设于安装筒24内；第一圆弧调节杆22和第二圆弧调节杆23均铰接于安装筒24外壁；第二固定块1217设置于安装筒24外壁；安装筒24内配置有用于驱动转动筒25的无刷电机26。本实施例中，安装筒24为副舱2尾端的一部分。
37.进一步地，为了使得水下机器人在水中运动稳定，安装筒24外周向均匀设置有多个第一尾翼27，第二固定块1217设置于其中一个第一尾翼27 的端部；当第二固定块1217嵌设于第二缺口12151内时，与第二固定块1217 连接的第一尾翼27嵌设于滑槽1211内。更进一步地，第一尾翼27为四个，其中两个相邻的第一尾翼27上均配置有用于驱动第一圆弧调节杆22和第二圆弧调节杆23的舵机271。将舵机271与第一尾翼27结合，可有效减小副舱2的阻力面积。
38.如图5所示，本实施例中，调节块211包括套设于桨杆21外并与其滑动连接的主滑筒2111，主滑筒2111的外壁分别配置有与第一圆弧调节杆 22滑动连接的第一副滑筒2112，以及与第二圆弧调节杆23滑动连接的第二副滑筒2113。
39.艏舱11的外形和副舱2的顶端外壁形状呈冯卡门曲线结构。可使得该水下机器人的流体阻力系数小且耐压性能较好。
40.本实施例中，主舱1和副舱2内均配置有控制电路板、能源装置以及检测装置等。主舱1的艉舱13外周向均匀设置有四个第二尾翼133，艉舱 13的侧壁开设有多个透水孔132，可确保内部康达效应阀33控制端口水压与外界水压相同，从而保障康达效应阀33的正常工作。
41.本实用新型通过设置在主舱1上的第三驱动件即康达效应推进系统3 和设置在副舱2上的第四驱动件即桨杆21配合桨叶213即非接触式螺旋桨推进系统互补配合，同时搭载在水下机器人上，作为其动力矢量推进系统的主动力推进策略和辅动力推进策略，在保证水下机器人多自由度运动的前提下，满足更多的任务要求。本实施例中，由非接触式螺旋桨推进系统提供较长距离高速航行所需的动力，由康达效应推进系统3提供长时间低速巡航所需的动力。混合推进方式弥补了传统螺旋桨推进系统在低速下的效率低和对周围环境影响较大以及康达效应推进系统3在快速运动时的不足，而且本实用新型基于组件模块化设计理念，即整机不仅可实现混合推进驱动，还可以根据任务需求分解为两台搭载非接触式螺旋桨推进系统的子机器人和一台搭载康达效应推进系统3的子机器人，并且子机器人可分别独立控制。因此，本实用新型可满足复杂多变的任务需求和水下环境。
42.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。