专利名称：一种可重构的水下机器人结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下机器人技术领域，具体涉及一种可重构的水下机器人构造技术。
背景技术：
海洋是人类发展的四大战略空间(陆、海、空、天)中继陆地之后的第二大空间，以其蕴藏的巨大的水资源、生物资源、矿产资源、能源等，成为国家战略性开发的重要基地，是最现实、最有发展潜力的空间。我国有300万平方公里的海洋国土，有1.8万公里海岸线，广阔的海洋蕴藏着丰富的资源，对我国经济与社会发展产生着直接、巨大的支撑作用。所以，对海洋进行广泛深入的开发必将成为我国在21世纪的发展主题之一。水下机器人具有水下活动范围大、机动性好等优点，可用于海底地形地貌勘察、海洋资源及地质调查、海洋环境和水文参数测量、生物考察，以及海洋战争中的探雷、灭雷等等，必将作为人类探索和开发海洋的有力工具，在海洋资源开发和利用及军事领域显示它们多方面的用途。
水下机器人的种类繁多，按其用途可分为军事、工业、科学考察或者探险、救生等，目前的水下机器人多是为了特定的目的而设计建造的，一旦本体结构制造出来就很难甚至无法改变其自身的结构，就其外观结构而言，水下机器人主要有两种结构，即流线式(亦称封闭式)结构和框架式(敞开式)结构两种。顾名思义，流线式结构是将水下机器人所包含的大部分仪器、设备封装在一种流线型的壳体内；而框架式结构是将上述器件分别固定在一个特定设计的框架(或者载体)上，分别与水相接触。这两种结构各自有各自的优缺点，因而这两种结构有各自特定的应用领域，由于两者在结构上的不同，使得流线式结构与框架式结构这两种结构之间不具有通用性和互换性，这个不足之处使得水下机器人在实际应用中受到了一定的局限，也必然会造成很大的浪费。
发明内容本发明的目的在于提供一种基于模块化设计思想，可以根据实际需要实现水下机器人本体结构在流线式和框架式之间的相互转变，转变过程操作简单，具有较高的模块化程度的可重构的水下机器人结构。
本发明的目的是这样实现的它是由安装有电器插座的舱体连接组成的，至少包括两个舱体模块，每个主舱体模块的组成包括一个圆筒和两块密封挡板，两块密封挡板通过主模块拉紧螺杆和螺母拉紧固定在圆筒两端，拉紧螺杆的伸出端设置有旋转油封，密封挡板与圆筒端部之间设置有O型密封圈，密封挡板上安装有电器插座。
本发明还有这样一些结构特征
1、所述的舱体模块包括主舱体模块I，所述的推进机构是动力舱体，2个主舱体模块I相连接构成主干部分，动力舱体安装在主干部分的后端，在主干部分的前端设置有头部舱体，在头部舱体与主干部分的其中1个主舱体模块I之间、2个主舱体模块I之间以及主干部分的另外1个主舱体模块I与动力舱体之间设置有连接舱体；2、所述的连接舱体包括连接在两相邻舱体之间的连接体，连接体与舱体通过圆周均布的螺钉连接，连接体两端圆周上开有密封槽，密封槽内设置有O型密封圈；3、所述的头部舱体由头部壳体、密封挡板、头部舱体拉紧螺杆和螺母组成，密封挡板通过头部舱体拉紧螺杆和螺母拉紧固定在头部壳体一端，拉紧螺杆的伸出端设置有旋转油封，密封挡板与头部壳体之间设置有O型密封圈，密封挡板上安装有电器插座；4、所述的动力舱体由动力舱壳体、密封挡板、动力舱体拉紧螺杆和螺母、舵和舵驱动电机、螺旋桨组成，密封挡板通过动力舱体拉紧螺杆和螺母拉紧固定在动力舱壳体一端，拉紧螺杆的伸出端设置有旋转油封，密封挡板与动力舱壳体之间设置有O型密封圈，密封挡板上安装有电器插座，舵驱动电机通过支座和连轴器与舵连接，螺旋桨为带有驱动电机的螺旋桨，螺旋桨驱动电机的一部分嵌入动力舱壳体尾部、未嵌入的部分由保持架固定，在螺旋桨外设置有导流罩，导流罩通过竖支柱、横支柱安装在动力舱体上；5、所述的舱体模块包括主舱体模块II，主舱体模块II包括主舱体模块I和在主舱体模块I的两端分别安装的端盖，端盖上安装有带单向插头的电器插座，所述的推进机构为安装在框架的前、后、左、右的四个推进器；6、所述的框架是由主框架和安装在主框架上的三通连接管I和三通连接管II组成，三通连接管配合主框架固定推进器。
本发明在水下机器人本体结构的设计上引入了模块化设计的思想，从流线式机构与框架式结构都要使用到的共同器件入手，将这两种结构都能用到的主要器件单独封装成模块(即为主模块)，将这两种结构各自特有的器件和那些不易于封装到主模块中的器件视实际情况单独封装成模块(即为辅助模块)，通过设计一个标准的连接结构将各主模块和辅助模块方便的连接起来。
本发明的优点在于1.功能配置灵活由于各舱体模块的径向尺寸具有互换性配合，因此可在轴向随意增加或者减少功能舱体模块，以实现不同的使用功能的要求，这样通过合理的配置就从很大程度上提高了水下机器人的功能多样性和可选择性。
2.可重构性好各舱体模块是由统一的结构安装为一体的，舱体模块之间电器结构也是统一的标准结构，这样在更换模块时，只需要脱开固定相邻舱体模块的内六角螺钉和相关的电器接口即可，不须按照次序拆卸其他模块，这使得整个操作程序快速、简便。
3.密封可靠性好舱体内部与外界之间的二级密封结构简单、可靠性好，由于舱体之间采用的是由防水圆形连接器制成的双向插头或者单向插头连接，所以即使第一级密封失效有水浸入时，也能保证其电器接口的正常工作，这样即保证了各舱体之间的电力输送和数据传输，也从很大程度上提高了水下机器人的工作可靠性。
4.结构简单、安装方便、易于维护整体结构简单，除各舱体外壳需要设计制造外，其余的零件均采用了市场上可以直接购买到的标准件，不需要加工复杂的结构和零部件，这样使得从设计制造、整体安装到后期的使用维护都更加简便，降低了制造和维护成本。
5.机动灵活、携带方便在运输的过程中，水下机器人整体可拆分成各个不同的舱体单独进行运送，这样就增强了水下机器人的可运输性能，提高了水下机器人的机动性。
本发明基于模块化设计的思想的水下机器人结构，这种结构可以根据实际需要实现水下机器人本体结构在流线式和框架式之间的相互转变，这个转变过程操作简单。这种水下机器人结构各部分多采用标准件和标准化结构，具有较高的模块化程度。
图1是本发明实施例1的流线式水下机器人结构图；图2是本发明的主舱体模块I结构图；图3是本发明的连接舱体结构图；图4是本发明的头部舱体结构图；图5是本发明的动力舱体结构图；图6、7、8是本发明实施例2的框架式水下机器人结构图；图9是本发明的主舱体模块II结构图；图10、11、12是本发明的框架式结构体示意图。
(五)具体实施方案下面结合附图举例对本发明做更详细的描述实施例1结合图1，本实施例即流线式水下机器人结构主要是由头部舱体1、连接体3、主舱体模块I 4、动力舱体12、双向插头23所组成，具体顺序为头部舱体1、连接体3、主舱体模块I 4、连接体3、主舱体模块I 4、动力舱体12。各个舱体之间的连接均采用统一的连接结构，用三根双向插头23依次连接在头部舱体1与主舱体模块I 4、主舱体模块I 4与主舱体模块I 4、主舱体模块I 4与动力舱体12之间。
结合图2-图5，该结构的具体实现方式为在主舱体模块I 4的两端(图2)的圆周上，在头部舱体2(图4)、动力舱体壳体一端的圆周上(图5)，加工连接用阶梯形沉头孔，这些孔均匀分布在360度的圆周上，在连接体3两端开密封槽，并在每一端的两个密封槽之间(共4个密封槽，一端各两个)加工螺纹孔，开孔的位置与个数要与上述的阶梯形沉头孔的位置与个数相对应，连接方式采用两端连接的方式，即将连接体3依次放置于头部舱体1与主舱体模块I 4、主舱体模块I 4与主舱体模块I 4、主舱体模块I 4与动力舱体12之间，用内六角螺钉11穿过各个舱体阶梯形沉头孔把合在连接体3所对应的螺纹孔上，连接起来的各舱体之间构成二级密封结构(共3个)，即连接舱体(图3)，这个结构的第一级密封是由连接体3、O型密封圈I 8与主舱体模块I 4(图2)，或者与头部舱体1(图4)，或者与动力舱体12(图5)的端部外圆周，通过内六角螺钉11把紧作用构成，第二级密封是由密封挡板2上的旋转油封II 21以及密封挡板2、O型密封圈II 9、O型密封圈III 10与主舱体模块I 4，或者与头部舱体1，或者与动力舱体12的端部内圆周，通过各舱体的拉紧螺杆5、18、22、螺母6和垫片7的拉紧作用构成。其中动力舱体12的舵驱动电机20通过支座17和连轴器19与舵13连接，螺旋桨27的驱动电机的一部分嵌入动力舱壳体尾部，未嵌入的部分通过设置保持架16来固定，在螺旋桨27外设置有导流罩15，导流罩15通过竖支柱25、横支柱26安装在动力舱体12上，舵13的旋转密封用旋转油封I14来实现。各个舱体之间必要的电力、数据传输通过统一的电器接口实现，这个电器接口是由防水圆形连接器制成，其中在各舱体的密封挡板2上均安装防水圆形连接器的电器插座24，将两个防水圆形连接器的插头用导线连接起来构成双向插头23，将双向插头23与相邻的两块密封挡板2上的电器插座24连接把紧，即可实现舱体之间的电力及数据的传输。其中头部舱体1内用于安装对外界磁场干扰敏感的元器件(如电子罗经等)，这样头部舱体1即起到了防水舱的作用，同时也起到了屏蔽舱的作用，这有助于提高元器件的工作性能；其中各舱体的连接部分，即连接舱体，结合图3，该舱体是一个具有二级密封功能的结构，如果在实际使用中需要某些器件直接与外部的水环境接触，同时还不能因采用外挂设备而破坏流线式水下机器人的外部流线式形体，那么可以将连接体3做适当的加长，此时的连接舱体失去第一级的密封形成透水舱，在该透水舱内便可以安装需要与水环境直接接触的器件，这时连接舱体的第二级密封仍然有效，舱体之间的电器连接结构本身就具有密封性能，所以水下机器人仍然可以保证正常安全的工作状态，这种结构即没有使水下机器人的排水体积有很大的增加，同时又保证了水下机器人整体的流线式外形。
实施例2结合图6-图8，本实施例即框架式水下机器人是由2个主舱体模块II 28、主框架29、4根三通连接管I 30、2根三通连接管II 31以及四个推进器32组成。
该结构的具体实现方式为在带单向插头34的端盖33的一端开两道密封槽，并在两个密封槽之间加工螺纹孔，开孔的位置与个数要与主舱体模块I 4两端的阶梯形沉头孔的位置与个数相对应，用内六角螺钉11穿过主舱体模块I 4的阶梯形沉头孔把合在端盖33所对应的螺纹孔上，主舱体模块I 4的两端均需要装配端盖33，此时主舱体模块I 4与装配在两端的端盖33以及O型密封圈I 8构成了主舱体模块II 28(图9)的第一级密封，第二级密封仍由密封挡板2上的旋转油封II 21以及密封挡板2、O型密封圈II 9、O型密封圈III 10通过主模块拉紧螺杆5、螺母6和垫片7的拉紧作用构成。将2个主舱体模块II 28安装在主框架29上，2个主舱体模块II 28之间的外部电器连接仍采用双向插头23来连接，将4个推进器32分别安装在三通连接管I 30、三通连接管II 31及主框架29上(图6、7、8)，其他的辅助设备可根据实际需要有选择的安装到主框架29或者三通连接管I 30、三通连接管II 31上，辅助设备的安装可以提前进行，如果需要框架式结构的水下机器人，可直接从流线式水下机器人上拆下主舱体模块I 4，快速组装成主舱体模块II 28后固定到主框架29上，即可实现从流线式水下机器人到框架式水下机器人的结构转变，这样的结构使得水下机器人在功能上有很强的选择性，可以根据实际需要在框架上安放不同的辅助器件。
权利要求
1.一种可重构的水下机器人结构，它是由安装有电器插座的舱体连接组成的，其特征在于它至少包括两个舱体模块，每个主舱体模块的组成包括一个圆筒和两块密封挡板，两块密封挡板通过主模块拉紧螺杆和螺母拉紧固定在圆筒两端，拉紧螺杆的伸出端设置有旋转油封，密封挡板与圆筒端部之间设置有O型密封圈，密封挡板上安装有电器插座。
2.根据权利要求1所述的可重构的水下机器人结构，其特征是所述的舱体模块包括主舱体模块I，所述的推进机构是动力舱体，2个主舱体模块I相连接构成主干部分，动力舱体安装在主干部分的后端，在主干部分的前端设置有头部舱体，在头部舱体与主干部分的其中1个主舱体模块I之间、2个主舱体模块I之间以及主干部分的另外1个主舱体模块I与动力舱体之间设置有连接舱体。
3.根据权利要求2所述的一种可重构的水下机器人结构，其特征在于所述的连接舱体包括连接在两相邻舱体之间的连接体，连接体与各舱体通过圆周均布的螺钉连接，连接体两端圆周上开有密封槽，密封槽内设置有O型密封圈。
4.根据权利要求3所述的一种可重构的水下机器人结构，其特征在于所述的头部舱体由头部壳体、密封挡板、头部舱体拉紧螺杆和螺母组成，密封挡板通过头部舱体拉紧螺杆和螺母拉紧固定在头部壳体一端，拉紧螺杆的伸出端设置有旋转油封，密封挡板与头部壳体之间设置有O型密封圈，密封挡板上安装有电器插座。
5.根据权利要求4所述的一种可重构的水下机器人结构，其特征在于所述的动力舱体由动力舱壳体、密封挡板、动力舱体拉紧螺杆和螺母、舵和舵驱动电机、螺旋桨组成，密封挡板通过动力舱体拉紧螺杆和螺母拉紧固定在动力舱壳体一端，拉紧螺杆的伸出端设置有旋转油封，密封挡板与动力舱壳体之间设置有O型密封圈，密封挡板上安装有电器插座，舵驱动电机通过支座和连轴器与舵连接，螺旋桨为带有驱动电机的螺旋桨，螺旋桨驱动电机的一部分嵌入动力舱壳体尾部、未嵌入的部分外由保持架固定，在螺旋桨外设置有导流罩，导流罩通过竖支柱、横支柱安装在动力舱体上。
6.根据权利要求1所述的一种可重构的水下机器人结构，其特征在于所述的舱体模块包括主舱体模块II，主舱体模块II包括主舱体模块I和在主舱体模块I的两端分别安装的端盖，端盖上安装有带单向插头的电器插座，所述的推进机构为安装在框架的前、后、左、右的四个推进器。
7.根据权利要求6所述的一种可重构的水下机器人结构，其特征在于所述的框架是由主框架和安装在主框架上的三通连接管I和三通连接管II组成，三通连接管配合主框架固定四个推进器。
全文摘要
本发明提供了一种可重构的水下机器人结构。它是由安装有电器插座的舱体连接组成的，其特征在于它至少包括两个舱体模块，每个主舱体模块的组成包括一个圆筒和两块密封挡板，两块密封挡板通过主模块拉紧螺杆和螺母拉紧固定在圆筒两端，拉紧螺杆的伸出端设置有旋转油封，密封挡板与圆筒端部之间设置有O型密封圈，密封挡板上安装有电器插座。本发明为基于模块化设计思想的水下机器人结构，这种结构可以根据实际需要实现水下机器人本体结构在流线式和框架式之间的相互转变，这个转变过程操作简单。这种水下机器人结构各部分多采用标准件和标准化结构，具有较高的模块化程度。
文档编号H02G3/00GK101028859SQ20071007196
公开日2007年9月5日 申请日期2007年3月30日 优先权日2007年3月30日
发明者张铭钧, 季东军, 王玉甲, 杨立平, 吴娟, 储定慧, 刘晓白 申请人:哈尔滨工程大学