專利名稱：一種多功能水面機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水面自航載體，特別涉及一種具有抗傾覆多用途的水 面機器人。
技術(shù)背景
水面自航載體是一種在水上航行的、具有獨立自治能力的無人遙控監(jiān)測裝 備。它能夠在沿?；蚝I海灘等大型監(jiān)測工作母船不能巡航到達的水域完成海 洋環(huán)境監(jiān)測、海上救助等任務(wù)。在現(xiàn)有技術(shù)中一般的水面自航載體的航向控制 有兩類方法， 一是采用舵控制，二是采用縱向和橫向兩組推進器，但這兩種結(jié) 構(gòu)都較為復雜；這樣的自航載體一般都是普通的船形，這樣的結(jié)構(gòu)抗顛覆性不 夠好，而且功能單一。
中國專利200510000157.5，公開了一種不顛覆船艇，該技術(shù)方案如下其 橫剖面呈小半圓形，船體下部外表由前至后沿橫向開設(shè)若干軌槽，甲板上對應(yīng) 各軌槽處均固定大半圓環(huán)形抱槽軌，各抱槽軌與對應(yīng)的軌槽合成完整的圓環(huán)形 槽軌；若干圓環(huán)形軌道，其分別臥于各圓環(huán)形槽軌內(nèi)，可沿圓環(huán)形槽軌轉(zhuǎn)動； 至少三個沿圓環(huán)形軌道均勻排列的浮筒，每個浮筒與各圓環(huán)形軌道固定連接； 一錐桶形浮筒-船頭連接座，其內(nèi)設(shè)中心軸座，各浮筒的前端與該連接座固定， 船頭與支承于該中心軸座內(nèi)的軸桿固定。圓環(huán)形軌道、浮筒、浮筒-船頭連接 座構(gòu)成浮筒框架，該框架可繞船體圓環(huán)形槽軌作旋轉(zhuǎn)運動。這種結(jié)構(gòu)用于水面 自航載體時，不足之處在于結(jié)構(gòu)復雜
實用新型內(nèi)容
本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，而提供一種具有抗傾覆多用 途，且穩(wěn)性大、速度快、操縱靈活的水面機器人，其可廣泛應(yīng)用于江河湖海的 水上救助、水面環(huán)境監(jiān)測、水文測量、水上信息傳遞和網(wǎng)絡(luò)組建等領(lǐng)域。
為了達到上述目的，本實用新型提供的解決方案如下 一種多功能水面機器人，其主要包括一船體、推進系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，該船體包括左右兩個片體， 兩個片體通過甲板橋連接，且在左右片體的后下方分別設(shè)置有獨立的推進系
統(tǒng)；所述甲板橋上安置有控制艙；所述控制系統(tǒng)中的基站通過安置在控制艙內(nèi) 的受控系統(tǒng)控制推進系統(tǒng)。
所述左右片體采用阻力較小的船型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分隔為多個用于安裝電池、 電機驅(qū)動器和搭載儀器的艙室。
所述甲板橋采用平面桁架結(jié)構(gòu)，既保證連接的強度，又減輕船體的重量； 平面桁架結(jié)構(gòu)由鋁合金方管制成，管內(nèi)相互連通，可布設(shè)控制和驅(qū)動電纜。
所述推進系統(tǒng)為水下電動推進器，其包括一臺水下電機以及帶導管的螺旋 槳不僅可以提高效率，而且導管可保護螺旋槳，同時導管上在螺旋槳的前后處 安裝防護網(wǎng)，以防螺旋槳被水中懸浮物體損壞或纏繞，或者防止螺旋槳傷及被 救助的人員。
所述基站由基站中央控制單元以及與其連接的控制指令輸入單元、工作狀 態(tài)顯示單元、無線收發(fā)單元構(gòu)成；控制指令輸入單元發(fā)出啟動、加速、減速、 停止和轉(zhuǎn)向等控制信號經(jīng)由基站中央控制單元處理，再通過無線收發(fā)單元傳輸 到受控系統(tǒng)；所述無線收發(fā)單元接收受控系統(tǒng)的各種信號，并通過與基站中央 控制單元連接的工作狀態(tài)顯示單元顯示。
所述受控系統(tǒng)由中央控制單元以及與其連接的無線收發(fā)單元、電機控制單 元構(gòu)成，該中央控制單元根據(jù)無線收發(fā)單元接收基站發(fā)來的控制指令通過電機 控制單元控制左右電機，并通過無線收發(fā)單元發(fā)送信號到基站。
所述無線收發(fā)單元采用基于IP的無線局域網(wǎng)通訊，以提高無線傳輸?shù)目?靠性。
根據(jù)上述技術(shù)方案得到的本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，具有抗傾覆多用途優(yōu)點， 還具有穩(wěn)性大、速度快、操縱靈活的特點，可廣泛應(yīng)用于江河湖海的水上救助、 水面環(huán)境監(jiān)測、水文測量、水上信息傳遞和網(wǎng)絡(luò)組建等領(lǐng)域。


以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來進一步說明本實用新型。 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為控制系統(tǒng)的原理框圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白 了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，本實用新型的提出的解決方案如圖1-
圖2所示
一種多功能水面機器人，其采用雙體船結(jié)構(gòu)，以提高機器人的穩(wěn)性。如圖 1所示，船體包括左右兩個片體1，連接兩個片體1的甲板橋2和安裝在甲板 橋上的控制艙3。左右片體l的外形采用阻力較小的船型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部分隔為 多個艙室4，每個艙室都配有相應(yīng)的艙室蓋5，以安裝電池、電機驅(qū)動器和搭 載儀器。通過合理布置各艙室內(nèi)的部件，可調(diào)整船體的重心，使其與浮心重合， 保證良好的浮態(tài)。連接兩個片體的甲板橋2采用平面桁架結(jié)構(gòu)，既保證連接的 強度，又減輕船體的重量。平面桁架結(jié)構(gòu)由鋁合金方管6制成，管內(nèi)相互連通， 可布設(shè)控制和驅(qū)動電纜?？刂婆?內(nèi)安裝受控系統(tǒng)，其上安置有天線7，用以 與岸上或母船上基站進行通訊，并對船體的運動實施控制，以實現(xiàn)自主航行的 功能。根據(jù)需要，控制艙內(nèi)也可安裝搭載儀器。
由于水面機器人是一種自航載體，由于所攜帶的能源有限，其推進系統(tǒng) 的設(shè)計以高效、可靠和結(jié)構(gòu)簡單為主要依據(jù)。推進系統(tǒng)的效率由原動機、螺 旋槳和船機槳的匹配共同決定。由于水下電動推進器具有結(jié)構(gòu)簡單，控制方 便的特點，且無刷直流電機的優(yōu)越性在于其效率高。因此，采用水下無刷直 流電機是水面機器人推進系統(tǒng)的最佳原動力，帶導管的螺旋槳不僅可以提高 效率，而且導管可保護螺旋槳，便于在螺旋槳的前后安裝防護網(wǎng)，以防螺旋 槳被水中懸浮物體損壞或纏繞，或者防止螺旋槳傷及被救助的人員。
如圖l所示，兩套獨立的水下電動推進器分別位于左右片體的后下方。 每套水下電動推進器包括一臺水下無刷直流電機(圖中未給出)、螺旋槳8、 導管9和前后防護網(wǎng)?？刂婆搩?nèi)的受控系統(tǒng)發(fā)出控制信號，通過驅(qū)動模塊對 水下無刷電機進行無級調(diào)速和正反轉(zhuǎn)控制，以此實現(xiàn)機器人的前進、后退和 轉(zhuǎn)向。因此，不同轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)向的推進器可對機器人進行航向調(diào)整，替代轉(zhuǎn)舵 功能，省去了操舵系統(tǒng)，簡化了推進控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
整個裝置的控制系統(tǒng)由岸上(或母船)基站和小艇中的受控系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，如圖2所示。岸上(或母船)基站部分包括控制指令輸入單元、工作 狀態(tài)顯示單元、基站中央控制單元和無線收發(fā)單元?？刂浦噶钶斎雴卧l(fā)出 啟動、加速、減速、停止和轉(zhuǎn)向等控制信號；工作狀態(tài)顯示單元用來指示小 艇的工作狀態(tài)，包括速度、轉(zhuǎn)向及所載設(shè)備的工作狀態(tài)；無線收發(fā)單元采用 基于IP的無線局域網(wǎng)通訊，以提高無線傳輸?shù)目煽啃?。控制指令輸入單元發(fā) 出啟動、加速、減速、停止和轉(zhuǎn)向等控制信號經(jīng)由基站中央控制單元處理， 再通過無線收發(fā)單元傳輸?shù)绞芸叵到y(tǒng)；同時無線收發(fā)單元接收受控系統(tǒng)的各 種信號，并通過與基站中央控制單元連接的工作狀態(tài)顯示單元顯示。
小艇中的受控系統(tǒng)由中央控制單元以及與其連接的無線收發(fā)單元、電機 控制單元構(gòu)成。其無線收發(fā)單元接收基站發(fā)來的控制指令并將小艇及其所載 設(shè)備的工作狀態(tài)發(fā)回基站；中央控制單元根據(jù)基站發(fā)來的控制指令和小艇目 前的工作狀態(tài)給電機控制單元發(fā)出控制信號；電機控制單元根據(jù)中央控制單 元發(fā)來的控制信號分別控制左右電機的啟停、加速、減速和正反轉(zhuǎn)，并通過 無線收發(fā)單元將小艇及其所載設(shè)備的工作狀態(tài)發(fā)送到基站。
以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)
點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實
施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神 和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入
要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書 及其等效物界定。
權(quán)利要求1、一種多功能水面機器人，其主要包括一船體、推進系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，其特征在于，所述船體包括左右兩個片體，兩個片體通過甲板橋連接，且在左右片體的后下方分別設(shè)置有獨立的推進系統(tǒng)；所述甲板橋上安置有控制艙；所述控制系統(tǒng)中的基站通過安置在控制艙內(nèi)的受控系統(tǒng)控制推進系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水面機器人，其特征在于，所述左 右片體采用阻力較小的船型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分隔為多個用于安裝電池、電機驅(qū)動器 和搭載儀器的艙室。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水面機器人，其特征在于，所述甲 板橋采用由鋁合金方管制成的平面桁架結(jié)構(gòu)，管內(nèi)相互連通，可布設(shè)控制和驅(qū) 動電纜。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水面機器人，其特征在于，所述推 進系統(tǒng)為水下電動推進器，包括一臺水下電機以及帶導管的螺旋槳，同時導管 上在螺旋槳的前后處安裝防護網(wǎng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水面機器人，其特征在于，所述基 站由基站中央控制單元以及與其連接的控制指令輸入單元、工作狀態(tài)顯示單 元、無線收發(fā)單元構(gòu)成；控制指令輸入單元發(fā)出啟動、加速、減速、停止和轉(zhuǎn) 向等控制信號經(jīng)由基站中央控制單元處理，再通過無線收發(fā)單元傳輸?shù)绞芸叵?統(tǒng)；所述無線收發(fā)單元接收受控系統(tǒng)的各種信號，并通過與基站中央控制單元 連接的工作狀態(tài)顯示單元顯示。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水面機器人，其特征在于，所述受 控系統(tǒng)由中央控制單元以及與其連接的無線收發(fā)單元、電機控制單元構(gòu)成，該 中央控制單元根據(jù)無線收發(fā)單元接收基站發(fā)來的控制指令通過電機控制單元 控制左右電機，并通過無線收發(fā)單元發(fā)送信號到基站。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種多功能水面機器人，其特征在于，所 述無線收發(fā)單元采用基于IP的無線局域網(wǎng)通訊。
專利摘要本實用新型公開了一種多功能水面機器人，其主要包括一船體、推進系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，該船體包括左右兩個片體，兩個片體通過甲板橋連接，且在左右片體的后下方分別設(shè)置有獨立的推進系統(tǒng)；所述甲板橋上安置有控制艙；所述控制系統(tǒng)中的基站通過安置在控制艙內(nèi)的受控系統(tǒng)控制推進系統(tǒng)。本實用新型具有穩(wěn)性大、速度快、操縱靈活的特點，可廣泛應(yīng)用于江河湖海的水上救助、水面環(huán)境監(jiān)測、水文測量、水上信息傳遞和網(wǎng)絡(luò)組建等領(lǐng)域。
文檔編號B63B35/00GK201254266SQ20082006060
公開日2009年6月10日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者燕 張, 王建華, 琳 翟, 褚建新, 偉 顧 申請人:上海海事大學