專利名稱：一種潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水下探測裝置的載體，特別是涉及一種潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人。
背景技術(shù)：
帶纜遙控水下機器人是一種日益廣泛應(yīng)用于海洋、河流與湖泊等水下環(huán)境動態(tài)監(jiān)測的水下探測裝置，它在水下地貌與海洋物理特征觀測、水下環(huán)境調(diào)查、水下結(jié)構(gòu)物檢查中有著特殊的用途。帶纜遙控水下機器人通常由臍帶纜、水下機器人和機器人軌跡與姿態(tài)控制機構(gòu)組成。隨著世界各國對水下環(huán)境快速現(xiàn)場監(jiān)測能力要求的提高，對帶纜遙控水下機器人在控制機構(gòu)操縱下的軌跡與姿態(tài)控制能力的要求也在不斷地提高。水下機器人所搭載的水下環(huán)境監(jiān)測傳感器的工作性質(zhì)要求水下機器人工作時姿態(tài)穩(wěn)定，并具有快速靈活的軌跡和姿態(tài)調(diào)節(jié)與控制能力。如何在保證水下機器人姿態(tài)穩(wěn)定的前提下使其能按照所要求的測量軌跡與姿態(tài)要求快速靈活地對其進行有效的操縱，是能否開發(fā)出一種經(jīng)濟實用、具有市場價值的帶纜遙控水下機器人的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的小型水下機器人一般是采用多個控制螺旋槳實現(xiàn)對其不同自由度的控制， 通常每一個自由度的控制由一個或每一組螺旋槳來實施對其控制。這類控制方式的主要缺陷是需要多個控制螺旋槳和復(fù)雜的操縱動作才能實現(xiàn)對機器人不同自由度的軌跡與姿態(tài)穩(wěn)定控制、對這些螺旋槳的操縱動作也需要復(fù)雜的控制機構(gòu)來實現(xiàn)，同時水下機器人電機驅(qū)動螺旋槳系統(tǒng)中的機器人內(nèi)部電機系統(tǒng)和推進螺旋槳之間的軸線接合處，一旦發(fā)生漏水，將導(dǎo)致驅(qū)動電機無法正常工作。這些因素?zé)o疑增大了機器人控制系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜程度和使用者作業(yè)的風(fēng)險與難度，使得這些機器人由于控制機構(gòu)復(fù)雜、作業(yè)故障率增加和難以具有良好的姿態(tài)穩(wěn)定能力從而限制了其應(yīng)用的范圍。如何在簡化水下操縱動作的同時保證其在滿足防漏效果的情況下高效運行，這對于實現(xiàn)對機器人進行安全、穩(wěn)定、高效的操縱控制具有積極的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和問題，提供一種控制機構(gòu)簡單、通用性好，并且姿態(tài)穩(wěn)定性好的潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人，包括主腔體、潛水泵、噴水推進水管網(wǎng)路、護罩和計算機；潛水泵安裝于主腔體內(nèi)，計算機設(shè)置在設(shè)置水面工作船上；主腔體為一個長方體的空腔結(jié)構(gòu)，潛水泵安裝于主腔體底部的中心位置；主腔體左右兩側(cè)設(shè)有護罩，護罩為空腔結(jié)構(gòu)，護罩的內(nèi)部空腔與主腔體的空腔連通，護罩前后方向的長度與主腔體長度相同，在主腔體下部的外壁上設(shè)有外部水進出口導(dǎo)管，主腔體空腔內(nèi)設(shè)有水下探測傳感器； 臍帶纜出口設(shè)置在主腔體外壁的頂部；噴水推進水管網(wǎng)路安裝在主腔體和護罩的空腔內(nèi)部；噴水推進水管網(wǎng)路包括電磁閥、噴水管道、水管網(wǎng)路進水口和噴水口 ；水管網(wǎng)路進水口設(shè)置在潛水泵頂部的出水口處， 噴水口為十個，其中第一噴水口和第二噴水口位于主腔體頂部左右方向中線，兩噴水口關(guān)于機器人的垂直縱剖面左右對稱；第三噴水口和第四噴水口位于主腔體底部左右方向中線，與第一噴水口和第二噴水口關(guān)于主腔體上下對稱設(shè)置；第五噴水口和第六噴水口分別位于兩護罩正后方中心處；第八噴水口和第九噴水口分別位于兩護罩正前方中心處；第七噴水口位于主腔體左側(cè)的護罩的左側(cè)中心處；第十噴水口位于主腔體右側(cè)的護罩的右側(cè)中心處；噴水管道包括進水管道、第一水平管道、豎向管道、第二水平管道、第三水平管道，進水管道與水管網(wǎng)路進水口連通，進水管道水平面左右兩側(cè)分別與兩第一水平管道連通，第一水平管道豎向與豎向管道連通，第一水平管道水平面左右方向與第二水平管道連通，兩第二水平管道水平面前后方向分別與第三水平管道連通；電磁閥為十個，各個電磁閥分別設(shè)置在連接相應(yīng)噴水口的管路上的噴水口處；各個電磁閥與潛水泵分別與臍帶纜線連接， 臍帶纜線通過臍帶纜出口連接到設(shè)在水面工作船上的計算機。為進一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，所述主腔體優(yōu)選為對各邊進行了圓角處理的長方體空腔。所述主腔體頂部優(yōu)選設(shè)有吊環(huán)，吊環(huán)固定在主腔體框架上，用于機器人進出水的吊裝操作。所述主腔體的空腔上部優(yōu)選設(shè)有泡沫浮力材，與潛水泵重量配對產(chǎn)生維持水下機器人穩(wěn)定的穩(wěn)定力矩。所述潛水泵的入水口優(yōu)選設(shè)置于主腔體前擋板下部。所述護罩優(yōu)選為橢圓柱形或者對稱機翼型。所述護罩左右方向優(yōu)選伸出的主腔體的高度為50 300mm。所述主腔體下部優(yōu)選設(shè)有主體支架。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果(1)控制相對簡單。僅僅只需通過開關(guān)電磁閥控制噴水組合實現(xiàn)多自由度操作。 較之傳統(tǒng)的帶纜遙控水下機器人，本發(fā)明的控制系統(tǒng)的設(shè)計難度大大降低，同時控制的自由度也更多。(2)噴水推進裝置水下工作性能穩(wěn)定。本發(fā)明使用了潛水泵作為機器人噴水推進裝置的動力來源，降低了傳統(tǒng)的螺旋槳推進系統(tǒng)中電機系統(tǒng)和螺旋槳之間的軸線接合處漏水的風(fēng)險、降低了水下作業(yè)的故障率。(3)姿態(tài)穩(wěn)定性好。機器人主腔體上部布置的泡沫浮力材與潛水泵重量配對產(chǎn)生維持水下機器人穩(wěn)定的穩(wěn)定力矩從而保證了機器人在作業(yè)過程中具有比較強的自主穩(wěn)定能力，這一特性減少了使用者維持其姿態(tài)穩(wěn)定所要求發(fā)出的控制動作，降低了控制系統(tǒng)的設(shè)計難度。(4)多自由度，控制起來更為靈活。該發(fā)明所述推噴水裝置可產(chǎn)生各個方向的推力，能垂直升降，可后退，可側(cè)向移動。


圖1是本發(fā)明潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人主視圖；圖2是本發(fā)明潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人俯視圖3是本發(fā)明潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人左視圖；圖4是本發(fā)明噴水推進水管網(wǎng)路主視圖；圖5是本發(fā)明噴水推進水管網(wǎng)路俯視圖；圖6是本發(fā)明噴水推進水管網(wǎng)路左視圖；圖7是本發(fā)明噴水管道裝置產(chǎn)生豎直方向推力時的工作部位示意圖；圖8是本發(fā)明噴水管道裝置產(chǎn)生水平方向推力時的工作部位示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施方式表述的范圍。為了便于敘述，在圖1 8中，從后擋板17向前擋板16的方向界定為前進方向， 機器人沿著該方向的垂直對稱面為垂直縱剖面，前進方向的右側(cè)為右方向，左側(cè)為左方向， 上側(cè)為上方向，下側(cè)為下方向，主腔體2上左方向、右方向、上方向和下方向的擋板分別為左擋板、右擋板、上擋板和下?lián)醢?。如圖1 3所示，一種潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人包括主腔體2、潛水泵 1、噴水推進水管網(wǎng)路6、護罩7和計算機；潛水泵1安裝于主腔體2內(nèi)，噴水推進水管網(wǎng)路6 安裝于主腔體2和護罩7內(nèi)，主腔體2和護罩7連通，計算機設(shè)置在設(shè)置水面工作船上。主腔體2與護罩7板厚優(yōu)選為2 3mm。主腔體2為一個長方體的空腔結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為對各邊進行了圓角處理的長方體空腔；潛水泵1通過潛水泵支架8的支承固定，安裝于主腔體2底部的中心位置；主腔體2頂部的吊環(huán)3固定在主腔體框架上，用于機器人進出水的吊裝操作；主腔體2的空腔上部設(shè)有泡沫浮力材4，與潛水泵重量配對產(chǎn)生維持水下機器人穩(wěn)定的穩(wěn)定力矩，這一穩(wěn)定力矩為機器人提供了較大的橫搖、縱搖阻尼，從而保證了機器人作業(yè)過程中具有比較強的自主穩(wěn)定能力；潛水泵1的入水口 12設(shè)置于主腔體前擋板16下部，使外部的水能通過入水口 12順利進入到潛水泵1中；主腔體2左右兩側(cè)設(shè)有護罩7，護罩7優(yōu)選為橢圓柱形或者對稱機翼型，護罩7為空腔結(jié)構(gòu)，護罩7的內(nèi)部空腔與主腔體的空腔連通，護罩7前后方向的長度與主腔體2長度相同，護罩7左右方向伸出的主腔體2的高度優(yōu)選為50 300mm，設(shè)置護罩 7可在控制主腔體的體積、避免帶來機器人運動阻力較大的同時，放置及固定伸出主腔體2 外的噴水管道；在主腔體下部的外壁上設(shè)有外部水進出口導(dǎo)管13 ；臍帶纜出口 11設(shè)置在主腔體外壁的頂部；主腔體2下部設(shè)有主體支架9 ；根據(jù)不同探測任務(wù)，在主腔體2內(nèi)設(shè)有相應(yīng)類型的水下探測傳感器，水下探測傳感器包括探測外部水化學(xué)性能的鹽度、氨氮、硝氨磷、PH值的傳感器，以及探測水下的光線、聲納、溫度、壓力等聲、光物理性能的傳感器。在主腔體搭載了水下化學(xué)元素傳感器或相關(guān)物理傳感器后，主腔體2上設(shè)置的海水進出口導(dǎo)管13可以引導(dǎo)外部水穿過主腔體內(nèi)的傳感器以實現(xiàn)對相關(guān)水下參數(shù)的采集。如圖4 7所示，噴水推進水管網(wǎng)路6關(guān)于水下機器人的垂直縱剖面對稱，安裝在主腔體2和護罩7的空腔內(nèi)部；噴水推進水管網(wǎng)路6包括電磁閥5、噴水管道14、水管網(wǎng)路進水口 15和噴水口 10 ；水管網(wǎng)路進水口 15設(shè)置在潛水泵1頂部的出水口處，水流由此處導(dǎo)入噴水推進水管網(wǎng)路6 ；噴水口 10為十個，其中第一噴水口 10-1和第二噴水口 10-2位于主腔體2頂部左右方向中線，兩噴水口關(guān)于機器人的垂直縱剖面左右對稱；第三噴水口10-3和第四噴水口 10-4位于主腔體2底部左右方向中線，第三噴水口 10-3和第四噴水口 10-4與第一噴水口 10-1和第二噴水口 10-2關(guān)于主腔體2上下對稱設(shè)置；第五噴水口 10-5 和第六噴水口 10-6分別位于兩護罩7正后方中心處，與后擋板17處在同一平面上；第八噴水口 10-8和第九噴水口 10-9分別位于兩護罩7正前方中心處，與第五噴水口 10-5和第六噴水口 10-6前后對稱設(shè)置；第七噴水口 10-7位于主腔體左側(cè)的護罩的左側(cè)中心處； 第十噴水口 10-10位于主腔體右側(cè)的護罩的右側(cè)中心處；第十噴水口 10-10與第七噴水口 10-7對稱設(shè)置。噴水口伸出水下機器人表面的長度為0 4mm。噴水管道14包括進水管道14-1、第一水平管道14-2、豎向管道14-3、第二水平管道14_4、第三水平管道14_5，進水管道14-1與水管網(wǎng)路進水口 15連通，進水管道14-1水平面左右兩側(cè)分別與兩第一水平管道14-2連通，第一水平管道14-2豎向與豎向管道14-3連通，豎向管道14_3水平面左右方向與第二水平管道14-4連通，兩第二水平管道14-4水平面前后方向分別與第三水平管道 14-5連通；水平管道和豎向管道用于連通不同位置的噴水口 ；電磁閥10為十個，分別為第一電磁閥5-1、第二電磁閥5-2、第三電磁閥5-3、第四電磁閥5-4、第五電磁閥5_5、第六電磁閥5-6、第七電磁閥5-7、第八電磁閥5-8、第九電磁閥5-9和第十電磁閥5_10 ；各個電磁閥分別設(shè)置在連接相應(yīng)噴水口的管路上的噴水口處；各個電磁閥分別控制不同管道水流的開啟和閉合；水流通過噴水口 10噴射出主腔體外部，根據(jù)不同自由度控制的需要，為水下機器人提供不同方向的推進力。例如，當(dāng)需要機器人產(chǎn)生上或下方向推進力時，可以通過控制管道上的不同電磁閥的開啟和閉合使水流依次沿進水口 15、進水管道14-1、第一水平管道 14-2、豎向管道14-3流通，最后從上或下方向的噴水口噴出，即可產(chǎn)生向下或上方向的推進力；若需要機器人產(chǎn)生前后或左右推進力時，通過控制管道上的不同電磁閥的開啟和閉合使水流依次沿進水口 15、進水管道14-1、第一水平管道14-2、豎向管道14-3、第二水平管道14-4、第三水平管道14-5流通，最后從相應(yīng)的噴水口噴出，即可產(chǎn)生前后或左右推進力。各個電磁閥與潛水泵1分別與臍帶纜線連接，臍帶纜通過臍帶纜出口 11連接到設(shè)在水面工作船上的計算機，計算機通過臍帶纜實現(xiàn)控制各個電磁閥的開啟閉合、調(diào)節(jié)潛水泵1轉(zhuǎn)速。在工作過程中，可以以不同的方式驅(qū)動潛水泵1和電磁閥5，調(diào)整不同出水方向以獲得不同方向的推進力；通過調(diào)節(jié)潛水泵1的運轉(zhuǎn)速度以改變出水強度，進而改變機器人的運動速度。如圖7所示，當(dāng)需要潛水泵出水推進水下機器人豎直向上運動時，啟動潛水泵1， 潛水泵從外部抽取水，水流從水管網(wǎng)路進水口 15進入噴水推進水管網(wǎng)路6 ；開啟第三電磁閥5-3和第四電磁閥5-4，關(guān)閉其余電磁閥，導(dǎo)致水流只從第三噴水口 10-3和第四噴水口 10-4噴出，由第三噴水口 10-3和第四噴水口 10-4噴射出的水流產(chǎn)生合力，推動水下機器人往豎直向上方向運動。如圖7所示，當(dāng)需要潛水泵出水推進水下機器人豎直向下運動時，啟動潛水泵1， 潛水泵從外部抽取水，水流從水管網(wǎng)路進水口 15進入噴水推進水管網(wǎng)路6 ；開啟第一電磁閥5-1和第二電磁閥5-2，關(guān)閉其余電磁閥，水流只從第一噴水口 10-1和第二噴水口 10-2 噴出，由第一噴水口 10-1和第二噴水口 10-2射出的水流產(chǎn)生合力，推動水下機器人往豎直向下方向運動。如圖8所示，當(dāng)需要潛水泵噴水推進水下機器人水平向前運動時，啟動潛水泵1，潛水泵從外部抽取水，水流從水管網(wǎng)路進水口 15進入噴水推進水管網(wǎng)路6 ；開啟第五電磁閥5-5和第六電磁閥5-6，關(guān)閉其余電磁閥，導(dǎo)致水流只從第五噴水口 10-5和第六噴水口 10-6噴出；由第五噴水口 10-5和第六噴水口 10-6噴射出的水流產(chǎn)生合力，推動水下機器人往水平向前運動。當(dāng)潛水泵噴水推進水下機器人需要水平向后運動時，啟動潛水泵1，潛水泵從外部抽取水，水流從水管網(wǎng)路進水口 15進入噴水推進水管網(wǎng)路6 ；開啟第八電磁閥5-8和第九電磁閥5-9，關(guān)閉其余電磁閥，導(dǎo)致水流只從第八噴水口 10-8和第九噴水口 10-9噴出；由第八噴水口 10-8和第九噴水口 10-9射出的水流產(chǎn)生合力，推動水下機器人往水平向后運動。當(dāng)潛水泵噴水推進水下機器人需要水平向右運動時，啟動潛水泵1，潛水泵從外部抽取水，水流從水管網(wǎng)路進水口 15進入噴水推進水管網(wǎng)路6 ；開啟第十電磁閥5-10，關(guān)閉其余電磁閥，導(dǎo)致水流只從第十噴水口 10-10噴出；由第十噴水口 10-10噴射出水流產(chǎn)生的推力推動水下機器人往水平向右運動。當(dāng)潛水泵噴水推進水下機器人需要水平向左運動時，啟動潛水泵1，潛水泵從外部抽取水，水流從水管網(wǎng)路進水口 15進入噴水推進水管網(wǎng)路6 ；開啟第七電磁閥5-7，關(guān)閉其余電磁閥，導(dǎo)致水流只從第七噴水口 10-7噴出；由第七噴水口 10-7噴射出水流產(chǎn)生的推力，推動水下機器人往水平向左運動。在實際運用中，可控制多個電磁閥5的開啟和閉合，并控制潛水泵1的轉(zhuǎn)速，通過軸向和側(cè)向不同大小不同方向的推力疊加，理論上可以獲得任意方向的推力。綜上所述，可較好實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人，其特征在于包括主腔體、潛水泵、噴水推進水管網(wǎng)路、護罩和計算機；潛水泵安裝于主腔體內(nèi)，計算機設(shè)置在水面工作船上；主腔體為一個長方體的空腔結(jié)構(gòu)，潛水泵安裝于主腔體底部的中心位置；主腔體左右兩側(cè)設(shè)有護罩，護罩為空腔結(jié)構(gòu)，護罩的內(nèi)部空腔與主腔體的空腔連通，護罩前后方向的長度與主腔體長度相同，在主腔體下部的外壁上設(shè)有外部水進出口導(dǎo)管，主腔體空腔內(nèi)設(shè)有水下探測傳感器；臍帶纜出口設(shè)置在主腔體外壁的頂部；噴水推進水管網(wǎng)路安裝在主腔體和護罩的空腔內(nèi)部；噴水推進水管網(wǎng)路包括電磁閥、 噴水管道、水管網(wǎng)路進水口和噴水口 ；水管網(wǎng)路進水口設(shè)置在潛水泵頂部的出水口處，噴水口為十個，其中第一噴水口和第二噴水口位于主腔體頂部左右方向中線，兩噴水口關(guān)于機器人的垂直縱剖面左右對稱；第三噴水口和第四噴水口位于主腔體底部左右方向中線，與第一噴水口和第二噴水口關(guān)于主腔體上下對稱設(shè)置；第五噴水口和第六噴水口分別位于兩護罩正后方中心處；第八噴水口和第九噴水口分別位于兩護罩正前方中心處；第七噴水口位于主腔體左側(cè)的護罩的左側(cè)中心處；第十噴水口位于主腔體右側(cè)的護罩的右側(cè)中心處； 噴水管道包括進水管道、第一水平管道、豎向管道、第二水平管道、第三水平管道，進水管道與水管網(wǎng)路進水口連通，進水管道水平面左右兩側(cè)分別與兩第一水平管道連通，第一水平管道豎向與豎向管道連通，第一水平管道水平面左右方向與第二水平管道連通，兩第二水平管道水平面前后方向分別與第三水平管道連通；電磁閥為十個，各個電磁閥分別設(shè)置在連接相應(yīng)噴水口的管路上的噴水口處；各個電磁閥與潛水泵分別與臍帶纜線連接，臍帶纜線通過臍帶纜出口連接到設(shè)在水面工作船上的計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人，其特征在于所述主腔體為對各邊進行了圓角處理的長方體空腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人，其特征在于所述主腔體頂部設(shè)有吊環(huán)，吊環(huán)固定在主腔體框架上，用于機器人進出水的吊裝操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人，其特征在于所述主腔體的空腔上部設(shè)有泡沫浮力材，與潛水泵重量配對產(chǎn)生維持水下機器人穩(wěn)定的穩(wěn)定力矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人，其特征在于所述潛水泵的入水口設(shè)置于主腔體前擋板下部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人，其特征在于所述護罩為橢圓柱形或者對稱機翼型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人，其特征在于所述主腔體下部設(shè)有主體支架。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人，其特征在于所述護罩左右方向伸出的主腔體的高度為50 300mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種潛水泵噴水推進帶纜遙控水下機器人，包括主腔體、潛水泵、噴水推進水管網(wǎng)路、護罩和計算機；潛水泵安裝于主腔體內(nèi)，計算機設(shè)置在設(shè)置水面工作船上；主腔體為一個長方體的空腔結(jié)構(gòu)，潛水泵安裝于主腔體底部的中心位置；噴水推進水管網(wǎng)路包括電磁閥、噴水管道、水管網(wǎng)路進水口和噴水口；水管網(wǎng)路進水口設(shè)置在潛水泵頂部的出水口處，噴水口為十個，電磁閥為十個，各個電磁閥分別設(shè)置在連接相應(yīng)噴水口的管路上的噴水口處；各個電磁閥與潛水泵分別與臍帶纜線連接，臍帶纜線通過臍帶纜出口連接到設(shè)在水面工作船上的計算機。本發(fā)明噴水推進裝置水下工作性能穩(wěn)定，自主穩(wěn)定能力較強，操縱范圍大、自由度多，控制機構(gòu)簡單。
文檔編號B63H11/04GK102285435SQ20111014582
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者葉勁華, 吳家鳴, 吳沙萍, 唐建軍, 楊國為, 甘曉, 谷男男, 趙鍇瑜, 黃志科 申請人:華南理工大學(xué), 廣州市番禺靈山造船廠有限公司