一種能源系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種能源系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺，包括兩套可供選擇的能源系統(tǒng)：一套為裝載有鋰電池組的電子艙，適用于脫纜作業(yè)的情況，一套為裝載有AC220V轉(zhuǎn)DC24V的電源模塊的電力艙，適用于連續(xù)作業(yè)的情況，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的具體需求，選擇安裝最適宜的能源系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)平臺框架由左右兩塊立板、角鋁、方鋁、鋁棒通過螺栓螺母連接而成；通過鋼箍將電子艙和電力艙(或者電池艙)固定在框架上層。在改變能源系統(tǒng)時，只需將鋼箍旋松，將電力艙移走，換上電池艙，反之亦然，再旋緊鋼箍即可。本發(fā)明具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)調(diào)整容易的特點(diǎn)，可在水池中或者淺水環(huán)境下進(jìn)行水下機(jī)器人故障診斷和容錯控制技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。
【專利說明】一種能源系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種實(shí)驗(yàn)平臺，具體地說是水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著陸地資源的日益減少，海洋資源的開發(fā)和利用對經(jīng)濟(jì)增長起到越來越明顯的 推動作用。水下機(jī)器人作為海洋開發(fā)的主要工具，工作在復(fù)雜多變的水下環(huán)境中，其安全性 和可靠性至關(guān)重要。故障診斷和容錯控制技術(shù)是水下機(jī)器人安全性和可靠性的重要保證。 水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺是故障診斷和容錯控制技術(shù)研究的重要組成部分，它對于水下機(jī)器人 故障診斷和容錯控制技術(shù)的理論研究、實(shí)驗(yàn)研究都具有重要的意義。
[0003] 能源系統(tǒng)是水下機(jī)器人的重要組成部分，其構(gòu)成取決于水下機(jī)器人的供電方式。 水下機(jī)器人的供電方式主要有水上電源供電和水下電池艙供電兩種形式，各有優(yōu)缺點(diǎn)。采 用水上電源供電的水下機(jī)器人，如專利申請?zhí)枮?01210488586. 1，名稱為《混合動力水下機(jī) 器人》的專利，其采用水上控制箱通過電纜對水下機(jī)器人供電，可以連續(xù)作業(yè)，但是電纜會 影響水下機(jī)器人的動力學(xué)性能，對某些故障診斷與容錯控制算法的實(shí)驗(yàn)研究造成干擾。采 用電池艙供電的水下機(jī)器人如CNKI數(shù)據(jù)庫刊登的"自主式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺研制與實(shí) 驗(yàn)研究"設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺，排除了電纜對實(shí)驗(yàn)研究的影響，但是連續(xù)作業(yè)時間有限。
[0004] 實(shí)際上，在水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺的使用過程中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不同，對水下機(jī)器人的功 能需求也不同。在水下機(jī)器人的調(diào)試、電纜的影響可以忽略的實(shí)驗(yàn)研究、電纜的影響不可忽 略的初步實(shí)驗(yàn)研究中，連續(xù)作業(yè)功能是主要需求，此時應(yīng)采用水上電源供電方式；在電纜的 影響不可忽略的最終實(shí)驗(yàn)研究中，脫纜作業(yè)功能是主要需求，此時應(yīng)采用水下電池艙供電 方式。因此，對于經(jīng)常變換實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺而言，只擁有某一固定形式的能 源系統(tǒng)并不適宜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供擁有兩套可供選擇的能源系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)調(diào)整容易的一種能源 系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明一種能源系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺，其特征是：包括框架、電 子艙、推進(jìn)器系統(tǒng)，框架包括左立板、右立板，左立板前端與右立板前端通過第一鋁棒、第二 鋁棒、前方鋁相連，左立板后端與右立板后端通過第三鋁棒、第四鋁棒、后方鋁相連，前方鋁 位于第一鋁棒和第二鋁棒之間，后方鋁位于第三鋁棒和第四鋁棒之間，在左立板和右立板 的中部通過鋁板相連，前方鋁、后方鋁、鋁板位于同一高度，并將框架分割成上層和下層，電 子艙位于框架上層左立板一側(cè)，電子艙通過第一鋼箍固定在前方鋁上，電子艙與前方鋁之 間固定有V型塊，框架上層右立板一側(cè)與第一鋼箍對稱的位置上安裝第二鋼箍，第二鋼箍 上安裝電力艙或電池艙，安裝在框架下層的推進(jìn)器系統(tǒng)包括前側(cè)推、后側(cè)推、左主推、右主 推、前垂推、后垂推，左主推和右主推安裝在鋁板的下方，前側(cè)推和后側(cè)推安裝在右立板上， 前垂推和后垂推安裝在鋁板的前后兩側(cè)。
[0008] 本發(fā)明還可以包括：
[0009] 1、左立板和右立板的上端內(nèi)側(cè)安裝U型螺栓，下端內(nèi)側(cè)安裝調(diào)平鋼塊。
[0010] 2、鋁板下側(cè)安裝有多普勒速度計(jì)，上側(cè)安裝有深度計(jì)，深度計(jì)與鋁板之間通過防 水膠帶相連；電子艙、電力艙、電池艙的前端和后端分別安裝前端蓋和后端蓋，前端蓋上安 裝導(dǎo)流罩，電力艙、電池艙的后端蓋上安裝有扁平水下連接器和圓形水下連接器。
[0011] 3、前鋁板右側(cè)安裝前立柱，前立柱頂端安裝電子羅盤；后方鋁右側(cè)安裝后立柱，后 立柱頂端固定天線。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)勢在于：
[0013] 1、可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需求，選用最適宜的能源系統(tǒng)。
[0014] 傳統(tǒng)的水下機(jī)器人只擁有水下電源供電、水下電池艙供電兩者之一的供電方式， 但對于經(jīng)常變換實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺而言，只擁有某一固定形式的能源系統(tǒng)并 不適宜。本專利與傳統(tǒng)水下機(jī)器人不同，擁有兩套可供選擇的能源系統(tǒng)，可按不同實(shí)驗(yàn)需求 選用不同的供電方式，再根據(jù)選用的供電方式，安裝電池艙或者電力艙。
[0015] 2、結(jié)構(gòu)調(diào)整容易。
[0016] 本發(fā)明專利通過鋼箍將電子艙、電力艙（或者電池艙）固定在水下機(jī)器人框架上 層，當(dāng)需要改變供電方式時，只需要旋松鋼箍，移走電力艙，換上電池艙，反之亦然，再旋緊 鋼箍即可。各部件均采用微小型的獨(dú)立密封結(jié)構(gòu)，各部件之間通過水密連接器進(jìn)行連接，拆 裝和重組容易。
[0017] 3、供電電纜壓降小。
[0018] 當(dāng)采用水上電源供電時，本專利的水下機(jī)器人上安裝電力艙。電力艙內(nèi)部裝有 AC220V轉(zhuǎn)DC24V的電源模塊，AC220V與岸上市電相連，DC24V與電子艙相連。與《混合動力 水下機(jī)器人》等專利采用岸上直流電源給水下機(jī)器人供電的方式相比，本發(fā)明專利的直流 電源供電電纜短，電纜壓降小。
[0019] 4、體積小，重量輕。
[0020] 水下機(jī)器人的調(diào)試、電纜的影響可以忽略的實(shí)驗(yàn)研究、電纜的影響不可忽略的初 步實(shí)驗(yàn)研究均可在有纜情況下進(jìn)行，無纜實(shí)驗(yàn)的時間較少，因此對鋰電池組的容量需求較 低，降低了電池艙的體積和重量；左右立板采用聚四氟乙烯材料，且立板上加工有矩形、梯 形等通孔，進(jìn)一步降低了水下機(jī)器人的體積和重量。
[0021] 5、搬運(yùn)和放置方便。
[0022] 聚四氟乙烯立板上加工有矩形、梯形等通孔，立板上端作為用于搬運(yùn)的拎手，便于 搬運(yùn)，下端作為用于放置的突臺，便于放置，用于吊放的U型螺栓朝向框架內(nèi)側(cè)，不影響其 他設(shè)備的放置。
[0023] 6、電子艙、電力艙、電池艙前端安裝有半球形導(dǎo)流罩，能夠減小前進(jìn)時的水阻力。
[0024] 7、在艏搖自由度上配置冗余的推進(jìn)器，為水下機(jī)器人故障診斷與容錯控制技術(shù)的 實(shí)驗(yàn)研究提供了硬件基礎(chǔ)。
[0025] 主推進(jìn)器和側(cè)向推進(jìn)器均為兩個推進(jìn)器對稱布置，兩組推進(jìn)器的差動控制均可實(shí) 現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)艏運(yùn)動，所以主推進(jìn)器和側(cè)向推進(jìn)器在功能上存在冗余。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明的水下機(jī)器人外形俯視圖；
[0027] 圖2為圖1的A-A視圖；
[0028] 圖3為圖2的左視圖；
[0029] 圖4為圖2的仰視圖；
[0030] 圖5為聚四氟乙烯立板結(jié)構(gòu)簡圖；

【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：
[0032] 結(jié)合圖1?5,框架由左立板37、右立板16通過鋁棒11、鋁棒22等構(gòu)成，鋁棒22 和右立板16之間通過螺釘38進(jìn)行固定連接。U型螺栓39通過螺母40和螺母41固定在右 立板16上。
[0033] 如圖3所示，右立板16堅(jiān)向中央與角鋁29通過螺栓組件42固定，角鋁29與前方 鋁6通過螺栓組件43固定。通過鋼箍10將電力艙15固定在前方鋁6上，電力艙15和前 方鋁6之間固定有V型塊45。
[0034] 如圖4所示，在框架中央安裝有鋁板32,鋁板32下側(cè)安裝有多普勒速度計(jì)31，上 側(cè)安裝有深度計(jì)18,深度計(jì)18與鋁板32之間通過防水膠帶相連?？蚣芟聦硬贾糜星皞?cè)推 36、后側(cè)推28、左主推46、右主推33、前垂推17、后垂推19等六個推進(jìn)器。
[0035] 如圖2所示，前方鋁6右側(cè)與前立柱14通過螺栓組件5連接，前立柱14頂端與電 子羅盤12通過螺栓組件13連接，前方鋁6下側(cè)與推進(jìn)器固定座3通過螺栓組件4連接，固 定座3與固定端蓋1通過螺栓組件2進(jìn)行連接，并固定前側(cè)推36。后方鋁27右側(cè)依次連接 墊塊26、后立柱25,后立柱25頂端固定天線20。前立柱14與鋁棒11之間、后立柱25與鋁 棒22之間通過防水膠帶進(jìn)行固定。電力艙15后端蓋21上安裝有扁平水下連接器23和圓 形水下連接器24。右立板16下端與調(diào)平鋼塊34和調(diào)平鋼塊30通過螺栓組件35連接。
[0036] 如圖1所示，螺釘47將導(dǎo)流罩支架48、前端蓋9固定在電力艙15上，導(dǎo)流罩固定 架48通過不銹鋼螺桿組件7將導(dǎo)流罩8固定。電子艙44前端安裝有導(dǎo)流罩49,導(dǎo)流罩49 上加工有凹槽，以滿足扁平水密連接器50的布線需求。
[0037] 如圖5所示，立板采用聚四氟乙烯材料，其上加工有矩形、梯形等通孔，立板上端 作為用于搬運(yùn)的拎手，下端作為用于放置的突臺，立板上的圓孔用于連接。
[0038] 電力艙15內(nèi)部在安裝AC220V轉(zhuǎn)DC24V的電源模塊的基礎(chǔ)上，安裝附加鉛塊，用于 調(diào)節(jié)電力艙與電池艙的重量以及重心位置相一致，以減小電力艙和電池艙的更換對水下機(jī) 器人動力學(xué)性能的影響。
[0039] 本發(fā)明一種能源系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺，擁有兩套可供選擇的能 源系統(tǒng)，一套為裝載有鋰電池組的電子艙，適用于脫纜作業(yè)的情況，一套為裝載有AC220V 轉(zhuǎn)DC24V的電源模塊的電力艙，適用于連續(xù)作業(yè)的情況，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的具體需求，選擇 安裝最適宜的能源系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)平臺采用兩塊聚四氟乙烯板作為左右立板，兩個立板四角通 過四個鋁棒連接，形成框架；聚四氟乙烯板堅(jiān)向中間通過螺栓螺母固定有角鋁，角鋁上安裝 方鋁和鋁板。通過鋼箍將電子艙和電力艙（或者電池艙）固定在框架上層，在改變能源系 統(tǒng)時，只需將鋼箍旋松，將電力艙移走，換上電池艙，反之亦然，再旋緊鋼箍即可?？蚣苌蠈?按前后左右中依次安裝有密封的電子羅盤、天線、電子艙、電力艙（或者電池艙）、深度計(jì)； 框架下層中央安裝有多普勒速度計(jì)，四周布置六個推進(jìn)器；推進(jìn)器分為主推進(jìn)器、側(cè)向推進(jìn) 器以及垂向推進(jìn)器，每向推進(jìn)器對稱布置兩個，在艏搖自由度上具有推進(jìn)器冗余配置。
[0040] 聚四氟乙烯立板上加工有矩形、梯形等通孔，立板上端作為用于搬運(yùn)的拎手，下端 作為用于放置的突臺，上端內(nèi)側(cè)安裝U型螺栓，下端內(nèi)側(cè)安裝調(diào)平鋼塊。
[0041] 通過鋼箍將電子艙和電力艙固定在框架上層，兩艙和框架之間，安裝有V型塊。
[0042] 電子艙，電力艙以及電池艙前端安裝有導(dǎo)流罩支架，導(dǎo)流罩支架上安裝有導(dǎo)流罩， 導(dǎo)流罩上加工有凹槽，以滿足布線需求。
[0043] 各部件均采用微小型的獨(dú)立密封結(jié)構(gòu)，各部件間通過水密連接器進(jìn)行連接，水密 插座固定在電子艙、電力艙以及電池艙的端蓋上，水密插頭與傳感器、推進(jìn)器、天線等相連。 [0044] 推進(jìn)器安裝在由推進(jìn)器固定座和固定端蓋組成的推進(jìn)器固定組件上，固定組件安 裝在水下機(jī)器人框架上。
[0045] 電力艙內(nèi)部在安裝AC220V轉(zhuǎn)DC24V的電源模塊的基礎(chǔ)上，安裝附加鉛塊，用于調(diào) 節(jié)電力艙與電池艙的重量以及重心位置相一致。
【權(quán)利要求】
1. 一種能源系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺，其特征是：包括框架、電子艙、推 進(jìn)器系統(tǒng)，框架包括左立板、右立板，左立板前端與右立板前端通過第一鋁棒、第二鋁棒、前 方鋁相連，左立板后端與右立板后端通過第三鋁棒、第四鋁棒、后方鋁相連，前方鋁位于第 一鋁棒和第二鋁棒之間，后方鋁位于第三鋁棒和第四鋁棒之間，在左立板和右立板的中部 通過鋁板相連，前方鋁、后方鋁、鋁板位于同一高度，并將框架分割成上層和下層，電子艙位 于框架上層左立板一側(cè)，電子艙通過第一鋼箍固定在前方鋁上，電子艙與前方鋁之間固定 有V型塊，框架上層右立板一側(cè)與第一鋼箍對稱的位置上安裝第二鋼箍，第二鋼箍上安裝 電力艙或電池艙，安裝在框架下層的推進(jìn)器系統(tǒng)包括前側(cè)推、后側(cè)推、左主推、右主推、前垂 推、后垂推，左主推和右主推安裝在鋁板的下方，前側(cè)推和后側(cè)推安裝在右立板上，前垂推 和后垂推安裝在鋁板的前后兩側(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能源系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺，其特征 是：左立板和右立板的上端內(nèi)側(cè)安裝U型螺栓，下端內(nèi)側(cè)安裝調(diào)平鋼塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種能源系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺，其特 征是：鋁板下側(cè)安裝有多普勒速度計(jì)，上側(cè)安裝有深度計(jì)，深度計(jì)與鋁板之間通過防水膠帶 相連；電子艙、電力艙、電池艙的前端和后端分別安裝前端蓋和后端蓋，前端蓋上安裝導(dǎo)流 罩，電力艙、電池艙的后端蓋上安裝有扁平水下連接器和圓形水下連接器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種能源系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺，其特 征是：前鋁板右側(cè)安裝前立柱，前立柱頂端安裝電子羅盤；后方鋁右側(cè)安裝后立柱，后立柱 頂端固定天線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種能源系統(tǒng)可變的開架式水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺，其特征 是：前鋁板右側(cè)安裝前立柱，前立柱頂端安裝電子羅盤；后方鋁右側(cè)安裝后立柱，后立柱頂 端固定天線。
【文檔編號】B63C11/00GK104097758SQ201410384085
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】張銘鈞, 殷寶吉, 王玉甲, 郭冠群, 趙文德, 劉維新, 劉星, 姚峰 申請人:哈爾濱工程大學(xué)