分段式模块化水下机器人

1.本发明涉及海洋资源探测设备领域，特别涉及一种分段式模块化水下机器人。


背景技术：

2.对海底矿产资源调查是开发海洋的一个重要方面。随着科技的不断发展，海洋资源观测设备在种类、功能和性能等方面都取得了进步。功能全面、性能可靠、经济效益高是当前社会对海洋资源观测平台的强烈要求。
3.目前可以实现对海底矿产资源观测的平台有两种：一种是定点观测平台，包括可实现海洋表面或海水中观测的浮标或潜标,可实现定点垂直剖面观测的沿系留缆垂直上下运动的系留式升降平台,可实现海底定点观测的海床基等。这类观测平台只能获得海洋中某一点的信息,不能获得连续海洋空间环境信息，无法实现有效的海底资源探测，要获得大面积海域信息就必须布放多个观测平台进行连续长时间工作。平台的布放一般需要由船或飞机执行,对布放载体要求高，经济性差。另一种是走航式观测平台，它能够获得某海域内海洋环境信息随空间的连续变化情况，这类观测平台包括水下机器人、水下滑翔机、漂流浮标等。漂流浮标由于自身无动力，只能在海流的作用下运动，目标指向性很差，无法进行有效的海底资源矿产探查。水下滑翔机一般采用调节浮力的方式作为驱动动力,耗能低，航程长,可以进行大面积海域的观测，布放经济性好，但是由于其只能以锯齿形或螺旋线运动，其定点连续观测能力很弱，抗流能力也不如采用推进器的水下机器人，因此很难在环境复杂的海底进行矿产资源的调查。传统的水下机器人机动性能好，能够完成大部分走航式观测任务，然而由于其续航力弱，自持时间短，并且只能靠自身的航行来克服自身浮力实现定深或定高运动，需要定时返回母船补给保障，维护费用较高并且无法对远海海域定点剖面进行连续的长时间观测。
4.因此，传统的水下机器人由于其航程短、自持时间短、不具备自主升沉能力，因而难以完成指定海域的长期海底矿产资源探测任务，或获得该海域的海洋环境信息和整片海域海底矿产资源信息随空间变化情况。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的不足，本发明提供一种分段式模块化水下机器人，可解决现有水下机器人航程短、自持时间短、不具备自主升沉能力的技术问题，实现航程长、自持时间久、机动性能好、具有自主升沉能力，兼具定点观测和走航式探查矿产资源功能，并能够按照指定路线和使命自主完成该海域的海洋矿产资源观测任务。
6.本发明采用以下技术方案：
7.分段式模块化水下机器人，包括依次连接的推进段、俯仰调节舱段、浮力调节舱段、固定电池组舱段及观测舱段；
8.所述推进段包括推进框架、推进器、电机驱动单元、升降舵、方向舵；
9.所述俯仰调节舱段包括俯仰舱外壳及其内部设置的移动电池组、支撑轴以及驱动
装置；所述俯仰舱外壳内沿长度方向固定有支撑轴，移动电池组滑动套设于支撑轴上，所述驱动装置驱动移动电池组沿支撑轴滑动；
10.所述浮力调节舱段包括浮力外壳、外油囊、活塞式内油囊，所述外油囊环绕浮力外壳外壁设置，所述内油囊设置在浮力外壳内腔且外壁与浮力外壳的内腔壁密封滑动连接；所述外油囊通过调节系统与内油囊连通并调节外油囊和内油囊内的油量；
11.所述固定电池组舱段包括固定电池组舱段外壳及内部设置的固定电池组、支撑管，所述支撑管固定在固定电池组舱段舱体内，所述固定电池组套接固定于支撑管上；
12.所述观测舱段内部设置传感设备，所述观测舱段外部前端安装有艏部牵引环。
13.优选地，所述推进段中，所述升降舵为一对、沿水平方向对称设置于推进框架外周两侧且与推进框架转动连接，所述方向舵沿竖直方向设置于推进框架外周顶部或/和底部且与推进框架转动连接；所述升降舵和方向舵由布置在推进框架内部的电机驱动单元驱动；所述推进段尾部设置推进器以推动机器人前进。
14.优选地，所述推进段外周设置卫星天线,用于实现水下机器人的水面通信和定位功能；所述推进器为导管螺旋桨,该推进器采用充油密封方式；所述推进框架内空隙处填充有浮力材料。
15.优选地，所述俯仰调节舱段中，所述驱动装置包括电机二、滚珠丝杠组件，所述电机二驱动滚珠丝杠组件带动与所述滚珠丝杠组件固定连接的移动电池组移动。
16.优选地，所述滚珠丝杠组件包括丝杠和滚珠螺母，所述电机二带动丝杠转动进而带动滚珠螺母沿着丝杠轴向移动，所述滚珠螺母通过连接件与移动电池组固定。
17.优选地，所述支撑轴中空、并沿轴向开设有移动孔隙，所述电机二和滚珠丝杠组件设置在支撑轴内；所述连接件穿过支撑轴上的移动孔隙与移动电池组固定连接。
18.优选地，所述移动电池组内平行轴向设置电位计，所述电位计内的拉杆一头位于电位计内、另一头固定于俯仰调节舱段端部。
19.优选地，所述俯仰调节舱段的支撑轴上设置限位块，以限制所述移动电池组在支撑轴上的移动距离；所述限位块设置在远离电位计的一侧。
20.优选地，所述观测舱段内的传感设备包括声通换能器、前视声呐、多普勒测速仪及温盐深剖面仪；所述观测舱段内空隙填充浮力材料。
21.优选地，所述浮力调节舱段中，所述调节系统包括出油系统和回油系统，所述出油系统包括超高压柱塞泵、单向阀，所述回油系统包括两个截止式电磁阀、低压隔膜泵、高压缝隙式节流阀；
22.所述出油油路为内油囊内油液通过超高压柱塞泵及单向阀流向外油囊；
23.所述回油油路包括，从外油囊依次通过截止式电磁阀及高压缝隙式节流阀流向内油囊的低压回油油路；和，从外油囊内依次通过另一截止式电磁阀及高压缝隙式节流阀流向内油囊高压回油油路；
24.所述出油油路、低压回油油路、高压回油油路为并联。
25.本发明具有以下技术效果：
26.本发明的机器人航程长、自持时间久、机动性能好、具有自主升沉能力，兼具定点观测和走航式探查矿产资源功能，并能够按照指定路线和使命自主完成该海域的海洋矿产资源观测。
附图说明
27.图1为本发明水下机器人总体结构示意图。
28.图2为推进段的结构示意图；
29.图3为推进段的内部结构示意图；
30.图4为俯仰调节舱段的内部结构示意图；
31.图5为俯仰调节舱段中连接件的结构示意图；
32.图6为浮力调节舱段的结构示意图；
33.图7为浮力调节舱段的调节系统结构示意图；
34.图8为浮力调节舱段的调节系统平面分布示意图；
35.图9为固定电池组舱段结构示意图；
36.图10为观测舱段结构示意图.
37.图中：
38.1、推进段，101、推进框架，102、推进器，103、电机驱动单元，104、升降舵，105、方向舵，106、推进电机；
39.2、俯仰调节舱段，201、俯仰舱外壳，202、移动电池组，203、支撑轴，204、电机二，205、丝杠，206、滚珠螺母，207、连接件，208、电位计，209、拉杆，210、限位块；
40.3、浮力调节舱段，301、浮力外壳，302、外油囊，303、高压接头，304、液压管路，305、第二调向弯头，306、单向阀，307、高压缝隙式节流阀，308、截止式电磁阀，309、低压隔膜泵，310、第一调向弯头，311、第三调向接头，312、微型超高压柱塞泵，313、储油舱，314、联轴器，315、联轴器钟罩，316、直流电机组合，317、活塞式内油囊，318、直线电位计，319、保护罩，320、压紧环，321、耐磨环，322、格莱圈，323、液压阀块，324、软管。
41.4、固定电池组舱段，401、固定电池组舱段外壳，402、固定电池组，403、支撑管，404、电源模块及电池管理模块，405、计算机及控制模块；
42.5、观测舱段，501、艏部牵引环，503、声通换能器，504、前视声呐，505、多普勒测速仪，506、及温盐深剖面仪。
具体实施方式
43.下面将参照附图更详细地描述本技术的优选实施方式。虽然附图中显示了本技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本技术更加透彻和完整，并且能够将本技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。
44.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
45.应当理解，尽管在本技术可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更
多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
46.参见图1，分段式模块化水下机器人，包括依次连接的推进段1、俯仰调节舱段2、浮力调节舱段3、固定电池组舱段4及观测舱段5；
47.参见图2、3，所述推进段1包括推进框架101、推进器102、电机驱动单元103、升降舵104、方向舵105；
48.参见图4、5，所述俯仰调节舱段2包括俯仰舱外壳201及其内部设置的移动电池组202、支撑轴203以及驱动装置；所述俯仰舱外壳201内沿长度方向固定有支撑轴203，移动电池组202滑动套设于支撑轴203上，所述驱动装置驱动移动电池组202沿支撑轴203滑动；
49.参见图6、7、8，所述浮力调节舱段3包括浮力外壳301、外油囊302、活塞式内油囊317，所述外油囊302环绕浮力外壳301外壁设置，所述内油囊317设置在浮力外壳301内腔且外壁与浮力外壳301的内腔壁密封滑动连接；所述外油囊302通过调节系统与内油囊317连通并调节外油囊302和内油囊317内的油量；
50.参见图9，所述固定电池组舱段4包括固定电池组舱段外壳401及内部设置的固定电池组402、支撑管403，所述支撑管403固定在固定电池组舱段舱体401内，所述固定电池组402套接固定于支撑管403上；
51.参见图10，所述观测舱段5内部设置传感设备，所述观测舱段外部前端安装有艏部牵引环501。
52.作为本发明的实施方式之一，图2、3中，所述推进段1中，所述升降舵104为一对、沿水平方向对称设置于推进框架101外周两侧且与推进框架101转动连接，所述方向舵105沿竖直方向设置于推进框架101外周顶部或/和底部且与推进框架101转动连接；所述升降舵104和方向舵105由布置在推进框架101内部的电机驱动单元103驱动；所述推进段1尾部设置推进器102以推动机器人前进。
53.作为本发明的实施方式之一，所述推进段1外周设置卫星天线,用于实现水下机器人的水面通信和定位功能；所述推进器102为导管螺旋桨,该推进器102采用充油密封方式；所述推进框架101内空隙处填充有浮力材料。
54.作为本发明的实施方式之一，图4中，所述俯仰调节舱段2中，所述驱动装置包括电机二204、滚珠丝杠组件，所述电机二204驱动滚珠丝杠组件带动与所述滚珠丝杠组件固定连接的移动电池组202移动。
55.作为本发明的实施方式之一，所述滚珠丝杠组件包括丝杠205和滚珠螺母206，所述电机二204带动丝杠205转动进而带动滚珠螺母206沿着丝杠205轴向移动，所述滚珠螺母206通过连接件207与移动电池组202固定。具体可参见图5，连接件207可通过螺栓分别固定于滚珠螺母206和移动电池组202上。
56.作为本发明的实施方式之一，所述支撑轴203中空、并沿轴向开设有移动孔隙，所述电机二204和滚珠丝杠组件设置在支撑轴203内；参见图5，所述连接件207穿过支撑轴203上的移动孔隙与移动电池组202固定连接。
57.作为本发明的实施方式之一，所述移动电池组202内平行轴向设置电位计208，所述电位计208内的拉杆209一头位于电位计208内、另一头固定于俯仰调节舱段2端部。
58.作为本发明的实施方式之一，所述俯仰调节舱段2的支撑轴203上设置限位块210，
以限制所述移动电池组202在支撑轴203上的移动距离；所述限位块210设置在远离电位计208的一侧。
59.作为本发明的实施方式之一，所述观测舱段5内的传感设备包括声通换能器503、前视声呐504、多普勒测速仪505及温盐深剖面仪506；所述观测舱段5内空隙填充浮力材料。
60.作为本发明的实施方式之一，参见图6、7、8，所述浮力调节舱段3中，所述调节系统包括出油系统和回油系统，所述出油系统包括超高压柱塞泵312、单向阀306，所述回油系统包括两个截止式电磁阀308、低压隔膜泵309、高压缝隙式节流阀307；
61.所述出油油路为内油囊317内油液通过超高压柱塞泵312及单向阀306流向外油囊302；
62.所述回油油路包括，从外油囊302依次通过截止式电磁阀308及高压缝隙式节流阀307流向内油囊317的低压回油油路；和，从外油囊302内依次通过另一截止式电磁阀308及高压缝隙式节流阀307流向内油囊317高压回油油路；
63.所述出油油路、低压回油油路、高压回油油路为并联。
64.这里对本发明做进一步的详细说明，该机器人采用分段式模块化设计，包括依次连接的推进段1、俯仰调节舱段2、浮力调节舱段3、固定电池组舱段4及观测舱段5。其中推进段1和观测舱段5采用开放式框架结构，所述观测舱段5搭载海洋水文数据观测用的传感设备，所述推进段1上部设有卫星天线。所述俯仰调节舱段2、固定电池组舱段4都设置于全密封耐压舱内，通过浮力调节舱段3和俯仰调节舱段2调节，实现水下机器人运动姿态调整。
65.各分段壳体结构采用460mm标准系列，每个分段之间采用与重型鱼雷同等级的螺栓连接结构，其中观测舱段5和推进段1的开放结构内安装的设备采用充油补偿的密封方式，全密封耐压舱采用高强度铝合金材料，通过o形密封圈密封，可以满足最大深度6000m的技术要求。
66.所述的推进段1包括开放式框架及安装在开放式框架上的浮力材料、推进器102、电机驱动单元103、升降舵104、方向舵105,其中升降舵104水平设置，所述方向舵105与垂直于升降舵104设置,所述升降舵104和方向舵105与电机驱动单元103连接。升降舵104包括左升降舵和右升降舵,所述左升降舵和右升降舵由两部舵机独立控制,所述方向舵105为联动舵,由一部舵机控制。舵机组件采用充油密封方式,驱动对应舵板控制水下机器人姿态并且所述开放式框架的空隙内填充有浮力材料。
67.所述推进段1上稳定翼前端最高处安装有卫星天线,所述卫星天线包括gps和铱星定位天线，以及其它实现通信功能的天线,实现水下机器人的水面通信和定位功能。同观测舱段5一样,在空隙部位安装浮力材料提供浮力。推进器102为导管螺旋桨,该推进器102采用充油密封方式。
68.所述的俯仰调节舱段2包括移动电池组202、俯仰支撑组件以及驱动装置。其中单体电池在隔板上排列，通过两端电池组端版压紧固定，俯仰支撑轴203穿过移动电池组202中央的通孔，支撑起移动电池组202，驱动电机通过丝杠螺母可以带动移动电池组202在支撑轴203上改变位置，调整整个机器人的重心，并且在支撑轴203一定位置设置限位块210，防止移动电池组202移动距离过大，实现俯仰姿态的调节功能。
69.参见图6-8，浮力调节舱段3包括浮力外壳301、外油囊302、活塞式内油囊317，所述外油囊302环绕浮力外壳301外壁设置，所述内油囊317设置在浮力外壳301内腔且外壁与浮
力外壳301的内腔壁密封滑动连接；所述外油囊302通过调节系统与内油囊317连通并调节外油囊302和内油囊317内的油量。
70.作为本发明的实施方式之一，所述浮力外壳301耐压，且尾部直径渐扩；所述均衡机构设置于水下机器人浮心位置；所述浮力外壳301外部还罩设有浮力材料。
71.作为本发明的实施方式之一，所述活塞式内油囊317、外油囊302及壳体均为回转体，且三者同轴设置。
72.作为本发明的实施方式之一，所述调节系统包括出油系统和回油系统，所述出油系统包括超高压柱塞泵312、单向阀306，所述回油系统包括两个截止式电磁阀308、低压隔膜泵309、高压缝隙式节流阀307；
73.所述出油油路为内油囊317内油液通过超高压柱塞泵312及单向阀306流向外油囊302；
74.所述回油油路包括，从外油囊302依次通过截止式电磁阀308及高压缝隙式节流阀307流向内油囊317的低压回油油路；和，从外油囊302内依次通过另一截止式电磁阀308及高压缝隙式节流阀307流向内油囊317的高压回油油路；
75.所述出油油路、低压回油油路、高压回油油路为并联。
76.作为本发明的实施方式之一，还包括直流组合电机316、联轴器钟罩315、联轴器314，所述直流组合电机316通过联轴器314连接并驱动超高压柱塞泵312运动；所述联轴器314外罩设联轴器钟罩315。
77.作为本发明的实施方式之一，所述超高压柱塞泵312吸油口设置储油舱313；所述储油舱313为超高压柱塞泵312和联轴器314之间壳体所罩设的腔室；所述储油舱313通过管道连通内油囊317。
78.作为本发明的实施方式之一，所述超高压柱塞泵312出口连通单向阀306，所述单向阀306连通外油囊302。
79.作为本发明的实施方式之一，所述外油囊302通过高压接头303及液压管路304，一路依次连通截止式电磁阀308、高压缝隙式节流阀307连接至内油囊317；另一路依次连通另一截止式电磁阀308、低压隔膜泵309连接至内油囊317。
80.作为本发明的实施方式之一，所述单向阀306、两个截止式电磁阀308、高压缝隙式节流阀307、低压隔膜泵309的接口集成至液压阀块323。
81.作为本发明的实施方式之一，所述内油囊317上设有直线电位计318，用于实时反馈浮力调节量。
82.本发明的浮力调节舱段3，利用液压调节系统对水下机器人进行浮力调节，使其在运行过程中浮力状态更加稳定；水下机器人下潜过程中，随着下潜深度的增加，静水压增大，海水密度也会随之增大，而由于水下机器人与海水压缩率的不匹配，会使水下机器人受到的浮力逐渐增加，相反，上浮过程中，又会随着深度的减小浮力逐渐减小；本浮力均衡机构通过调节水下机器人的排水体积补偿水下机器人因壳体压缩变形和海水密度变化产生的浮力改变量，使水下机器人在水下工作时净浮力的变化达到最小，从而提高运行效率及能源使用效率。
83.本发明的浮力调节舱段3，该用于调节水下机器人和海水压缩率的不匹配所引起的浮力差。
84.实施例
85.本发明的浮力调节舱段3，包括变径耐压浮力外壳301、外油囊302、直流组合电机316、微型超高压柱塞泵312、两个截止式电磁阀308、单向阀306、高压缝隙式节流阀307、低压隔膜泵309以及活塞式内油囊317。
86.作为可选的具体实施方式，所述外油囊302和内油囊317的密封方式可以是：所述外油囊302通过两个对称压紧环320安装在变径耐压浮力外壳301的外侧实现密封；活塞式内油囊317通过格莱圈322和耐磨环321的组合实现动密封。
87.活塞式内油囊317、直流组合电机316、微型超高压柱塞泵312、低压隔膜泵309、单向阀306、截止式电磁阀308、高压缝隙式节流阀307、液压阀块323均安装在水下机器人筒体内，活塞式内油囊317通过软管324与由直流组合电机316驱动的单向微型超高压柱塞泵312相连接，为了保证微型超高压柱塞泵312的吸油性，专门为柱塞泵的吸油口设计了储油舱313；截止式电磁阀308、高压缝隙式节流阀307、单向阀306、低压隔膜泵309通过液压阀块323与微型超高压柱塞泵312并联后与外油囊302连接。
88.本发明的浮力调节舱段3，由直流组合电机316驱动微型超高压柱塞泵312，通过微型超高压柱塞泵312与单向阀306实现活塞式内油囊317向外油囊302充油增加水下机器人的浮力，具有结构简单、效率高、安全可靠的特点。
89.本发明的浮力调节舱段3，在低压下通过截止式电磁阀308与低压隔膜泵309实现外油囊302向活塞式内油囊317回油，高压下通过另一截止式电磁阀308与高压缝隙式节流阀307实现外油囊302向内油囊317回油，回油流量大小不受外界压力大小影响，具有压力被动调节，无功耗的特点。
90.外油囊302浸没在水下机器人所处的海水中；高压接头303，液压管路304，第一调向弯头310，第二调向弯头305，单向阀306，高压缝隙式节流阀307，截止式电磁阀308，液压阀块323，低压隔膜泵309，微型超高压柱塞泵312，联轴器钟罩315，联轴器314，直流组合电机316，活塞式内油囊317位于变径耐压浮力外壳301内部，与海水隔离开。
91.该装置用于调节水下机器人和海水压缩率的不匹配所引起的浮力差。该机构中直流组合电机316驱动微型超高压柱塞泵312，通过微型超高压柱塞泵312与单向阀306实现活塞式内油囊317向外油囊302充油增加水下机器人的浮力，具有结构简单、效率高、安全可靠的特点。该机构中低压下通过截止式电磁阀308与低压柱塞泵309实现外油囊302向活塞式内油囊317回油，高压下通过截止式电磁阀308与高压缝隙式节流阀307实现外油囊302向内油囊317回油，回油流量大小不受外界压力大小影响，具有压力被动调节，无功耗的特点。与传统的水下机器人用浮力调节系统相比，该套系统主动充油过程功耗低、效率高、浮力调节过程对水下机器人俯仰姿态角无影响；水面主动回油过程回油速度快、效率高；深海被动回油过程基本无能量消耗，节省水下机器人的能源，整套装置可以在不同深度下正常工作。
92.本发明的各调向弯头的接头方向可调，便于与液压管路的连接。
93.本发明的工作原理为：
94.若要增加水下机器人的浮力，启动直流电机组合316，直流组合电机316驱动微型超高压柱塞泵312做顺时针旋转运动，活塞式内油囊317内的液压油进入微型超高压柱塞泵312，微型超高压柱塞泵312排出的高压液压油经过单向阀306充入到外油囊302内，外油囊302的体积变大，从而增加整个水下机器人载体的浮力。同时，活塞式内油囊317由于其内部
的液压油不断被吸出，活塞式内油囊317将向右侧做直线运动，直线电位计318实时反馈活塞式内油囊317的运动距离，当活塞式内油囊317运动到设定位置时，直流电机组合316停止工作。截止式电磁阀308和单向阀306保证了外油囊302内的液压油不会由于水压而回流到内油囊317内。若要减小水下机器人的浮力，在低压状态下，需要打开截止式电磁阀308，启动低压隔膜泵309，低压隔膜泵309通过液压管路从外油囊302内抽出液压油，抽出的液压油通过低压隔膜泵309和软管324回到活塞式内油囊317内部。在高压状态下，打开截止式电磁阀308，外油囊302内的液压油由于外界压力的作用通过截止式电磁阀308和高压缝隙式节流阀307流回活塞式内油囊317内，液压油的流量通过带压力补偿的高压缝隙式节流阀307加以被动控制。同理，当活塞式内油囊317运动到设定位置时，关闭截止式电磁阀308。
95.本发明通过启动直流组合电机316驱动微型超高压柱塞泵312顺时针旋转，把液压油从水下机器人变径壳体301内部的活塞式内油囊317充到安装在水下机器人外部的外油囊302；高压情况下通过开启截止式电磁阀308，通过高压缝隙式节流阀307控制液压油流量，使得液压油从外油囊302回到活塞式内油囊317；通过改变外油囊302的液压油容积来改变外油囊302的膨胀程度，进而改变水下机器人整体的排水体积，从而达到调整水下机器人浮力状态的目的。本发明通过改变内、外油囊的油量来调整最大浮力调节量。
96.浮力调节舱段3上还设置抛载装置。
97.所述固定电池组舱段4装载固定电池组402、电源模块及电池管理模块404，为水下机器人提供能量，固定电池组402固定在全密封耐压舱中央的支撑管403上，拆除浮力调节舱段3后可通过在支撑管403上推拉固定电池组402实现快速安装和拆卸。本舱段固定电池组402上面安装有计算机及控制模块405。
98.所述观测舱段5搭载的海洋水文数据观测用的传感设备包括声通换能器503、前视声呐504、多普勒测速仪505及温盐深剖面仪506,所述观测舱段5还安装有艏部牵引环501及用于自动回收的抛绳器(图中未示出),该抛绳器可采用现有结构。其中艏部牵引环501设置于观测舱段5的前端，所述观测舱段5的开放式框架结构内填充有浮力材料，各设备直接承受外部水压。
99.在对水下机器人进行回收时,回收人员在母船上遥控启动抛绳器抛出牵引绳，回收人员在母船上打捞起牵引绳,将水下机器人回收到母船上。在水下机器人出现故障无法浮至水面时,抛载装置抛弃压铁,水下机器人重力减小,靠自身浮力上浮至水面,然后通过卫星天线和无线电天线告知母船其所在的位置,并开启灯标示位。
100.以上已经描述了本技术的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

技术特征：
1.分段式模块化水下机器人，其特征在于，包括依次连接的推进段(1)、俯仰调节舱段(2)、浮力调节舱段(3)、固定电池组舱段(4)及观测舱段(5)；所述推进段(1)包括推进框架(101)、推进器(102)、电机驱动单元(103)、升降舵(104)、方向舵(105)；所述俯仰调节舱段(2)包括俯仰舱外壳(201)及其内部设置的移动电池组(202)、支撑轴(203)以及驱动装置；所述俯仰舱外壳(201)内沿长度方向固定有支撑轴(203)，移动电池组(202)滑动套设于支撑轴(203)上，所述驱动装置驱动移动电池组(202)沿支撑轴(203)滑动；所述浮力调节舱段3包括浮力外壳(301)、外油囊(302)、活塞式内油囊(317)，所述外油囊(302)环绕浮力外壳(301)外壁设置，所述内油囊(317)设置在浮力外壳(301)内腔且外壁与浮力外壳(301)的内腔壁密封滑动连接；所述外油囊(302)通过调节系统与内油囊(317)连通并调节外油囊(302)和内油囊(317)内的油量；所述固定电池组舱段(4)包括固定电池组舱段外壳(401)及内部设置的固定电池组(402)、支撑管(403)，所述支撑管(403)固定在固定电池组舱段舱体(401)内，所述固定电池组(402)套接固定于支撑管(403)上；所述观测舱段(5)内部设置传感设备，所述观测舱段外部前端安装有艏部牵引环(501)。2.如权利要求1所述的分段式模块化水下机器人，其特征在于，所述推进段(1)中，所述升降舵(104)为一对、沿水平方向对称设置于推进框架(101)外周两侧且与推进框架(101)转动连接，所述方向舵(105)沿竖直方向设置于推进框架(101)外周顶部或/和底部且与推进框架(101)转动连接；所述升降舵(104)和方向舵(105)由布置在推进框架(101)内部的电机驱动单元(103)驱动；所述推进段(1)尾部设置推进器(102)以推动机器人前进。3.如权利要求2所述的分段式模块化水下机器人，其特征在于，所述推进段(1)外周设置卫星天线,用于实现水下机器人的水面通信和定位功能；所述推进器(102)为导管螺旋桨,该推进器(102)采用充油密封方式；所述推进框架(101)内空隙处填充有浮力材料。4.如权利要求1所述的分段式模块化水下机器人，其特征在于，所述俯仰调节舱段(2)中，所述驱动装置包括电机二(204)、滚珠丝杠组件，所述电机二(204)驱动滚珠丝杠组件带动与所述滚珠丝杠组件固定连接的移动电池组(202)移动。5.如权利要求4所述的分段式模块化水下机器人，其特征在于，所述滚珠丝杠组件包括丝杠(205)和滚珠螺母(206)，所述电机二(204)带动丝杠(205)转动进而带动滚珠螺母(206)沿着丝杠(205)轴向移动，所述滚珠螺母(206)通过连接件(207)与移动电池组(202)固定。6.如权利要求5所述的分段式模块化水下机器人，其特征在于，所述支撑轴(203)中空、并沿轴向开设有移动孔隙，所述电机二(204)和滚珠丝杠组件设置在支撑轴(203)内；所述连接件(207)穿过支撑轴(203)上的移动孔隙与移动电池组(202)固定连接。7.如权利要求6所述的分段式模块化水下机器人，其特征在于，所述移动电池组(202)内平行轴向设置电位计(208)，所述电位计(208)内的拉杆(209)一头位于电位计(208)内、另一头固定于俯仰调节舱段(2)端部。8.如权利要求7所述的分段式模块化水下机器人，其特征在于，所述俯仰调节舱段(2)
的支撑轴(203)上设置限位块(210)，以限制所述移动电池组(202)在支撑轴(203)上的移动距离；所述限位块(210)设置在远离电位计(208)的一侧。9.如权利要求1所述的分段式模块化水下机器人，其特征在于，所述观测舱段(5)内的传感设备包括声通换能器(503)、前视声呐(504)、多普勒测速仪(505)及温盐深剖面仪(506)；所述观测舱段(5)内空隙填充浮力材料。10.如权利要求1所述的分段式模块化水下机器人，其特征在于，所述浮力调节舱段(3)中，所述调节系统包括出油系统和回油系统，所述出油系统包括超高压柱塞泵(312)、单向阀(306)，所述回油系统包括两个截止式电磁阀(308)、低压隔膜泵(309)、高压缝隙式节流阀(307)；所述出油油路为内油囊(317)内油液通过超高压柱塞泵(312)及单向阀(306)流向外油囊(302)；所述回油油路包括，从外油囊(302)依次通过截止式电磁阀(308)及高压缝隙式节流阀(307)流向内油囊(317)的低压回油油路；和，从外油囊(302)内依次通过另一截止式电磁阀(308)及高压缝隙式节流阀(307)流向内油囊(317)高压回油油路；所述出油油路、低压回油油路、高压回油油路为并联。

技术总结
本发明公开了分段式模块化水下机器人，包括依次连接的推进段、俯仰调节舱段、浮力调节舱段、固定电池组舱段及观测舱段；推进段包括推进框架、推进器、电机驱动单元、升降舵、方向舵；俯仰调节舱段包括俯仰舱外壳及其内部设置的移动电池组、俯仰支撑组件以及驱动装置；浮力调节舱段包括浮力外壳、外油囊、活塞式内油囊，外油囊环绕外壳外壁设置，内油囊设置在外壳内腔且外壁与外壳的内腔壁密封滑动连接；外油囊通过调节系统与内油囊连通并调节外油囊和内油囊内的油量；固定电池组舱段包括固定电池组舱段外壳及内部设置的固定电池组、支撑管。本发明可解决现有水下机器人航程短、自持时间短、不具备自主升沉能力的技术问题。不具备自主升沉能力的技术问题。不具备自主升沉能力的技术问题。


技术研发人员：黄琰 俞建成 李波 谢宗伯 王振宇 乔佳楠 肖丽娜 王冰 王富海 杨全凯
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2023.01.04
技术公布日：2023/4/18