一种四矢量推进磁探测水下机器人

1.本发明是涉及水下磁性目标探测领域，具体指一种四矢量推进磁探测水下机器人。


背景技术：

2.上世纪80年代开始，海洋技术发达国家就陆续开展了利用水下机器人进行海底管线、海底沉船、水下未爆物uxo等磁性目标检测的相关工作，但大部分成熟技术是基于rov来实现的。比较典型的商业化产品是英国tss公司研制的tss350、tss440管线探测设备。然而，以tss系列为代表的水下磁测设备不仅离不开rov的人工遥控操作，而且由于设备操控复杂而导致作业成本高昂。并且传统的水下机器人普遍具有体积大、自由度少导致灵活度低等缺陷，大大降低了在复杂环境下完成各种任务的效率和精度。
3.因此，研制开发一种小型化、智能化、低成本、多自由度的可实现磁测的自主水下机器人auv，对于海洋工程、海洋考古、海洋资源、军事国防等各领域，均有重要的研究价值和应用价值。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术不足，提出一种水下四矢量推进磁探测水下机器人，该机器人运动灵活，结构对称，可拓展力强。以解决在水下进行磁探测无法自校正自身磁性的问题。并解决水下机器人运动灵活性的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
6.一种四矢量推进磁探测水下机器人，包括壳体、磁探测装置、驱动机构和密封舱，所述壳体内设置有龙骨机架，所述密封舱位于壳体内，且固定在龙骨机架上，所述磁探测装置和驱动机构均贯穿壳体固定连接至龙骨机架，所述驱动机构包括4组呈中心对称结构设置的推进单元，所述推进单元包括推进器、传动装置和舵机驱动装置，所述舵机驱动装置固定在龙骨机架上，所述传动装置的一端与舵机驱动装置的动力输出端相连接，所述推进器固定安装在传动装置的另一端，所述推进器位于壳体外部。
7.作为优选，所述壳体上设有供传动装置穿过且摆动的通孔。
8.作为优选，所述传动装置包括固定板和传动轴，所述固定板中心处固定在传动轴的一端，所述舵机驱动装置包括舵盘和舵机，所述舵机固定安装在龙骨机架上，所述传动轴的另一端固定连接至舵盘。
9.作为优选，四组所述磁探测装置呈中心对称结构安装壳体上，所述磁探测装置包括探测杆和固定架，所述探测杆的一端与固定架固定连接，所述固定架固定安装在龙骨机架上，所述探测杆贯穿壳体。
10.作为优选，所述磁探测装置与驱动机构间隔设置。
11.作为优选，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述磁探测装置与驱动机构沿着上壳体与下壳体的连接处设置。
12.作为优选，所述推进器包括螺旋桨、端帽、整流罩和防水电机，所述防水电机的外壁通过支架固定至整流罩的内壁，所述端帽安装在防水电机的尾端，所述螺旋桨安装在防水电机的输出端。
13.作为优选，所述密封舱包括腔体、端盖和半球形的透光罩，所述腔体呈圆筒状结构，两个所述端盖分别盖接在腔体两端，所述透光罩安装在端盖的外壁。
14.作为优选，所述透光罩的下侧一体成型有环形的连接板，所述连接板上压接有环形的压板，所述压板通过螺栓固定连接至端盖。
15.本发明具有以下的特点和有益效果：
16.采用上述技术方案，使用四个舵机联动的矢量推进器驱动，四个磁探测模块中心对称，且向外延伸一定长度的设计，该设计解决了磁探水下机器人无法克服自身磁性影响的问题，通过自身中心对称和磁探头向外延伸的结构结合自校正算法可最大程度上消除自身磁性的负面影响，同时新型的四组推进器和四组舵机联合结构使水下机器人在运动过程中更加灵活。
17.利用中心对称结构及四个矢量推进器来改善水下机器人低自由度的缺陷。该系统通过磁异常感知算法实现结合计算机视觉算法实现运动轨迹的规划及控制，并主要实现以下功能：磁探测水下机器人搭载四个90
°
阵列的磁探测元件，通过磁异常感知算法实现磁梯度张量的信息提取，在探测目标水域矿产资源、海底管线、海底沉船、水下未爆物uxo等水下磁性目标具有重要价值。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明四矢量推进磁探测水下机器人结构示意图。
20.图2为本发明四矢量推进磁探测水下机器人内部结构示意图。
21.图3为本发明中推进器的剖面结构示意图。
22.图4为本发明中传动装置结构示意图。
23.图5为本发明中推进单元结构示意图。
24.图6为本发明中密封舱剖面结构示意图。
25.图7为本发明中磁探测装置结构示意图。
26.图中，1、磁探测装置；1-1、探测杆；1-2、固定架；2、推进器驱动装置；2-1、螺旋桨；2-2、端帽；2-3、整流罩；2-4、支架；2-5、防水电机；3、传动装置；3-1、固定板；3-2、传动轴；4、舵机驱动装置；4-1、舵盘；4-2舵机；5、密封舱；5-1、腔体；5-2、端盖；5-3、压板；5-4、透光罩6、壳体；7、龙骨机架
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.本发明提供了一种四矢量推进磁探测水下机器人，如图1所示，包括壳体6、磁探测装置1、驱动机构和密封舱5，所述壳体6内设置有龙骨机架7，所述密封舱5位于壳体6内，且固定在龙骨机架7上，所述磁探测装置1和驱动机构均贯穿壳体6固定连接至龙骨机架7，所述驱动机构包括4组呈中心对称结构设置的推进单元。
31.上述技术方案中，通过四组推进器、舵机驱动装置、传动装置完成动力传动，达到并行效果。
32.本实施例的进一步设置，如图5所示，所述推进单元包括推进器2、传动装置3和舵机驱动装置4，所述舵机驱动装置4固定在龙骨机架7上，所述传动装置3的一端与舵机驱动装置4的动力输出端相连接，所述推进器2固定安装在传动装置的另一端，所述推进器2位于壳体6外部。
33.具体的，整流罩、端帽、防水电机通过螺纹连接在支架上。防水电机通过螺纹单独和螺旋桨固定。所述的螺旋桨由三个桨叶组成，每个桨叶之间相差120
°
，工作时四组推进器驱动装置90
°
阵列安装在四组传动装置上。防水电机带动螺旋桨旋转，通过水的反作用力推动机器人做运动。
34.另外，四组所述磁探测装置1呈中心对称结构安装壳体6上，所述磁探测装置1与驱动机构间隔设置。具体的，如图7所示，所述磁探测装置1包括探测杆1-1和固定架1-2，所述探测杆1-1的一端与固定架1-2固定连接，所述固定架1-2固定安装在龙骨机架7上，所述探测杆1-1贯穿壳体6。
35.可以理解的，探测杆通过抱箍和螺纹连接在固定架上，并和壳体的孔位过盈配合提高定位精度和耐冲击能力，固定架通过螺纹连接在龙骨机架上。磁探测元件通过环氧树脂灌封胶灌封在探测杆腔体内。工作时通过四个磁探测元件得到磁场数据。
36.本实施例的进一步设置，如图4所示，所述传动装置3包括固定板3-1和传动轴3-2，所述固定板3-1中心处固定在传动轴3-2的一端，所述舵机驱动装置4包括舵盘4-1和舵机4-2，所述舵机4-2固定安装在龙骨机架7上，所述传动轴3-2的另一端固定连接至舵盘4-1。具体的，舵机通过螺纹连接在龙骨机架槽内，并和固定架螺纹连接使整体更加牢固，同时固定架螺纹连接在龙骨机架上。舵盘通过齿轮槽和螺纹连接在舵机上。工作时四组舵机驱动装
置90
°
阵列安装在龙骨机架上，舵盘连接传动装置，通过传动装置使推进器驱动装置可以360
°
整体自转。使运动更加灵活。
37.另外，传动装置通过无磁pom轴承与壳体固定，并通过螺纹与舵盘固定。固定盘与推进器螺纹固定，并通过螺纹和环氧树脂灌封与传动轴固定。传动装置将舵机提供的转矩传递到推进器驱动装置，并通过轴承与壳体的连接使推进器驱动装置有更好的定位精度和抗震耐冲击性能
38.本实施例的进一步设置，所述壳体6包括上壳体和下壳体，所述磁探测装置1与驱动机构沿着上壳体与下壳体的连接处设置。
39.具体的，所述壳体由光固化3d打印光敏树脂材料加工制造，整体为飞碟型，分为上壳体和下壳体。壳体内为透水非密封空间。配合四个侧端盖、上下两个端盖螺纹连接，和上下壳体的凹凸槽配合达到定位、装配。由于配合点多、配合面积大，极大程度上减少了由光敏树脂材料存放过程中收缩导致的尺寸误差。上壳体有小孔直径5mm，使机器人在下水、出水过程中非密封壳体内气压与大气压保持稳定相等，下壳体有大孔直径35mm，保证机器人在下水、出水过程中非密封壳体内水快速进入或者排出。整体由光固化3d打印制造成型后，放入二次固化箱进行二次固化，并通过抛光液进行抛光，提高光洁度以此提高耐磨、抗冲击和美观性。
40.本实施例的进一步设置，如图2所示，所述推进器2包括螺旋桨2-1、端帽2-2、整流罩2-3和防水电机2-5，所述防水电机2-5的外壁通过支架2-4固定至整流罩2-3的内壁，所述端帽2-2安装在防水电机2-5的尾端，所述螺旋桨2安装在防水电机2-5的输出端。
41.具体的，整流罩、端帽、防水电机通过螺纹连接在支架上。防水电机通过螺纹单独和螺旋桨固定。所述的螺旋桨由三个桨叶组成，每个桨叶之间相差120
°
，工作时四组推进器驱动装置90
°
阵列安装在四组传动装置上。防水电机带动螺旋桨旋转，通过水的反作用力推动机器人做运动。
42.本实施例的进一步设置，如图3所示，所述密封舱5包括腔体5-1、端盖5-2和半球形的透光罩5-4，所述腔体5-1呈圆筒状结构，两个所述端盖5-2分别盖接在腔体5-1两端，所述透光罩5-4安装在端盖5-2的外壁。所述透光罩5-4的下侧一体成型有环形的连接板，所述连接板上压接有环形的压板5-3，所述压板5-3通过螺栓固定连接至端盖5-2。
43.具体的，所述腔体侧壁铣平面，打孔安装水密接插件，腔体两端通过密封圈径向密封和螺纹与端盖连接。端盖与外壳通过螺纹连接，并且通过轴向密封，配合压板螺纹连接将亚克力透光罩固定在端盖上，达到密封效果。同时端盖上带有矩形通孔方便摄像头模块安装。
44.本实施例中，腔体、端盖和压板均有铝合金制成，透光罩则有亚克力制成。
45.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式包括部件进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种四矢量推进磁探测水下机器人，其特征在于，包括壳体(6)、磁探测装置(1)、驱动机构和密封舱(5)，所述壳体(6)内设置有龙骨机架(7)，所述密封舱(5)位于壳体(6)内，且固定在龙骨机架(7)上，所述磁探测装置(1)和驱动机构均贯穿壳体(6)固定连接至龙骨机架(7)，所述驱动机构包括4组呈中心对称结构设置的推进单元，所述推进单元包括推进器(2)、传动装置(3)和舵机驱动装置(4)，所述舵机驱动装置(4)固定在龙骨机架(7)上，所述传动装置(3)的一端与舵机驱动装置(4)的动力输出端相连接，所述推进器(2)固定安装在传动装置的另一端，所述推进器(2)位于壳体(6)外部。2.根据权利要求1所述的四矢量推进磁探测水下机器人，其特征在于，所述壳体(6)上设有供传动装置(4)穿过且摆动的通孔。3.根据权利要求1所述的四矢量推进磁探测水下机器人，其特征在于，所述传动装置(3)包括固定板(3-1)和传动轴(3-2)，所述固定板(3-1)中心处固定在传动轴(3-2)的一端，所述舵机驱动装置(4)包括舵盘(4-1)和舵机(4-2)，所述舵机(4-2)固定安装在龙骨机架(7)上，所述传动轴(3-2)的另一端固定连接至舵盘(4-1)。4.根据权利要求1所述的四矢量推进磁探测水下机器人，其特征在于，四组所述磁探测装置(1)呈中心对称结构安装壳体(6)上，所述磁探测装置(1)包括探测杆(1-1)和固定架(1-2)，所述探测杆(1-1)的一端与固定架(1-2)固定连接，所述固定架(1-2)固定安装在龙骨机架(7)上，所述探测杆(1-1)贯穿壳体(6)。5.根据权利要求1所述的四矢量推进磁探测水下机器人，其特征在于，所述磁探测装置(1)与驱动机构间隔设置。6.根据权利要求1-5任意一项所述的四矢量推进磁探测水下机器人，其特征在于，所述壳体(6)包括上壳体和下壳体，所述磁探测装置(1)与驱动机构沿着上壳体与下壳体的连接处设置。7.根据权利要求1所述的四矢量推进磁探测水下机器人，其特征在于，所述推进器(2)包括螺旋桨(2-1)、端帽(2-2)、整流罩(2-3)和防水电机(2-5)，所述防水电机(2-5)的外壁通过支架(2-4)固定至整流罩(2-3)的内壁，所述端帽(2-2)安装在防水电机(2-5)的尾端，所述螺旋桨(2)安装在防水电机(2-5)的输出端。8.根据权利要求1所述的四矢量推进磁探测水下机器人，其特征在于，所述密封舱(5)包括腔体(5-1)、端盖(5-2)和半球形的透光罩(5-4)，所述腔体(5-1)呈圆筒状结构，两个所述端盖(5-2)分别盖接在腔体(5-1)两端，所述透光罩(5-4)安装在端盖(5-2)的外壁。9.根据权利要求8所述的四矢量推进磁探测水下机器人，其特征在于，所述透光罩(5-4)的下侧一体成型有环形的连接板，所述连接板上压接有环形的压板(5-3)，所述压板(5-3)通过螺栓固定连接至端盖(5-2)。

技术总结
本发明公开了一种四矢量推进磁探测水下机器人，包括壳体、磁探测装置、驱动机构和密封舱，所述壳体内设置有龙骨机架，所述密封舱位于壳体内，且固定在龙骨机架上，所述磁探测装置和驱动机构均贯穿壳体固定连接至龙骨机架，所述驱动机构包括4组呈中心对称结构设置的推进单元，所述推进单元包括推进器、传动装置和舵机驱动装置，所述舵机驱动装置固定在龙骨机架上，所述传动装置的一端与舵机驱动装置的动力输出端相连接，所述推进器固定安装在传动装置的另一端，所述推进器位于壳体外部。该机器人运动灵活，结构对称，可拓展力强。以解决在水下进行磁探测无法自校正自身磁性的问题。并解决水下机器人运动灵活性的问题。决水下机器人运动灵活性的问题。决水下机器人运动灵活性的问题。


技术研发人员：王东睿 王孔涛 吴晟涛 杨一凡 张一帆 章雪挺
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2023.01.06
技术公布日：2023/3/21