一种运动灵活的欠驱动球形水下机器人.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103466063A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103466063103466063A(43)申请公布日2013.12.25(21)申请号201310438850.5(22)申请日2013.09.24(71)申请人北京邮电大学地址100876北京市海淀区西土城路10号(72)发明人张延恒孙汉旭褚明贾庆轩李艳生陈亮张鑫星(51)Int.Cl.B63C11/52(2006.01)B63H1/04(2006.01)B63H1/14(2006.01)B63H1/30(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图3页附图3页(54)发明名称一种运动灵活的欠驱动球形水下机器人(57)摘要本发明公开了一种运动灵活的欠驱动球形水下机器人：该新型的球形水下机器人主要包括直线推进的导管螺旋桨机构，水平面飞轮转向机构，垂直面重摆俯仰机构和抗压的密封球壳结构；机器人具有新颖的转向机构，使其在水中可实现零半径转弯；单推进器设计满足造价较低，运行效率高的要求；带支撑架圆形透明外壳能够抵抗一定的深水压力，也可便于内部安装的传感器察探水域信息；可将该机器人作为侦察设备、水中与水底的操作系统和通讯系统的载体，执行人类无法直接完成的近海域多种作业任务。CN103466063ACN10346ACN103466063A权利要求书1/1页1.一种运动灵活的欠驱动球形水下机器人，包括直线推进的导管螺旋桨机构，水平面飞轮转向机构，垂直面重摆俯仰机构和抗压的密封球壳结构；其特征在于：螺旋桨导管贯穿机器人球壳，螺旋桨位于导管内部中间位置，螺旋桨旋转提供机器人前进推力；导管外壁上下对称布置飞轮转向机构，飞轮驱动电机布置在导管侧壁同步驱动两个飞轮旋转，飞轮旋转的反作用力矩作为机器人水平面转向的驱动力矩；导管外壁左右对称布置重摆俯仰机构，重摆驱动电机布置在导管侧壁同步驱动两个重摆摆动，重摆摆动的反作用力矩作为机器人垂直面俯仰的驱动力矩；导管两端的外部边缘左右对称布置纵向支架，在机器人的两半球壳的连接处，两个纵向支架同时连接一个横向圆环支架；球形外壳由这些支架支撑，把机器人的内部机构密封保护起来；球壳连接处的横向支架和导管两端外部都有密封槽，起到密封作用。2.按照权利要求1所述的一种运动灵活的欠驱动球形水下机器人，其特征在于：所述机器人的转向机构是分别安装在导管壁的上部和下部的飞轮，并有一个电机同步驱动，电机轴与飞轮轴之间通过齿轮传动，这样设计的目的保证了机构的对称性，加大了转向的力矩，有利于水平转弯和航向控制；机器人的俯仰机构是分别安装在导管壁的左部和右部的重摆，并有一个电机同步驱动，电机轴与重摆轴之间通过齿轮传动，这样设计的目的保证了机构的对称性，并且重摆受到的重力矩有利于俯仰倾角的调节和机器人的姿态稳定。3.按照权利要求1所述的一种运动灵活的欠驱动球形水下机器人：其特征在于，所述机器人的抗压的密封球壳结构，由两个纵向支架，一个横向支架和球壳组成，且在球壳与导管和横向支架的连结处设计有密封槽。2CN103466063A说明书1/3页一种运动灵活的欠驱动球形水下机器人技术领域[0001]本发明涉及到一种改进的水下球形机器人的结构设计。具体的说就是设计了一个带有飞轮和重摆机构的小型球形水下机器人，该机器人能够在水平面和垂直面灵活的进行转向和保持航向运动，并且深水抗压能力强，属于微小型水下机器人领域。背景技术[0002]随着地球人口的增加以及人类生活质量的提高，人类的生产和生活需要更多的自然资源来满足，而目前的陆上资源已被过度地开采，能源危机日益突出。海洋覆盖了地球三分之二的面积，其内部蕴藏着大量的固体矿物资源和油气资源，它将是人类生存和发展的最大资源提供者。然而，迄今为止，人类对海洋的探索还刚起步，对海洋内部及其底部的认识仍停留在初级阶段。微小型水下机器人（AutonomousUnderwaterVehicles）简称AUV，近年来引起了研究人员越来越多的关注，因为一方面具有搭载方便，运动灵活，成本低的特点，方便进行水下探测和水中数据采集等科学研究；另一方便具有噪音低、隐蔽性好的优势，可利用其执行水域侦查，海上突击等军事任务。由此可见，对小型水下机器人的研发具有极其重要的意义。[0003]随着研究的深入和广泛，微小型AUV的种类也变得多种多样。最常见的水下机器人主要分为两种，一种是由鱼雷发展而来，具有圆柱形外壳，依靠单推进器和尾舵机构配合来完成推进和转向。另一种则是开架式的，具有方形的结构，需要配置较多推进器，每一个动作都需要几个推进器协同作用完成。然而两种类型水下机器人都有一定的缺点，前者转向能力较差，转弯半径大。后者由于配置的推进器较多，不但造价高，而且占用机器人宝贵体积空间。