CN103287557A

CN103287557A - 一种新的水下机器人运动控制装置

Info

Publication number: CN103287557A
Application number: CN2013102233571A
Authority: CN
Inventors: 熊友军
Original assignee: Shenzhen Ubtech Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Ubtech Technology Co ltd
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明涉及一种新的水下机器人运动控制装置，包括一个带有密封舱室的机身、设置在机身内并且装有水下摄像机和用于无线传输并导入程序指令的控制系统、给控制系统提供电能的电池、以及至少两个对称设置在机身上并与控制系统通过通讯线缆连接用于控制机身能够周向旋转的动力推进装置；所述的动力推进装置包括一个螺旋浆组件以及既控制螺旋浆组件旋转又控制整个机身能够周向旋转的推进器，所述的动力推进装置设置在机身内的动力组件壳体内。因此，本发明具有如下优点：1.设计合理，结构简单且完全实用；2.可在实现动力输出的同时，使机身发生一定角度旋转，从而进行灵敏运动控制。

Description

一种新的水下机器人运动控制装置

技术领域

本发明涉及一种潜艇式机器人，尤其是涉及一种新的水下机器人运动控制装置。

背景技术

水下机器人，是水下无人航行器UUV的一种。水下无人航行器UUV技术无论在军事上、还是民用方面都已不是新事物，其研制始于50年代，早期主要用于海上石油与天然气的开发等，军用方面主要用于打捞试验丢失的海底武器如鱼雷。80年代末，随着计算机技术、人工智能技术、微电子技术、小型导航设备、指挥与控制硬件、逻辑与软件技术的突飞猛进，自主式水下航行体AUV得到了大力发展。现有的潜艇技术AUV机器人，虽已摆脱了系缆的牵绊，但其上升、下降大多通过改变本体在水中浮力即水压舱注水，排水来实现潜水、浮水的。而且通常只有一到两个动力推进器，响应时间慢，不够机动灵活。或者虽然机器能进行一定角度的旋转，但控制烦琐，稳定性差，均无法满足现有的水下运动所需。

然而，现有的潜艇技术AUV机器人，虽已摆脱了系缆的牵绊，但其上升、下降大多通过改变本体在水中浮力即水压舱注水，排水来实现潜水、浮水的。而且通常只有一到两个动力推进器，响应时间慢，不够机动灵活。或者虽然机器能进行一定角度的旋转，但控制烦琐，稳定性差，均无法满足现有的水下运动所需。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的水下作业机器人不够灵活机动，不能实现多角度灵敏运动控制等的技术问题；提供了一种可在实现动力输出的同时，使机身发生一定角度旋转，从而进行灵敏运动控制的一种新的水下机器人运动控制装置。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种新的水下机器人运动控制装置，其特征在于，包括一个带有密封舱室的机身、设置在机身内并且装有水下摄像机和用于无线传输并导入程序指令的控制系统、给控制系统提供电能的电池、以及至少两个对称设置在机身上并与控制系统通过通讯线缆连接用于控制机身能够周向旋转的动力推进装置；所述的动力推进装置包括一个螺旋浆组件以及既控制螺旋浆组件旋转又控制整个机身能够周向旋转的推进器，所述的动力推进装置设置在机身内的动力组件壳体内。

在上述的一种新的水下机器人运动控制装置，所述推进器用于控制螺旋浆旋转的动力传动组件以及控制整个机身能够周向旋转的转向传动组件。

在上述的一种新的水下机器人运动控制装置，动力传动组件包括一驱动电机，与驱动电机输出轴配接的电机锥齿轮、用于动力输出的中轴、以及与电机锥齿轮相啮合且部分设置在中轴两端的齿轮组；所述齿轮组与螺旋浆组件的输入轴配接，所述驱动电机固定在动力组件壳体上。

在上述的一种新的水下机器人运动控制装置，所述齿轮组包括彼此相啮合的一顶锥齿、一底锥齿、一浆锥齿；所述顶锥齿和底锥齿固定在与驱动电机输出轴垂直设置的中轴两端；螺旋浆组件的输入轴为一螺旋桨轴，所述螺旋桨轴与浆锥齿配接。

在上述的一种新的水下机器人运动控制装置，所述的转向传动系统包括转向电机、与转向电机输出轴配接的输出齿轮、与输出齿轮啮合的转动齿轮以及一个转向柱；所述转向柱套设在中轴上且与中轴同轴设置，转向柱顶端开有两卡槽，转动齿轮通过一轴衬卡圈和一轴承固定在该卡槽内，该轴承还与动力组件壳体固定。

在上述的一种新的水下机器人运动控制装置，还包括用于平衡机身的与控制系统连接的平衡仪、进行信号接收并与控制系统连接的通讯口、分别与通讯口和控制系统连接的通讯模块、与控制系统连接的传感器伺服单元、与控制系统连接进行水下探测的视觉探头单元以及与控制系统连接的加速传感器。

因此，本发明具有如下优点：1.设计合理，结构简单且完全实用；2.可在实现动力输出的同时，使机身发生一定角度旋转，从而进行灵敏运动控制。

附图说明

图1为本发明中机器人机身架构示意图。

图2为本发明的一种立体结构示意图。

图3为本发明中动力推进装置局部剖视图。

图4为本发明的机器人在水中后退运行状态示意图。

图5为本发明的机器人在水中旋转前行状态示意图。

图6为本发明的机器人在水中前行并上升状态示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，动力推进装置1、控制系统2、视觉探头单元4、机身5、通讯线缆6、加速传感器7、传感器伺服单元8、平衡仪9、通讯模块10、信号接收的通讯口11、电池12、驱动电机1a、电机锥齿轮1b、顶锥齿1c、中轴1d、底锥齿1e、浆锥齿1f、螺旋桨轴1g、转向电机1h、轴承1i、输出齿轮1j、转动齿轮1k、转向柱1m、螺旋浆组件17、动力组件壳体18。

实施例：

如图1至图6所示，本发明提供一种新的水下机器人运动控制装置，其包括带有密封舱室的机身5、机身5内装有水下摄像机和用于无线传输并导入程序指令的控制系统2，机身5还活动连接有若干动力推进装置1，用于输出动力的同时，使机身5发生角度旋转。旋转角度为大于0度，小于等于360度。

如图3～图6所示，本实施例中的动力推进装置1为一推进器，其连接有一组螺旋浆组件17。推进器包括一转向传动系统和一动力传动系统，其中，该动力传动系统设于转向传动系统内，用于动力输出，使机器人转向传动系统用于使机身5沿自身轴线实现一定角度的旋转。

在本实施例中，本发明的动力推进装置1有四个，其与机内的控制系统2相连接，控制系统2连接有通讯线缆6，通过通讯线缆6将控制指令传递到动力推进装置1，使机器人在前进、后退、上升、下降，左右旋转或实现一定流速下的动力悬停的同时，使机身5沿机身轴线进行一定角度的旋转，发生一定的倾角，以配合检测作业所需。

如图3所示，本实施例中的动力传动系统包括一驱动电机1a，一电机锥齿轮1b、与电机锥齿轮1b相啮合的一齿轮组，及用于动力输出的一中轴1d、且与该齿轮组相连的一螺旋桨17。其中，该齿轮组包括彼此相啮合的一顶锥齿1c、一底锥齿1e、一浆锥齿1f。螺旋桨17通过一螺旋桨轴1g与该齿轮组相连。

如图3所示，转向传动系统包括一转向电机1h、一输出齿轮1j、一转动齿轮1k及一转向柱1m。转向柱1m与上述的中轴1d同轴套设，转向柱1n顶端开有两卡槽，转动齿轮1k通过一轴衬卡圈和一轴承1i固定在该卡槽内。

如图1至图6所示，动力推进系统包括两部分，分别为动力传动系统、转向传动系统，下面分别描述：

动力传动系统：

驱动电机1a转动，通过电机锥齿轮1b将动力传递给顶锥齿轮1c，通过中轴1d、底锥齿轮1e、浆锥齿轮1f、螺旋桨轴1g，最终传递给螺旋桨组件17。动力系统完全安装在转向系统内，在动力推进装置1转向时，也保持动力的输出。

转向传动系统：

转向电机1h转动，通过安装在机身5内的转向电机输出齿轮ij，带动转动齿轮1k，而转向柱1m顶端上开有两卡槽，通过轴衬卡圈和轴承1i，将转动齿轮1k固定在转向柱1m上。从而将转动力矩传递给转向柱1m，带动整个螺旋浆机构17做0度～360度的旋转，其中旋转角度包含360度。本发明的水下动力传动原理为：机器人通过机身5内控制系统2，向电机驱动电路3发出信号指令，通过通讯线缆6来实现电机转速及相位角度的驱动控制。转向电机1h与驱动电机1a是由控制系统2中存储的程序控制，也可以是通过接收岸上发送的操作指令信号进行控制的。

本发明的水下勘探用潜艇式机器人还可实现常用的无线通讯功能，与岸边操作人员进行通讯。在机器人上方水体有一漂浮水面上的随本体深浅来收放长短线缆的无线转接装置。无线转接装置为一浮力收发线缆装置，其水下部分为可以随机器人本体的下潜深度调节线缆长短，水上部分为无线信号转发装置，其中有一天线始终在水面以上，负责收发操作人员控制器与机器人之间的无线信号。操作人员通过操作装置发出无线控制信号到无线转接装置，即而信号通过水下线缆传输到机器人。此外，为了方便机器人在水下取景并观察录制被观察物体，机器人内还装有水下摄像机，具有角度转向调节功能，可以水平和垂直运动，从而间接实现对所抓取景物的观察。

如图1所示，作为一种水下作业平台，本发明的水下勘探用潜艇式机器人还设有用于平衡机身的平衡仪9、进行信号接收的通讯口11及通讯模块10、传感器伺服单元8，进行水下探测用的视觉探头单元4，给控制系统2提供电源的电池12，加速传感器7等构件，可以满足一般工程检测的需要，可无线导入程序工作，也可通过发出控制指令，实现前进、后退、上升、下降，左右旋转等动作，可以实现一定流速下的动力悬停，同时保持一定的上下倾角。以配合实现检测作业。此外，水下勘探用潜艇式机器人可以完成水体的温度、深度、声纳、及水体摄像等工作，具有轻便灵活、工作可靠等优点。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了动力推进装置1、控制系统2、视觉探头单元4、机身5、通讯线缆6、加速传感器7、传感器伺服单元8、平衡仪9、通讯模块10、信号接收的通讯口11、电池12、驱动电机1a、电机锥齿轮1b、顶锥齿1c、中轴1d、底锥齿1e、浆锥齿1f、螺旋桨轴1g、转向电机1h、轴承1i、输出齿轮1j、转动齿轮1k、转向柱1m、螺旋浆组件17、动力组件壳体18等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种新的水下机器人运动控制装置，其特征在于，包括一个带有密封舱室的机身(5)、设置在机身(5)内并且装有水下摄像机和用于无线传输并导入程序指令的控制系统(2)、给控制系统(2)提供电能的电池(12)、以及至少两个对称设置在机身(5)上并与控制系统(2)通过通讯线缆(6)连接用于控制机身(5)能够周向旋转的动力推进装置(1)；所述的动力推进装置(1)包括一个螺旋浆组件(17)以及既控制螺旋浆组件(17)旋转又控制整个机身(5)能够周向旋转的推进器，所述的动力推进装置(1)设置在机身(5)内的动力组件壳体(18)内。

2.根据权利要求1所述的一种新的水下机器人运动控制装置，其特征在于，所述推进器用于控制螺旋浆旋转的动力传动组件以及控制整个机身(5)能够周向旋转的转向传动组件。

3.根据权利要求2所述的一种新的水下机器人运动控制装置，其特征在于，动力传动组件包括一驱动电机(1a)，与驱动电机(1a)输出轴配接的电机锥齿轮(1b)、用于动力输出的中轴(1d)、以及与电机锥齿轮(1b)相啮合且部分设置在中轴(1d)两端的齿轮组；所述齿轮组与螺旋浆组件(17)的输入轴配接，所述驱动电机(1a)固定在动力组件壳体(18)上。

4.根据权利要求3所述的一种新的水下机器人运动控制装置，其特征在于，所述齿轮组包括彼此相啮合的一顶锥齿(1c)、一底锥齿(1e)、一浆锥齿(1f)；所述顶锥齿(1c)和底锥齿(1e)固定在与驱动电机(1a)输出轴垂直设置的中轴(1d)两端；螺旋浆组件(17)的输入轴为一螺旋桨轴(1g)，所述螺旋桨轴(1g)与浆锥齿(1f)配接。

5.根据权利要求4所述的一种新的水下机器人运动控制装置，其特征在于，所述的转向传动系统包括转向电机(1h)、与转向电机(1h)输出轴配接的输出齿轮(1j)、与输出齿轮(1j)啮合的转动齿轮(1k)以及一个转向柱(1m)；所述转向柱(1m)套设在中轴(1d)上且与中轴(1d)同轴设置，转向柱(1m)顶端开有两卡槽，转动齿轮(1k)通过一轴衬卡圈和一轴承(1i)固定在该卡槽内，该轴承(1i)还与动力组件壳体(18)固定。

6.根据权利要求1所述的一种新的水下机器人运动控制装置，其特征在于，还包括用于平衡机身的与控制系统(2)连接的平衡仪(9)、进行信号接收并与控制系统(2)连接的通讯口(11)、分别与通讯口(11)和控制系统(2)连接的通讯模块(10)、与控制系统(2)连接的传感器伺服单元(8)、与控制系统(2)连接进行水下探测的视觉探头单元(4)以及与控制系统(2)连接的加速传感器(7)。