[发明专利]一种三体构型的长期定点观测型水下机器人

说明书

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体地说是一种三体构型的长期定点观测型水下机器人，能够远距离航行到目标海域实现对海洋水文数据的垂直剖面进行长期(不小于30天)定点连续观测的自主水下机器人。

背景技术

对海洋环境的定点连续观测是人们认识海洋的重要手段。随着科技的不断发展，海洋观测设备在种类、功能和性能等方面都取得了进步。功能全面、性能可靠、经济效益高是科研人员对海洋观测平台的强烈要求。

按观测方式可以将海洋观测分为定点观测和走航式观测。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。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。走航式观测平台能够获得某一海域内海洋环境信息随空间的连续变化情况，这类观测平台包括科考船、水下机器人、水下滑翔机、漂流浮标、剖面漂流浮标等。漂流浮标和剖面漂流浮标由于自身无动力，只能在海流的作用下运动，属于随动式的观测平台，目标指向性很差。科考船通过搭载不同传感器可以获得某一海域海洋环境信息随时间和空间变化情况，然而对于一些危险海域或敏感海域，科考船显然不是很好的选择，并且其经济性很差。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。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微正浮力实现定深或定高运动，无法对远海海域定点剖面进行连续的长时间观测。

为完成远海某一指定海域的长期观测任务，获得该海域某一固定点垂直剖面内的海洋环境信息随时间变化情况和整片海域海洋环境信息随空间变化情况，需要设计一种航程长、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观测功能，并能够按照指定路线和使命自主完成该海域的连续观测任务的海洋观测设备。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种三体构型的长期定点观测型水下机器人。该水下机器人是利用AUV技术，研制出的自航式、长期定点、垂直剖面连续观测新型AUV(简称定点观测型AUV)，以此获得某一特定海域定点剖面的海洋环境参数连续观测数据。该型AUV作为一种可自航至远海海域搜集海洋环境参数的平台，将为研究人员认识和掌握大洋环境提供重要支撑。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种三体构型的长期定点观测型水下机器人，包括主体和分别设置于主体两侧的两个附体，所述主体包括依次连接的推进段、艉部浮力调节段、主体电池舱段、电子舱段、艏部浮力调节段及观测载荷段，其中观测载荷段采用开放式框架结构，所述观测载荷段搭载海洋水文数据观测用的传感设备，所述推进段采用局部密闭的开放式结构，所述艉部浮力调节段、主体电池舱段、电子舱段及艏部浮力调节段设置于全密封主体耐压舱内，所述全密封主体耐压舱的外侧顶部设有卫星天线；通过艏部浮力调节段和艉部浮力调节段双向浮力调节，实现水下机器人运动姿态调整和定点悬停；所述两个附体结构相同，均包括附体电池组和附体推进器，其中附体电池组设置于全密封附体耐压舱内，所述附体推进器设置于全密封附体耐压舱的艉部。

所述艉部浮力调节段和艏部浮力调节段结构相同，均包括液压缸、海水调节缸及液压系统，其中液压缸的小活塞一侧通过输出杆与海水调节缸的大活塞连接，所述海水调节缸上设有与海水连通的出入水口，所述液压缸与液压系统连接，所述液压系统驱动液压缸的小活塞进行往复运动，并带动海水调节缸的大活塞往复运动，从而使海水调节缸通过出入水口吸排海水，进而实现水下机器人浮力调节。

所述液压缸的小活塞另一侧输出杆的端部设有位移传感器，所述艉部浮力调节段和艏部浮力调节段的全密封主体耐压舱上均设有检查盖，所述艏部浮力调节段的前端设有前球壳，所述艉部浮力调节段的后端有后球壳。