[发明专利]一种水下帆动力智能球形机器人

说明书

本发明公开了一种能持续工作、具备大航程、长续航时间的新型水下帆动力球形机器人，机器人主要由网状球壳、中间带有导管的球体、升降帆机构、重摆驱动姿态调节机构、长轴电机、短轴电机、滚动电机、力矩陀螺、螺旋桨推进机构、蓄电池、控制系统等部分组成。这是一种无燃料消耗的非常长航时水下运动的一种智能机器人，巧妙地将重摆与帆相结合，利用风力和洋流对帆的作用力实现在海面和水下运动，同时给出了灵巧的升降帆机构和重摆驱动航向调整机构。本发明所述的水下帆动力智能球形机器人不仅能在水上、水下运动，也可以在海底滚动，此外利用螺旋桨回生充电功能可以将电能存至电源模块，在海洋监测任务等方面有广阔的应用前景。

技术领域：

本发明涉及了一种能持续工作、具备大航程、长续航时间的新型水下帆动力球形机器人，在水面或水下依靠风力或水流驱动，因此大大延长了水下机器人在水中执行任务的时长，适用于一些需要长时间水下探测、科考、侦查的场合，涉及新型机器人技术开发领域。

背景技术：

水下机器人种类繁多，一般可以分为载人和无人两大类。其中载人机器人人工操控，便于处理复杂的问题，但危险性大，而且系统复杂、价格昂贵。无人水下机器人则是能实现在恶劣海况下、重污染海域等人类无法胜任的地域完成作业，使用安全，能实现零伤亡的海洋科考作业，越来越多的受到各国海洋科技工作者和军事研究人员的重视。无人水下机器人又分为缆控水下机器人(ROV：Remote Operated Vehicle)和自治水下机器人(AUV：Autonomous Underwater Vehicle)两种。ROV是有缆连接的水下无人机器人，通过脐带电缆与母船相连接，母船为其提供电力，机器人可向母船发回视频、音频、各类传感数据等信息，母船的操控人员手动对ROV其进行控制。ROV具有作业时间长、作业灵活、功率大、效率高的优点，但活动范围受到母船限制。AUV自带动力，无需母船供给，因而，与ROV相比，AUV无脐带纠缠，具有活动范围大、不需要庞大水面支持系统、使用和维修费用低等优点。然而AUV自带的动力系统往往不能持续供给能量，AUV的作业范围不超过100km，续航时间也局限在十数小时，世界范围内迫切需要能持续工作、具备大航程、长续航时间的新型水下机器人，而研制新型AUV则成为此热点领域的主要研究方向之一。

水下机器人外形主要分为两种：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。水下球形机器人具有运动灵活、零半径转向、抗压性强、结构紧凑等优点，与传统水下机器人相比有很大优越性，在海洋监测任务等方面有着广阔的应用前景。

发明内容：

本专利的发明旨在设计一款能持续工作、具备大航程、长续航时间的新型帆动力水下球形机器人。该机器人创造性地将重摆与帆相结合，可不消耗燃料在海面、水下将帆升起，利用风力或洋流对帆的推力进行长航时航行，并且利用应急驱动螺旋桨充电至蓄电池中。利用重摆的两自由度摆动实现偏航角和俯仰角的控制，配置各种传感器提高环境感知和自身检测能力。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

水下帆动力智能球形机器人包括网状球壳、中间带有导管的球体、升降帆机构、重摆驱动姿态调节机构、长轴电机、短轴电机、滚动电机、力矩陀螺、应急螺旋桨、蓄电池、控制系统等。中间带有导管的球体设置在网状球壳的中心，升降帆机构设置在球体上侧，重摆驱动姿态调节机构设置在球体下侧，应急螺旋桨设置在球体中间导管处，球体通过力矩陀螺分别与滚动电机和网状球壳相连。

所述球壳由两个半球壳通过连接片和螺栓连接形成一个完整网状球壳，便于内部机构的安装与放置，保护驱动帆和重摆驱动姿态调节机构不被水中杂物缠绕而灵活工作，网状结构也不影响螺旋桨工作，在海底滚动时提供较大摩擦力，也起到一定防撞保护作用。