[发明专利]一种全向碟形水下机器人

说明书

本发明涉及一种全向碟形水下机器人结构设计及其控制算法，属于水下潜航器领域与机器人控制领域。机械部分包含结构架双向水下推进器、水密舱、起落架等。控制部分使用陀螺仪，水压计等传感器计算机器人姿态。使用嵌入式控制器调节水下推进器推力实现对水下机器人姿态和速度的控制。本发明中机器人仅使用六个推进器即可实现全部六个自由度的独立控制，具有灵活，机动性高，成本低等优点。可用于水下巡检，水产捕捞，水质采样等多种用途。

技术领域

本发明属于水下潜航器领域与机器人控制领域，特别是涉及一种全向碟形水下机器人，主要是一种采用新型推进器结构的碟形水下机器人。

背景技术

近几年里，机器人的发展在全球范围内不断加速，随着防水技术与水下通讯技术的快速发展以及水下作业的巨大需求，越来越多的机器人应用于水下作业。机器人在水下移动不同于陆地载具和飞行器，水下机器人要实现三个维度的控制，同时需要考虑湍流对机器人控制的影响。因此申请人想到设计相应机器人在保证全部六个自由度的独立可控的要求下，使用最少的推进器单元。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种全向碟形水下机器人，该机器人在保证全部六个自由度的独立可控的要求下，可以使用最少的推进器单元的水下机器人。该机器人能够携带水下摄像机、机械臂、侧扫声呐、无线/有线通讯设备、水质传感器等外设，从而自动记录或实时回传相关数据给控制人员。

本发明提供一种全向碟形水下机器人，包括上固定板、水密舱、垂直水下推进器、平行水下推进器、下固定板和摄像头半球罩，所述上固定板通过螺栓固定在水密舱的上侧，下固定板通过螺栓固定在水密舱的下侧，摄像头半球罩通过螺栓固定在水密舱下方正中间，所述摄像头半球罩内部安装有可以旋转拍摄的摄像头，所述垂直水下推进器有3个，所述垂直水下推进器垂直于水密舱圆柱面并且所固定的位置正好处于中心在水密舱且平行与水密舱圆柱面的等边三角形的3个顶点中心，所述水平水下推进器有3个，所述水平水下推进器平行于水密舱圆柱面并且所固定的位置正好处于中心在水密舱且平行与水密舱圆柱面的等边三角形的3个顶点中心，所述水平水下推进器对应等边三角形由垂直水下推进器对应等边三角形绕水密舱中轴旋转60度得到。

作为本发明进一步改进，所述水密舱中放置有锂电池组、稳压电源模块、水下推进器驱动器、惯性导航传感器、摄像头、运动控制器与控制电脑，所述控制电脑通过连接线与各电器元件相连并通过锂电池组供电。

作为本发明进一步改进，所述水密舱的上下盖板与水密舱舱体之间填充TPU软性材质法兰并涂抹凡士林，这样设计可以加强水密舱的水密性。

作为本发明进一步改进，所述全向碟形水下机器人还设置有起落架，所述起落架通过螺栓安装于下固定板下侧，起落架长度大于摄像头半球罩凸起的高度，这样可以以确保水下着陆稳定，同时水底地形不会损伤摄像头半球罩。

作为本发明进一步改进，所述上固定板与下固定板留有为垂直水下推进器提供进水、排水的孔位，以及用于安装浮块、配重以及其他设备的固定孔。

作为本发明进一步改进，所述全向碟形水下机器人配套与水下摄像机、机械臂、侧扫声呐、无线/有线通讯设备和水质传感器相配套的安装支架，可以根据实际需要进行适配。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明机器人使用6个推进器实现了对水下机器人X、Y、Z三轴平动与X、Y、Z三轴旋转共六个自由度的独立控制，提升了水下机器人的机动性、灵活性，同时碟形的外观使下视的摄像头能无死角地观察水下状况而无需调整机体姿态。

2)本发明在全部六个自由度的独立可控的要求下，可以使用最少的推进器单元的水下机器人具有灵活，机动性高，成本低等优点；

3)本发明机器人能够携带水下摄像机、机械臂、侧扫声呐、无线/有线通讯设备、水质传感器等外设，从而自动记录或实时回传相关数据给控制人员；