[发明专利]一种水下机器人外形结构优化方法

权利要求书

1.一种水下机器人外形结构优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：外形设计

先确定水下机器人的清理对象和清理任务，再根据水下机器人的清理对象和清理任务对水下机器人的外形结构和工作部件进行辐射环境下针对性的设计；

步骤二：整合建模

通过建模软件对水下机器人的外形结构和工作部件进行整合建模，并调整各组件的分布位置，使水下机器人的整体重力和所受浮力处于同一铅垂线上；

步骤三：浮心位置确定

先由水下机器人的工程图获得设计水线长，再计算水下机器人设计水线以下的排水容积，接着通过查阅浮心函数曲线图得出水下机器人吃水的函数曲线的具体数值，最后通过浮心坐标公式计算水下机器人的浮心位置；

步骤四：浮力差计算

先利用建模软件估算水下机器人的总质量，再计算水下机器人整体所受重力值，接着计算水下机器人所受浮力值，随后根据重力值和浮力值计算水下机器人所受浮力差值，然后根据浮力差值调节水下机器人上配重块的重量和体积，实现水下机器人在水中的受力平衡状态；

步骤五：总压力计算

将建模软件中建立的水下机器人外形模型导入至模拟分析工具，根据水下机器人在压力容器内部工作时的最大水深以及液体压强公式，计算水下机器人受到的最大水压为：

P_水＝ρ_水×g×h_max

式中，ρ_水为浸入的溶液密度，h_max为水下机器人在压力容器内部工作时的最大水深；

水下机器人在工作时还受到大气压强，则受到的总压力为：

P_总＝P_水+P_空气

式中，P_空气为大气压强，将水下机器人受到的总压力值导入模拟解算器，得到水下机器人在压力容器内部最大水深工作时所受到的压力仿真结果，根据仿真结果选择水下机器人防护外壳的材料与厚度。

2.根据权利要求1所述的一种水下机器人外形结构优化方法，其特征在于：所述步骤一中，水下机器人的外形结构为水下机器人的防护外壳，所述水下机器人的工作部件包括不同类型的传感器部件、水下推进器、多功能平台、核心舱和磨盘。

3.根据权利要求1所述的一种水下机器人外形结构优化方法，其特征在于：水下机器人的外形结构基于潜艇初稳性以及抗沉性算法设计，所述建模软件为SolidWorks软件，所述模拟分析工具为SolidWorks Simulation Xpress工具，所述模拟解算器为SolidWorkssimulation解算器。

4.根据权利要求1所述的一种水下机器人外形结构优化方法，其特征在于：所述步骤二中，整合建模的具体步骤为：将既定结构与工作部件直接通过建模软件进行建模仿真，并直接嵌入到外形结构中。

5.根据权利要求1所述的一种水下机器人外形结构优化方法，其特征在于：所述步骤四中，水下机器人的总质量包括不同类型的传感器部件的质量、水下推进器的质量、多功能平台的质量、核心舱的质量和磨盘的质量，水下机器人整体所受重力值为：

G＝m×g

式中，G为水下机器人整体所受重力值，m为水下机器人的总质量，g为重力加速度；

水下机器人所受浮力值为：

F_浮＝ρ_水gV_排

式中，F_浮为水下机器人整体所受浮力值，V_排为水下机器人设计水线以下的排水容积。