[发明专利]一种水下矢量推进式超声波钻探机器人及其使用方法

权利要求书

1.一种水下矢量推进式超声波钻探机器人，包括矢量推进器(1)、超声波钻探器(2)、钻探器固定装置(3)、底座支撑调节机构(4)、密封舱体(5)、空心圆柱壳体(6)、锂电池(7)和半球形壳体(8)，其特征在于，在所述密封舱体(5)顶部设有半球形壳体(8)，所述半球形壳体(8)侧壁安装有三组均匀布置的矢量推进器(1)，每组矢量推进器具有两个自由度；在密封舱(5)内安装布置有锂电池(7)，在所述密封舱体(5)下部安装有空心圆柱壳体(6)，在所述空心圆柱壳体(6)内部安装有钻探器固定装置(3)和超声波钻探器(2)，所述密封舱体(5)与底座支撑调节机构(4)铰接，所述底座支撑调节机构(4)与空心圆柱壳体(6)铰接。

2.根据权利要求1所述水下矢量推进式超声波钻探机器人，其特征在于，所述矢量推进器包括螺旋桨(11)、无刷防水电机(12)、长U支架(13)、第一金属主舵盘(14)、第一单轴防水舵机(15)、杯士轴承(16)、第一舵机多功能支架(17)、第二金属主舵盘(18)、第二单轴防水舵机(19)和第二舵机多功能支架(110)，在所述密封舱体(5)壳体顶部通过第二舵机多功能支架(110)与第二单轴防水舵机(19)固定连接，在第二单轴防水舵机(19)的转轴固定安装于第二金属主舵盘(18)一端，所述第二金属主舵盘(18)另一端与第一舵机多功能支架(17)固定连接实现第二自由度的旋转；所述第一舵机多功能支架(17)与第一单轴防水舵机(15)固定连接为一体，所述长U支架(13)一端与第一金属主舵盘(14)通过螺栓固定连接，另一端与第一舵机多功能支架(17)和杯士轴承(16)连接构成转动副；所述第一单轴防水舵机(15)旋转带动长U支架(13)和无刷防水电机(12)旋转，所述无刷防水电机(12)转轴上安装螺旋桨(11)实现第一自由度的旋转。

3.根据权利要求1所述水下矢量推进式超声波钻探机器人，其特征在于，所述超声波钻探器(2)包括上机壳(21)、预紧螺栓(22)、后盖板(23)、后置高声阻抗单元(24)、多个铜电极片(25)、多个压电陶瓷片(26)、下壳体(27)、变幅杆(28)、自由质量块(29)、取心钻杆(210)、压缩弹簧(211)、调整螺母(212)和软钢丝(213)，上壳体(21)与下壳体(27)固定连接，预紧螺栓(22)套接有后置高声阻抗单元(24)、多个铜电极片(25)和多个压电陶瓷片(26)，变幅杆(28)的一端与上壳体(21)内的后盖板(23)通过预紧螺栓(22)可拆卸连接，且变幅杆(28)的一端与后盖板(23)设有间隙，变幅杆(28)与取心钻杆(210)连接有自由质量块(29)，所述取心钻杆(210)为底端带有外阶梯的取心钻具。

4.根据权利要求1所述水下矢量推进式超声波钻探机器人，其特征在于，所述钻探器固定装置(3)包括导轨(31)、固定架(32)、滑块(33)、第一电力推杆(34)和连接架(35)，在空心圆柱壳体(6)上固定有竖直的导轨(31)，并且导轨(31)和滑块(33)锁紧在一起，固定架(32)、超声波钻探器(2)和滑块(33)可拆卸连接在一起，在空心圆柱壳体(6)上固定有第一电力推杆(34)，连接架(35)一端与第一电力推杆(34)上部固定连接，另一端与固定架(32)固定连接。

5.根据权利要求1所述水下矢量推进式超声波钻探机器人，其特征在于，所述底座支撑调节机构(4)包括第二电力推杆(41)、支架(42)和连杆(43)，支架(42)一端固定安装在密封舱体(5)上，支架(42)另一端与第二电力推杆(41)一端采用铰接，第二电力推杆(41)另一端与连杆(43)采用铰接。

6.水下矢量推进式超声波钻探机器人的使用方法，其特征在于，包括：

步骤一：在下潜过程中，控制防水舵机的旋转角度，三组矢量推进器(1)的螺旋桨(11)均向斜上方喷水；按照旋转方向和旋转角度调整三组矢量推进器(1)的第二单轴防水舵机(19)和第一单轴防水舵机(15)，改变螺旋桨(11)喷水方向，调整机器人整体的运动姿态和运动方向；在启动无刷防水电机(12)之前，调整第二单轴防水舵机(19)的旋转角度为90°，所述第一单轴防水舵机(15)的旋转角度为45°，使得机器人的底座支撑调节机构(4)处于闭合状态；

步骤二：在着陆过程中，控制防水舵机的旋转角度，使得三组矢量推进器(1)的螺旋桨(11)均向斜下方喷水，使得机器人平稳着陆；

步骤三：在着陆后，底座支撑调节机构(4)处于展开状态；控制矢量推进器中防水舵机的旋转角度，使得三组矢量推进器(1)的螺旋桨(11)均向斜上方喷水；

步骤四：在钻探过程中，底座支撑调节机构4仍处于展开状态；利用第一电动推杆(34)和导轨(31)，将超声波钻探器(2)从下部空心圆柱壳体(6)内推出到合适距离，进行钻探岩石的工作；

步骤五：在上浮过程中，超声波钻探器(2)处于下部空心圆柱壳体(6)内部；控制矢量推进器中防水舵机的旋转角度，使得三组矢量推进器(1)的螺旋桨(11)均向斜下方喷水，启动无刷防水电机(12)，螺旋桨转动提供向上推力，机器人整体缓慢地向上移动，直至将采样的岩石带到海面；

当机器人脱离地面后，通过控制第二电力推杆(41)，使得底座支撑调节机构(4)由展开状态转变为收拢状态。