[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

说明书

本发明公开了一种水下矢量推进式超声波钻探机器人，包括矢量推进器、超声波钻探器、钻探器固定装置、底座支撑调节机构、密封舱体、空心圆柱壳体、锂电池和半球形壳体，在所述密封舱体顶部设有半球形壳体，球形壳体顶部安装有均匀布置的三组矢量推进器，每组推进器具有两个自由度，在密封舱内安装布置有锂电池，在所述密封舱体下部安装有空心圆柱壳体，在所述空心圆柱壳体内部安装有钻探器固定装置和超声波钻探器，在密封舱体下部安装有空心圆柱壳体，密封舱体与底座支撑调节机构铰接，底座支撑调节机构与空心圆柱壳体铰接。能够实现海底岩石取样工作，并且依靠自身装置，能够将岩石样本稳定带到水面。

技术领域：

本发明属于机械技术领域，具体涉及水下矢量推进式超声波钻探机器人及其使用方法。

背景技术：

由于深海运载器在水下作业时间极其有限，需要岩芯取样钻机能在微小钻压条件下实现快速钻取作业。加之，深海领域地形条件和环境极其复杂，现有成熟的取芯技术无法直接满足深海作业要求，而较大的改进提升了研发成本和技术难度。因此，研制高效、强适应能力、低功耗的深海运载专用钻探取芯器是关键。

在进行水下勘探任务时，大多数水下机器人工作效率低，体型庞大，耗能大，造价昂贵，不利于大面积使用，实用性低等问题，大大降低了勘探效率，延长了勘探时间。而且，由于水下环境复杂多变，使得岩石钻探提取更加困难，这些不利因素最终限制科研进一步进行。

发明内容：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种水下矢量推进式超声波钻探机器人及其使用方法。本发明机器人搭载超声波钻探器，结构简单紧凑，整体具有体积较小，效率高的特点。能够实现海底岩石取样工作，并且依靠自身装置，能够将岩石样本稳定带到水面。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

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，在所述密封舱体5顶部设有半球形壳体8，球形壳体8侧部安装有均匀布置的三组矢量推进器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，密封舱体5与底座支撑调节机构4铰接，底座支撑调节机构4与空心圆柱壳体6铰接。

作为一个优选方案，三组矢量推进器具有相同组成和设计结构尺寸，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，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；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，长U支架13的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；第一单轴防水舵机15旋转带动长U支架13以及与长U支架固定联接的无刷防水电机12旋转，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。

作为一个优选方案，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，取心钻杆210为底端带有外阶梯的取心钻具。