[发明专利]三轴可伸缩多适应性水下机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下机器人，尤其是动力臂可伸缩三轴驱动实现空间六个自由度运动的多适应性水下机器人。

背景技术

随着海洋研究与开发的“深”入发展，水下机器人代替人类肩负起越来越多也越来越复杂的水下作业任务。其应用领域相当之广泛，各式各样的机器人在管道容器检查、船舶河道海洋石油、科学研究教学、能源、安全、考古、渔业以及娱乐等领域发挥巨大作用。

水下的地形错综复杂，如何成功高效地到达指定的位置，圆满完成预定的任务，这对水下机器人的灵活性和环境适应性提出了很高的要求；另一方面，随着机器人潜水深度的不断增加，水下机器人的结构趋于复杂化，总重量增加，总规模变大，使用方面受到很大的限制，故而如何在保证机器人的操作准确性和灵活性的同时，将水下机器人小型化也是一个亟待解决的问题。

分析现今已有的水下机器人设计，按照其运动方式实现大致可以归为两大类：第一类，单轴推进器提供动力，通过推进器的正反转实现水下机器人的前进和后退，而方向的调整则依靠舵鳍控制，产生某个方向的分力，改变水下运行姿态。此类机器人结构简洁，航速很快，但是正如现今飞机存在的问题一样，运动回转半径太大，灵活性受到很大的限制，很难适应水下复杂的地形；另一类比较常见的是在每一个方向上安置一对推进器，分别控制上下、前后、左右，可以实现空间复杂的运动，灵活性也较高，但是弊端在于过多的推进器布置会大大降低机器人的结构紧凑度，推进器重量比重大，且推进器过多占用了内部空间，使得其他联合作业仪器的搭载安装受到限制。此外此类水下机器人并不能实现空间六自由度的运动，水下的扭转做不到。

中国专利CN201872930U公布了一种开架式自主水下机器人，该设计采用承载支架与压力舱分开的设计，结构简单，制造方便，但是由于该设计中，动力装置分布固定在机器人上，使得整体体积比较大，在沉船考古，水下挖掘时行动极为不便。中国专利CN201849653U公布了一种水下仿生机器人，该设计的动力装置为对称分布于机器人侧面的四个拍动鳍，相比较专利CN201872930U，此设计将大部分结构布置在中心的压力舱内，易于外形的改变，但是仿生鳍的设计必须是固定的。因而很难在结构上进行大的改进，在沉船考古领域的复杂环境下作用有限。

发明内容

本发明针对水下机器人在沉船考古领域复杂环境下作业遇到的运行不便的困难，提供一种动力臂可伸缩三轴驱动，实现包括沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度在内的空间六个自由度运动，环境适应性很强的机器人。

本发明包括箱体支架、伸缩机构和动力机构三个部分，箱体密封防水，用于安放搭载机构并提供动力臂伸缩的空间；伸缩机构通过齿条连接三个从动齿轮，从动齿轮带动丝杆转动，控制杆的伸缩，能实现机器人三只动力臂的同步伸缩，根据环境改变自身大小，运行作业更为自如；动力机构由三只动力臂组成，臂端螺旋桨的轴向可以改变，通过三只螺旋桨的转速和螺旋桨轴向的配合实现空间六自由度的运动。本发明设计了动力臂可伸缩的装置，在沉船考古，深海挖掘领域具有很好的实用性，保护文物的同时运行作业更为自如，效率更高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

    三轴可伸缩多适应性水下机器人，由箱体、安装在箱体内部的伸缩机构和外部的动力机构三个部分组成，伸缩机构固定在箱体内部，通过丝杆结构连接主要由三支动力臂构成的动力机构，同时动力机构与箱体保持滑动连接。

    所述的伸缩机构包括齿条，带主动齿轮的驱动电机，第一从动齿轮,第二从动齿轮,第三从动齿轮，第一张紧齿轮，第二张紧齿轮，蜗轮蜗杆与丝杆伸缩装置。驱动电机固定安装在箱体底座上，第一从动齿轮，第二从动齿轮，第三从动齿轮，第一张紧齿轮和第二张紧齿轮通过轴承安装在底座上。驱动电机，齿条，第一从动齿轮，第二从动齿轮，第三从动齿轮构成同步传动系统，从动齿轮下连接有蜗轮蜗杆与丝杆伸缩装置，丝杆的螺杆部分与动力臂连接。通过控制驱动电机便可同步改变三只动力臂的伸出长度。

    所述的蜗轮蜗杆与丝杆伸缩装置包括一个蜗轮蜗杆和一个丝杆结构，前者的蜗轮与后者的螺母结合一体。蜗杆固定连接在从动齿轮的下面，蜗轮与丝杆的螺母外部螺纹配合，螺母内部螺纹与螺杆配合。

所述的动力机构包括动力臂、轴向转动装置和推进装置。轴向转动装置和推进装置安装在动力臂上，通过推进装置螺旋桨的转速和轴向的配合实现空间六自由度运动。动力臂与螺杆的连接方式为：螺杆左端圆盘限制在动力臂内部，可转动但不可轴向运动，另一方面，动力臂外表面设计有凸纹，与导管内壁的凹槽配合。