本發(fā)明涉及機(jī)器人，特別是涉及一種基于矢量八推布局的水下機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、水下機(jī)器人能夠潛入深海，且自身集成多種傳感器，是探索海洋的有力幫手，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

2、傳統(tǒng)的水下機(jī)器人受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)與推進(jìn)機(jī)理，主要存在著運(yùn)動(dòng)自由度低，靈活性差，以及操作控制準(zhǔn)確性低等問(wèn)題，這使得部分水下機(jī)器人無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜的水下環(huán)境，功能單一，無(wú)法滿足多樣化的任務(wù)需求。因此，本發(fā)明提出一種新型的水下機(jī)器人，來(lái)克服上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種新型的水下機(jī)器人，其通過(guò)采用矢量八推布局，在運(yùn)動(dòng)自由度和全向性方面得到了顯著提升，能夠在復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的水下環(huán)境中高效執(zhí)行多樣任務(wù)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供一種基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，包括：

4、浮力主體，所述浮力主體內(nèi)配置有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)能夠與遠(yuǎn)程終端通訊連接；

5、推進(jìn)機(jī)構(gòu)，所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)在所述浮力主體上均布的推進(jìn)器，任意一所述推進(jìn)器均與所述控制系統(tǒng)通訊連接，所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)能夠驅(qū)動(dòng)所述浮力主體在水下多方位運(yùn)行；

6、外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，所述外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述浮力主體上，所述外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)與所述控制系統(tǒng)通訊連接，所述外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)能夠監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境信息，并將采集的所述海洋環(huán)境信息傳送至所述控制系統(tǒng)。

7、在一種實(shí)施方式中，所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括八個(gè)所述推進(jìn)器，且八個(gè)所述推進(jìn)器分兩層布置，第一層推進(jìn)器和第二層推進(jìn)器分別包括四個(gè)所述推進(jìn)器，其中：

8、所述第一層推進(jìn)器的四個(gè)所述推進(jìn)器均布于所述浮力主體的外周，且四個(gè)所述推進(jìn)器均平行于所述浮力主體的上下方向布置；

9、所述第二層推進(jìn)器的四個(gè)所述推進(jìn)器均布于所述浮力主體的外周，且四個(gè)所述推進(jìn)器兩兩一組，每組兩個(gè)所述推進(jìn)器平行且朝向相反：其中一組的兩個(gè)所述推進(jìn)器均平行于所述浮力主體的水平方向一對(duì)角線布置，且兩個(gè)所述推進(jìn)器分別設(shè)置于所述浮力主體的左前方和右后方；另一組的兩個(gè)所述推進(jìn)器均平行于所述浮力主體的水平方向另一對(duì)角線布置，且兩個(gè)所述推進(jìn)器分別設(shè)置于所述浮力主體的左后方和右前方。

10、在一種實(shí)施方式中，所述第一層推進(jìn)器位于所述第二層推進(jìn)器的上層或下層，且兩層所述推進(jìn)器的中軸線均與所述浮力主體的中軸線重合。

11、在一種實(shí)施方式中，所述水下機(jī)器人還包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱的碰撞緩沖框架，所述碰撞緩沖框架套裝于所述浮力主體的外周，并與所述浮力主體固定連接。

12、在一種實(shí)施方式中，所述碰撞緩沖框架為二十面體結(jié)構(gòu)框架，并采用高強(qiáng)度吸能材料制成，所述二十面體結(jié)構(gòu)框架的任意一尖端位置均設(shè)置有減震單元。

13、在一種實(shí)施方式中，所述減震單元上還設(shè)置有壓力傳感器和/或聲吶，所述壓力傳感器和/或所述聲吶與所述控制系統(tǒng)通訊連接。

14、在一種實(shí)施方式中，所述外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)包括：

15、支架，設(shè)置于所述浮力主體的前端；

16、圖像采集器，設(shè)置于所述支架上，并與所述控制系統(tǒng)通訊連接；

17、流場(chǎng)信息收集器，設(shè)置于所述支架上，并與所述控制系統(tǒng)通訊連接；

18、測(cè)速儀，設(shè)置于所述支架或所述浮力主體上，并與所述控制系統(tǒng)通訊連接。

19、在一種實(shí)施方式中，所述水下機(jī)器人還包括信息中繼單元，所述信息中繼單元設(shè)置于所述碰撞緩沖框架上，所述圖像采集器、所述流場(chǎng)信息收集器和所述測(cè)速儀均與所述信息中繼單元通訊連接，所述信息中繼單元與所述控制系統(tǒng)通訊連接。

20、在一種實(shí)施方式中，所述浮力主體采用高強(qiáng)度合金材料制作，所述浮力主體的外周對(duì)稱設(shè)置有多個(gè)電池倉(cāng)，所述電池倉(cāng)能夠?yàn)樗隹刂葡到y(tǒng)、所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)和所述外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)中的至少一者供電，任意一所述電池倉(cāng)均具有高強(qiáng)度合金封裝外殼。

21、在一種實(shí)施方式中，所述水下機(jī)器人還包括智能電源管理系統(tǒng)，所述智能電源管理系統(tǒng)設(shè)置于所述浮力主體內(nèi)，并與所述控制系統(tǒng)通訊連接，所述智能電源管理系統(tǒng)用于監(jiān)控所述電池倉(cāng)內(nèi)電池狀態(tài)。

22、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

23、本發(fā)明提出的基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，通過(guò)在浮力主體上配置外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，可滿足水下機(jī)器人的監(jiān)測(cè)需求，同時(shí)，推進(jìn)機(jī)構(gòu)在浮力主體上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)推進(jìn)器的矢量八推布局，通過(guò)控制不同的推進(jìn)器啟動(dòng)或組合使用，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)、后退、側(cè)向移動(dòng)、對(duì)角線方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等多方位的位置調(diào)整，使得機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)自由度和全向性方面得到了顯著提升，進(jìn)而顯著提高了機(jī)器人在復(fù)雜水下環(huán)境中的靈活性和運(yùn)動(dòng)精細(xì)度，能夠在復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的水下環(huán)境中高效執(zhí)行多樣任務(wù)。

24、在本發(fā)明公開(kāi)的一些技術(shù)方案中，浮力主體、電池倉(cāng)和碰撞緩沖框架均采用高強(qiáng)度合金材料，可確保機(jī)器人在深海高壓環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐壓性能，增強(qiáng)了水下機(jī)器人的整體強(qiáng)度和安全性，使其能夠在極端條件下運(yùn)行。

25、在本發(fā)明公開(kāi)的一些技術(shù)方案中，浮力主體、電池倉(cāng)、碰撞緩沖框架、外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)和信息中繼單元等各組件均采用獨(dú)立模塊化設(shè)計(jì)，便于各組件的獨(dú)立維護(hù)和升級(jí)，從而提高了機(jī)器人整體的可維護(hù)性和擴(kuò)展性，減少了維修和更換組件的難度。

26、在本發(fā)明公開(kāi)的一些技術(shù)方案中，碰撞緩沖框架基于二十面體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用高強(qiáng)度吸能材料，能夠有效吸收和分散碰撞能量，保護(hù)內(nèi)部組件，增強(qiáng)機(jī)器人的抗沖擊性能。

27、在本發(fā)明公開(kāi)的一些技術(shù)方案中，電池倉(cāng)、推進(jìn)器、碰撞緩沖框架等配件，均采用均布的方式布置于機(jī)器人主體外周，可確保機(jī)器人在水中的平衡性，可確保機(jī)器人在高壓水下環(huán)境中的安全性。

28、在本發(fā)明公開(kāi)的一些技術(shù)方案中，前置的外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)可實(shí)時(shí)收集流場(chǎng)信息，分析水流速度、方向和湍流特征，輔助機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航和避障，能提高機(jī)器人的環(huán)境感知能力和導(dǎo)航精度，確保其在復(fù)雜水流環(huán)境中的穩(wěn)定性和安全性。

29、在本發(fā)明公開(kāi)的一些技術(shù)方案中，由壓力傳感器、聲吶和碰撞緩沖框架構(gòu)成的減震系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了壓力檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和緩沖吸能技術(shù)的結(jié)合，通過(guò)彈性材料和吸能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的減震系統(tǒng)，可減少外界沖擊對(duì)內(nèi)部組件的影響，高精度傳感部件可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)框架內(nèi)外壓力變化，該減震系統(tǒng)提高了水下機(jī)器人在高壓和沖擊環(huán)境中的可靠性和壽命，能確保其在極端條件下的安全運(yùn)行。

技術(shù)特征：

1.一種基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，其特征在于，所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)(2)包括八個(gè)所述推進(jìn)器，且八個(gè)所述推進(jìn)器分兩層布置，第一層推進(jìn)器和第二層推進(jìn)器分別包括四個(gè)所述推進(jìn)器，其中：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，其特征在于，所述第一層推進(jìn)器位于所述第二層推進(jìn)器的上層或下層，且兩層所述推進(jìn)器的中軸線均與所述浮力主體(1)的中軸線重合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，其特征在于，還包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱的碰撞緩沖框架(3)，所述碰撞緩沖框架(3)套裝于所述浮力主體(1)的外周，并與所述浮力主體(1)固定連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，其特征在于，所述碰撞緩沖框架(3)為二十面體結(jié)構(gòu)框架，并采用高強(qiáng)度吸能材料制成，所述二十面體結(jié)構(gòu)框架的任意一尖端位置均設(shè)置有減震單元(4)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，其特征在于，所述減震單元(4)上還設(shè)置有壓力傳感器(5)和/或聲吶(6)，所述壓力傳感器(5)和/或所述聲吶(6)與所述控制系統(tǒng)通訊連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，其特征在于，所述外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)(7)包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，其特征在于，還包括信息中繼單元(8)，所述信息中繼單元(8)設(shè)置于所述碰撞緩沖框架(3)上，所述圖像采集器(72)、所述流場(chǎng)信息收集器(73)和所述測(cè)速儀均與所述信息中繼單元(8)通訊連接，所述信息中繼單元(8)與所述控制系統(tǒng)通訊連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，其特征在于，所述浮力主體(1)采用高強(qiáng)度合金材料制作，所述浮力主體(1)的外周對(duì)稱設(shè)置有多個(gè)電池倉(cāng)(9)，所述電池倉(cāng)(9)能夠?yàn)樗隹刂葡到y(tǒng)、所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)(2)和所述外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)(7)中的至少一者供電，任意一所述電池倉(cāng)(9)均具有高強(qiáng)度合金封裝外殼。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，其特征在于，還包括智能電源管理系統(tǒng)，所述智能電源管理系統(tǒng)設(shè)置于所述浮力主體(1)內(nèi)，并與所述控制系統(tǒng)通訊連接，所述智能電源管理系統(tǒng)用于監(jiān)控所述電池倉(cāng)(9)內(nèi)電池狀態(tài)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于矢量八推布局的水下機(jī)器人，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，通過(guò)在浮力主體上配置外環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，可滿足水下機(jī)器人的監(jiān)測(cè)需求，同時(shí)，推進(jìn)機(jī)構(gòu)通過(guò)推進(jìn)器的矢量八推布局，可通過(guò)控制不同的推進(jìn)器啟動(dòng)或組合使用，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)、后退、側(cè)向移動(dòng)、對(duì)角線方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等多方位的位置調(diào)整，使得機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)自由度和全向性方面得到了顯著提升，進(jìn)而顯著提高了機(jī)器人在復(fù)雜水下環(huán)境中的靈活性和運(yùn)動(dòng)精細(xì)度，能夠在復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的水下環(huán)境中高效執(zhí)行多樣任務(wù)。

技術(shù)研發(fā)人員：牟昭陽(yáng),朱毅,蘇廣勝,范迪夏,張思雨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西湖大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6