某流线型观测用水下机器人艏部的改进设计.pdf

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1、某流线型观测用水下机器人艏部的改进设计口金碧霞口熊传志中国船舶重工集团第七一。研究所湖北宜昌443003摘要：采用了整体开放、局部密闭的设计思路，将原来的整体式艏部结构优化为分体式艏部结构，即艏部由左、中、右’3个轻质壳体组成迎流球壳，照明灯、摄像机分别密封，形成独立的模块单元，连同声纳设备安装在一个可进行俯仰动作的云台上。每个模块内部均安装了漏水检测传感器，并将其分别接在不同的L／0端口，提高了漏水检测效率。所有机械结构件均安装于壳体内部，结构紧凑，没有外部附件，不会增加额外的水流阻力，对水下机器人起到了较好的整流作用，并且消除了原来声纳造成的舵效应对运动控制的影响。经湖试验证，改进

2、后的艏部设计达到了预期的效果，为水下机器人的运行提供了良好的硬件基础。关键词：分体式模块俯仰机构水下机器人中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1000—4998f2014)06—0010—03随着水下机器人应用领域的不断扩宽．水下机器照明灯摄像机照明灯连接杆头部密封盖头盖人技术也成为研究热点，目前水下机器人已成为水下观测和水下作业最有效的装备⋯。某观测用水下机器人由艏部半球形迎流段、舯部圆柱形平行段、艉部圆锥形去流段组成流线型外形，从而可减小水流阻力，降低能耗。其艏部装载有照明灯、摄像机、声纳等观测设备，可用于查找江、河、湖、海的各种堤坝的裂缝、破损等质量问题。还可用于观测水

3、底地形、地貌或搜寻水下沉物。为最大视角地对目标进行观察识别，艏部▲图1整体式艏部外形结杩图装有一套俯仰机构．观测设备可在俯仰机构电机的驱动下．在一90～45。较大范围的纵截面(垂直面)角度内与艏部简体固定．另一进行俯仰动作。端通过轴承支承在支撑轴上。将电机减速1存在问题器固定安装在固定旋机器人艏部最初的设计采用了如图1所示的整转板上，在电机及减体式结构，即艏部壳体为一个开有窗口的耐压壳体，速器的驱动下，旋转小123456照明灯、摄像机、俯仰机构安装在球壳内部，声纳安装轮(行星轮)除了绕减1．电机减速器2．固定旋转板3．旋在壳体底部的一个平台上，通过水密接插件和水密电速器输出轴自转外．转

4、小轮4．固定齿轮5．支撑轴6．缆实现电气连接。球壳左右两侧各有一个平台，通过还绕支撑轴沿着固定支撑板▲图2整体式艏部俯仰机构传动连接杆实现与舯部的机械连接，同时电缆从连接杆的齿轮(太阳轮)旋转．带原理示意图空心管中穿过到达舯部，实现与舯部的电气连接。动艏部筒体沿支撑轴为保证机器人水下作业的安全性，在壳体内部安旋转，从而带动观测设备完成俯仰动作。装了自行研制的漏水安全监测器，在壳体最下方铺设在加工和水下机器人湖试中发现。这种艏部设计金属导线探针。若舱内漏水达到了一定程度。探针短存在以下缺点。路，会向控制软件发出漏水报警信号，以便进行应急(1)工艺复杂，加工制造成本高。为保证壳体的水处理。

5、照明灯玻璃、摄像机玻璃与球窗采用O型圈径密性、强度及尺寸精度，壳体如采用整块铝合金板料向密封．孔用弹性挡圈止位。f．t-t~机构传动原理如图2大面积掏空加工，会造成原材料的大量浪费；如采用所示．固定齿轮作为太阳轮，旋转小轮作为行星轮，固焊接结构，则要对所有焊接部位进行探伤。同时要采定旋转板作为行星架组成行星轮系。固定旋转板一端用高温回火等复杂的热处理工艺，来消除焊接残余应力，以稳定尺寸结构。为避免海水腐蚀对壳体造成损收稿日期：2013年12月2014／6机械制造52卷第598期a坏．壳体采用了复杂的表面处理工艺，如壳体成型后进(6)照明灯、摄像机均安装在球壳内，存在一定的行阳极氧化、铬

6、酸盐封闭处理以及外表面喷涂防腐漆视觉盲区。等。2改进设计(2)外置的头部连接杆会影响水下机器人的流线型外形．从而增大了水流阻力和功耗。虽然考虑了增加2．1方案制定导流罩进行整流．但效果并不理想。针x-j-以上艏部在加工和试验中出现的问题，对艏(3)观测设备及俯仰机构密封在壳体内，导致壳部进行了改进设计。采用“整体开放、局部密闭”的设计体存在多处密封，降低了其安全性。只要有一处漏水，思路，设计了一种分体式的艏部(如图3所示)。艏部壳就有可能造成所有功能设备的损坏，同时对于漏水的体采用玻璃钢材料制作轻质壳体结构，由左外壳、中间部位也难以进行检测。球壳和右外壳组成。中间球壳由开有观测窗口的前

7、导(4)由于选用的声纳是通过机械旋转来实现声学流罩和后导流罩组成，可进行俯仰动作。照明灯、摄像扫描．安装在平台底部的声纳在扫描过程中会对水下机按功能模块分别独自密封，形成独立的模块单元。由6机器人形成一定的舵效应．进而影响到水下机器人运上安装板、下安装板、左法兰盘、右法兰盘、支撑转轴组动的稳定性和操控性。成一个可进行俯仰动作的云台，观测设备安装在云台(5)在水下机器人悬停对目标进行近距离观察识上。为达到更好的观察效果，增加了两个远光灯，安装别时