專利名稱：一種多功能水面機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水面自航載體，特別涉及一種具有抗傾覆多用途的水 面機(jī)器人。
技術(shù)背景
水面自航載體是一種在水上航行的、具有獨(dú)立自治能力的無人遙控監(jiān)測(cè)裝 備。它能夠在沿?；蚝I海灘等大型監(jiān)測(cè)工作母船不能巡航到達(dá)的水域完成海 洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海上救助等任務(wù)。在現(xiàn)有技術(shù)中一般的水面自航載體的航向控制 有兩類方法， 一是采用舵控制，二是采用縱向和橫向兩組推進(jìn)器，但這兩種結(jié) 構(gòu)都較為復(fù)雜；這樣的自航載體一般都是普通的船形，這樣的結(jié)構(gòu)抗顛覆性不 夠好，而且功能單一。
中國(guó)專利200510000157.5，公開了一種不顛覆船艇，該技術(shù)方案如下其 橫剖面呈小半圓形，船體下部外表由前至后沿橫向開設(shè)若干軌槽，甲板上對(duì)應(yīng) 各軌槽處均固定大半圓環(huán)形抱槽軌，各抱槽軌與對(duì)應(yīng)的軌槽合成完整的圓環(huán)形 槽軌；若干圓環(huán)形軌道，其分別臥于各圓環(huán)形槽軌內(nèi)，可沿圓環(huán)形槽軌轉(zhuǎn)動(dòng)； 至少三個(gè)沿圓環(huán)形軌道均勻排列的浮筒，每個(gè)浮筒與各圓環(huán)形軌道固定連接； 一錐桶形浮筒-船頭連接座，其內(nèi)設(shè)中心軸座，各浮筒的前端與該連接座固定， 船頭與支承于該中心軸座內(nèi)的軸桿固定。圓環(huán)形軌道、浮筒、浮筒-船頭連接 座構(gòu)成浮筒框架，該框架可繞船體圓環(huán)形槽軌作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)用于水面 自航載體時(shí)，不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，而提供一種具有抗傾覆多用 途，且穩(wěn)性大、速度快、操縱靈活的水面機(jī)器人，其可廣泛應(yīng)用于江河湖海的 水上救助、水面環(huán)境監(jiān)測(cè)、水文測(cè)量、水上信息傳遞和網(wǎng)絡(luò)組建等領(lǐng)域。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的解決方案如下 一種多功能水面機(jī)器人，其主要包括一船體、推進(jìn)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，該船體包括左右兩個(gè)片體， 兩個(gè)片體通過甲板橋連接，且在左右片體的后下方分別設(shè)置有獨(dú)立的推進(jìn)系
統(tǒng)；所述甲板橋上安置有控制艙；所述控制系統(tǒng)中的基站通過安置在控制艙內(nèi) 的受控系統(tǒng)控制推進(jìn)系統(tǒng)。
所述左右片體采用阻力較小的船型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分隔為多個(gè)用于安裝電池、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和搭載儀器的艙室。
所述甲板橋采用平面桁架結(jié)構(gòu)，既保證連接的強(qiáng)度，又減輕船體的重量； 平面桁架結(jié)構(gòu)由鋁合金方管制成，管內(nèi)相互連通，可布設(shè)控制和驅(qū)動(dòng)電纜。
所述推進(jìn)系統(tǒng)為水下電動(dòng)推進(jìn)器，其包括一臺(tái)水下電機(jī)以及帶導(dǎo)管的螺旋 槳不僅可以提高效率，而且導(dǎo)管可保護(hù)螺旋槳，同時(shí)導(dǎo)管上在螺旋槳的前后處 安裝防護(hù)網(wǎng)，以防螺旋槳被水中懸浮物體損壞或纏繞，或者防止螺旋槳傷及被 救助的人員。
所述基站由基站中央控制單元以及與其連接的控制指令輸入單元、工作狀 態(tài)顯示單元、無線收發(fā)單元構(gòu)成；控制指令輸入單元發(fā)出啟動(dòng)、加速、減速、 停止和轉(zhuǎn)向等控制信號(hào)經(jīng)由基站中央控制單元處理，再通過無線收發(fā)單元傳輸 到受控系統(tǒng)；所述無線收發(fā)單元接收受控系統(tǒng)的各種信號(hào)，并通過與基站中央 控制單元連接的工作狀態(tài)顯示單元顯示。
所述受控系統(tǒng)由中央控制單元以及與其連接的無線收發(fā)單元、電機(jī)控制單 元構(gòu)成，該中央控制單元根據(jù)無線收發(fā)單元接收基站發(fā)來的控制指令通過電機(jī) 控制單元控制左右電機(jī)，并通過無線收發(fā)單元發(fā)送信號(hào)到基站。
所述無線收發(fā)單元采用基于IP的無線局域網(wǎng)通訊，以提高無線傳輸?shù)目?靠性。
根據(jù)上述技術(shù)方案得到的本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有抗傾覆多用途優(yōu)點(diǎn)， 還具有穩(wěn)性大、速度快、操縱靈活的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于江河湖海的水上救助、 水面環(huán)境監(jiān)測(cè)、水文測(cè)量、水上信息傳遞和網(wǎng)絡(luò)組建等領(lǐng)域。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為控制系統(tǒng)的原理框圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白 了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，本實(shí)用新型的提出的解決方案如圖1-
圖2所示
一種多功能水面機(jī)器人，其采用雙體船結(jié)構(gòu)，以提高機(jī)器人的穩(wěn)性。如圖 1所示，船體包括左右兩個(gè)片體1，連接兩個(gè)片體1的甲板橋2和安裝在甲板 橋上的控制艙3。左右片體l的外形采用阻力較小的船型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部分隔為 多個(gè)艙室4，每個(gè)艙室都配有相應(yīng)的艙室蓋5，以安裝電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和搭 載儀器。通過合理布置各艙室內(nèi)的部件，可調(diào)整船體的重心，使其與浮心重合， 保證良好的浮態(tài)。連接兩個(gè)片體的甲板橋2采用平面桁架結(jié)構(gòu)，既保證連接的 強(qiáng)度，又減輕船體的重量。平面桁架結(jié)構(gòu)由鋁合金方管6制成，管內(nèi)相互連通， 可布設(shè)控制和驅(qū)動(dòng)電纜?？刂婆?內(nèi)安裝受控系統(tǒng)，其上安置有天線7，用以 與岸上或母船上基站進(jìn)行通訊，并對(duì)船體的運(yùn)動(dòng)實(shí)施控制，以實(shí)現(xiàn)自主航行的 功能。根據(jù)需要，控制艙內(nèi)也可安裝搭載儀器。
由于水面機(jī)器人是一種自航載體，由于所攜帶的能源有限，其推進(jìn)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)以高效、可靠和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單為主要依據(jù)。推進(jìn)系統(tǒng)的效率由原動(dòng)機(jī)、螺 旋槳和船機(jī)槳的匹配共同決定。由于水下電動(dòng)推進(jìn)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方 便的特點(diǎn)，且無刷直流電機(jī)的優(yōu)越性在于其效率高。因此，采用水下無刷直 流電機(jī)是水面機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)的最佳原動(dòng)力，帶導(dǎo)管的螺旋槳不僅可以提高 效率，而且導(dǎo)管可保護(hù)螺旋槳，便于在螺旋槳的前后安裝防護(hù)網(wǎng)，以防螺旋 槳被水中懸浮物體損壞或纏繞，或者防止螺旋槳傷及被救助的人員。
如圖l所示，兩套獨(dú)立的水下電動(dòng)推進(jìn)器分別位于左右片體的后下方。 每套水下電動(dòng)推進(jìn)器包括一臺(tái)水下無刷直流電機(jī)(圖中未給出)、螺旋槳8、 導(dǎo)管9和前后防護(hù)網(wǎng)?？刂婆搩?nèi)的受控系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)模塊對(duì) 水下無刷電機(jī)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速和正反轉(zhuǎn)控制，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)、后退和 轉(zhuǎn)向。因此，不同轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)向的推進(jìn)器可對(duì)機(jī)器人進(jìn)行航向調(diào)整，替代轉(zhuǎn)舵 功能，省去了操舵系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了推進(jìn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
整個(gè)裝置的控制系統(tǒng)由岸上(或母船)基站和小艇中的受控系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，如圖2所示。岸上(或母船)基站部分包括控制指令輸入單元、工作 狀態(tài)顯示單元、基站中央控制單元和無線收發(fā)單元。控制指令輸入單元發(fā)出 啟動(dòng)、加速、減速、停止和轉(zhuǎn)向等控制信號(hào)；工作狀態(tài)顯示單元用來指示小 艇的工作狀態(tài)，包括速度、轉(zhuǎn)向及所載設(shè)備的工作狀態(tài)；無線收發(fā)單元采用 基于IP的無線局域網(wǎng)通訊，以提高無線傳輸?shù)目煽啃浴？刂浦噶钶斎雴卧l(fā) 出啟動(dòng)、加速、減速、停止和轉(zhuǎn)向等控制信號(hào)經(jīng)由基站中央控制單元處理， 再通過無線收發(fā)單元傳輸?shù)绞芸叵到y(tǒng)；同時(shí)無線收發(fā)單元接收受控系統(tǒng)的各 種信號(hào)，并通過與基站中央控制單元連接的工作狀態(tài)顯示單元顯示。
小艇中的受控系統(tǒng)由中央控制單元以及與其連接的無線收發(fā)單元、電機(jī) 控制單元構(gòu)成。其無線收發(fā)單元接收基站發(fā)來的控制指令并將小艇及其所載 設(shè)備的工作狀態(tài)發(fā)回基站；中央控制單元根據(jù)基站發(fā)來的控制指令和小艇目 前的工作狀態(tài)給電機(jī)控制單元發(fā)出控制信號(hào)；電機(jī)控制單元根據(jù)中央控制單 元發(fā)來的控制信號(hào)分別控制左右電機(jī)的啟停、加速、減速和正反轉(zhuǎn)，并通過 無線收發(fā)單元將小艇及其所載設(shè)備的工作狀態(tài)發(fā)送到基站。
以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)
點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)
施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神 和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入
要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書 及其等效物界定。
權(quán)利要求1、一種多功能水面機(jī)器人，其主要包括一船體、推進(jìn)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，其特征在于，所述船體包括左右兩個(gè)片體，兩個(gè)片體通過甲板橋連接，且在左右片體的后下方分別設(shè)置有獨(dú)立的推進(jìn)系統(tǒng)；所述甲板橋上安置有控制艙；所述控制系統(tǒng)中的基站通過安置在控制艙內(nèi)的受控系統(tǒng)控制推進(jìn)系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水面機(jī)器人，其特征在于，所述左 右片體采用阻力較小的船型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分隔為多個(gè)用于安裝電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 和搭載儀器的艙室。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水面機(jī)器人，其特征在于，所述甲 板橋采用由鋁合金方管制成的平面桁架結(jié)構(gòu)，管內(nèi)相互連通，可布設(shè)控制和驅(qū) 動(dòng)電纜。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水面機(jī)器人，其特征在于，所述推 進(jìn)系統(tǒng)為水下電動(dòng)推進(jìn)器，包括一臺(tái)水下電機(jī)以及帶導(dǎo)管的螺旋槳，同時(shí)導(dǎo)管 上在螺旋槳的前后處安裝防護(hù)網(wǎng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水面機(jī)器人，其特征在于，所述基 站由基站中央控制單元以及與其連接的控制指令輸入單元、工作狀態(tài)顯示單 元、無線收發(fā)單元構(gòu)成；控制指令輸入單元發(fā)出啟動(dòng)、加速、減速、停止和轉(zhuǎn) 向等控制信號(hào)經(jīng)由基站中央控制單元處理，再通過無線收發(fā)單元傳輸?shù)绞芸叵?統(tǒng)；所述無線收發(fā)單元接收受控系統(tǒng)的各種信號(hào)，并通過與基站中央控制單元 連接的工作狀態(tài)顯示單元顯示。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水面機(jī)器人，其特征在于，所述受 控系統(tǒng)由中央控制單元以及與其連接的無線收發(fā)單元、電機(jī)控制單元構(gòu)成，該 中央控制單元根據(jù)無線收發(fā)單元接收基站發(fā)來的控制指令通過電機(jī)控制單元 控制左右電機(jī)，并通過無線收發(fā)單元發(fā)送信號(hào)到基站。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種多功能水面機(jī)器人，其特征在于，所 述無線收發(fā)單元采用基于IP的無線局域網(wǎng)通訊。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多功能水面機(jī)器人，其主要包括一船體、推進(jìn)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，該船體包括左右兩個(gè)片體，兩個(gè)片體通過甲板橋連接，且在左右片體的后下方分別設(shè)置有獨(dú)立的推進(jìn)系統(tǒng)；所述甲板橋上安置有控制艙；所述控制系統(tǒng)中的基站通過安置在控制艙內(nèi)的受控系統(tǒng)控制推進(jìn)系統(tǒng)。本實(shí)用新型具有穩(wěn)性大、速度快、操縱靈活的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于江河湖海的水上救助、水面環(huán)境監(jiān)測(cè)、水文測(cè)量、水上信息傳遞和網(wǎng)絡(luò)組建等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B63B35/00GK201254266SQ20082006060
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者燕 張, 王建華, 琳 翟, 褚建新, 偉 顧 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)