一种基于虹膜机构的锚泊机器人

本发明涉及一种基于虹膜机构的锚泊机器人，属于锚泊机器人。

背景技术：

1、随着我国渔业资源的不断丰富，各种新型的深海养殖网箱也应运而生。

2、海底锚定是海洋工程领域的一个重要研究方向，目前海洋工程中采用的是非动力多点系泊。由于没有自动锚定和自主脱附的作用，所以不能正常地随着海底水流运动，容易造成养殖网箱中鱼类排泄物的堆积，导致富营养化。考虑到养殖网箱的位置和长度有更换的需求，而对于海底埋置等情形，则需要锚泊定位设备具备自主脱附和超长待机续航的能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于虹膜机构的锚泊机器人，快速掘进、强力锚固、自主脱附且耗能低于一体，能够满足深海网箱长时间锚泊定位作业的需求。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：一种基于虹膜机构的锚泊机器人，所述锚泊机器人为单元组合式结构，其从上到下依次包括钻头单元、前锚定单元、推进单元和后锚定单元；

3、所述钻头单元用于搅动泥沙以减小锚泊机器人运动阻力；

4、所述前锚定单元、后锚定单元用于对锚泊机器人作锚定支撑作用，其均包括舵机外壳、双轴舵机、正向虹膜机构和反向虹膜机构，所述双轴舵机设于舵机外壳内，且其上端与正向虹膜机构连接，其下端与反向虹膜机构连接；

5、所述推进单元用于对锚泊机器人起推进作用，其包括电动推杆、推进上底座和推进下底座，所述电动推杆两端分别与推进上底座、推进下底座连接。

6、可选的，所述钻头单元包括钻头、减速电机和减速电机外壳，所述钻头底部设有钻头底座，所述减速电机设于减速电机外壳内，其输出端穿过减速电机外壳顶部套设有法兰盘联轴器，所述法兰盘联轴器与钻头底座相连。

7、可选的，所述钻头呈中空圆锥状，且外部表面等间距布设有外螺纹，所述钻头的空腔底部设有凸台，所述凸台上布设有螺纹通孔，所述钻头底座上布设有与所述通孔相对应的外圈螺纹通孔，通过螺栓旋入螺纹通孔、外圈螺纹通孔能够将钻头底座固定于钻头底部。

8、可选的，所述减速电机外壳呈倒置杯状，其顶部设有多个螺纹通孔，所述减速电机顶部设有与所述螺纹通孔相对应的定位螺纹孔，通过螺栓穿过螺纹通孔后旋入定位螺纹孔中能够将减速电机固定于减速电机外壳中；

9、所述钻头底座上设有内圈螺纹通孔，所述法兰盘联轴器上设有与所述内圈螺纹通孔相对应的螺纹通孔，通过螺栓旋入内圈螺纹通孔、螺纹通孔能够将钻头底座与法兰盘联轴器相连。

10、可选的，所述钻头与减速电机外壳之间设有间隙，所述间隙用于缓冲钻头运动时产生的晃动。

11、可选的，所述正向虹膜机构依次包括主动层、正向从动展开块和虹膜机构底座，所述反向虹膜机构依次包括主动层、反向从动展开块和虹膜机构底座；

12、所述双轴舵机通过固定架设于所述舵机外壳内部，所述双轴舵机的上端输出轴与正向虹膜机构的主动层连接，下端输出轴与反向虹膜机构的主动层连接。

13、可选的，所述前锚定单元的正向虹膜机构的虹膜机构底座与减速电机外壳螺纹连接，所述前锚定单元的反向虹膜机构的虹膜机构底座与推进上底座螺纹连接，所述后锚定单元的正向虹膜机构的虹膜机构底座与推进下底座螺纹连接。

14、可选的，所述主动层上均匀布设有多个滑槽孔，所述正向从动展开块、反向从动展开块的两侧分别设有圆柱块、长方体块，所述虹膜机构底座上均匀布设有正六边形滑槽，所述圆柱块延伸至滑槽孔，且能够在滑槽孔内滑动，所述长方体块延伸至正六边形滑槽，且能够在正六边形滑槽内滑动，使得正向从动展开块、反向从动展开块做展开和收回运动。

15、可选的，所述电动推杆采用微型电动推杆。

16、可选的，所述锚泊机器人的各个连接处均作防沙密封处理。

17、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

18、本发明的锚泊机器人设计为单元组合式结构，各单元既能独立工作也能相互配合，并且各单元结构紧凑、相互之间干涉小；

19、钻头设计成中空圆锥式结构，圆锥外部设有等螺距外螺纹，保证强度的同时减轻了重量，在锚泊机器人掘进过程中泥沙会沿着螺纹沟槽向后流动并在钻头的震动和搅动影响下周围泥沙会产生流沙化，使各单元在泥沙中的前进阻力减小；

20、虹膜机构为三层展开收回式结构，在舵机驱动下，正向虹膜机构先由主动层旋转，正向从动展开块的上方圆柱块在主动层的滑槽中运动，正向从动展开块的下方长方体块在虹膜机构底座的正六边形滑槽中运动，实现虹膜机构正向从动展开块的展开与收回，反向虹膜机构的反向从动展开块的展开与收回亦是如此；虹膜机构展开时，体积增大，和泥沙接触面积增大，能提供锚泊机器人运动所需的锚定支撑力；虹膜机构收回时，体积减小，整体呈流线型，运动阻力小。

21、前锚定单元和后锚定单元均采用双轴舵机分别驱动正向虹膜机构和反向虹膜机构，能增大锚泊机器人所需的锚定支撑力；

22、推进单元中的电动推杆提供锚泊机器人的推进力，每个电动推杆最大推力60n，行程30mm，速度15mm/s，且电动推杆重量轻、易操作；

23、锚泊机器人整体结构紧凑，流线型比较好，能减小运动过程中的阻力，在满足强度要求的条件下，壁厚尽可能减小，能减少制造成本和难度；

24、锚泊机器人在钻头与减速电机外壳处留有运动空隙，在推进单元外围附加可伸缩波纹管，用于密封防沙，保证锚泊机器人的正常工作。

技术特征：

1.一种基于虹膜机构的锚泊机器人，其特征在于，所述锚泊机器人为单元组合式结构，其从上到下依次包括钻头单元、前锚定单元、推进单元和后锚定单元；所述钻头单元用于搅动泥沙以减小锚泊机器人运动阻力；

2.根据权利要求1所述的基于虹膜机构的锚泊机器人，其特征在于，所述钻头单元包括钻头、减速电机和减速电机外壳，所述钻头底部设有钻头底座，所述减速电机设于减速电机外壳内，其输出端穿过减速电机外壳顶部套设有法兰盘联轴器，所述法兰盘联轴器与钻头底座相连。

3.根据权利要求2所述的基于虹膜机构的锚泊机器人，其特征在于，所述钻头呈中空圆锥状，且外部表面等间距布设有外螺纹，所述钻头的空腔底部设有凸台，所述凸台上布设有螺纹通孔，所述钻头底座上布设有与所述通孔相对应的外圈螺纹通孔，通过螺栓旋入螺纹通孔、外圈螺纹通孔能够将钻头底座固定于钻头底部。

4.根据权利要求2所述的基于虹膜机构的锚泊机器人，其特征在于，所述减速电机外壳呈倒置杯状，其顶部设有多个螺纹通孔，所述减速电机顶部设有与所述螺纹通孔相对应的定位螺纹孔，通过螺栓穿过螺纹通孔后旋入定位螺纹孔中能够将减速电机固定于减速电机外壳中；

5.根据权利要求2所述的基于虹膜机构的锚泊机器人，其特征在于，所述钻头与减速电机外壳之间设有间隙，所述间隙用于缓冲钻头运动时产生的晃动。

6.根据权利要求1所述的基于虹膜机构的锚泊机器人，其特征在于，所述正向虹膜机构依次包括主动层、正向从动展开块和虹膜机构底座，所述反向虹膜机构依次包括主动层、反向从动展开块和虹膜机构底座；

7.根据权利要求6所述的基于虹膜机构的锚泊机器人，其特征在于，所述前锚定单元的正向虹膜机构的虹膜机构底座与减速电机外壳螺纹连接，所述前锚定单元的反向虹膜机构的虹膜机构底座与推进上底座螺纹连接，所述后锚定单元的正向虹膜机构的虹膜机构底座与推进下底座螺纹连接。

8.根据权利要求6所述的基于虹膜机构的锚泊机器人，其特征在于，所述主动层上均匀布设有多个滑槽孔，所述正向从动展开块、反向从动展开块的两侧分别设有圆柱块、长方体块，所述虹膜机构底座上均匀布设有正六边形滑槽，所述圆柱块延伸至滑槽孔，且能够在滑槽孔内滑动，所述长方体块延伸至正六边形滑槽，且能够在正六边形滑槽内滑动，使得正向从动展开块、反向从动展开块做展开和收回运动。

9.根据权利要求1所述的基于虹膜机构的锚泊机器人，其特征在于，所述电动推杆采用微型电动推杆。

10.根据权利要求1~9任一项所述的基于虹膜机构的锚泊机器人，其特征在于，所述锚泊机器人的各个连接处均作防沙密封处理。

技术总结本发明公开了一种锚泊机器人技术领域的基于虹膜机构的锚泊机器人，其从上到下依次包括钻头单元、前锚定单元、推进单元和后锚定单元；钻头单元用于搅动泥沙以减小锚泊机器人运动阻力；前锚定单元、后锚定单元用于对锚泊机器人作锚定支撑作用，其均包括舵机外壳、双轴舵机、正向虹膜机构和反向虹膜机构，双轴舵机设于舵机外壳内，且其上端与正向虹膜机构连接，其下端与反向虹膜机构连接；推进单元用于对锚泊机器人起推进作用，其包括电动推杆、推进上底座和推进下底座，电动推杆两端分别与推进上底座、推进下底座连接。本发明快速掘进、强力锚固、自主脱附且耗能低于一体，能够满足深海网箱长时间锚泊定位作业的需求。技术研发人员：徐林森,张壮壮,刘进福,祝健受保护的技术使用者：河海大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17