一种具有长期驻留功能的自主水下机器人

本发明属于水下机器人，更具体地说，是涉及一种具有长期驻留功能的自主水下机器人。

背景技术：

1、自主水下机器人(autonomous underwater vehicle，auv)能够替代或部分替代人类进行水下自主作业，被广泛应用于海洋环境要素观测等任务。潮汐潮流是岛礁和海峡水道区域影响最为显著的海洋环境要素，且有着很强的规律性，掌握了一定周期的潮汐潮流观测数据后，仅靠物理规律就可以实现未来潮汐潮流的精确预报。

2、中国专利202111292849.7提供了一种基于基站的水下机器人长期驻留控制系统及方法。包括水下机器人端和基站端；水下机器人端包括，主控单元、休眠静默与唤醒开关、二次电池组能源、无线充电单元受电端、水下光通信单元a端依次连接，主控单元与水下机器人其他节点设备连接，无线充电单元受电端与休眠静默与唤醒开关连接；基站端包括基站控制单元、基站能源、无线充电单元送电端、水下光通信单元b端。其中基站控制单元分别与基站能源、无线充电单元送电端、水下光通信单元b端连接，基站能源与无线充电单元送电端连接。本发明可实现水下机器人在基站的长期驻留，大大提高水下机器人的作业效率和灵活性。

3、中国专利202011225064.3提供了一种深海驻留型模块化水下机器人系统，包括：远程操控模块、中心控制模块、动力系统模块、电源及管理模块、基础传感器模块、作业工具模块；所有功能模块间都有标准模块化机械、电气、控制接口。水下机器人系统能够根据实际任务需要增减功能模块，自主更换作业工具，能够完成水下定点操作、水下切割、自主水下巡检、海底油气管道及电缆检测等任务，能够长期停驻在水下，可智能寻迹定位、自主充电、可远程隐蔽操控、分配任务。

4、中国专利201922033148.6提供了一种具有海底热流探测功能的常驻型自主水下机器人，包括载体、伸展机构、热流探针和多个系统，各个系统均安装于所述载体上，伸展机构设于载体前端，热流探针安装于所述伸展机构上，伸展机构包括第一连杆组件、第二连杆组件、齿轮组件、连接杆和驱动装置，其中第一连杆组件通过驱动装置驱动摆动，且第一连杆组件远离驱动装置一端通过齿轮组件和连接杆与第二连杆组件相连，第二连杆组件通过第一连杆组件带动摆动，且第一连杆组件通过齿轮组件传递转矩，热流探针安装于第二连杆组件的自由端。本实用新型能与海底基站对接实现海底长期驻留探测，且伸展机构可根据任务需求完全展开，具备海底热流探测功能。

5、然而，常规auv续航时间有限、功能单一，仅能进行横剖面短期观测，难以满足长周期潮汐潮流观测任务需求。潜标等海底定点观测装备虽然能够长期作业，但调整观测位置困难，不利于实现对潮汐潮流的智能观测，且无法进行剖面观测。水下滑翔机由于搭载了浮力调节装置，可根据需求以极小的能源消耗改变自身净浮力，配合内部的姿态调节装置和外部的翼、舵，能够实现滑翔运动，但不具备海底驻留能力，同样无法满足上述观测需求。

6、对此，具有驻留功能的auv被研发出来，该类auv能够在水下航行后到达需要观测的区域，找到合适的位置后长期驻留在海底并对潮汐潮流等海洋要素进行观测，完成任务后可自主返回。典型具有驻留功能的auv包括美国海军研究生院研制的呈扁平状的npsauv、亚特兰大大学研制的由回转体主体和支撑腿组成的ocean explorer ii型auv、日本东京大学研制的串联双体和支撑架组成的着陆auv、天津大学研制的由回转体主体和支撑架组成的vbs auv以及西北工业大学研制的液压支撑式和锚泊式auv等。然而，上述auv往往很大程度上改变了传统回转体的低阻力构型，极大增加了auv的航行阻力，降低了auv工作时间，不利其长期作业。目前尚未有一种仅微小改变原有回转体构型的具有驻留功能的auv。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种具有长期驻留功能的自主水下机器人，该自主水下机器人的主体呈回转体，能够以较低的阻力航行，同时能够通过坐底机构和浮力调节装置实现长期稳定驻留作业。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种具有长期驻留功能的水下机器人，包括：

4、艏部导流罩，为子弹头型壳体结构，设置于水下机器人的前端，为水下机器人的移动提供导向；

5、浮力舱段，一端固定连接艏部导流罩，内部设有坐底机构与浮力调节装置0，实现水下机器人的坐底潜伏和驻留；

6、控制舱段，一端固定连接浮力舱段的另一端，内部设有电子系统，控制指挥水下机器人；

7、艉部舱段，固定连接控制舱段的另一端，包括艉部导流罩和推进器，推进器固定连接在艉部导流罩上，推进器为水下机器人的移动提供动力。

8、优选地，其特征在于，在艏部导流罩的前端面上设有若干螺纹孔。

9、优选地，浮力舱段还包括艏部端板、湿舱腔体，艏部端板固定连接在湿舱腔体的端面上，在艏部端板上固定连接若干第一六棱柱，第一六棱柱的顶部设有内螺纹孔，艏部导流罩扣接在浮力舱段的端面上，第一螺栓穿过艏部导流罩后与第一六棱柱旋接将艏部导流罩夹紧固定。

10、优选地，坐底机构包括第一舵机、连杆，第一舵机通过第二螺栓固定连接在艏部端板上，第一舵机与连杆固定连接并驱动连杆转动，连杆设于湿舱腔体的外面。

11、优选地，浮力调节装置包括舵机连接板、第二六棱柱、法兰盘、主动齿轮、从动齿轮、油囊端环、油囊、第二舵机、滑轨、齿条连接件、齿条、旋转轴、小齿轮、活塞连接件、活塞；油囊端环固定连接在湿舱腔体的靠近控制舱段的端面上，油囊端环又与控制舱段固定且密封连接；油囊的一端面固定且密封连接在油囊端环的一侧面上，第二六棱柱垂直固定连接在油囊端环的另一侧面上，舵机连接板通过第四螺栓固定连接在第二六棱柱的顶端，第四螺栓旋接在第二六棱柱的顶端；第二舵机通过第五螺栓固定连接在舵机连接板，第二舵机的输出轴固定连接主动齿轮，主动齿轮啮合传动连接从动齿轮，从动齿轮固定连接旋转轴，旋转轴安装在带座轴承上，旋转轴还连接小齿轮，小齿轮啮合传动连接齿条，齿条固定连接齿条连接件上，齿条连接件固定连接在滑块上，滑块滑动连接滑轨，活塞连接杆的一端固定连接齿条上，另一端固定连接活塞，活塞固定连接在油囊1的另一端面处。

12、优选地，油囊为橡胶波纹管。

13、优选地，控制舱段还包括干舱腔体、法兰、腔体端盖、艉部端环、第十三螺栓、防水过线螺栓、第三六棱柱，干舱腔体的前端与油囊端环通过轴孔方式密封连接，后端采用轴孔方式与法兰密封连接，法兰、腔体端盖与艉部端环通过第十三螺栓固定连接在一起，防水过线螺栓固定连接在腔体端盖上，第三六棱柱固定连接在艉部端环上，艉部端环与油囊端环间通过左右对称的丝杆相连接。

14、优选地，电子系统包括摄像头、通讯模块、电源管理模块、配重部分、数据处理模块、电池包、电子系统固定板、第十四螺栓，摄像头电连接数据处理模块，数据处理模块电连接通讯模块，电池包电连接电源管理模块，摄像头、通讯模块、数据处理模块均电连接电源管理模块，配重部分固定连接在电子系统的支架上，整个电子系统通过六棱柱固定连接在电子系统固定板上，电子系统固定板再用第十四螺栓固定连接在控制舱段上。

15、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

16、1、本发明为传统回转体外形，坐底机构简单可靠、具有双稳态：在auv航行过程中，坐底机构摆杆与机体纵向平行，使auv以较低阻力航行；在auv驻留过程中，坐底机构摆杆与机体纵向垂直，使auv以稳定姿态驻留海底。

17、2、本发明采用了活塞式浮力调节装置，配合布置于载体两侧的推进器可实现水平面机动航行和剖面沉浮，多种运动模式有利于海洋环境要素观测。

18、3、本发明成本低、功能可拓展性强，可根据实际工况在载体上搭载科学载荷。