工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统

本发明涉及水下机器人领域，具体地说是一种工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统。

背景技术：

1、在深海目标搜捕打捞作业中，由于海底环境的未知性和深海作业的复杂性，目前主流的深海无人设备大多只能进行单类任务，故一次完整的作业通常需要深拖系统、自主水下机器人(auv)、遥控水下机器人(rov)等多种水下装备交替使用，才能完成大范围海底地形探测、目标搜索、疑似目标确认处置等工作，这不仅提高了深海搜救任务在装备支援保障上的难度，还会导致作业效率低下。目前混合型变形水下机器人是解决上述问题的方向之一，其通过结构变形等方式，使一台水下设备能够具备多种不同的工作模式，从而有效地拓展了单台设备的应用场景，其中直线变形是变结构水下机器人领域较为常用的方式，但现有结构存在要求空间大、配置复杂、稳定性不足、机构干涉、侧向负载承受力有限等问题，并且现有结构为单电机配置，一旦电机失效则将严重影响任务执行进程，另外还要考虑深海环境下设备需要承受极大压强的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其可以实现高速拖曳模式和处置作业模式两种工作模式，既可以进行大范围探测作业，又可以实现较好的深海作业能力。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，包括变形水下机器人、压载器和拖船，其中拖船通过拖缆与压载器连接，压载器通过系缆与变形水下机器人相连，所述变形水下机器人包括上部主体、下部主体以及驱动所述上部主体和下部主体张合的变形装置，所述变形装置两侧设有可伸缩的直线驱动组件，且所述直线驱动组件下端安装于所述下部主体上、上端与所述上部主体相连，所述上部主体和下部主体闭合时形成一个完整的流线型主体。

4、所述变形装置包括第一电机、第二电机、差速器、传动轴、传动箱和直线驱动组件，其中差速器内部设有行星齿轮组件和传动齿轮组件，所述行星齿轮组件包括齿圈、行星齿轮和中间齿轮，且行星齿轮沿着圆周方向均布于所述齿圈和中间齿轮之间，第一电机与所述齿圈同轴连接，所述第二电机通过一个第二动力输入轴与所述中间齿轮同轴连接,所述传动齿轮组件起始端的主动齿轮套装于所述第二动力输入轴上，所述主动齿轮外缘设有连杆轴，任一行星齿轮套装于所述连杆轴上，所述传动齿轮组件末端的第二锥齿轮套装于所述传动轴上，所述传动轴两端均设有传动箱，且直线驱动组件分别安装于对应侧的传动箱上，两个直线驱动组件通过所述传动轴驱动同步伸缩，且所述传动轴通过两侧的传动箱传递力矩。

5、所述差速器包括差速箱体，且所述差速箱体一侧设有第一动力输入轴，另一侧设有第二动力输入轴，其中第一动力输入轴一端与所述第一电机同轴连接，另一端与所述齿圈同轴连接，第二动力输入轴(一端与所述第二电机同轴连接，另一端与所述中间齿轮同轴连接，所述第一动力输入轴上设有第一制动器，所述第二动力输入轴上设有第二制动器。

6、所述传动齿轮组件包括主动齿轮、传动齿轮、从动齿轮、第一锥齿轮和第二锥齿轮，其中主动齿轮、传动齿轮、从动齿轮依次啮合，从动齿轮与第一锥齿轮同轴连接，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合。

7、所述直线驱动组件包括驱动丝杠、内活塞杆、内缸筒、外活塞杆和外缸筒，其中驱动丝杠设于内活塞杆中，且所述内活塞杆内部设有丝母套装于所述驱动丝杠上，所述内活塞杆设于内缸筒中，所述内缸筒设于所述外活塞杆中，且所述外活塞杆上端与所述内活塞杆上端固连，所述外活塞杆设于外缸筒中，且所述内缸筒和外缸筒下端均设于所述传动箱的箱体上，所述驱动丝杠下端伸入至所述传动箱并与设于所述传动箱内部的传动组件连接，所述驱动丝杠通过所述传动轴驱动旋转，且所述传动轴通过所述传动组件传递转矩。

8、所述驱动丝杠上端设有活塞块，且所述活塞块与内活塞杆之间以及所述内活塞杆与内缸筒之间均设有动密封圈，所述传动箱的箱体内部设有密封容置腔，且所述密封容置腔与所述内缸筒内部相通，所述传动组件设于所述密封容置腔中，所述箱体一侧设有注油口与所述密封容置腔相通。

9、所述内活塞杆上端设有通孔，所述内缸筒上端设有排气阀，所述外缸筒上端设有排气口。

10、所述传动箱内的传动组件包括相互啮合的蜗杆和蜗轮，其中蜗杆与所述传动轴连接，蜗轮与所述驱动丝杠同轴连接。

11、所述蜗轮中部设有供所述驱动丝杠穿过的蜗轮通孔，所述密封容置腔内部设有轴承和锁止螺母套装于所述驱动丝杠上，其中轴承通过所述锁止螺母限位，所述密封容置腔下端设有密封端盖。

12、所述拖缆内部和系缆内部都设有承担电力和控制信号传输的传输线缆。

13、本发明的优点与积极效果为：

14、1、本发明可以实现高速拖曳模式和处置作业模式两种工作模式，其中高速拖曳模式下，变形水下机器人的上部主体和下部主体通过变形装置驱动闭合，变形水下机器人形成完整的流线型主体，从而呈现较小的迎流面积以减小拖曳阻力，此时变形水下机器人由拖船拖曳运动，无需人员操控运动即可通过变形水下机器人搭载的水下探测设备进行大范围探测作业，而在处置作业模式下，所述上部主体和下部主体通过变形装置驱动分离形成一定距离，增大稳心高度同时，也为水下作业设备等装置提供足够的工作空间，从而实现较好的深海作业能力。

15、2、本发明的变形水下机器人采用的变形装置为双电机冗余设计，其中当两个电机均正常工作时，变形装置的差速器可以耦合第一电机和第二电机的输入，最后实现动力的单一输出，避免双电机刚性连接产生的负载问题，当任意一台电机发生故障时，所述差速器仍然可以保证动力输出，进而保证装置仍然能够正常工作。

16、3、本发明的变形水下机器人采用的直线驱动组件为外缸筒和内缸筒的套装设计，其能够承受侧向负载，而外活塞杆和内活塞杆连接到一起，既保证升降动作和外部负载支撑，又使得需要充油的直线机构直径能够尽量地小，以减少油液补偿需求量，满足深海压强的压力补偿要求，其中本发明内活塞杆的中空腔设计使得活塞块的上方为海水，下方为压力补偿油液，该设计使得机构运动时，密封腔体的体积变化量取决于机构的直线运动距离和内活塞杆的壁厚面积，相较于常见的闭合活塞杆设计能够有效减少补偿油液的需求量，同时也方便回收时的海水排出，避免残留海水对零件的腐蚀。

17、4、本发明的变形水下机器人采用的直线驱动组件利用梯形丝杠实现驱动，并且梯形丝杠与传动箱内的蜗杆和蜗轮均具备良好的自锁特性，能够配合失电制动器保证装置在非工作状态下的自锁能力。

技术特征：

1.一种工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其特征在于：包括变形水下机器人(7)、压载器(9)和拖船(11)，其中拖船(11)通过拖缆(10)与压载器(9)连接，压载器(9)通过系缆(8)与变形水下机器人(7)相连，所述变形水下机器人(7)包括上部主体(701)、下部主体(702)以及驱动所述上部主体(701)和下部主体(702)张合的变形装置，所述变形装置两侧设有可伸缩的直线驱动组件(3)，且所述直线驱动组件(3)下端安装于所述下部主体(702)上、上端与所述上部主体(701)相连，所述上部主体(701)和下部主体(702)闭合时形成一个完整的流线型主体。

2.根据权利要求1所述的工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其特征在于：所述变形装置包括第一电机(2)、第二电机(5)、差速器(1)、传动轴(4)、传动箱(6)和直线驱动组件(3)，其中差速器(1)内部设有行星齿轮组件(101)和传动齿轮组件，所述行星齿轮组件(101)包括齿圈(1011)、行星齿轮(1012)和中间齿轮(1013)，且行星齿轮(1012)沿着圆周方向均布于所述齿圈(1011)和中间齿轮(1013)之间，第一电机(2)与所述齿圈(1011)同轴连接，所述第二电机(5)通过一个第二动力输入轴(103)与所述中间齿轮(1013)同轴连接,所述传动齿轮组件起始端的主动齿轮(107)套装于所述第二动力输入轴(103)上，所述主动齿轮(107)外缘设有连杆轴(1071)，任一行星齿轮(1012)套装于所述连杆轴(1071)上，所述传动齿轮组件末端的第二锥齿轮(111)套装于所述传动轴(4)上，所述传动轴(4)两端均设有传动箱(6)，且直线驱动组件(3)分别安装于对应侧的传动箱(6)上，两个直线驱动组件(3)通过所述传动轴(4)驱动同步伸缩，且所述传动轴(4)通过两侧的传动箱(6)传递力矩。

3.根据权利要求2所述的工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其特征在于：所述差速器(1)包括差速箱体(106)，且所述差速箱体(106)一侧设有第一动力输入轴(104)，另一侧设有第二动力输入轴(103)，其中第一动力输入轴(104)一端与所述第一电机(2)同轴连接，另一端与所述齿圈(1011)同轴连接，第二动力输入轴(103)一端与所述第二电机(5)同轴连接，另一端与所述中间齿轮(1013)同轴连接，所述第一动力输入轴(104)上设有第一制动器(105)，所述第二动力输入轴(103)上设有第二制动器(102)。

4.根据权利要求2所述的工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其特征在于：所述传动齿轮组件包括主动齿轮(107)、传动齿轮(108)、从动齿轮(109)、第一锥齿轮(110)和第二锥齿轮(111)，其中主动齿轮(107)、传动齿轮(108)、从动齿轮(109)依次啮合，从动齿轮(109)与第一锥齿轮(110)同轴连接，第一锥齿轮(110)与第二锥齿轮(111)啮合。

5.根据权利要求2所述的工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其特征在于：所述直线驱动组件(3)包括驱动丝杠(301)、内活塞杆(306)、内缸筒(307)、外活塞杆(308)和外缸筒(309)，其中驱动丝杠(301)设于内活塞杆(306)中，且所述内活塞杆(306)内部设有丝母(305)套装于所述驱动丝杠(301)上，所述内活塞杆(306)设于内缸筒(307)中，所述内缸筒(307)设于所述外活塞杆(308)中，且所述外活塞杆(308)上端与所述内活塞杆(306)上端固连，所述外活塞杆(308)设于外缸筒(309)中，且所述内缸筒(307)和外缸筒(309)下端均设于所述传动箱(6)的箱体(604)上，所述驱动丝杠(301)下端伸入至所述传动箱(6)并与设于所述传动箱(6)内部的传动组件连接，所述驱动丝杠(301)通过所述传动轴(4)驱动旋转，且所述传动轴(4)通过所述传动组件传递转矩。

6.根据权利要求5所述的工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其特征在于：所述驱动丝杠(301)上端设有活塞块(304)，且所述活塞块(304)与内活塞杆(306)之间以及所述内活塞杆(306)与内缸筒(307)之间均设有动密封圈(311)，所述传动箱(6)的箱体(604)内部设有密封容置腔，且所述密封容置腔与所述内缸筒(307)内部相通，所述传动组件设于所述密封容置腔中，所述箱体(604)一侧设有注油口(603)与所述密封容置腔相通。

7.根据权利要求6所述的工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其特征在于：所述内活塞杆(306)上端设有通孔，所述内缸筒(307)上端设有排气阀(310)，所述外缸筒(309)上端设有排气口。

8.根据权利要求6所述的工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其特征在于：所述传动箱(6)内的传动组件包括相互啮合的蜗杆(601)和蜗轮(602)，其中蜗杆(601)与所述传动轴(4)连接，蜗轮(602)与所述驱动丝杠(301)同轴连接。

9.根据权利要求8所述的工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其特征在于：所述蜗轮(602)中部设有供所述驱动丝杠(301)穿过的蜗轮通孔(6021)，所述密封容置腔内部设有轴承(605)和锁止螺母(606)套装于所述驱动丝杠(301)上，其中轴承(605)通过所述锁止螺母(606)限位，所述密封容置腔下端设有密封端盖(607)。

10.根据权利要求1所述的工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，其特征在于：所述拖缆(10)内部和系缆(8)内部都设有承担电力和控制信号传输的传输线缆。

技术总结本发明涉及一种工作模式可变的拖曳式遥控水下机器人系统，包括变形水下机器人、压载器和拖，其中拖船通过拖缆与压载器连接，压载器通过系缆与变形水下机器人相连，所述变形水下机器人包括上部主体、下部主体以及驱动所述上部主体和下部主体张合的变形装置，所述变形装置两侧设有可伸缩的直线驱动组件，且所述直线驱动组件下端安装于所述下部主体上、上端与所述上部主体相连，所述上部主体和下部主体闭合时形成一个完整的流线型主体。本发明可以实现高速拖曳模式和处置作业模式两种工作模式，既可以进行大范围探测作业，又可以实现较好的深海作业能力。技术研发人员：李彬,李智刚,陈鑫,唐实,陶祎春,欧阳赛赛受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13