專利名稱：小型水下機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于小型水下機(jī)器人的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
過去，帶有外殼、密封艙、外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置、電動姿態(tài)控制裝置、發(fā)泡材料浮體，由發(fā)泡材料浮體提供主要浮力的小型水下機(jī)器人已有報(bào)道，如澳大利亞悉尼大學(xué)研制的機(jī)器人，其大致結(jié)構(gòu)是，有一個圓筒形的外殼，電子設(shè)備密封艙和電動姿態(tài)控制裝置安裝在一個基板上裝在在外殼內(nèi)，預(yù)制成型的發(fā)泡材料浮體填充剩余空間，外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置在外殼外部，每兩個為一組，對稱布置，前后兩組，有時尾部還有一個單個的，外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置的姿態(tài)調(diào)整軸插入外殼壁上的圓孔中，外殼上有槽可以攜帶外掛設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)的的小型水下機(jī)器人與傳統(tǒng)中空耐壓密封殼體形式的水下機(jī)器人相比有了較大改進(jìn)。
但這種結(jié)構(gòu)的的小型水下機(jī)器人尚存在裝配不方便，電路引線不便連接，不便于系列化大規(guī)模生產(chǎn)的缺陷。
本發(fā)明的目的是提供一種便于裝配，便于系列化，零部件通用性高，低成本，并可以應(yīng)用到深水的小型水下機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容
一種小型水下機(jī)器人，具有外殼、密封艙、外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置、電動姿態(tài)控制裝置、發(fā)泡材料浮體，密封艙在外殼內(nèi)，外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置在外殼外部，每兩個為一組，對稱布置，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)點(diǎn)在于電動姿態(tài)控制裝置是一體化的，外殼是分段組成的，外殼中段的兩端面有槽，電動姿態(tài)控制裝置的姿態(tài)控制軸放在槽中，外殼中段的兩端部有螺紋，外殼前段與外殼后段用螺紋與其直接連接或通過接環(huán)與其間接連接。
一體化的電動姿態(tài)控制裝置至少由支架、姿態(tài)控制軸、電動機(jī)組成，幾個零件通過支架組裝成一個一體化的獨(dú)立部件。
電動姿態(tài)控制裝置的支架是一整體成形件，從端面看呈矩形，上面有兩個平行孔，其中一孔是姿態(tài)控制軸的軸承，插有姿態(tài)控制軸，另一孔緊配合插有電動機(jī)，兩者通過齒輪傳動。
密封艙殼體的兩端各有一個開槽支架，開槽支架的外周與外殼中段的內(nèi)周配合，開槽支架的一個端面上有槽，電動姿態(tài)控制裝置的支架安放在開槽支架上的槽中，開槽支架的另一端突起有圓柱體，圓柱體插入密封艙殼體的內(nèi)孔里，圓柱體上有O形圈槽，兩者通過O形圈徑向密封。
外殼中段的兩端各有一個外螺紋接環(huán)，外殼前段與外殼后段通過外螺紋接環(huán)與外殼中段連接，兩外螺紋接環(huán)擰入外殼中段后將兩個開槽支架與密封艙殼體擠在一起，外殼中段的兩端都有外圓錐倒角面，外殼前段與外殼后段上有內(nèi)圓錐面與其配合。
推進(jìn)器電機(jī)與姿態(tài)控制電機(jī)均采用無刷直流電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子在水中或充入的油中轉(zhuǎn)動。
外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置的外殼的端部有外螺紋，螺旋槳護(hù)罩上的內(nèi)螺紋與其配合將電動機(jī)壓在推進(jìn)裝置的外殼內(nèi)；外殼的外圓的中部與軸線垂直凸起有螺紋孔柱，姿態(tài)控制軸端部有螺紋，兩者配合，兩套外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置與一套姿態(tài)控制裝置配合后組成一體化的動力部件。外殼中段的前后兩端各有一套這樣的動力部件。
外殼中段的外圓上有兩條對稱的T形槽，外掛設(shè)備艙的外殼上有與其配合的T形體，外殼中段與外掛設(shè)備艙的外殼均是塑料擠出型材。
姿態(tài)控制裝置上帶有霍爾傳感器，姿態(tài)控制軸上的齒輪上鑲有磁鐵。
姿態(tài)控制軸是空心的齒輪軸，軸中部有孔與軸線的中心孔相通。
外掛設(shè)備艙上帶有爆炸自救裝置，爆炸自救裝置上有電控雷管，引爆后將壓艙物拋離機(jī)器人。
發(fā)明效果采用上述結(jié)構(gòu)后，由于是一體化的動力部件，裝配很方便，零部件的通用性較高，僅更換外殼型材或密封艙型材的長度即可改變規(guī)格，所有規(guī)格結(jié)構(gòu)相同，同一直徑系列內(nèi)零部件通用，方便系列化生產(chǎn)。主要?dú)んw零件采用擠出塑料型材，支架采用注塑件較大地降低了成本。電子設(shè)備的體積決定了密封艙的大小，而密封艙的大小決定了機(jī)器人的大小，根據(jù)擬采用電子設(shè)備的體積和所攜帶的外掛設(shè)備的重量，可以設(shè)置直徑60、直徑80、直徑100三個直徑系列，450、500、550、600、650五個長度系列，共計(jì)15個規(guī)格。此系列設(shè)計(jì)給各種不同需求的應(yīng)用和試驗(yàn)提供了最大的靈活性。


圖1是按本發(fā)明設(shè)計(jì)的實(shí)例的正視2是圖1實(shí)例的左視3是圖1實(shí)例的A-A剖視4是開槽支架零件的正視5是圖4實(shí)例的左視6是電動姿態(tài)控制裝置的支架零件的正視7是圖6實(shí)例的左視圖具體實(shí)施方式
以下參照附圖及實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明參見圖3，1是端蓋，用螺紋與外殼前段連接。2是探照燈、閃光燈的組合件。3和18分別是外殼前段和外殼后段，都是一空心圓筒，兩端有內(nèi)螺紋，其中與外殼中段接觸的一端有內(nèi)倒角。4是浮體，用發(fā)泡材料制成，根據(jù)外殼內(nèi)部零件的不同外形，預(yù)制成不同的形狀，將多余空間盡量填充，起主要浮力的圓柱狀浮體中間開有孔和槽使孔與外圓相通，方便放入電線，制成幾種不同高度備選。9是隔圈，用塑料注塑成，套在姿態(tài)控制軸上，軸的兩端各有一個，隔圈一端擋在外殼上，用于防止姿態(tài)控制裝置軸向竄動。
6是螺旋槳防護(hù)罩，用塑料注塑成，中心大孔有內(nèi)螺紋。7是螺旋槳電機(jī)，采用無刷直流電機(jī)，8是外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置的外殼，用塑料注塑成，是一空心杯形件，杯底為球形，杯的開口處有外螺紋，杯的中部與軸線垂直有凸起的圓柱，中心有螺孔與杯相通。螺旋槳防護(hù)罩6將螺旋槳電機(jī)7及機(jī)械密封組件5壓在外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置的外殼8內(nèi)。
11是姿態(tài)調(diào)整電動機(jī)，采用齒輪減速步進(jìn)電機(jī)。
姿態(tài)調(diào)整軸12是一鋁合金制空心齒輪軸，兩端有臺階，臺階上有螺紋與外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置的外殼8上的螺孔配合。兩個螺旋槳電機(jī)的電源線分別從兩端穿入空心軸，從軸中間與外界相通的孔中穿出，環(huán)繞軸幾圈后與密封艙的輸出電纜連接。
為防止向一個方向轉(zhuǎn)的太多扭斷電纜，以及確切得知電動螺旋槳推進(jìn)裝置的位置，設(shè)置了霍爾傳感器，在姿態(tài)調(diào)整軸12的齒輪上鑲有小磁鐵，霍爾傳感器固定在電動姿態(tài)控制裝置的支架16上。
參見圖6、圖7，電動姿態(tài)控制裝置的支架16是一整體注塑件，從端面看呈矩形，上面有兩個平行孔，其中一孔是姿態(tài)控制軸的軸承，插有姿態(tài)控制軸12，另一孔緊配合插有電動機(jī)，兩者通過齒輪傳動。兩端面之間的材料除留出軸承厚度后以裝齒輪的孔為圓心去除，去除后中間的斷面是空心圓筒狀。裝電機(jī)的孔是臺階孔，壓裝機(jī)械密封組件10的孔大于電機(jī)的外徑。
參見圖4、圖5，開槽支架13同時也是密封艙的端部，兩個開槽支架13與厚壁圓管塑料型材制成的密封艙殼體15共同組成密封艙。
開槽支架13用塑料注塑成，其外圓與外殼中段14的內(nèi)圓配合，開槽支架的下部是有一定厚度的圓盤狀，圓盤的一個端面凸起有兩側(cè)對稱切去半弧的圓柱體，這個圓柱體的端面上開有一個寬槽，槽的寬度和深度正好與電動姿態(tài)控制裝置的支架16相配合，槽的底部有一個矩形下陷空間，用于容納電線，矩形下陷空間的底部有數(shù)個電纜孔，插入電纜后用環(huán)氧樹脂灌封，槽的上下兩部分多余材料適當(dāng)?shù)厝コ鐖D5中所示。圓盤的另一端面突起有圓柱體，圓柱體插入密封艙殼體15的內(nèi)孔里，圓柱體上有O形圈槽，兩者通過O形圈徑向密封。
14是外殼中段，是筒狀塑料擠出型材，內(nèi)孔是圓形，外圓兩側(cè)對稱的各凸起有一條T形槽，圓筒兩端各有一道通槽，用于容納姿態(tài)調(diào)整軸12，通槽的底面還有一條窄槽，用于容納輸出電纜。圓筒兩端都有內(nèi)螺紋，兩端都有外倒角。
17是接環(huán)，是塑料圓筒狀型材切斷制成，外圓有通螺紋，徑向有幾個孔，用于裝配時扭動。前后兩個接環(huán)旋入外殼中段后將兩個開槽支架與密封艙殼體以及與開槽支架裝配在一起的動力部件擠在一起，成為整體。
外掛設(shè)備艙19的外殼是擠出塑料型材，基體呈圓筒狀，在外圓上伸出T形體，與外殼中段上的T形槽配合，端部有螺紋，可旋裝罩蓋。在外掛設(shè)備艙外殼中間的T形體底面鉆有一孔，由螺釘螺母組成的制動鎖緊裝置放入孔中，螺釘帽頂緊設(shè)備艙即可迫使螺母鎖緊外殼中段。
電動機(jī)的密封在采用機(jī)械密封時僅可滿足水下60米左右的應(yīng)用，(選用的機(jī)械密封組件標(biāo)稱耐壓6公斤/平方厘米)但若將無刷直流電機(jī)的定子繞組進(jìn)行環(huán)氧樹脂真空高壓灌封等防水處理后，讓定子在水中轉(zhuǎn)。此時密封裝置僅起到過濾和防沙作用，可用于水下數(shù)千米以下，僅由密封艙的耐壓決定。為減小水的粘滯阻力，可將電機(jī)內(nèi)充入低粘滯系數(shù)的油。
在外掛設(shè)備艙的尾部內(nèi)裝有爆炸自救裝置，爆炸自救裝置的原理是用電點(diǎn)火雷管將壓艙物(通常是蓄電池)拋離機(jī)器人，機(jī)器人即可上浮，何時點(diǎn)火可預(yù)先程序設(shè)定。爆炸自救裝置的外形象一顆小型炮彈，內(nèi)部點(diǎn)火結(jié)構(gòu)也基本相同，不過裝藥量要小的多，外徑與外掛設(shè)備艙的內(nèi)徑緊配合，彈頭部分是作為壓艙物的蓄電池。與普通炮彈相比，彈頭部分深入彈殼部分要深得多。蓄電池引線用接插件連接，做好防水處理。
權(quán)利要求
1.一種小型水下機(jī)器人，具有外殼、密封艙、外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置、電動姿態(tài)控制裝置、發(fā)泡材料浮體，密封艙在外殼內(nèi)，外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置在外殼外部，每兩個為一組，對稱布置，其特征在于電動姿態(tài)控制裝置是一體化的，外殼是分段組成的，外殼中段(14)的兩端面有槽，電動姿態(tài)控制裝置的姿態(tài)控制軸(12)放在槽中，外殼中段(14)的兩端部有螺紋，外殼前段(3)與外殼后段(18)用螺紋與其直接連接或通過接環(huán)(17)與其間接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型水下機(jī)器人，其特征在于電動姿態(tài)控制裝置的支架(16)是一整體成形件，上面有兩個平行孔，其中一孔是姿態(tài)控制軸(12)的軸承，插有姿態(tài)控制軸(12)，另一孔插有電動機(jī)(11)，兩者通過齒輪傳動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型水下機(jī)器人，其特征在于密封艙殼體(15)的兩端各有一個開槽支架(13)，開槽支架(13)的外周與外殼中段(14)的內(nèi)周配合，開槽支架(13)的一個端面上有槽，電動姿態(tài)控制裝置的支架(16)安放在開槽支架(13)上的槽中，開槽支架(13)的另一端突起有圓柱體，圓柱體插入密封艙殼體(15)的內(nèi)孔里，圓柱體上有O形圈槽，兩者通過O形圈徑向密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型水下機(jī)器人，其特征在于外殼中段(14)的兩端各有一個外螺紋接環(huán)(17)，外殼前段(3)與外殼后段(18)通過外螺紋接環(huán)(17)與外殼中段(14)連接，兩外螺紋接環(huán)(17)擰入外殼中段(14)后將兩個開槽支架(13)與密封艙殼體(15)擠在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型水下機(jī)器人，其特征在于推進(jìn)器電機(jī)(7)與姿態(tài)控制電機(jī)(11)均采用無刷直流電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子在水中或充入的油中轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型水下機(jī)器人，其特征在于外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置的外殼(8)的端部有外螺紋，螺旋槳護(hù)罩(6)上的內(nèi)螺紋與其配合，將電動機(jī)(7)壓在推進(jìn)裝置的外殼(8)內(nèi)；外殼的外圓的中部與軸線垂直凸起有螺紋孔柱，姿態(tài)控制軸(12)端部有螺紋，兩者配合，兩套外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置與一套姿態(tài)控制裝置配合后組成一體化的動力部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型水下機(jī)器人，其特征在于外殼中段(14)的外圓上有兩條對稱的T形槽，外掛設(shè)備艙的外殼上有與其配合的T形體，外殼中段(14)與外掛設(shè)備艙的外殼均是塑料擠出型材。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型水下機(jī)器人，其特征在于姿態(tài)控制裝置上帶有霍爾傳感器，姿態(tài)控制軸上的齒輪上鑲有磁鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型水下機(jī)器人，其特征在于姿態(tài)控制軸(12)是空心的齒輪軸，軸中部有孔與軸線的中心孔相通。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型水下機(jī)器人，其特征在于外掛設(shè)備艙上帶有爆炸自救裝置，爆炸自救裝置上有電控雷管，引爆后將壓艙物拋離機(jī)器人。
全文摘要
一種小型水下機(jī)器人，具有外殼、密封艙、外掛式電動螺旋槳推進(jìn)裝置、電動姿態(tài)控制裝置、發(fā)泡材料浮體，改進(jìn)后，密封艙殼體的兩端各有一個開槽支架，三者O形圈徑向密封，一體化齒輪傳動的電動姿態(tài)控制裝置的支架裝于開槽支架的槽內(nèi)，外殼分段組成，用接環(huán)連接，外殼中段的兩端面有槽，姿態(tài)控制軸在槽內(nèi)，兩外螺紋接環(huán)擰入外殼中段兩端后將所有零件擠在一起，所有殼體材料均為塑料型材，支架為注塑件，故安裝方便，便于系列化制造。
文檔編號B63G8/00GK1895960SQ20051002765
公開日2007年1月17日 申請日期2005年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月11日
發(fā)明者李燁, 李岱峰 申請人:李燁