新型超机动水下直升机的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种新型超机动水下直升机。

背景技术：

直到目前，国际上出现的众多潜水器虽然种类繁多，但在日常应用过程中任缺乏高机动性与高效性。例如有缆潜水器(rov)、无缆自治潜水器(auv)、载人潜器(hov)以及水下滑翔机(glider)等等，不管对于哪种类型的潜水器而言，其在水下运动的高机动性始终是该潜水器高效运作的保障，而源于自身结构设计或是外界环境变化的影响，如何提高潜水器运行中的机动性仍是目前亟待思考与解决的问题之一。

此外，就现阶段的水下潜水器技术而言，还很难具备较高的全方位抗流能力。在目前的潜器结构设计中，为提高其航行速度与提供其左右转向的动力，前进方向一般需配置两个桨，而侧向一般配置一个桨，这样潜水器侧向抗流能力较小。而在实际应用环境中，海流是多向的，这就要求潜水器具有良好的全方位抗流能力，以应对来自于各个方向的来流冲击。

具备全方位抗流能力的潜水器需要具备高机动性和高自主性运动的能力，基于以上问题与挑战，亟需一种具有高机动性、高自主性运行能力来实现水下的高效工作的水下直升机。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了客服现有无缆自治潜水器(auv)在机动性上的缺陷，提出了一种新型超机动水下直升机，该水下直升机具备姿态调整系统和矢量推进系统，该新型超机动水下直升机不仅可以实现远距离遥控、实现水下观测，同时可以在水下实现竖直沉浮、直线前进(定深)、全周转向、定角度俯冲(爬升)、水平俯冲(爬升)等众多功能，是一种快速、高效、稳定的新型水下机器人。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种新型超机动型水下直升机，包括上舱、下舱、舱盘、转盘、矢量推进系统、供电组件、电子调速器、imu惯性导航系统、无线通讯系统、水下摄像系统和姿态调整系统；

所述的上舱和下舱分别固定安装在舱盘的上下两侧形成密封舱室，所述的无线通讯系统、供电组件和imu惯性导航系统位于密封舱室的上舱内，所述的电子调速器和水下摄像系统位于密封舱室的下舱内，所述的密封舱室安装在转盘的中心位置，所述的姿态调整系统安装在转盘上；所述的转盘包括分别固定在滚珠轴承外圈和内圈上的转盘外环和转盘内环，所述的转盘外环与所述的密封舱室固定连接，转盘外环上还安装有由四组矢量推进组件构成的矢量推进系统，所述的四组矢量推进组件沿转盘外环周向间隔均布；所述的imu惯性导航系统、电子调速器、无线通讯系统、水下摄像系统、姿态调整系统以及矢量推进系统均由供电组件供电，imu惯性导航系统用于实时获取水下直升机的运动信息，电子调速器用于根据水下直升机的运动信息产生对矢量推进系统和姿态调整系统的控制信号。

作为本实用新型的优选，所述的上舱和下舱呈半圆形。

作为本实用新型的优选，所述的供电组件包括锂电池组和电源模块，所述的锂电池组通过电源模块调节输出电压以及实现交直流电的转换。

作为本实用新型的优选，所述的转盘内环为内齿轮，所述的姿态调整系统包括转盘电机、外齿轮、浮力块和配重铅块，所述的转盘电机固定在转盘外环上，转盘电机的输出轴与外齿轮传动连接，所述的外齿轮与所述的内齿轮啮合；所述的转盘外环和转盘内环上分别安装有两个浮力块和两个配重铅块，且两个浮力块和两个配重铅块交错均匀布置。

作为本实用新型的优选，所述的矢量推进组件包括舵机固定件、舵机、矢量连接件和水下推进器；所述的舵机通过舵机固定件安装在转盘外环上，所述的水下推进器通过矢量连接件与舵机相连。

作为本实用新型的优选，所述的姿态调整系统的转盘电机功率线，以及矢量推进组件的舵机功率线均通过穿线螺栓接入密封舱室内的。

作为本实用新型的优选，所述的imu惯性导航系统包括imu传感器和主控制芯片，所述的imu传感器用于获取水下直升机的加速度、角加速度、以及地磁场的数值，所述的主控制芯片上集成有卡尔曼滤波模块，主控制芯片与imu传感器信号连接。

作为本实用新型的优选，所述的水下摄像系统包括摄像头和增稳云台，所述的摄像头通过增稳云台固定在舱盘上。

上述的新型超机动水下直升机的控制方法具体为：在水下直升机的航行过程中，通过imu惯性导航系统实时获取水下直升机在xyz三个方向上的角速度和加速度，以及水下直升机所在位置处的地磁场的数值，经卡尔曼滤波计算后输出控制信号至电子调速器，由电子调速器控制转盘电机和舵机的转速和方向，通过舵机带动矢量推进系统调整推力大小和推进方向，通过转盘电机带动转盘内环旋转，由姿态调整系统调整水下直升机的俯仰角大小；通过水下摄像系统实时拍摄水下视频或图像并传输至接收站。

进一步的，由姿态调整系统调整水下直升机的俯仰角大小，具体为：所述的转盘外环和转盘内环上分别安装有两个浮力块和两个配重铅块，且两个浮力块和两个配重铅块交错均匀布置，通过转盘电机带动转盘内环旋转，通过安装在转盘内环和转盘外环上的浮力块的浮力矢量叠加与配重铅块的重力矢量叠加的矢量和，调整水下直升机俯仰角的变化，实现水下直升机在水中以固定攻角进行航行。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型搭载的姿态调节系统，与传统的水下直升机相比，利用浮力矩与重力矩的矢量叠加后产生的力矩，改变水下直升机的姿态，不需要额外的推进力矩补偿，效率更高，巡航能力强，且其姿态更不易受到海浪冲击而改变，稳定性好。

(2)本实用新型的矢量推进系统，通过防水舵机来改变水下推进器的推进方向，可以实现四个推进器均朝上，实现与四轴无人机相同的运动，从而实现海底坐底能力。

(3)本实用新型的imu惯性导航系统，可以在没有gps信号的情况下，实现水下高精度定点巡航，减轻了人力工作，提高了效率。

(4)本实用新型的外形采用飞碟形，推进器布置与外圆周，可以实现0转弯半径，在复杂的水域可以更加灵活的航行，具备高自由性运动的能力，从而实现更加复杂的水下作业要求。

(5)本实用新型的水下摄像系统，可以获取稳定的水下图像与视频，在水面航行时可以传输至地面站，可以在人为控制时，提供辅助视觉与水下视角，提高了作业能力。

附图说明

图1为本实用新型的一种超机动型水下直升机的结构示意图；

图2为本实用新型的一种超机动型水下直升机的结构示意图；

图3为本实用新型的姿态调整系统的结构示意图；

图4为本实用新型的矢量推进系统的结构示意图；

图5为本实用新型的imu惯性导航系统的结构示意图；

图中：1上舱，2下舱，3舱盘，4转盘内环，5转盘外环，6矢量推进系统，6-1舵机固定件，6-2舵机，6-3矢量连接件，6-4水下推进器，7锂电池组，8电源模块，9电子调速器，10-1imu传感器，10-2主控制芯片，11无线通讯系统，12水下摄像系统，12-1摄像头，12-2增稳云台，13穿线螺栓，14-1转盘电机，14-2外齿轮，14-3第一浮力块，14-4第二浮力块，14-5第三浮力块，14-6第四浮力块，14-7第一配重铅块，14-8第二配重铅块，14-9第三配重铅块，14-10第四配重铅块。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1和图2所示，一种新型超机动水下直升机，包括包括上舱1、下舱2、舱盘3、转盘、矢量推进系统6、供电组件、电子调速器9、imu惯性导航系统、无线通讯系统11、水下摄像系统12和姿态调整系统；

所述的上舱1和下舱2呈半圆形，分别固定安装在舱盘3的上下两侧形成密封舱室，所述的无线通讯系统11、供电组件和imu惯性导航系统位于密封舱室的上舱内，所述的电子调速器9、无线通讯系统11和水下摄像系统12位于密封舱室的下舱内，所述的密封舱室安装在转盘的中心位置，所述的姿态调整系统安装在转盘上；所述的转盘包括分别固定在滚珠轴承外圈和内圈上的转盘外环5和转盘内环4，可相互旋转，所述的转盘外环5与所述的密封舱室固定连接，转盘外环5上还安装有由四组矢量推进组件构成的矢量推进系统6，所述的四组矢量推进组件沿转盘外环5周向间隔均布；所述的imu惯性导航系统、电子调速器9、无线通讯系统11、水下摄像系统12、姿态调整系统以及矢量推进系统6均由供电组件供电，imu惯性导航系统用于实时获取水下直升机的运动信息，电子调速器9用于根据水下直升机的运动信息产生对矢量推进系统6和姿态调整系统的控制信号。

在本实用新型的一个具体实施中，所述的供电组件包括锂电池组7和电源模块8，所述的锂电池组7通过电源模块8调节输出电压以及实现交直流电的转换。

所述的转盘外环5和转盘内环4可相互旋转，其具体实现方式可以为：所述的转盘内环4为内齿轮，所述的姿态调整系统包括转盘电机14-1、外齿轮14-2、第一浮力块14-3，第二浮力块14-4，第三浮力块14-5，第四浮力块14-6，第一配重铅块14-7，第二配重铅块14-8，第三配重铅块14-9，第四配重铅块14-10。所述的括第一浮力块14-3、第二浮力块14-4、第一配重铅块14-7、第二配重铅块14-8位于转盘的内环4，每两个浮力块和两个配重铅块45度交替间隔布置，第三浮力块14-5、第四浮力块14-6、第三配重铅块14-9，第四配重铅块14-10位于转盘外环5，每两个浮力块和两个配重铅块45度交替间隔布置；所述的转盘电机14-1固定在转盘外环5上，转盘电机14-1的输出轴与外齿轮14-2传动连接，所述的外齿轮14-2与所述的内齿轮啮合；所述的转盘外环5和转盘内环4上分别安装有两个浮力块和两个配重铅块，且两个浮力块和两个配重铅块交错均匀布置。

如图3所示，所述的矢量推进组件包括舵机6-2、矢量连接件6-3和水下推进器6-4；如图2所示，所述的舵机6-2通过舵机固定件6-1安装在转盘外环5上，所述的水下推进器6-4通过矢量连接件6-3与舵机6-2相连，所述的姿态调整系统的转盘电机功率线，以及矢量推进组件的舵机功率线均通过穿线螺栓13接入密封舱室内的。当防水舵机6-2旋转时，可以改变水下推进器的6-4推进方向，实现矢量推进的效果。

如图4-5所示，所述的imu惯性导航系统包括imu传感器10-1和主控制芯片10-2，所述的imu传感器用于获取水下直升机的加速度、角加速度、以及地磁场的数值，所述的主控制芯片10-2上集成有卡尔曼滤波模块，主控制芯片10-2与imu传感器10-1信号连接。主控制芯片10-2通过imu传感器10-1输出的数值进行卡尔曼滤波后将控制信号输出至电子调速器9，从而控制水下推进器的旋转，产生推力，改变水下直升机的运动状态。所述的水下摄像系统12包括摄像头12-1和增稳云台12-2，所述的摄像头通过增稳云台12-2固定在舱盘3上，可以在水下直升机有波动时保证视频或图像的稳定，在水面航行时传输至地面站上。

本实用新型的工作方式如下：

上舱1和下舱2同心固定在舱盘上下两面，锂电池组7、电源模块8、imu惯性导航系统、无线通讯系统11位于上舱内，电子调速器9、水下摄像系统12位于下舱2内，上舱1和下舱2形成密封舱室；所述的密封舱室安装在转盘的中心位置，转盘内环4和转盘外环5可在转盘电机14-1的带动下相互转动，浮力块与重力块间隔布置在转盘内环4与转盘外环5上，由于转盘内环4和转盘外环5之间的相互转动从而改变转盘内环与外环的浮力块与重力块相对位置的改变，实现浮力矩与重力矩的叠加，改变水下直升机的攻角(俯仰角)；

同时，安装在转盘外环5上的矢量推进系统6在通过水下舵机6-2的旋转来改变水下推进器6-4的推进方向；imu惯性导航系统通过主控制芯片10-2首先获取imu传感器10-1的数据，包括水下直升机在xyz三个方向上的角速度和加速度，以及水下直升机所在位置处的地磁场的数值，经卡尔曼滤波计算后输出控制信号至电子调速器9和水下舵机6-2，电子调速器9用于调节水下推进器的旋转速度，水下舵机6-2用于控制水下推进器6-4的推进方向；水下摄像系统12通过摄像头12-1用于获取水下图像信号，并通过无线传输至地面人员的屏幕上，增稳云台12-2用于控制摄像头的拍摄角度；安装在密封舱室外部的舵机6-2、转盘电机14-1均通过穿线螺栓13进入至密封舱室内；供电组件内的锂电池组7用于给整机提供电能，电源模块8用于降压给imu传感器10-1和主控制芯片10-2供电。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限定本实用新型的保护范围。显然，以本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的遮羞修改和变型属于本实用新型权利要求及等同技术的范围之内，则本实用新型也一图包含这些改动和变型在内。

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