RU207022U1 - Autonomous underwater vehicle with bionic propellers - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области робототехники, а именно к подводным роботам, предназначенным для решения задач, возникающих при исследовании тяжело проходимых мест в водоемах, в нефтедобывающей промышленности и подводной археологии.Автономный подводный аппарат с бионическими движителями, содержащий корпус обтекаемой формы, снаружи которого по бортам располагаются цельные крылоподобные гидродинамические поверхности, выполненные из гибкой водоотталкивающей ткани, на корме пара ластообразных гидродинамических поверхностей. Для выполнения различных задач в память робота загружается определенный алгоритм, включающий в себя примитивные маршрут и карту местности в районе поставленной задачи, или ведется дистанционное управление оператором с судна сопровождения. Система навигации совместно с системой технического зрения позволяет отслеживать перемещения подводного аппарата и удерживать заданную позицию. Тем самым обеспечивается перемещение автономного подводного аппарата с бионическими движителями в любом направлении в толще водоема, а унифицированный разъем позволяет закрепить на подводном аппарате различное навесное оборудование, что расширяет возможности его применения в различных сферах. 3 ил.The utility model relates to the field of robotics, namely to underwater robots designed to solve problems arising in the study of hard-to-pass places in water bodies, in the oil industry and underwater archeology. there are one-piece wing-like hydrodynamic surfaces made of flexible water-repellent fabric, at the stern of a pair of flipper-like hydrodynamic surfaces. To perform various tasks, a certain algorithm is loaded into the robot's memory, which includes a primitive route and a map of the area in the area of the task, or the operator is remotely controlled from the escort vessel. The navigation system together with the technical vision system allows tracking the movements of the underwater vehicle and holding a given position. This ensures the movement of an autonomous underwater vehicle with bionic propellers in any direction in the thickness of the reservoir, and the unified connector allows various attachments to be attached to the underwater vehicle, which expands the possibilities of its application in various fields. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области робототехники, а именно к подводным роботам, предназначенным для решения задач, возникающих при исследовании тяжело проходимых мест в водоемах, в нефтедобывающей промышленности и подводной археологии.The utility model relates to the field of robotics, namely to underwater robots designed to solve problems arising in the study of hard-to-pass places in water bodies, in the oil industry and underwater archeology.

Известно устройство «Подводный бионический робот» - аналог (Патент RU №187 808, МПК В63С 11/00, B63G 8/08, заявка №2018147649 от 31.12.2018 г., Бюл. №8 от 19.03.2019 г.), включающий корпус, мотор-редуктор, кулачковый механизм, соединенный с хвостом.Known device "Underwater bionic robot" - an analogue (Patent RU No. 187 808, IPC В63С 11/00, B63G 8/08, application No. 2018147649 dated 31.12.2018, Bul. No. 8 dated 19.03.2019), including body, gear motor, cam mechanism connected to the tail.

Недостатком технического устройства являются малая точность передвижения, высокое взаимовлияние инерционности хвоста на корпус, что делает невозможным установку на подводного робота системы технического зрения.The disadvantage of the technical device is the low accuracy of movement, the high mutual influence of the inertia of the tail on the body, which makes it impossible to install a vision system on an underwater robot.

Известно устройство «Движитель подводного судна» - прототип (Патент RU №2 629 474, МПК B63G 8/00, B63G 8/08, заявка №2016134394 от 22.08.2016 г., Бюл. №25 от 29.08.2017 г.), включающий корпус обтекаемой формы, снаружи которого располагаются ласто- или крылоподобные гидродинамические поверхности, данный подводный аппарат приводится в движении за счет установленного внутри корпуса маховика, который передает вращение на сам корпус.Known device "Propeller of a submarine vessel" - a prototype (Patent RU No. 2 629 474, IPC B63G 8/00, B63G 8/08, application No. 2016134394 dated 08.22.2016, Bul. No. 25 dated 08.29.2017), including a streamlined body, outside of which there are fus- or wing-like hydrodynamic surfaces, this underwater vehicle is driven by a flywheel installed inside the body, which transmits rotation to the body itself.

Недостатком такого устройства является постоянное вращение корпуса при движении, что затрудняет установку системы технического зрения, низкая маневренность, меньший коэффициент полезного действия гидродинамических поверхностей, так как они не объединены в цельную гидродинамическую поверхность, отсутствие унифицированного разъема для дополнительной полезной нагрузки.The disadvantage of such a device is the constant rotation of the body during movement, which complicates the installation of the vision system, low maneuverability, lower efficiency of hydrodynamic surfaces, since they are not combined into a single hydrodynamic surface, the absence of a unified connector for additional payload.

Задачами предлагаемого технического решения являются: повышение маневренности подводного аппарата за счет цельной гидродинамической поверхности крылоподобных движителей, а также установки кормовых ластоподобных движителей, улучшение разведки толщи водоема, подводного дна за счет установки системы технического зрения, состоящей из подсветки и стереопары, улучшение навигационных свойств подводного робота за счет установки акселерометров и магнитометрических датчиков, расширение дополнительных возможностей и сфер применения подводного аппарата за счет унифицированного разъема для закрепления различного навесного оборудования и полезного груза.The objectives of the proposed technical solution are: increasing the maneuverability of the underwater vehicle due to the integral hydrodynamic surface of the wing-like propellers, as well as the installation of aft flipper-like propellers, improving the reconnaissance of the reservoir, the underwater bottom due to the installation of a vision system consisting of a backlight and a stereo pair, improving the navigation properties of the underwater robot by installing accelerometers and magnetometric sensors, expanding additional capabilities and areas of application of the underwater vehicle due to a unified connector for securing various attachments and payload.

Решение поставленных задач достигается тем, что в предложенной конструкции подводного аппарата присутствует две крылоподобных гидродинамических поверхностей, расположенных по бортам снаружи корпуса обтекаемой формы и приводимых в движение выходными звеньями привода главного движения, электромоторы которого располагаются поперечно внутри корпуса, и валы электродвигателей находятся в одной плоскости, и две ластоподобных гидродинамических поверхностей, расположенных снаружи на корме корпуса подводного аппарата и приводимых в движение выходными валами привода стабилизации, электромоторы которого располагаются продольно внутри корпуса и валы электродвигателей находятся в одной плоскости. Система технического зрения установлена в передней части подводного аппарата внутри корпуса, снизу корпуса установлена подсветка системы технического зрения. Унифицированный разъем для крепления навесного оборудования располагается снаружи снизу корпуса, для питания и информационного обмена выведен герморазъем снаружи корпуса. Навигационная система установлена внутри корпуса и включает в себя несколько акселерометров и пару магнитометрических датчиков.The solution to the tasks is achieved by the fact that in the proposed design of the underwater vehicle there are two wing-like hydrodynamic surfaces located on the sides outside the streamlined body and driven by the output links of the main motion drive, the electric motors of which are located transversely inside the body, and the shafts of the electric motors are in the same plane, and two fin-like hydrodynamic surfaces located outside at the stern of the body of the underwater vehicle and driven by the output shafts of the stabilization drive, the electric motors of which are located longitudinally inside the body and the shafts of the electric motors are in the same plane. The vision system is installed in the front part of the underwater vehicle inside the hull, and the vision system illumination is installed at the bottom of the hull. A unified connector for attaching attachments is located outside the bottom of the housing, for power supply and information exchange, a hermetic connector is brought out from the outside of the housing. The navigation system is installed inside the case and includes several accelerometers and a pair of magnetometric sensors.

Сущность технического решения предложенной полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - общий главный вид автономного подводного аппарата с бионическими движителями, на фиг. 2 - общий вид сверху, на фиг. 3 - общий вид снизу.The essence of the technical solution of the proposed utility model is illustrated by drawings, which depict: Fig. 1 is a general main view of an autonomous underwater vehicle with bionic propellers, FIG. 2 is a general top view, FIG. 3 is a general bottom view.

Автономный подводный аппарат с бионическими движителями (фиг. 1-3), содержащий корпус обтекаемой формы 1, снаружи которого по бортам располагаются цельные крылоподобные гидродинамические поверхности 2, выполненные из гибкой водоотталкивающей ткани, на корме пара ластообразных гидродинамических поверхностей 3. Внутри корпуса 1 располагаются устройство подсистемы стабилизации, состоящее из сервоприводов 4 и механических передач 5, передающих вращение на выходной вал, на котором закреплены ластообразные гидродинамические поверхности 3, привод главного движения, состоящий из сервоприводов 6 и механических передач 7, передающих вращение на выходные звенья 8, которые соединены между собой гибкой водоотталкивающей тканью 2, система технического зрения, состоящая из стереопары 9, закрепленной на выходном валу привода поворота системы технического зрения, включающего электромотор 10, механическую передачу 11, датчик положения вала электродвигателя 12, блок аккумуляторных батарей 13, система управления 14 автономным подводным аппаратом с бионическими движителями. Сверху корпуса располагается технологический люк 15 и ухо 16 для зацепления буксировочного троса. Снизу корпуса установлены система освещения 17 для системы технического зрения и унифицированный разъем 18 для установки различного навесного оборудования.An autonomous underwater vehicle with bionic propellers (Fig. 1-3), containing a streamlined body 1, outside of which, along the sides, there are integral wing-like hydrodynamic surfaces 2, made of flexible water-repellent fabric, at the stern of a pair of flipper-like hydrodynamic surfaces 3. Inside the body 1 there is a device stabilization subsystem, consisting of servo drives 4 and mechanical gears 5, transmitting rotation to the output shaft, on which flipper-shaped hydrodynamic surfaces 3 are fixed, a main motion drive consisting of servo drives 6 and mechanical gears 7, transmitting rotation to output links 8, which are interconnected flexible water-repellent fabric 2, a vision system consisting of a stereo pair 9, fixed on the output shaft of the vision system rotation drive, including an electric motor 10, a mechanical transmission 11, an electric motor shaft position sensor 12, a battery pack 13, a control system 14 autonomous underwater vehicle with bionic propellers. On top of the body there is a service hatch 15 and an ear 16 for engaging the towing cable. At the bottom of the body there is a lighting system 17 for the vision system and a unified connector 18 for installing various attachments.

Автономный подводный аппарат с бионическими движителями (фиг. 1-3) функционирует следующим образом. Для выполнения различных задач в память робота загружается определенный алгоритм, включающий в себя примитивные маршрут и карту местности в районе поставленной задачи, или ведется дистанционное управление оператором с судна сопровождения. В ходе выполнения загруженного алгоритма обход различных препятствий как стационарных, так динамических, выполняется благодаря системе технического зрения, которая также позволяет следить за объектом интереса, благодаря приводу поворота системы технического зрения. Выходные звенья 8 создают своим перемещением такую форму из крылоподобных гидродинамических поверхностей, образованных гибкой тканью 2, которая задана строго определенной функцией и рассчитывается системой адаптивного управления. Задние ластообразные гидродинамические поверхности 3 приводятся в движение сервоприводами 4 через механические передачи 5, что позволяет изменять вектор тяги подводного аппарата без участия привода главного движения. На выходные звенья 8 привода главного движения передается разнонаправленное вращение с возможностью удержания позиции от сервоприводов 6 через механические передачи 7. Система навигации совместно с системой технического зрения позволяет отслеживать перемещения подводного аппарата и удерживать заданную позицию. Тем самым обеспечивается перемещение автономного подводного аппарата с бионическими движителями в любом направлении в толще водоема, а унифицированный разъем позволяет закрепить на подводном аппарате различное навесное оборудование, что расширяет возможности его применения в различных сферах.An autonomous underwater vehicle with bionic propellers (Fig. 1-3) operates as follows. To perform various tasks, a certain algorithm is loaded into the robot's memory, which includes a primitive route and a map of the area in the area of the task, or the operator is remotely controlled from the escort vessel. During the execution of the loaded algorithm, the bypass of various obstacles, both stationary and dynamic, is performed thanks to the vision system, which also allows you to follow the object of interest, thanks to the rotation drive of the vision system. The output links 8 create by their movement such a shape from the wing-like hydrodynamic surfaces formed by the flexible fabric 2, which is set by a strictly defined function and is calculated by the adaptive control system. Rear flipper-like hydrodynamic surfaces 3 are driven by servo drives 4 through mechanical transmissions 5, which allows you to change the thrust vector of the underwater vehicle without the participation of the main motion drive. Multidirectional rotation is transmitted to the output links 8 of the main motion drive with the ability to hold the position from the servo drives 6 through mechanical transmissions 7. The navigation system, together with the vision system, allows you to track the movements of the underwater vehicle and hold a given position. This ensures the movement of an autonomous underwater vehicle with bionic propellers in any direction in the thickness of the reservoir, and the unified connector allows various attachments to be attached to the underwater vehicle, which expands the possibilities of its application in various fields.

Готовность предложенного технического устройства к опытной проверке рабочего макета подтверждается наличием: чертежей технических решений, необходимых материалов, цифровой вычислительной аппаратуры, а также оптико-электронной аппаратуры.The readiness of the proposed technical device for an experimental test of the working model is confirmed by the presence of: drawings of technical solutions, necessary materials, digital computing equipment, as well as optoelectronic equipment.

Claims (3)

1. Автономный необитаемый подводный аппарат, состоящий из обтекаемого корпуса, включающий систему приводов, состоящую из крылоподобных бионических движителей, отличающийся тем, что внутри, поперечно корпусу, установлены несколько независимых друг от друга электродвигателей, каждый из которых приводит через механическую передачу в разноскоростное и разнонаправленное вращение, с возможностью удержания положения, выходное звено, которое соединено с остальными гибкой, водоотталкивающей тканью.1. An autonomous unmanned underwater vehicle, consisting of a streamlined body, including a drive system consisting of wing-like bionic propellers, characterized in that inside, transversely to the body, there are several independent from each other electric motors, each of which leads through a mechanical transmission to a multi-speed and multidirectional rotation, with the ability to hold position, the output link, which is connected to the rest of the flexible, water-repellent fabric. 2. Автономный необитаемый подводный аппарат по п.1, отличающийся тем, что на корме установлена пара независимых друг от друга ластоподобных бионических движителя, состоящих из установленных внутри, продольно корпусу, пары независимых друг от друга электродвигателей, приводящих через механическую передачу в разноскоростное и разнонаправленное вращение, с возможностью удержания положения, выходное звено.2. An autonomous unmanned underwater vehicle according to claim 1, characterized in that a pair of independent from each other flipper-like bionic propulsion device is installed at the stern, consisting of installed inside, longitudinally to the body, a pair of independent from each other electric motors, which drive through a mechanical transmission into a multi-speed and multidirectional rotation, with the ability to hold position, output link. 3. Автономный необитаемый подводный аппарат по п.2, отличающийся тем, что включает в себя систему технического зрения, состоящую из стереокамеры с подсветкой, установленной на валу, приводимым через механическую передачу в разноскоростное и разнонаправленное вращение, с возможностью удержания положения, электродвигателем навигационную систему, состоящую из акселерометров и магнитометрических датчиков, унифицированный крепеж для различного навесного оборудования.3. An autonomous unmanned underwater vehicle according to claim 2, characterized in that it includes a vision system consisting of a stereo camera with illumination mounted on a shaft driven through a mechanical transmission into multi-speed and multi-directional rotation, with the ability to hold position, an electric motor navigation system , consisting of accelerometers and magnetometric sensors, unified fasteners for various attachments.

Images