一种长期定点垂直剖面观测型水下机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水下机器人技术领域，具体地说是一种长期定点垂直剖面观测型水下机器人。能够远距离航行到目标海域实现对海洋水文数据的垂直剖面进行长期(不小于30天)定点连续观测。
【背景技术】
[0002]对海洋环境的定点连续观测是人们认识海洋的重要手段。随着科技的不断发展，海洋观测设备在种类、功能和性能等方面都取得了进步。功能全面、性能可靠、经济效益高是科研人员对海洋观测平台的强烈要求。
[0003]按观测方式可以将海洋观测分为定点观测和走航式观测。定点观测平台包括可实现海洋表面或海水中观测的浮标或潜标，可实现定点垂直剖面观测的沿系留缆垂直上下运动的系留式升降平台，可实现海底定点观测的海床基等。这类观测平台只能获得海洋中某一点的信息，不能获得连续海洋空间环境信息。要获得大面积海域信息就必须布放多个观测平台进行连续长时间工作。平台的布放一般需要由船或飞机执行，对布放载体要求高，经济性差。走航式观测平台能够获得某一海域内海洋环境信息随空间的连续变化情况，这类观测平台包括科考船、水下机器人、水下滑翔机、漂流浮标、剖面漂流浮标等。漂流浮标和剖面漂流浮标由于自身无动力，只能在海流的作用下运动，属于随动式的观测平台，目标指向性很差。科考船通过搭载不同传感器可以获得某一海域海洋环境信息随时间和空间变化情况，然而对于一些危险海域或敏感海域，科考船显然不是很好的选择，并且其经济性很差。水下滑翔机一般采用调节浮力的方式作为驱动动力，耗能低，航程长，可以进行大面积海域的观测，布放经济性好，但是由于其只能以锯齿形或螺旋线运动，其定点连续观测能力很弱，抗流能力也不如采用推进器的水下机器人。传统的水下机器人机动性能好，能够完成大部分走航式观测任务，然而由于其续航力弱，自持时间短，并且只能靠自身的航行来克服自身微正浮力实现定深或定高运动，无法对远海海域定点剖面进行连续的长时间观测。
[0004]为完成远海某一指定海域的长期观测任务，获得该海域某一固定点垂直剖面内的海洋环境信息随时间变化情况和整片海域海洋环境信息随空间变化情况，需要设计一种航程长、自持时间久、机动性能好、具有自主升沉能力，兼具定点观测和走航式观测功能，并能够按照指定路线和使命自主完成该海域的连续观测任务的海洋观测设备。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的目的在于提供一种长期定点垂直剖面观测型水下机器人。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]一种长期定点垂直剖面观测型水下机器人，包括依次连接的推进段、艉部浮力调节段、电池舱段、电子舱段、艏部浮力调节段及观测载荷段，其中推进段和观测载荷段采用开放式框架结构，所述观测载荷段搭载海洋水文数据观测用的传感设备，所述推进段上部设有卫星天线，所述艉部浮力调节段、电池舱段、电子舱段及艏部浮力调节段设置于全密封耐压舱内，通过艏部浮力调节段和艉部浮力调节段双向浮力调节，实现水下机器人运动姿态调整和定点悬停。
[0008]所述艉部浮力调节段和艏部浮力调节段结构相同，均包括液压缸、海水调节缸及液压系统，其中液压缸的小活塞一侧通过输出杆与海水调节缸的大活塞连接，所述海水调节缸上设有与海水连通的出入水口，所述液压缸与液压系统连接，所述液压系统驱动液压缸的小活塞进行往复运动，并带动海水调节缸的大活塞往复运动，从而使海水调节缸通过出入水口吸排海水，进而实现水下机器人浮力调节。
[0009]所述液压缸的小活塞另一侧输出杆的端部设有位移传感器，所述艉部浮力调节段和艏部浮力调节段的全密封耐压舱上均设有检查盖，所述艏部浮力调节段的前端设有前球壳，所述艉部浮力调节段的后端有后球壳。
[0010]所述液压系统包括直流电机、液压栗、单向阀、溢流阀、换向阀、液控单向阀、单向调速阀及压力传感器，其中液压栗为两台、并分别与一个直流电机连接，两台液压栗并联后通过吸水供油管路和排水供油管路分别与液压缸的两端腔室连接，所述吸水供油管路和排水供油管路上均设有液控单向阀和换向阀，所述单向调速阀设置于吸水供油管路上，两台液压栗的输出端均设有一个单向阀，两台液压栗通过回油管路和溢流阀与油箱连接，所述压力传感器设置于两台液压栗并联后的供油管路上，用于检测液压系统的总供油压力。
[0011]所述观测载荷段搭载的海洋水文数据观测用的传感设备包括声学流速剖面仪、温盐深传感器、叶绿素传感器、溶解氧传感器及浊度计，所述观测载荷段还安装有艏部牵引环、应急抛载装置及用于自动回收的抛绳器，其中艏部牵引环和应急抛载装置分别设置于观测载荷段的前端及底部，所述观测载荷段的开放式框架结构内填充有浮力材料。
[0012]所述电子舱段内安装有控制计算机及控制模块，所述电子舱段的前端安装有进水自沉装置，在水下机器人无法回收时启动进水自沉装置，全密封耐压舱内进水自毁下沉。所述进水自沉装置为火工品。
[0013]所述电池舱段装载电池组、电池管理单元和电源模块，其中电池组悬挂在全密封耐压舱内部左右两侧的滑轨上。
[0014]所述的推进段包括开放式框架及安装在开放式框架上的浮力材料、推进器、电机驱动单元、升降舵、方向舵、应急抛载装置及水声通信机，其中升降舵水平设置，所述方向舵与升降舵垂直交叉设置，所述升降舵和方向舵与电机驱动单元连接，所述推进器和应急抛载装置分别设置于开放式框架的尾部和底部，所述开放式框架的空隙内填充有浮力材料。
[0015]所述应急抛载装置包括两块电磁铁和一块压铁，其中两块电磁铁通电产生磁性，两块电磁铁通过磁性力吸引压铁，使水下机器人产生零浮力，使水下机器人在水下正常工作；当水下机器人出现紧急状况时，使两块电磁铁失电，电磁铁磁性消失，压铁通过重力作用下沉，水下机器人产生正浮力浮至水面。
[0016]本发明的优点及有益效果是:
[0017]1.本发明能够对指定海域的海洋水文数据进行长期定点垂直剖面观测，获取指定海域的第一手海洋环境信息，具有重要的科学意义。
[0018]2.本发明通过艏艉两部浮力调节机构实现垂直升沉，突破了常规水下机器人只能执行固定深度走航观测的限制。
[0019]3.本发明将水下平台技术和海洋科学研究需求紧密结合，可显著提升我国自主海洋探测装备的能力和水平。
[0020]4.本发明采用分段式模块化设计，多个水下机器人的不同分段可以通用，有利于系统的维护和保障。
[0021]5.本发明具有高精度可重复双向浮力调节功能，能够实现水下机器人的自主均衡和定点悬停。
[0022]6.本发明外壳直径为534_，是重型鱼雷的常用直径，其结构和工艺成熟度高，性能可靠。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的轴测视图；
[0024]图2为本发明的主视图；
[0025]图3为本发明的前视图；
[0026]图4为本发明的后视图；
[0027]图5为本发明的透视图；
[0028]图6为本发明的观测载荷段透视图；
[0029]图7为本发明的艏、艉部浮力调节段控制原理示意图。
[0030]其中:1为推进器，2为方向舵，3为卫星天线，4