陶珍

【摘要】機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展在當(dāng)前智能技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的助力下已經(jīng)取得了迅速和重要的突破，并且已經(jīng)滲透到了生產(chǎn)生活和科學(xué)研究的各個領(lǐng)域，為社會的發(fā)展注入了新的動力。水下機(jī)器人作為機(jī)器人領(lǐng)域的一項重要研究內(nèi)容，在水下探測和資源勘探等方面發(fā)揮著重要的作用，本文通過對自主水下機(jī)器人各個方面機(jī)械結(jié)構(gòu)的介紹，對其機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的技術(shù)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】水下機(jī)器人；機(jī)械結(jié)構(gòu)；設(shè)計與實現(xiàn)

一、水下機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用

水下機(jī)器人技術(shù)是機(jī)器人領(lǐng)域與水下偵查和水文探測等水下作業(yè)方面技術(shù)的結(jié)合所形成的一門新興學(xué)科，對水下探測、資源勘探、海上導(dǎo)航、與目標(biāo)偵查等民用和軍用相應(yīng)范圍內(nèi)各類水下任務(wù)的執(zhí)行都有著十分重要的意義。水下機(jī)器人是在當(dāng)前較為成熟的機(jī)器人技術(shù)在特定的水下作業(yè)環(huán)境中發(fā)展而來的技術(shù)，其技術(shù)理論涉及了機(jī)械設(shè)計、水下動力、流體力學(xué)和智能控制等多方面的相關(guān)技術(shù)。

水下機(jī)器人由于工作環(huán)境的特殊性，在相關(guān)的外形設(shè)計和結(jié)構(gòu)布局等方面也與常規(guī)的機(jī)器人有所區(qū)別，具體來說，水下機(jī)器人在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面有著以下幾點主要的要求：阻力小，更有利于水下機(jī)器人的水下運動；結(jié)構(gòu)和材料強(qiáng)度能夠應(yīng)對一定水深下的壓強(qiáng)變化；結(jié)構(gòu)布局、性能指標(biāo)和制造工藝等更加符合水下作業(yè)環(huán)境等。

二、水下機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)

（一）水下機(jī)器人的設(shè)計要求

當(dāng)前，水下機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計可以分為框架型結(jié)構(gòu)、流線型結(jié)構(gòu)以及混合型結(jié)構(gòu)。其中框架型的結(jié)構(gòu)設(shè)計是指在實現(xiàn)水下機(jī)器人大的基本功能框架的基礎(chǔ)上，按照具體的實際需求和工作環(huán)境進(jìn)行相關(guān)機(jī)械部件的增添，使機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)布局更加容易進(jìn)行調(diào)整，但是存在著體型笨重，水下阻力較大等缺點影響了該類型水下機(jī)器人的實際使用性能；流線型的結(jié)構(gòu)設(shè)計是利用了仿生學(xué)的原理技術(shù)，將水下機(jī)器人的外形設(shè)計成類似魚類的形狀例如魚雷形狀和枋梭形狀，來減小其在水下工作過程中的運動阻力，在一定程度上減小了運行能耗并延長了水下的工作時間，滿足了更多水下任務(wù)的工作需求；混合型的結(jié)構(gòu)設(shè)計是將框架型結(jié)構(gòu)設(shè)計和流線型結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合形成的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，綜合了以上兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點和優(yōu)勢，使水下機(jī)器人既具備了一定的結(jié)構(gòu)部件可調(diào)性，又擁有了水下作業(yè)時良好的機(jī)動性能和續(xù)航能力。

（二）整體設(shè)計方案與流程

在對水下機(jī)器人的設(shè)計要求和主要的機(jī)械結(jié)構(gòu)的形式進(jìn)行了分析之后，綜合水下機(jī)器人的具體工作環(huán)境和實際的設(shè)計實現(xiàn)難度，首先選取了流線型的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)作為主要的設(shè)計思路，在降低水下運行成本的同時為了實現(xiàn)水下機(jī)器人的主要功能，例如水下探測、傳感以及相關(guān)數(shù)據(jù)的處理等，也要注意相關(guān)功能器件和模塊的布局以及基本的防水性設(shè)計。因此，在確定了水下機(jī)器人基本的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸等方面的指標(biāo)參數(shù)之后，對水下機(jī)器人實際工作環(huán)境進(jìn)行考察以確定其防水性設(shè)計方案的工作也十分重要，一般的設(shè)計思路是首先保證機(jī)器人內(nèi)部重要部件和模塊的密閉性，在此基礎(chǔ)上對機(jī)器人的其它結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈活設(shè)計，在一定程度上可以降低實際的設(shè)計難度和后期的維護(hù)成本。

具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計流程可以分為以下幾個步驟：選用合適的計算機(jī)繪圖軟件進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)既定的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸要求進(jìn)行機(jī)器人的輪廓繪制；并且根據(jù)實際情況和需求進(jìn)行方案調(diào)整和剪裁加厚等優(yōu)化設(shè)計；最后應(yīng)考慮實際組裝過程中機(jī)器人大量的內(nèi)部器件之間的聯(lián)系與布局，通過不斷的模擬和試驗得到更加精確和優(yōu)化的設(shè)計結(jié)果，避免因為設(shè)計缺陷而對水下機(jī)器人的實際工作性能造成不利影響。

（三）水下機(jī)器人的性能實現(xiàn)

在對水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計完成之后，就應(yīng)該考慮水下機(jī)器人在實際工作中需要面對的問題和相應(yīng)的解決方法。首先是機(jī)器人的推進(jìn)即活動能力的實現(xiàn)，應(yīng)該對機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動力電機(jī)的放置位置進(jìn)行合理分配，保證水下機(jī)器人能夠在不同的工作環(huán)境中都有充足的動力支持，一般的方式是分別在機(jī)器人的頂部、尾部及兩側(cè)布置電機(jī)實現(xiàn)高效的驅(qū)動。另外，盡管采用了流線型的仿生減阻設(shè)計，水下機(jī)器人在行動過程中所遇到的阻力問題依然存在，為此，在后期的設(shè)計和改進(jìn)中，如何實現(xiàn)更小的水阻仍是一個關(guān)鍵的問題，這對于水下機(jī)器人的工作性能和續(xù)航能力都具有重要的影響，目前較為主流和簡便的方法是在機(jī)器人表面覆蓋特殊涂層以減小機(jī)器人表面與水之間的摩擦系數(shù)從而減小阻力。最后，考慮到工作環(huán)境的復(fù)雜性和工作時間的不定性，水下機(jī)器人的耐腐蝕性也是在設(shè)計中需要解決的重要問題，這需要從選取具有耐腐蝕性表面材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計等多方面進(jìn)行優(yōu)化，基于水下機(jī)器人所面對的實際工作環(huán)境來全面提高水下機(jī)器人實際工作中的性能表現(xiàn)。

三、結(jié)語

水下機(jī)器人的出現(xiàn)對于相關(guān)水下作業(yè)和海洋探測領(lǐng)域來說具有重要的意義，而機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)對于水下機(jī)器人的工作性能來說十分關(guān)鍵。把握好水下機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要方面，對形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸、材料和布局等進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化設(shè)計，同時注重解決實際工作過程中可能面臨的各類問題，保證水下機(jī)器人應(yīng)用功能的實現(xiàn)和工作性能的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣磊，郝靜如.超小型水下機(jī)器人本體的研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2009（12）.

[2]王耀華，崔澤，華曉青.模塊化微小型水下航行器的布局研究[J].機(jī)械與電子，2011（05）.