基本信息
- 項目名稱：
- 多功能微型智能水下航行器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本產品面向民用領域設計一種主要應用于水庫大壩壩體安全檢查河流水體污染監(jiān)測，水產養(yǎng)殖網(wǎng)箱的安全監(jiān)測及維護，船舶入港后船體水下部分安全檢查，大型輸水管道安全檢查的微型水下航行器。該作品具有體積小、操縱方便、機動性高、可擴展、制作成本低廉的優(yōu)點。
- 詳細介紹：
- 多功能微型智能水下航行器采用模塊化設計方法，將微型水下智能無纜運動平臺與其他水下作業(yè)功能模塊進行結合，并加入多項創(chuàng)新性的技術，使作品具有體積小、操縱方便、機動性高、可擴展、使用成本低廉等優(yōu)點，在實際應用中可完成多種水下作業(yè)任務。 本作品主要包括微型水下智能無纜運動平臺、無線攝像模塊和水下機械手作業(yè)模塊三大模塊。其中微型水下智能無纜運動平臺還包括了電源模塊、控制模塊、動力推進模塊、轉向模塊、潛浮模塊和保護模塊等六個模塊。通過多次試驗證明該產品各模塊均能安全可靠工作，多功能微型智能水下航行器已達到各項設計指標。 多功能微型智能水下航行器定位于淺水域、小水域的水下作業(yè)，分析市場需求和大量現(xiàn)有技術發(fā)現(xiàn)，本產品應用于水利設施壩體檢查、試產養(yǎng)殖網(wǎng)箱維護、船體檢查維護、大型輸水管道安全檢查等領域具有良好的市場前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品發(fā)明目的和基本思路 針對傳統(tǒng)水下作業(yè)設備在小水域、淺水域環(huán)境下作業(yè)的不足，提出了一種將微型水下智能無纜運動平臺與其他功能模塊相結合的多功能水下航行器。本作品以微型水下智能無纜運動平臺為基礎,采用模塊化設計，集成了無線攝像和水下機械手作業(yè)模塊，并預留出水下信息監(jiān)測等附加功能模塊。 創(chuàng)新點 （1）整體采用模塊化設計思想，將微型水下智能無纜運動平臺與其他功能模塊相結合；（2）采用遙控與自主航行相結合的控制方式，并加入橫滾監(jiān)測系統(tǒng)、漏水報警系統(tǒng)及應急上浮系統(tǒng)以保證工作的安全性；（3）攝像模塊采用無線實時傳輸與自動存儲相結合保證水下攝像的可靠性。 技術關鍵 （1）運動平臺的高機動性技術。利用CFD軟件輔助計算出相應的流體動力參數(shù)，以此為基礎設計垂直舵和水平舵，并選用合適的動力推進裝置以及泵噴轉向裝置；（2）運動平臺的微型化技術。采用多種微型集成控制電路以節(jié)省運動平臺的內部空間；（3）運動平臺的可擴展技術。本航行器采用模塊化設計可搭載多種功能模塊以實現(xiàn)航行器的多用途、多功能開發(fā)；（4）運動平臺的安全防護技術。設計安裝有橫滾監(jiān)測系統(tǒng)、漏水報警系統(tǒng)及應急上浮系統(tǒng)，用以保障航行器工作時的安全性。 主要技術指標： 作品采用回轉體外形，全長650mm，航速0—3m/s連續(xù)可調，最大航深30m，巡航時間超過60分鐘，回轉半徑不大于1m。在水下可實現(xiàn)上浮、下潛、左右轉向及前進倒退的基本功能并配合所添加的功能模塊完成水下作業(yè)。
科學性、先進性
- 科學性： 基于長期以來水下航行器技術在航行器外形設計、結構設計和控制系統(tǒng)設計方面的技術積累，以及CFD軟件應用于水下航行器外形優(yōu)化設計方面的成熟經(jīng)驗，完成本作品的外形、流體動力布局和控制系統(tǒng)設計等方面的工作；應用模塊化設計的先進理念，并依據(jù)系統(tǒng)工程的思想，綜合機構的穩(wěn)定性和機動性及可靠性和可控性等方面因素對各模塊進行協(xié)調處理；應用多種數(shù)字傳輸技術和控制模式實現(xiàn)水下無纜運動平臺與無線攝像、機械手作業(yè)等模塊相結合，視頻實時數(shù)據(jù)傳輸和自動存儲功能相結合以及遙控航行與自主航行相結合的功能。 先進性： 與傳統(tǒng)技術相比較而言，本作品具有操作方便、運動靈活的優(yōu)點；與現(xiàn)有的水下航行器技術相比，本作品具有小尺寸、低成本的優(yōu)勢；本作品以微型水下智能無纜運動平臺為載體加裝了多種功能模塊，使作品具備執(zhí)行多種任務的能力。
獲獎情況及鑒定結果
- 在2009年6月長安大學舉行的第七屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學生課外學術科技作品競賽中獲得科技作品制作類特等獎；
作品所處階段
- 實驗室試驗階段
技術轉讓方式
- 有償轉讓，合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物 圖紙 錄像 相片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品在較淺水域采用遙控配合無線實時傳輸攝像的方式探測, 通過可加載的機械手模塊完成水下作業(yè)。在較深水域則采用自主航行配合自動存儲的方式采集視頻數(shù)據(jù)。在添加附加功能模塊后還可完成其他需要的功能。 技術特點及優(yōu)勢： 本作品采用了模塊化的設計，將微型水下智能無纜運動平臺與無線攝像模塊和水下機械手作業(yè)模塊進行了結合，具有體積小、操縱方便、機動性高、可擴展、成本低廉等優(yōu)勢。 本作品主要應用在小水域、淺水域環(huán)境下的作業(yè)。 市場分析和經(jīng)濟效益預測： 水庫每隔一段時間就要進行一次充放水來進行水庫的裂痕檢測，如果放水后未發(fā)現(xiàn)水庫有裂痕，這樣就給水庫造成了不必要的損失，提高了維修成本。如果定時使用本作品對水庫進行監(jiān)測，并在發(fā)現(xiàn)有安全隱患時對水庫進行修補，消除了水庫維護的盲目性，降低了水庫的維修成本。另外，本作品還可應用在船舶殼體檢測、水產養(yǎng)殖網(wǎng)箱檢測、大型管道檢測以及水體環(huán)境監(jiān)測等許多方。 由上述調查分析，本作品可以使用單位以低廉的成本完成較為豐富的水下作業(yè)任務，因而可獲得良好的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 可進行水下探測和作業(yè)的航行器制造技術已有了長足的發(fā)展，并形成了成熟的技術體系。下面對國內外具有代表性的水下航行器產品做以介紹，并對各自技術原理和產品特點進行簡要分析。 1．瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”ROV，高度機動性和先進的計算機導航和控制系統(tǒng)是其主要的優(yōu)點，目前它已被瑞典、丹麥及澳大利亞海軍選用。雙鷹載重80公斤，速度5節(jié)，可在500米深處作業(yè)。它裝有360度全姿態(tài)控制系統(tǒng)，使ROV可在6個自由度上運動，穩(wěn)定性很好，是現(xiàn)代先進ROV設計及制造技術的典型代表。 2．冰島Hafmynd公司生產的自動微型水下探測器系列產品，其技術處于世界領先地位。該產品形狀類似魚雷，直徑30厘米，體長150厘米，由頭部倉、電池倉、控制倉和推進器四部分組成，并且還可根據(jù)使用者需要增添多功能倉。該自動微型水下探測器既可用于軍事應用也可用于民用，該套系統(tǒng)功能完善，并可完成一系列較為復雜的水下作業(yè)任務，同時造價也非常昂貴。 3．中國科學院沈陽自動化所研制的水下滑翔機，是一種無動力推進的固定翼水下探測航行器，其長為1.5米,翼展為1米,作業(yè)深度為50米，最大航行距離為10公里。其功能較為完善，作業(yè)能力比較強。 4．智能化的水下攝像機是一種新型的水下探測儀器，其主要應用于水產養(yǎng)殖、水下勘測等，應用深度在水下20米左右，其操作采用了有纜控制，在工作過程中，還要配合有船與之同行，這在一定程度上就限定了其機動性及工作的范圍。 5．Stringray水下機器人是由美國Benthos公司研制，可根據(jù)客戶的不同需求進行各種改進。該產品具有開放式架構，可以根據(jù)各種任務需要進行配置。Stingray ROV還擁有兩個內置滑道，可以方便的安裝和拆卸額外的浮塊、工具、攝像頭、照明燈、傳感器及其他工作所需的的設備。Stingray ROV標配有3個可選連接器和一個額外攝像頭連接器。這些標準連接器使以后的升級工作變得更加簡單易行。 從上述技術分析可以看出，現(xiàn)有的大量水下檢測和作業(yè)設備多應用于海洋、湖泊環(huán)境下，這些產品能夠進行大航深、遠航程的作業(yè)，而且裝備有非常專業(yè)化的設備。然而可應用于小水域的低成本、微型化的水下作業(yè)設備卻存在技術空缺。
