一种可变体防缠绊水下ROV

本发明涉及水下机器人，具体涉及一种具有主动防缠绕和模块化对接功能的水下遥控航行器（rov）。

背景技术：

1、当前水下遥控航行器（rov）已成为水库大坝检测、河道勘查等作业中不可或缺的工具。随着技术发展，rov的作业能力日益增强，已从单纯的观测扩展到需携带机械臂、清洗刷、采样器等工具执行复杂任务。这些任务要求rov能够近距离贴近坝体、管道、桥墩等结构物，并在复杂的人工与自然环境中稳定、精细地操作。然而，这种近距离、接触式的作业模式也使其面临前所未有的缠绕风险。

2、在上述作业作业环境中，尤其是多水草的水库与河道，布满了丝状、带状的水生植物和废弃渔网。传统rov的推进器、传感器、线缆及机械臂关节处存在大量外露的旋转部件和凹凸结构，极易被水草缠绕。一旦缠绕发生，轻则导致rov机动性下降、任务中断，重则可能拽断通讯线缆、烧毁推进器电机，甚至造成设备丢失。现有rov多侧重于水动力性能与任务载荷，其固有的结构形态在面对缠绊风险时显得极为被动，严重制约了其在茂密水生植被环境下的可靠性与作业效能。

技术实现思路

1、本发明提供了一种可变体防缠绊水下rov，以解决现有rov在复杂水草环境中易缠绕、机动性不足及任务单一的技术问题。

2、本发明集主动规避、被动防护、机械解脱与平台化扩展于一体，显著提升了rov在复杂缠绕环境下的作业能力、安全性与任务续航。

3、本发明的rov主要包括：一混合推进系统，由多个空间矢量可调的变桨距推进器和多个泵推推进器构成，兼具高超机动性与防缠绊性能；一可变体防缠绊外壳系统，通过变胞机械结构与推进器联动，始终保持光滑流线外形以被动防缠，并集成可伸缩刀刃，能在被困时主动扩大体积并切割缠绕物实现解脱；一模块化对接接口，设于rov底部，集成磁感应耦合无线电能传输单元，可实现与各类作业工具或行进底盘的水下快速对接、供电及数据通讯。

4、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

5、一、一种可变体防缠绊水下rov航行器：

6、rov包括水下rov本体和可变体防缠绊外壳，可变体防缠绊外壳，包覆于水下rov本体外部，被构造为能够主动改变其整体尺寸；并且设置有对接模块；

7、所述水下rov本体包括主体控制舱和推进系统，主体控制舱位于中部，推进系统位于主体控制舱的周部，所述推进系统可变形运动进而带动可变体防缠绊外壳主动改变整体形状和尺寸。

8、所述推进系统，包括伸缩变距机构、四个旋流推进器和两个固定泵推推进器，两个固定泵推推进器固定在所述主体控制舱的两侧；四个旋流推进器布置在所述主体控制舱的四角，并通过各自的伸缩变距机构与所述主体控制舱连接，所述伸缩变距机构被配置为能够改变自身的长度，进而调整所述旋流推进器相对于主体控制舱形心的空间位置。

9、所述可变体防缠绊外壳的形变与所述伸缩变距机构的位置调整机械联动或受控联动，使得可变体防缠绊外壳的外壳尺寸能随桨距变化，始终将水下rov本体、伸缩变距机构和所述切割结构内部复杂结构包裹在内。

10、所述可变体防缠绊外壳设置为外壳变孢结构，外壳变孢结构包括柔性的波纹管类折展结构、中间壳体、端壳体的三个部分，中间壳体的两端分别经各自的一个波纹管类折展结构和两端的端壳体可伸缩地连接，中间壳体和端壳体均采用硬质壳体，所述波纹管类折展结构采用柔性材料制成；水下rov本体装在中间壳体中，中间壳体上上侧开设有用于可伸缩刀刃伸出的竖直的切割道，每个端壳体的外周侧部开设有用于可伸缩刀刃伸出的水平的切割道，每个端壳体沿上下方向开设有用于配合推进系统的推进器流道。

11、所述伸缩变距机构内部设置有可伸缩驱动源和可伸缩管结构，可伸缩管结构的根部通过一个倾斜凸起块和水下rov本体连接，使得可伸缩管结构以非平行地安装和伸缩，可伸缩管结构的端部安装旋流推进器，旋流推进器可活动地嵌装在推进器流道中；推进器流道设置为腰型槽，腰型槽长度方向沿平行于水下rov本体侧面前后方向的设置，使得所述伸缩变距机构的可伸缩管结构在可伸缩驱动源作用下带动旋流推进器在推进器流道中移动位置。

12、所述推进器流道包括设置在可变体防缠绊外壳中部的水平贯通流道，以及设置在可变体防缠绊外壳四角的竖直贯通流道，每个竖直贯通流道用于卡装装载容纳一个旋流推进器，水平贯通流道用于卡装装载容纳两个固定泵推推进器。

13、所述可变体防缠绊外壳内设置有和水下rov本体和切割道配合的、随所述伸缩变距机构联动而伸缩运动的切割结构，切割结构包括开设在可变体防缠绊外壳上的可伸缩刀刃和至少两组连杆绳组件；可伸缩刀刃水平可移动地设置在切割道中，多组连杆绳组件分别连接在可伸缩刀刃和水下rov本体之间；每组连杆绳组件包括联动绳和连杆，联动绳一端固定系在水下rov本体上，另一端连接连杆的一端，连杆的中部铰接于所述可变体防缠绊外壳的端壳体内壁，连杆另一端和可伸缩刀刃的内端铰接，可伸缩刀刃的外端在推进系统的伸缩变距机构驱动下受连杆绳组件联动带动伸出或缩进切割道中移动。

14、所述水下rov本体的底部设置有模块化的对接接口，用于与携带配合对接接口接口的作业工具或行进底盘实现物理对接；所述对接接口包含对接模块rov端和对接模块被对接端，对接模块rov端和对接模块被对接端分别作为公头和母头，分别固定在水下rov本体上和外部被对接设备上，对接模块rov端和对接模块被对接端上均设置有用于相互对接的对接引导结构，对接模块被对接端上设置有可旋转的机械锁定机构，机械锁定机构旋转到一侧后将对接模块rov端卡装到对接模块被对接端上；所述对接接口内部集成有基于磁感应耦合式无线电能传输技术实现的电力传输和通讯接口，电力传输和通讯接口包括用于在对接后为rov和/或对接设备进行电力传输的供电接口，以及用于在对接后实现rov与对接设备之间的数据通讯的数据通讯接口。

15、二、一种水下作业系统：包括可变体防缠绊水下rov；以及，一个具有与所述可变体防缠绊水下rov的底部对接接口相匹配的作业工具或行进底盘。

16、三、一种可变体防缠绊水下rov的防缠绊方法，所述方法包括步骤：

17、监测可变体防缠绊水下rov的状态信息以判断是否发生缠绕；

18、当确认发生缠绕时，通过推进系统的伸缩变距机构伸长，从而控制所述可变体防缠绊外壳和波纹管类折展结构膨胀，并同时经内部的绳驱连杆机构联动控制水平的可伸缩刀刃伸出水平的切割道，利用伸出的可伸缩刀刃切割缠绕物；

19、随后，通过推进系统的伸缩变距机构缩回，从而控制所述可变体防缠绊外壳和波纹管类折展结构收缩，并同时经内部的绳驱连杆机构联动控制水平的可伸缩刀刃缩回水平的切割道，使可变体防缠绊水下rov从被切割产生的空隙中逃脱；

20、由此使得可变体防缠绊外壳实现可变体防缠绊。

21、由此，本发明中，所述推进系统由四个空间矢量可调的变桨距推进器与两个泵喷推进器构成，兼具超高机动性与固有防缠性。所述可变体防缠绊外壳通过变胞机械结构与推进器联动，能随桨距变化改变外形，始终保持光滑流线型包络以被动防缠；外壳上还集成有可伸缩刀刃，遇缠绕时可主动切割以创造逃生空间。此外，rov底部设有模块化对接接口，集成磁感应耦合无线电能传输与通讯单元，可实现与各类作业工具或行进底盘的水下快速对接、持续供电与数据交互。

22、本发明的有益效果是：

23、1. 构建了多层次、主被动结合的立体防缠绊体系，极大提升了复杂环境下的生存能力。

24、本发明通过“结构规避-行为规避-主动解脱”的三重防线，彻底改变了传统rov被动应对缠绕的局面。首先，可变体外壳提供了基础且持续的被动防护，始终保持光滑外形。其次，矢量推进系统赋予了rov极高的机动性，能主动规避高风险区域。最后，当缠绕不可避免时，外壳膨胀与刀刃切割的组合提供了强力的机械解脱手段，泵推推进器保证了缠绕状态下的脱困推力。这种防缠绊设计确保了rov从“避免被缠”到“缠后能脱”的全流程安全。

25、2. 实现了机动性与推进效率在不同场景下的最优平衡。

26、四个可变桨距推进器提供了无与伦比的全向机动性，特别适合在狭窄、复杂的结构内进行精细作业。而两个泵喷推进器则在需要直线航行或穿越茂密植被时，提供了更高效、更防缠的主推进力。两种推进方式优势互补，拓展了rov安全作业场景。

27、3. 突破了传统rov的任务边界，实现了平台化与可持续作业。

28、底部的模块化磁耦合对接接口使得rov从一个功能固定的设备，转变为一个可移动、可充电、可换装的水下作业平台。通过与不同工具或行进底盘的对接，实现了“一机多用”，极大提升了设备利用率和经济性。同时，非接触式无线供电不仅解决了水下触点腐蚀、短路的难题，更使得长时间、不间断的水下作业成为可能，为自主化作业奠定了坚实基础。