基本信息
- 项目名称：
- 多功能微型智能水下航行器
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本产品面向民用领域设计一种主要应用于水库大坝坝体安全检查河流水体污染监测，水产养殖网箱的安全监测及维护，船舶入港后船体水下部分安全检查，大型输水管道安全检查的微型水下航行器。该作品具有体积小、操纵方便、机动性高、可扩展、制作成本低廉的优点。
- 详细介绍：
- 多功能微型智能水下航行器采用模块化设计方法，将微型水下智能无缆运动平台与其他水下作业功能模块进行结合，并加入多项创新性的技术，使作品具有体积小、操纵方便、机动性高、可扩展、使用成本低廉等优点，在实际应用中可完成多种水下作业任务。 本作品主要包括微型水下智能无缆运动平台、无线摄像模块和水下机械手作业模块三大模块。其中微型水下智能无缆运动平台还包括了电源模块、控制模块、动力推进模块、转向模块、潜浮模块和保护模块等六个模块。通过多次试验证明该产品各模块均能安全可靠工作，多功能微型智能水下航行器已达到各项设计指标。 多功能微型智能水下航行器定位于浅水域、小水域的水下作业，分析市场需求和大量现有技术发现，本产品应用于水利设施坝体检查、试产养殖网箱维护、船体检查维护、大型输水管道安全检查等领域具有良好的市场前景。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品发明目的和基本思路 针对传统水下作业设备在小水域、浅水域环境下作业的不足，提出了一种将微型水下智能无缆运动平台与其他功能模块相结合的多功能水下航行器。本作品以微型水下智能无缆运动平台为基础,采用模块化设计，集成了无线摄像和水下机械手作业模块，并预留出水下信息监测等附加功能模块。 创新点 （1）整体采用模块化设计思想，将微型水下智能无缆运动平台与其他功能模块相结合；（2）采用遥控与自主航行相结合的控制方式，并加入横滚监测系统、漏水报警系统及应急上浮系统以保证工作的安全性；（3）摄像模块采用无线实时传输与自动存储相结合保证水下摄像的可靠性。 技术关键 （1）运动平台的高机动性技术。利用CFD软件辅助计算出相应的流体动力参数，以此为基础设计垂直舵和水平舵，并选用合适的动力推进装置以及泵喷转向装置；（2）运动平台的微型化技术。采用多种微型集成控制电路以节省运动平台的内部空间；（3）运动平台的可扩展技术。本航行器采用模块化设计可搭载多种功能模块以实现航行器的多用途、多功能开发；（4）运动平台的安全防护技术。设计安装有横滚监测系统、漏水报警系统及应急上浮系统，用以保障航行器工作时的安全性。 主要技术指标： 作品采用回转体外形，全长650mm，航速0—3m/s连续可调，最大航深30m，巡航时间超过60分钟，回转半径不大于1m。在水下可实现上浮、下潜、左右转向及前进倒退的基本功能并配合所添加的功能模块完成水下作业。
科学性、先进性
- 科学性： 基于长期以来水下航行器技术在航行器外形设计、结构设计和控制系统设计方面的技术积累，以及CFD软件应用于水下航行器外形优化设计方面的成熟经验，完成本作品的外形、流体动力布局和控制系统设计等方面的工作；应用模块化设计的先进理念，并依据系统工程的思想，综合机构的稳定性和机动性及可靠性和可控性等方面因素对各模块进行协调处理；应用多种数字传输技术和控制模式实现水下无缆运动平台与无线摄像、机械手作业等模块相结合，视频实时数据传输和自动存储功能相结合以及遥控航行与自主航行相结合的功能。 先进性： 与传统技术相比较而言，本作品具有操作方便、运动灵活的优点；与现有的水下航行器技术相比，本作品具有小尺寸、低成本的优势；本作品以微型水下智能无缆运动平台为载体加装了多种功能模块，使作品具备执行多种任务的能力。
获奖情况及鉴定结果
- 在2009年6月长安大学举行的第七届西安高新“挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛中获得科技作品制作类特等奖；
作品所处阶段
- 实验室试验阶段
技术转让方式
- 有偿转让，合作开发
作品可展示的形式
- 实物 图纸 录像 相片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品在较浅水域采用遥控配合无线实时传输摄像的方式探测, 通过可加载的机械手模块完成水下作业。在较深水域则采用自主航行配合自动存储的方式采集视频数据。在添加附加功能模块后还可完成其他需要的功能。 技术特点及优势： 本作品采用了模块化的设计，将微型水下智能无缆运动平台与无线摄像模块和水下机械手作业模块进行了结合，具有体积小、操纵方便、机动性高、可扩展、成本低廉等优势。 本作品主要应用在小水域、浅水域环境下的作业。 市场分析和经济效益预测： 水库每隔一段时间就要进行一次充放水来进行水库的裂痕检测，如果放水后未发现水库有裂痕，这样就给水库造成了不必要的损失，提高了维修成本。如果定时使用本作品对水库进行监测，并在发现有安全隐患时对水库进行修补，消除了水库维护的盲目性，降低了水库的维修成本。另外，本作品还可应用在船舶壳体检测、水产养殖网箱检测、大型管道检测以及水体环境监测等许多方。 由上述调查分析，本作品可以使用单位以低廉的成本完成较为丰富的水下作业任务，因而可获得良好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 可进行水下探测和作业的航行器制造技术已有了长足的发展，并形成了成熟的技术体系。下面对国内外具有代表性的水下航行器产品做以介绍，并对各自技术原理和产品特点进行简要分析。 1．瑞典博福斯公司研制的“双鹰”ROV，高度机动性和先进的计算机导航和控制系统是其主要的优点，目前它已被瑞典、丹麦及澳大利亚海军选用。双鹰载重80公斤，速度5节，可在500米深处作业。它装有360度全姿态控制系统，使ROV可在6个自由度上运动，稳定性很好，是现代先进ROV设计及制造技术的典型代表。 2．冰岛Hafmynd公司生产的自动微型水下探测器系列产品，其技术处于世界领先地位。该产品形状类似鱼雷，直径30厘米，体长150厘米，由头部仓、电池仓、控制仓和推进器四部分组成，并且还可根据使用者需要增添多功能仓。该自动微型水下探测器既可用于军事应用也可用于民用，该套系统功能完善，并可完成一系列较为复杂的水下作业任务，同时造价也非常昂贵。 3．中国科学院沈阳自动化所研制的水下滑翔机，是一种无动力推进的固定翼水下探测航行器，其长为1.5米,翼展为1米,作业深度为50米，最大航行距离为10公里。其功能较为完善，作业能力比较强。 4．智能化的水下摄像机是一种新型的水下探测仪器，其主要应用于水产养殖、水下勘测等，应用深度在水下20米左右，其操作采用了有缆控制，在工作过程中，还要配合有船与之同行，这在一定程度上就限定了其机动性及工作的范围。 5．Stringray水下机器人是由美国Benthos公司研制，可根据客户的不同需求进行各种改进。该产品具有开放式架构，可以根据各种任务需要进行配置。Stingray ROV还拥有两个内置滑道，可以方便的安装和拆卸额外的浮块、工具、摄像头、照明灯、传感器及其他工作所需的的设备。Stingray ROV标配有3个可选连接器和一个额外摄像头连接器。这些标准连接器使以后的升级工作变得更加简单易行。 从上述技术分析可以看出，现有的大量水下检测和作业设备多应用于海洋、湖泊环境下，这些产品能够进行大航深、远航程的作业，而且装备有非常专业化的设备。然而可应用于小水域的低成本、微型化的水下作业设备却存在技术空缺。
