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龙源期刊网探析自主水下机器人机械结构设计及实现作者：陶珍来源：《丝路视野》2018年第23期【摘要】机器人技术的发展在当前智能技术领域发展的助力下已经取得了迅速和重要的突破，并且已经渗透到了生产生活和科学研究的各个领域，为社会的发展注入了新的动力。水下机器人作为机器人领域的一项重要研究内容，在水下探测和资源勘探等方面发挥着重要的作用，本文通过对自主水下机器人各个方面机械结构的介绍，对其机械结构设计方面的技术进行分析。【关键词】水下机器人；机械结构；设计与实现一、水下机器人的发展与应用水下机器人技术是机器人领域与水下侦查和水文探测等水下作业方面技术的结合所形成的一门新兴学科，对水下探测、资源勘探、海上导航、与目标侦查等民用和军用相应范围内各类水下任务的执行都有着十分重要的意义。水下机器人是在当前较为成熟的机器人技术在特定的水下作业环境中发展而来的技术，其技术理论涉及了机械设计、水下动力、流体力学和智能控制等多方面的相关技术。水下机器人由于工作环境的特殊性，在相关的外形设计和结构布局等方面也与常规的机器人有所区别，具体来说，水下机器人在结构设计方面有着以下几点主要的要求：阻力小，更有利于水下机器人的水下运动；结构和材料强度能够应对一定水深下的压强变化；结构布局、性能指标和制造工艺等更加符合水下作业环境等。二、水下机器人的机械结构设计与实现（一）水下机器人的设计要求当前，水下机器人的机械结构设计可以分为框架型结构、流线型结构以及混合型结构。其中框架型的结构设计是指在实现水下机器人大的基本功能框架的基础上，按照具体的实际需求和工作环境进行相关机械部件的增添，使机器人的整体结构布局更加容易进行调整，但是存在着体型笨重，水下阻力较大等缺点影响了该类型水下机器人的实际使用性能；流线型的结构设计是利用了仿生学的原理技术，将水下机器人的外形设计成类似鱼类的形状例如鱼雷形状和枋梭形状，来减小其在水下工作过程中的运动阻力，在一定程度上减小了运行能耗并延长了水下的工作时间，满足了更多水下任务的工作需求；混合型的结构设计是将框架型结构设计和流线型结构设计相结合形成的机械结构设计方案，综合了以上两种结构设计的特点和优势，使水下机器人既具备了一定的结构部件可调性，又拥有了水下作业时良好的机动性能和续航能力。（二）整体设计方案与流程龙源期刊网在对水下机器人的设计要求和主要的机械结构的形式进行了分析之后，综合水下机器人的具体工作环境和实际的设计实现难度，首先选取了流线型的结构实现作为主要的设计思路，在降低水下运行成本的同时为了实现水下机器人的主要功能，例如水下探测、传感以及相关数据的处理等，也要注意相关功能器件和模块的布局以及基本的防水性设计。因此，在确定了水下机器人基本的形状、结构和尺寸等方面的指标参数之后，对水下机器人实际工作环境进行考察以确定其防水性设计方案的工作也十分重要，一般的设计思路是首先保证机器人内部重要部件和模块的密闭性，在此基础上对机器人的其它结构进行灵活设计，在一定程度上可以降低实际的设计难度和后期的维护成本。具体的机械结构设计流程可以分为以下几个步骤：选用合适的计算机绘图软件进行设计，根据既定的形状、结构和尺寸要求进行机器人的轮廓绘制；并且根据实际情况和需求进行方案调整和剪裁加厚等优化设计；最后应考虑实际组装过程中机器人大量的内部器件之间的联系与布局，通过不断的模拟和试验得到更加精确和优化的设计结果，避免因为设计缺陷而对水下机器人的实际工作性能造成不利影响。（三）水下机器人的性能实现在对水下机器人的结构设计完成之后，就应该考虑水下机器人在实际工作中需要面对的问题和相应的解决方法。首先是机器人的推进即活动能力的实现，应该对机器人的内部结构和动力电机的放置位置进行合理分配，保证水下机器人能够在不同的工作环境中都有充足的动力支持，一般的方式是分别在机器人的顶部、尾部及两侧布置电机实现高效的驱动。另外，尽管采用了流线型的仿生减阻设计，水下机器人在行动过程中所遇到的阻力问题依然存在，为此，在后期的设计和改进中，如何实现更小的水阻仍是一个关键的问题，这对于水下机器人的工作性能和续航能力都具有重要的影响，目前较为主流和简便的方法是在机器人表面覆盖特殊涂层以减小机器人表面与水之间的摩擦系数从而减小阻力。最后，考虑到工作环境的复杂性和工作时间的不定性，水下机器人的耐腐蚀性也是在设计中需要解决的重要问题，这需要从选取具有耐腐蚀性表面材料和结构设计等多方面进行优化，基于水下机器人所面对的实际工作环境来全面提高水下机器人实际工作中的性能表现。三、结语水下机器人的出现对于相关水下作业和海洋探测领域来说具有重要的意义，而机械结构的设计与实现对于水下机器人的工作性能来说十分关键。把握好水下机器人机械结构设计的主要方面，对形状、结构、尺寸、材料和布局等进行科学合理的优化设计，同时注重解决实际工作过程中可能面临的各类问题，保证水下机器人应用功能的实现和工作性能的提升。参考文献[1]蒋磊，郝静如.超小型水下机器人本体的研究[J].机械设计与制造，2009（12）.龙源期刊网[2]王耀华，崔泽，华晓青.模块化微小型水下航行器的布局研究[J].机械与电子，2011（05）.