TEKNOFEST竞赛专用水下机器人框架结构

这款水下机器人的主体承载框架采用工业铝型材作为核心结构基材，从截面构型可以看出，型材采用了多腔室镂空设计，四个方向均预留了标准槽道结构，能够兼容常规工业铝型材的配套紧固件，不需要额外定制异形连接块即可完成多方向的型材拼接，大幅降低框架组装的加工成本与装配难度。框架作为水下机器人的核心承载基体，需要承担电子舱、推进器、电池组、观测摄像头、机械手作业模块等所有机载部件的安装固定功能，同时还要承受水下航行时的水流冲击、近岸作业时的碰撞剐蹭，以及设备布放回收过程中的吊装载荷，因此在结构设计阶段，优先通过型材截面的构型优化来提升单位重量下的结构刚度，避免为了追求强度盲目增加型材壁厚导致整机重量超标，影响水下航行的浮力配平效率。

从实际水下作业场景来看，这类小型ROV多用于近岸浅水域的水下结构巡检、水产养殖网箱破损排查、小型水下目标搜寻、水下管线外观检测等场景，作业深度通常在数十米范围内，框架的整体尺寸边界需要适配常规的人工布放需求，单块型材的长度控制在单人可搬运的范围内，整机框架组装完成后的外轮廓尺寸能够适配小型作业船的甲板布放空间，不需要额外配备大型吊装设备即可完成下水与回收操作。型材表面的阳极氧化层能够抵御淡水环境下的腐蚀，若用于海水作业场景，可在型材表面额外增加防腐涂层，配合牺牲阳极块即可满足短期海水作业的防腐需求，不需要更换整体框架材质。

在结构设计思路上，框架采用对称式布局逻辑，型材的拼接节点位置经过受力优化，将推进器的安装座、电子舱的固定抱箍、电池舱的安装位都布置在型材的节点附近，让机载设备的载荷能够直接通过型材的轴向传递，避免在型材的跨中位置布置大重量部件导致型材出现弯曲变形。框架的四个边角位置预留了防撞条的安装槽位，可配套安装尼龙或者橡胶材质的防撞护角，在靠近水下结构物作业时，能够缓冲碰撞冲击力，避免刚性碰撞导致框架变形或者机载电子设备受冲击损坏。框架的上下层预留了标准化的安装孔位，可根据不同的作业任务快速更换搭载模块，比如在执行观测任务时可加装高清摄像头与补光灯模块，执行小型水下抓取任务时可加装两自由度或者三自由度的小型机械手，执行水下检测任务时可加装声呐、水质检测传感器等模块，不需要对主体框架进行二次加工即可完成功能拓展。

从安装边界来看，型材槽道的尺寸兼容标准的T型螺栓与滑块螺母，所有机载部件的安装支架都可以通过槽道内的紧固件进行位置调整，在整机配平阶段，可以灵活调整电池舱、电子舱的前后左右位置，让整机的重心与浮心尽可能重合，提升水下航行的姿态稳定性，减少推进器的姿态修正功耗，延长单次下水的作业时长。框架的镂空结构能够让水流顺利穿过，减少航行时的水阻，同时镂空区域也方便线缆的布置与固定，所有机载设备的供电线缆、信号线缆都可以沿着型材的槽道进行布设，通过线卡固定在槽道内部，避免线缆裸露在外被水流冲击晃动或者被水下杂物勾挂，提升整机运行的可靠性。型材的连接位置采用角件配合螺栓锁紧的方式，连接强度可靠，同时具备良好的拆装性，在运输过程中可以将框架拆解为单根型材，大幅缩小运输体积，到达作业现场后不需要专用工具即可快速完成组装，适配外场作业的快速部署需求。