太陽能水下滑翔測量平臺的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種太陽能水下滑翔測量平臺，包括殼體，舵機(jī)裝置、GPS模塊和銥星通信模塊、姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置、太陽能供電裝置和浮力調(diào)節(jié)裝置，姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置包括線性模組和模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)，滾珠絲桿螺母與滾珠絲桿旋合，蓄電池上端與滾珠絲桿螺母下側(cè)固定連接；浮力調(diào)節(jié)裝置包括一對外皮囊、內(nèi)皮囊、伺服電機(jī)和雙向齒輪泵。本實(shí)用新型雖然沒有推進(jìn)器，也可以在水下自主航行進(jìn)行作業(yè)。在岸上可定時(shí)獲得海洋觀測數(shù)據(jù)，不需要人為干預(yù)。實(shí)現(xiàn)海洋垂直面參數(shù)的監(jiān)測，基本上不會(huì)受到海面惡劣環(huán)境的影響，保證了平臺的穩(wěn)定和安全，節(jié)省了人力成本，母船燃料費(fèi)等大量使用成本。
【專利說明】
太陽能水下滑翔測量平臺
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水下測量平臺，特別涉及一種用于海洋水體有關(guān)參數(shù)監(jiān)測以及海洋氣象觀測的水下測量平臺，屬于船舶與海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水下機(jī)器人作為一種重要的海洋作業(yè)和觀測平臺，已經(jīng)在海洋科學(xué)研究、海洋資源開發(fā)、海洋大氣物理和海洋生態(tài)等方面得到廣泛應(yīng)用。由于水下機(jī)器人自身體積的制約，決定其所帶的能源有限，其續(xù)航能力也受到限制。目前，一方面水下機(jī)器人的能源利用率正在得到提高，另一方面，太陽能，溫差能，波浪能等新能源正在研究開發(fā)之中，并在水下機(jī)器人領(lǐng)域中得到一定的應(yīng)用。此外，現(xiàn)有的利用浮力驅(qū)動(dòng)的水下滑翔機(jī)續(xù)航力可以達(dá)到數(shù)千公里，可以用作優(yōu)秀的海洋測量平臺。然而，水下滑翔機(jī)消耗的電能仍然是由其攜帶的電池供給，限制了該水下滑翔機(jī)續(xù)航力進(jìn)一步擴(kuò)展。另外，現(xiàn)有的水下滑翔機(jī)一般采用圓筒殼體和翼板相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方式，水動(dòng)力性能較差，滑翔阻力較大，也不利于太陽能電池-板的安裝和利用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種綠色環(huán)保、續(xù)航力大，操作簡單，水動(dòng)力性能較好且安全可靠，成本低的太陽能水下滑翔測量平臺海洋測量平臺及潛浮滑翔方法。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種太陽能水下滑翔測量平臺，包括扁紡錘形殼體，設(shè)置在扁紡錘形殼體一端外的舵機(jī)裝置以及GPS模塊和銥星通信模塊，設(shè)置在扁紡錘形殼體中部內(nèi)的姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置，設(shè)置在扁紡錘形殼體內(nèi)部和外側(cè)的太陽能供電裝置以及設(shè)置在扁紡錘形殼體內(nèi)的浮力調(diào)節(jié)裝置;所述扁紡錘形殼體由上殼體和下殼體固定連接而成，舵機(jī)裝置固定在扁紡錘形殼體的尾部外，GPS模塊和銥星通信模塊與舵機(jī)裝置固定連接;所述太陽能供電裝置包括數(shù)塊太陽能電池板和蓄電池，數(shù)塊太陽能電池板固定在上殼體的凹槽中，蓄電池設(shè)置在下殼體中部內(nèi)，太陽能電池板與蓄電池電連接。
[0006]本實(shí)用新型的目的還可以通過以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0007]進(jìn)一步的，所述姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置包括線性模組和模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述線性模組包括滾珠絲桿螺母副，滾珠絲桿兩端分別通過軸承支撐在下殼體中部上，軸承通過模組壓片固定在下殼體中；模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸與滾珠絲桿一端端頭固定連接，滾珠絲桿螺母與滾珠絲桿旋合，蓄電池上端與滾珠絲桿螺母下側(cè)固定連接。進(jìn)一步的，所述浮力調(diào)節(jié)裝置包括一對外皮囊、內(nèi)皮囊、伺服電機(jī)和雙向齒輪栗，一對外皮囊分別設(shè)置在扁紡錘形殼體中部兩偵抄卜，內(nèi)皮囊設(shè)置在扁紡錘形殼體頭部內(nèi)，伺服電機(jī)與雙向齒輪栗相連，雙向齒輪栗通過電磁閥、油路分配器和相應(yīng)的油管分別與內(nèi)皮囊及一對外皮囊相連。
[0008]進(jìn)一步的，所述扁紡錘形殼體上下側(cè)面均為弧形面，扁紡錘形殼體縱剖面的圓弧半徑R和扁紡錘形殼體長度L之比R/L2 0.5。
[0009]進(jìn)一步的，所述內(nèi)皮囊形狀為梯形體，所述梯形體形狀與扁紡錘形殼體頭部的形狀匹配。
[0010]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0011]本實(shí)用新型采用上下側(cè)面均為弧形面的扁紡錘形殼體結(jié)構(gòu)，有效地減小了滑翔阻力，改善了水動(dòng)力性能。本實(shí)用新型上浮到水面上時(shí)，固定在上殼體的凹槽中的數(shù)塊太陽能電池板源源不斷地對蓄電池充電，能源獲取方式與傳統(tǒng)水下機(jī)器人相比發(fā)生了根本變化，其續(xù)航力也是傳統(tǒng)水下機(jī)器人無法比擬的。本實(shí)用新型的浮力調(diào)節(jié)裝置采用一對外皮囊與內(nèi)皮囊之間的油液流動(dòng)，使得本實(shí)用新型的體積發(fā)生變化，從而改變浮力實(shí)現(xiàn)其下潛或上浮。本實(shí)用新型姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置采用滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾珠絲桿螺母移動(dòng)，帶動(dòng)作為配重的蓄電池移動(dòng)，從而改變本實(shí)用新型的重心位置，雖然沒有推進(jìn)器，也可以在水下自主航行進(jìn)行作業(yè)。在岸上可定時(shí)獲得海洋觀測數(shù)據(jù)，不需要人為干預(yù)。實(shí)現(xiàn)海洋垂直面參數(shù)的監(jiān)測，基本上不會(huì)受到海面惡劣環(huán)境的影響，保證了平臺的穩(wěn)定和安全，節(jié)省了人力成本，母船燃料費(fèi)等大量成本。
[0012]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說明進(jìn)行圖示和解釋，這些實(shí)施例，是參照附圖僅作為例子給出的。
[0013]【附圖說明】:
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖2為圖1的俯視圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型拆去上殼體的俯視圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型上浮狀態(tài)圖；
[0018]圖5為本實(shí)用新型下潛狀態(tài)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1?圖5所示，本實(shí)用新型包括扁紡錘形殼體I，設(shè)置在扁紡錘形殼體I右端外的舵機(jī)裝置2以及GPS模塊和銥星通信模塊3，設(shè)置在扁紡錘形殼體I中部內(nèi)的姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置4，設(shè)置在扁紡錘形殼體I內(nèi)部和外側(cè)的太陽能供電裝置5以及設(shè)置在扁紡錘形殼體I內(nèi)的浮力調(diào)節(jié)裝置6。扁紡錘形殼體I由上殼體11和下殼體12固定連接而成，扁紡錘形殼體I上下側(cè)面均為弧形面，扁紡錘形殼體I縱剖面的圓弧半徑R和扁紡錘形殼體I長度L之比R/L 20.5，可以改善本實(shí)用新型的水動(dòng)力性能。舵機(jī)裝置2固定在扁紡錘形殼體的尾部外，舵機(jī)裝置2內(nèi)有舵機(jī)控制器和舵機(jī)電機(jī)，外部裝有舵葉21APS模塊和銥星通信模塊3在該平臺最末端，通過螺釘與舵機(jī)裝置2固定連接。
[0021]如圖2和圖3所示，太陽能供電裝置5包括4塊太陽能電池板51和蓄電池52，4塊太陽能電池板51固定在上殼體11的凹槽中，蓄電池2設(shè)置在下殼體12中部內(nèi)，太陽能電池板51與蓄電池52電連接。
[0022]如圖1和圖3所示，姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置4包括線性模組41和模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)42，線性模組41包括滾珠絲桿螺母副，滾珠絲桿411兩端分別通過軸承412支撐在下殼體12中部上，軸承412通過模組壓片414固定在下殼體12中。模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)42的電機(jī)軸與滾珠絲桿411左端端頭固定連接，滾珠絲桿螺母413與滾珠絲桿411旋合，蓄電池52上端與滾珠絲桿螺母413下側(cè)固定連接。浮力調(diào)節(jié)裝置6包括一對外皮囊61、內(nèi)皮囊62、伺服電機(jī)63和雙向齒輪栗64，一對外皮囊61分別設(shè)置在扁紡錘形殼體I中部兩側(cè)外，內(nèi)皮囊62形狀為梯形體，梯形體形狀與扁紡錘形殼體I頭部的形狀匹配。內(nèi)皮囊11設(shè)置在扁紡錘形殼體I頭部內(nèi)，伺服電機(jī)63與雙向齒輪栗64相連，雙向齒輪栗64通過電磁閥65、油路分配器66和相應(yīng)的油管67分別與內(nèi)皮囊62及一對外皮囊61相連。
[0023]太陽能水下滑翔測量平臺的潛浮包括上浮和下潛兩種狀態(tài):
[0024]I)太陽能水下滑翔測量平臺上浮過程如下:
[0025]1.1)銥星通信模塊3給太陽能水下滑翔測量平臺發(fā)送指令啟動(dòng)伺服電機(jī)63，伺服電機(jī)63驅(qū)動(dòng)雙向齒輪栗64旋轉(zhuǎn)，電磁閥65接通相關(guān)管路，內(nèi)皮囊62的內(nèi)的油液通過雙向齒輪栗64、電磁閥65分別進(jìn)入一對外皮囊61內(nèi)。
[0026]1.2)外皮囊61體積增大，因而太陽能水下滑翔測量平臺浮力增大，其上浮水線下浮力等于太陽能水下滑翔測量平臺的重力時(shí)，太陽能水下滑翔測量平臺上浮出水面。
[0027]1.3)啟動(dòng)姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置4的模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)42，滾珠絲桿411旋轉(zhuǎn)，通過滾珠絲桿螺母413帶動(dòng)蓄電池52移動(dòng)至太陽能水下滑翔測量平臺的重心處，使太陽能水下滑翔測量平臺調(diào)整至接近水平狀態(tài)。
[0028]2)太陽能水下滑翔測量平臺下潛過程如下:
[0029]2.1)銥星通信模塊3給太陽能水下滑翔測量平臺發(fā)送指令啟動(dòng)伺服電機(jī)63旋轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)63和雙向齒輪栗64的轉(zhuǎn)向與步驟1.1)相反；
[0030]2.2)電磁閥65接通相關(guān)管路，一對外皮囊61內(nèi)的油液通過雙向齒輪栗64、電磁閥65進(jìn)入內(nèi)皮囊62內(nèi)，外皮囊61體積縮小，太陽能水下滑翔測量平臺的浮力變小，直至其浮力小于其重力時(shí)，太陽能水下滑翔測量平臺下潛至水中。
[0031 ] 太陽能水下滑翔測量平臺的滑翔包括上浮滑翔和以下兩種狀態(tài):
[0032]I)上浮滑翔過程如下:
[0033]1.1)啟動(dòng)姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置4的模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)42，滾珠絲桿411隨之旋轉(zhuǎn)，通過滾珠絲桿螺母413帶動(dòng)蓄電池52向扁紡錘形殼體I的尾部方向移動(dòng)，使太陽能水下滑翔測量平臺的重心向扁紡錘形殼體I的尾部方向后移；
[0034]1.2)太陽能水下滑翔測量平臺在水中頭部向上，尾部向下；太陽能水下滑翔測量平臺下沉的速度與其本身形成一個(gè)攻角，如圖4所示，水流如箭頭所指方向，從太陽能水下滑翔測量下部斜向上沖擊太陽能水下滑翔測量平臺的下部，太陽能水下滑翔測量平臺受到水對其升力和阻力作用，二者共同作用形成一個(gè)向前上方滑翔的驅(qū)動(dòng)力；
[0035]2)下潛滑翔過程如下:
[0036]2.1)啟動(dòng)姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置4的模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)42，滾珠絲桿411隨之旋轉(zhuǎn)，模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)42和滾珠絲桿411的轉(zhuǎn)向與步驟1.1)相反，通過滾珠絲桿螺母413帶動(dòng)蓄電池52向扁紡錘形殼體的頭部方向移動(dòng)，使太陽能水下滑翔測量平臺的重心向扁紡錘形殼體I的頭部方向前移；
[0037]2.2)太陽能水下滑翔測量平臺在水中頭部向下，尾部向上；太陽能水下滑翔測量平臺下沉的速度與其本身形成一個(gè)攻角，如圖5所示，水流如箭頭所指方向，從太陽能水下滑翔測量平臺上部斜向下沖擊太陽能水下滑翔測量平臺的下部，太陽能水下滑翔測量平臺受到水對其升力和阻力作用，二者共同作用形成一個(gè)向前下方滑翔的驅(qū)動(dòng)力。
[0038]本實(shí)用新型的上浮和上浮滑翔、下潛和下潛滑翔均可連續(xù)進(jìn)行。
[0039]除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種太陽能水下滑翔測量平臺，其特征是，包括扁紡錘形殼體，設(shè)置在扁紡錘形殼體一端外的舵機(jī)裝置以及GPS模塊和銥星通信模塊，設(shè)置在扁紡錘形殼體中部內(nèi)的姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置，設(shè)置在扁紡錘形殼體內(nèi)部和外側(cè)的太陽能供電裝置以及設(shè)置在扁紡錘形殼體內(nèi)的浮力調(diào)節(jié)裝置;所述扁紡錘形殼體由上殼體和下殼體固定連接而成，舵機(jī)裝置固定在扁紡錘形殼體的尾部外，GPS模塊和銥星通信模塊與舵機(jī)裝置固定連接;所述太陽能供電裝置包括數(shù)塊太陽能電池板和蓄電池，數(shù)塊太陽能電池板固定在上殼體的凹槽中，蓄電池設(shè)置在下殼體中部內(nèi)，太陽能電池板與蓄電池電連接。2.如權(quán)利要求1所述的太陽能水下滑翔測量平臺，其特征是，所述姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置包括線性模組和模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述線性模組包括滾珠絲桿螺母副，滾珠絲桿兩端分別通過軸承支撐在下殼體中部上，軸承通過模組壓片固定在下殼體中；模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸與滾珠絲桿一端端頭固定連接，滾珠絲桿螺母與滾珠絲桿旋合，蓄電池上端與滾珠絲桿螺母下側(cè)固定連接。3.如權(quán)利要求1所述的太陽能水下滑翔測量平臺，其特征是，所述浮力調(diào)節(jié)裝置包括一對外皮囊、內(nèi)皮囊、伺服電機(jī)和雙向齒輪栗，一對外皮囊分別設(shè)置在扁紡錘形殼體中部兩側(cè)夕卜，內(nèi)皮囊設(shè)置在扁紡錘形殼體頭部內(nèi)，伺服電機(jī)與雙向齒輪栗相連，雙向齒輪栗通過電磁閥、油路分配器和相應(yīng)的油管分別與內(nèi)皮囊及一對外皮囊相連。4.如權(quán)利要求1所述的太陽能水下滑翔測量平臺，其特征是，所述扁紡錘形殼體上下側(cè)面均為弧形面，扁紡錘形殼體縱剖面的圓弧半徑R和扁紡錘形殼體長度L之比R/L2 0.5。5.如權(quán)利要求3所述的太陽能水下滑翔測量平臺，其特征是，所述內(nèi)皮囊形狀為梯形體，所述梯形體形狀與扁紡錘形殼體頭部的形狀匹配。
【文檔編號】B63H21/17GK205499301SQ201620149418
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月29日
【發(fā)明人】田寶強(qiáng)
【申請人】江蘇科技大學(xué), 江蘇科技大學(xué)海洋裝備研究院