水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，包括：外形系統(tǒng)、內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)和所述控制系統(tǒng)設(shè)置在所述外形結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)；所述控制系統(tǒng)用于通信以及控制所述內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本發(fā)明的外形系統(tǒng)呈流線(xiàn)型且設(shè)有通信部，因此具有功耗低，自主性強(qiáng)，續(xù)航力大，維護(hù)費(fèi)用低，重復(fù)利用率高，對(duì)母船依賴(lài)性小，可實(shí)現(xiàn)編隊(duì)協(xié)同作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，充分滿(mǎn)足了海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)大范圍、長(zhǎng)時(shí)間、大尺度的要求；本發(fā)明的內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括俯仰調(diào)節(jié)部、翻滾調(diào)節(jié)部以及浮力調(diào)節(jié)部，使本發(fā)明具有兩種工作狀態(tài)：直線(xiàn)滑翔和螺旋滑翔，既可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)螺旋覆蓋式海洋監(jiān)測(cè)也可以實(shí)現(xiàn)垂直剖面鋸齒狀巡航監(jiān)測(cè)，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)水平面到深海的三維立體監(jiān)測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體地，涉及一種水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人。【背景技術(shù)】
[0002]目前，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集比較常用的技術(shù)手段有:浮標(biāo)、潛標(biāo)、自主式水下運(yùn)載器(AUV)、遠(yuǎn)程遙控運(yùn)載器(ROV)和海洋調(diào)查船等。但是這些技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn):浮標(biāo)能夠長(zhǎng)期大范圍地對(duì)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和采樣，但由于沒(méi)有動(dòng)力裝置，其觀(guān)測(cè)區(qū)域不受控制；潛標(biāo)可實(shí)現(xiàn)垂直剖面的監(jiān)測(cè)，但是只能實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)監(jiān)測(cè)任務(wù)，沒(méi)有自主移動(dòng)能力；自主式水下運(yùn)載器(AUV)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)需求監(jiān)測(cè)任意海洋區(qū)域，但是由于動(dòng)力源功耗較大且其搭載電源有限，其作業(yè)時(shí)間短不能滿(mǎn)足長(zhǎng)期連續(xù)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求；遠(yuǎn)程遙控運(yùn)載器(ROV)通過(guò)臍帶纜由母船向運(yùn)載器傳遞能量和控制信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間采樣監(jiān)測(cè)，但是由于受母船限制，其活動(dòng)范圍有限；海洋調(diào)查船可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期大范圍的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)，但是成本較高，工作量巨大。另外R0V，浮標(biāo)和海洋調(diào)查船隱蔽性差，在特殊環(huán)境下作業(yè)受限制。
[0003]鑒于以上海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和采樣技術(shù)手段的限制，還不能實(shí)現(xiàn)時(shí)間和空間上連續(xù)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)。發(fā)展一種能夠長(zhǎng)期大范圍連續(xù)進(jìn)行海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和采樣，并且成本低的水下自主機(jī)器人，提高人類(lèi)認(rèn)識(shí)海洋、開(kāi)發(fā)海洋、保護(hù)海洋和海洋維權(quán)的能力成為發(fā)展海洋強(qiáng)國(guó)的一項(xiàng)重要工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人。
[0005]鑒于現(xiàn)有海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和采樣技術(shù)手段還不能實(shí)現(xiàn)自主地長(zhǎng)期大范圍對(duì)海洋環(huán)境的監(jiān)測(cè)和采樣。水下立體探測(cè)滑翔機(jī)器人作為海洋觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，具有功耗低，成本低，自主性強(qiáng)，續(xù)航力大，維護(hù)費(fèi)用低，重復(fù)利用率高，操作簡(jiǎn)單，對(duì)母船依賴(lài)性小，可實(shí)現(xiàn)編隊(duì)協(xié)同作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)充分滿(mǎn)足了海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)大范圍、長(zhǎng)時(shí)間、大尺度的要求，它可以搭載各種傳感器和科研儀器進(jìn)行海洋科學(xué)測(cè)量，為海洋學(xué)家們實(shí)時(shí)，原位采集海洋物理環(huán)境、化學(xué)環(huán)境和生物環(huán)境的海量數(shù)據(jù)提供了一種廉價(jià)、靈活、高效的海洋探測(cè)手段，對(duì)于人類(lèi)快速認(rèn)識(shí)海洋，從而開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)海洋有重大意義。其噪聲小的優(yōu)勢(shì)使得它在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)，海洋資源探測(cè)，軍事打擊偵察等方面都有很大的發(fā)展前景。
[0006]根據(jù)本發(fā)明提供的水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，包括:外形系統(tǒng)、內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；
[0007]所述內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)和所述控制系統(tǒng)設(shè)置在所述外形系統(tǒng)內(nèi)；
[0008]所述控制系統(tǒng)用于通信以及控制所述內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0009]優(yōu)選地，所述外形系統(tǒng)包括前端蓋、后端蓋、豎直穩(wěn)定翼、艉部導(dǎo)流罩、機(jī)體、艏部導(dǎo)流罩、抱箍以及水平固定翼；
[0010]其中，豎直穩(wěn)定翼用于轉(zhuǎn)向和增強(qiáng)穩(wěn)定性并與艉部導(dǎo)流罩相連，艏部導(dǎo)流罩和艉部導(dǎo)流罩分別固定在前端蓋和后端蓋上，前端蓋、后端蓋分別與機(jī)體密封連接；艉部導(dǎo)流罩、機(jī)體以及艏部導(dǎo)流罩的外型為流線(xiàn)型；水平固定翼通過(guò)兩個(gè)抱箍固定在機(jī)體上。
[0011]優(yōu)選地，內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括俯仰調(diào)節(jié)部、翻滾調(diào)節(jié)部以及浮力調(diào)節(jié)部，俯仰調(diào)節(jié)部、翻滾調(diào)節(jié)部以及浮力調(diào)節(jié)部由螺紋桿貫穿連接固定在一起。
[0012]優(yōu)選地，所述俯仰調(diào)節(jié)部包括端蓋、螺帽、電池包、電池箱、絲桿和俯仰機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)；
[0013]其中，連接在端蓋上的俯仰機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)絲桿和螺帽將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)；電池包設(shè)置在電池箱內(nèi)，電池箱用于作為平移質(zhì)量塊。
[0014]優(yōu)選地，所述翻滾調(diào)節(jié)部包括翻滾機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)、偏心旋轉(zhuǎn)重、渦輪、蝸桿以及軸承座；
[0015]其中，偏心旋轉(zhuǎn)重和渦輪由定位銷(xiāo)固定在階梯軸上，階梯軸通過(guò)法蘭軸承座固定在俯仰調(diào)節(jié)部的端蓋上；翻滾機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與蝸桿一端連接，蝸桿的另一端由軸承座支撐；
[0016]所述翻滾機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)渦輪、蝸桿減速并將轉(zhuǎn)動(dòng)源旋轉(zhuǎn)90度后帶動(dòng)固定在階梯軸上的偏心旋轉(zhuǎn)重轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變所述水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人的重心，從而改變所述水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人的翻滾角。
[0017]優(yōu)選地，所述浮力調(diào)節(jié)部包括溢油口、回油口、二位二通電磁閥、內(nèi)部油囊、雙向齒輪泵以及外部油囊；
[0018]其中，內(nèi)部油囊固定在俯仰調(diào)節(jié)部的端蓋上；雙向齒輪泵用于將液壓油在內(nèi)部油囊和外部油囊之間輸運(yùn)；內(nèi)部油囊通過(guò)三通接頭連接溢油口和回油口 ；在雙向齒輪泵與外部油囊的油路上設(shè)置有二位二通電磁閥和雙向流量計(jì)，雙相流量計(jì)用于測(cè)量出外部油囊內(nèi)的油量。
[0019]優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)包括天線(xiàn)、捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊以及控制電路板；
[0020]其中，所述天線(xiàn)穿過(guò)外形系統(tǒng)的后端蓋與控制電路板相連，并通過(guò)后端蓋上的O型圈進(jìn)行密封；所述捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊與所述控制電路板連接。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述控制電路板包括電源模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及電磁閥繼電器控制模塊。其中，所述電源模塊與所述直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、所述異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和所述電磁閥繼電器控制模塊相連。
[0022]優(yōu)選地，所述捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊包括用于采集傳感數(shù)據(jù)的磁阻傳感器、加速度計(jì)傳感器、陀螺儀傳感器、位移傳感器以及深度傳感器；所述磁阻傳感器、加速度計(jì)傳感器、陀螺儀傳感器、位移傳感器以及深度傳感器固定于控制系統(tǒng)的控制電路板上，控制系統(tǒng)通過(guò)所述傳感數(shù)據(jù)計(jì)算得到三個(gè)姿態(tài)角。
[0023]優(yōu)選地，還包括通信部，其中所述通信部與天線(xiàn)相連。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0025]本發(fā)明的外形系統(tǒng)呈流線(xiàn)型且設(shè)有通信部，因此具有功耗低，成本低，自主性強(qiáng)，續(xù)航力大，維護(hù)費(fèi)用低，重復(fù)利用率高，操作簡(jiǎn)單，對(duì)母船依賴(lài)性小，可實(shí)現(xiàn)編隊(duì)協(xié)同作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，充分滿(mǎn)足了海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)大范圍、長(zhǎng)時(shí)間、大尺度的要求；本發(fā)明的內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括俯仰調(diào)節(jié)部、翻滾調(diào)節(jié)部以及浮力調(diào)節(jié)部，使本發(fā)明具有兩種工作狀態(tài):直線(xiàn)滑翔和螺旋滑翔，既可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)螺旋覆蓋式海洋監(jiān)測(cè)也可以實(shí)現(xiàn)垂直剖面鋸齒狀巡航監(jiān)測(cè)，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)水平面到深海的三維立體監(jiān)測(cè)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0027]圖1為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明的鋸齒狀巡航監(jiān)測(cè)路徑示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明的定點(diǎn)螺旋覆蓋式測(cè)路徑示意圖。
[0031]圖中:
[0032]I為天線(xiàn),2為外部油囊,3為后端蓋,4為二位二通電磁閥,5為內(nèi)部油囊,6為雙向齒輪泵，7為捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊,8為控制電路板,9為翻滾機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī),10為端蓋,11為螺帽，12為電池包，13為前端蓋,14為電池箱,15為絲桿，16為俯仰機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī),17為偏心旋轉(zhuǎn)重，18為渦輪,19為蝸桿,20為軸承座,21為螺紋桿,22為豎直穩(wěn)定翼,23為艉部導(dǎo)流罩，24為機(jī)體,25為艏部導(dǎo)流罩,26為抱箍,27為水平固定翼。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0034]本實(shí)施例提供的一種水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人包括:外形系統(tǒng)、內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。
[0035]所述內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)和所述控制系統(tǒng)設(shè)置在所述外形結(jié)構(gòu)內(nèi)；所述控制系統(tǒng)用于通信以及控制所述內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0036]如圖2所示，所述外形系統(tǒng)包括豎直穩(wěn)定翼22、艉部導(dǎo)流罩23、機(jī)體24、艏部導(dǎo)流罩25、抱箍26以及水平固定翼27。其中，豎直穩(wěn)定翼22用于配合翻滾調(diào)節(jié)部實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向和增強(qiáng)整體的穩(wěn)定性。豎直穩(wěn)定翼22通過(guò)氟膠與艉部導(dǎo)流罩23固定相連。艏部導(dǎo)流罩25和艉部導(dǎo)流罩23通過(guò)螺紋連接分別固定在前端蓋3和后端蓋13上。艏部導(dǎo)流罩25和艉部導(dǎo)流罩23為橢圓形。前端蓋13和后端蓋3與機(jī)體24通過(guò)O型圈密封連接，并由四個(gè)螺釘連接固定。機(jī)體24為圓柱形。艉部導(dǎo)流罩23、機(jī)體24以及艏部導(dǎo)流罩25的外型為流線(xiàn)型，展弦比為4，前緣后掠角為18，極大的減小流體的阻力。水平固定翼27通過(guò)兩個(gè)抱箍26固定在機(jī)體24上,兩個(gè)抱箍26為半圓形。水平固定翼27與半圓形的抱箍26通過(guò)分散錯(cuò)開(kāi)的10個(gè)螺栓連接，傳遞了水平固定翼27的升力和阻力。
[0037]內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括姿態(tài)調(diào)節(jié)部和浮力調(diào)節(jié)部。姿態(tài)調(diào)節(jié)部又包括俯仰調(diào)節(jié)部和翻滾調(diào)節(jié)部。如圖1所示，俯仰調(diào)節(jié)部、翻滾調(diào)節(jié)部以及浮力調(diào)節(jié)部由螺紋桿21貫穿連接固
定在一起。
[0038]所述俯仰調(diào)節(jié)部包括端蓋10、螺帽11、電池包12、電池箱14、絲桿15和俯仰機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)16。其中，俯仰機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)16固定在端蓋上并通過(guò)絲桿15和螺帽11將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)。絲桿15和螺帽11的導(dǎo)程角足夠小。俯仰調(diào)節(jié)部可以實(shí)現(xiàn)自鎖。俯仰機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)16固定在端蓋10上。電池包12設(shè)置在電池箱14內(nèi)。裝有電池包12的電池箱14作為平移質(zhì)量塊，通過(guò)移動(dòng)平移質(zhì)量塊的位置可以改變本發(fā)明所提供機(jī)器人的重心，從而改變本發(fā)明的俯仰角。配合浮力調(diào)節(jié)部完成水下上潛下浮的滑翔過(guò)程。
[0039]所述翻滾調(diào)節(jié)部包括翻滾機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)9、偏心旋轉(zhuǎn)重17、渦輪18、蝸桿19以及軸承座20。其中，偏心旋轉(zhuǎn)重17和渦輪18由定位銷(xiāo)固定在階梯軸上，階梯軸通過(guò)兩個(gè)法蘭軸承座固定在翻滾調(diào)節(jié)部和俯仰調(diào)節(jié)部的端蓋上。翻滾機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)9通過(guò)聯(lián)軸器與蝸桿19 一端連接，蝸桿19的另一端由軸承座20支撐。翻滾機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)9通過(guò)渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)減速并將轉(zhuǎn)動(dòng)源旋轉(zhuǎn)90度后帶動(dòng)固定在階梯軸上的偏心旋轉(zhuǎn)重17轉(zhuǎn)動(dòng)，改變了水下滑翔機(jī)的重心，從而改變滑翔機(jī)的翻滾角。配合浮力調(diào)節(jié)部和俯仰調(diào)節(jié)部完成水下滑翔機(jī)的轉(zhuǎn)向和定點(diǎn)螺旋覆蓋式海洋監(jiān)測(cè)。
[0040]所述浮力調(diào)節(jié)部包括二位二通電磁閥4、內(nèi)部油囊5、雙向齒輪泵6以及外部油囊
2。其中，內(nèi)部油囊5固定在端蓋10上，端蓋10經(jīng)螺紋連接固定在后端蓋3上。雙向齒輪泵6用于將液壓油在內(nèi)部油囊5和外部油囊2之間輸運(yùn)。通過(guò)控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)雙向齒輪泵6將液壓油在內(nèi)部油囊5和外部油囊2之間輸運(yùn)。內(nèi)部油囊5通過(guò)三通接頭連接溢油口和回油口。在雙向齒輪泵6與外部油囊2的油路上設(shè)置有二位二通電磁閥4和雙向流量計(jì)。在雙向齒輪泵6啟動(dòng)前，為二位二通電磁閥4供電，打開(kāi)油路。泵油完成后切斷，以防止內(nèi)部油囊5和外部油囊2之間的泄漏。雙相流量計(jì)可以測(cè)量出外部油囊2內(nèi)的油量，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下滑翔機(jī)所受浮力的精確控制。
[0041]控制系統(tǒng)包括天線(xiàn)1、捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊7、通訊部以及控制電路板8。其中，天線(xiàn)I與后端蓋3相連，天線(xiàn)I在后端蓋3經(jīng)O型圈與外界密封。天線(xiàn)I穿過(guò)外形系統(tǒng)的后端蓋3與控制電路板8相連，并通過(guò)后端蓋3上的O型圈進(jìn)行密封。捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊7與控制電路板8連接?？刂齐娐钒?的控制芯片采用STM32F103系列，通訊部為433M射頻通訊并與天線(xiàn)I相連。天線(xiàn)I為50天線(xiàn)，通過(guò)50天線(xiàn)與岸基控制平臺(tái)通訊?？刂齐娐钒?包括電源模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及電磁閥繼電器控制模塊。其中，電源模塊與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電磁閥繼電器控制模塊相連且為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電磁閥繼電器控制模塊供電，電源模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電磁閥繼電器控制模塊均固定在架構(gòu)起來(lái)的兩層電路板結(jié)構(gòu)的控制電路板8上。所述捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊7包括磁阻傳感器、加速度計(jì)傳感器、陀螺儀傳感器、位移傳感器以及深度傳感器。磁阻傳感器、加速度計(jì)傳感器、陀螺儀傳感器、位移傳感器以及深度傳感器固定在控制電路板8上，控制電路板8將各個(gè)傳感器獲取的數(shù)據(jù)傳送到微處理器芯片，通過(guò)卡爾曼濾波等數(shù)據(jù)融合技術(shù)計(jì)算得到三個(gè)姿態(tài)角。捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊7采用磁阻傳感器，加速度計(jì)傳感器和陀螺儀傳感器等傳感器經(jīng)卡爾曼濾波互相補(bǔ)償后得到精度較高的歐拉角通過(guò)RS232接口與控制電路板8連接。位移傳感器用于測(cè)量平移質(zhì)量塊的位移，深度傳感器用于測(cè)量水下滑翔機(jī)所處水深。
[0042]本發(fā)明設(shè)計(jì)的水下三維立體滑翔機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)兩種探測(cè)模式如圖3、圖4所示的鋸齒狀巡航監(jiān)測(cè)路徑和定點(diǎn)螺旋覆蓋式監(jiān)測(cè)路徑。并能夠?qū)崿F(xiàn)兩種模式之間的自由轉(zhuǎn)換。所謂鋸齒狀巡航監(jiān)測(cè)路徑使本發(fā)明所提供的機(jī)器人在自身凈浮力驅(qū)動(dòng)下，在水中以一定滑翔角進(jìn)行斜向下或者斜向上的滑翔過(guò)程。當(dāng)通過(guò)俯仰調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)本發(fā)明所提供的機(jī)器人為下傾狀態(tài)，通過(guò)浮力調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)本發(fā)明所提供的機(jī)器人為負(fù)浮力狀態(tài)，在負(fù)浮力驅(qū)動(dòng)下，本發(fā)明所提供的機(jī)器人將進(jìn)行下潛滑翔運(yùn)動(dòng)；當(dāng)本發(fā)明所提供的機(jī)器人滑翔到預(yù)定深度時(shí)，通過(guò)俯仰調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)本發(fā)明所提供的機(jī)器人為上仰狀態(tài)，浮力調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)為正浮力狀態(tài)，在正浮力驅(qū)動(dòng)下，本發(fā)明所提供的機(jī)器人將進(jìn)行上浮滑翔運(yùn)動(dòng)；到達(dá)水平后與岸基控制站通訊。在本發(fā)明所提供的機(jī)器人處于上浮或者下潛過(guò)程狀態(tài)下，通過(guò)翻滾調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)本發(fā)明所提供的機(jī)器人的翻滾角，在水動(dòng)力和凈浮力的作用下，短時(shí)間內(nèi)本發(fā)明所提供的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，改變航向角，若長(zhǎng)期保持一定翻滾角滑翔，本發(fā)明所提供的機(jī)器人將進(jìn)行定點(diǎn)螺旋覆蓋式監(jiān)測(cè)，將翻滾角調(diào)節(jié)到零即可恢復(fù)到鋸齒狀巡航監(jiān)測(cè)狀態(tài)。
[0043]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，其特征在于，包括:外形系統(tǒng)、內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)； 所述內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)和所述控制系統(tǒng)設(shè)置在所述外形系統(tǒng)內(nèi)； 所述控制系統(tǒng)用于通信以及控制所述內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，其特征在于，所述外形系統(tǒng)包括前端蓋、后端蓋、豎直穩(wěn)定翼、艉部導(dǎo)流罩、機(jī)體、艏部導(dǎo)流罩、抱箍以及水平固定翼； 其中，豎直穩(wěn)定翼用于轉(zhuǎn)向和增強(qiáng)穩(wěn)定性并與艉部導(dǎo)流罩相連，艏部導(dǎo)流罩和艉部導(dǎo)流罩分別固定在前端蓋和后端蓋上，前端蓋、后端蓋分別與機(jī)體密封連接；艉部導(dǎo)流罩、機(jī)體以及艏部導(dǎo)流罩的外型為流線(xiàn)型；水平固定翼通過(guò)兩個(gè)抱箍固定在機(jī)體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，其特征在于，內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括俯仰調(diào)節(jié)部、翻滾調(diào)節(jié)部以及浮力調(diào)節(jié)部，俯仰調(diào)節(jié)部、翻滾調(diào)節(jié)部以及浮力調(diào)節(jié)部由螺紋桿貫穿連接固定在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，其特征在于，所述俯仰調(diào)節(jié)部包括端蓋、螺帽、電池包、電池箱、絲桿和俯仰機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)； 其中，連接在端蓋上的俯仰機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)絲桿和螺帽將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)；電池包設(shè)置在電池箱內(nèi)，電池箱用于作為平移質(zhì)量塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，其特征在于，所述翻滾調(diào)節(jié)部包括翻滾機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)、 偏心旋轉(zhuǎn)重、渦輪、蝸桿以及軸承座； 其中，偏心旋轉(zhuǎn)重和渦輪由定位銷(xiāo)固定在階梯軸上，階梯軸通過(guò)法蘭軸承座固定在俯仰調(diào)節(jié)部的端蓋上；翻滾機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與蝸桿一端連接，蝸桿的另一端由軸承座支撐； 所述翻滾機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)渦輪、蝸桿減速并將轉(zhuǎn)動(dòng)源旋轉(zhuǎn)90度后帶動(dòng)固定在階梯軸上的偏心旋轉(zhuǎn)重轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變所述水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人的重心，從而改變所述水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人的翻滾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，其特征在于，所述浮力調(diào)節(jié)部包括溢油口、回油口、二位二通電磁閥、內(nèi)部油囊、雙向齒輪泵以及外部油囊； 其中，內(nèi)部油囊固定在俯仰調(diào)節(jié)部的端蓋上；雙向齒輪泵用于將液壓油在內(nèi)部油囊和外部油囊之間輸運(yùn)；內(nèi)部油囊通過(guò)三通接頭連接溢油口和回油口 ；在雙向齒輪泵與外部油囊的油路上設(shè)置有二位二通電磁閥和雙向流量計(jì)，雙相流量計(jì)用于測(cè)量出外部油囊內(nèi)的油量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括天線(xiàn)、捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊以及控制電路板； 其中，所述天線(xiàn)穿過(guò)外形系統(tǒng)的后端蓋與控制電路板相連，并通過(guò)后端蓋上的O型圈進(jìn)行密封；所述捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊與所述控制電路板連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，其特征在于，所述控制電路板包括電源模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及電磁閥繼電器控制模塊； 其中，所述電源模塊與所述直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、所述異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和所述電磁閥繼電器控制模塊相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，其特征在于，所述捷聯(lián)組合導(dǎo)航模塊包括用于采集傳感數(shù)據(jù)的磁阻傳感器、加速度計(jì)傳感器、陀螺儀傳感器、位移傳感器以及深度傳感器；所述磁阻傳感器、加速度計(jì)傳感器、陀螺儀傳感器、位移傳感器以及深度傳感器固定于控制系統(tǒng)的控制電路板上，控制系統(tǒng)通過(guò)所述傳感數(shù)據(jù)計(jì)算得到三個(gè)姿態(tài)角。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水下三維立體探測(cè)滑翔機(jī)器人，其特征在于，還包括通信部，其中所述通信部與天線(xiàn)相連。`
【文檔編號(hào)】B63C11/52GK103612728SQ201310529308
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】連璉, 趙寶強(qiáng), 姚寶恒 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)