一種蹼翼型波浪能水下滑翔測(cè)量平臺(tái)及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水下機(jī)器人工程領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種水下滑翔測(cè)量平臺(tái)，可用于海洋水體有關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)以及海洋氣象的觀測(cè)等。
【背景技術(shù)】
[0002]水下機(jī)器人作為一種重要的海洋作業(yè)已經(jīng)在海洋科學(xué)研究、海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋大氣物理、海洋生態(tài)等方面得到廣泛應(yīng)用。然而海洋是個(gè)廣闊的水域，要想進(jìn)行以上的任務(wù)并不容易，主要問(wèn)題是由于水下機(jī)器人自身體積的制約，決定了其所帶的能源很有限，其續(xù)航能力受到能源的極大限制。目前，太陽(yáng)能、溫差能、波浪能等新式能源已經(jīng)在水下機(jī)器人領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)并利用的有浮力驅(qū)動(dòng)的水下滑翔機(jī)和利用波浪能的波浪滑翔機(jī)，然而，水下滑翔機(jī)采用的是圓筒和滑翔翼結(jié)構(gòu)，采用單個(gè)外皮囊結(jié)構(gòu)，傳感器搭載空間很有限，而且其驅(qū)動(dòng)原理決定了其只能用于水下海洋垂直面的數(shù)據(jù)測(cè)量，限制了在海洋工程的進(jìn)一步應(yīng)用。而波浪滑翔機(jī)采用的是三體結(jié)構(gòu)，由浮體、系纜和水下滑翔體組成，結(jié)構(gòu)比較分散，容易和海洋中的其余物體發(fā)生纏繞，而且其只能用于水面的數(shù)據(jù)測(cè)量。因此，考慮到海洋科學(xué)研究的復(fù)雜性，解決能源在海洋觀測(cè)平臺(tái)中制約問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出一款能同時(shí)進(jìn)行水面和水下垂直剖面的水下機(jī)器人測(cè)量平臺(tái)是本領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有水下滑翔機(jī)和波浪滑翔機(jī)的測(cè)量能力單一的問(wèn)題，提供一種蹼翼型波浪能水下滑翔測(cè)量平臺(tái)及測(cè)量方法，能根據(jù)不同的洋研究的需要進(jìn)行水面和水下垂直剖面海洋監(jiān)測(cè)，同時(shí)還能有很大的空間供各種傳感器安裝，搭載能力更強(qiáng)，應(yīng)用更加廣泛。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種蹼翼型波浪能水下滑翔測(cè)量平臺(tái)采用的技術(shù)方案是:包括一個(gè)殼體，該殼體由密封連接的上殼體和下殼體組成，在下殼體4正下方的前后方各連接一個(gè)垂直的連接件，連接件下端共同連接前后水平布置的左側(cè)板和右側(cè)板，上殼體上表面上裝有太陽(yáng)能板，太陽(yáng)能板連接位于殼體內(nèi)部的蓄電池組;殼體外的尾部固定連接舵機(jī)系統(tǒng)，舵機(jī)系統(tǒng)尾部固定連接GPS和銥星通信模塊;下殼體外部的左右兩側(cè)各設(shè)一個(gè)內(nèi)部充有油液的外皮囊;殼體內(nèi)部設(shè)有內(nèi)皮囊、雙向齒輪栗、伺服電機(jī)、控制系統(tǒng)、線性模組和驅(qū)動(dòng)電機(jī);伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙向齒輪栗工作，內(nèi)部充有油液的一個(gè)內(nèi)皮囊經(jīng)內(nèi)皮囊油管連接雙向齒輪栗一端，雙向齒輪栗另一端經(jīng)電磁閥連接油路分配器一端，油路分配器另一端分別通過(guò)左路油管和右路油管各連接同側(cè)的一個(gè)外皮囊，兩個(gè)外皮囊由連通油管連通;在下殼體中央位置設(shè)置線性模組，線性模組連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，線性模組下方固定連接蓄電池組，帶動(dòng)蓄電池組前后移動(dòng)；左側(cè)板和右側(cè)板均垂直連接左右水平布置的蹼翼軸，在蹼翼軸的左、右段上各連接一個(gè)橡膠蹼翼，橡膠蹼翼在波浪的作用下向上或向下彎曲；所述GPS和銥星通信模塊與岸上工作站實(shí)現(xiàn)通訊，控制系統(tǒng)分別連接太陽(yáng)能板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電磁閥、伺服電機(jī)和舵機(jī)系統(tǒng)。
[0005]所述一種蹼翼型波浪能水下滑翔測(cè)量平臺(tái)的測(cè)量方法采用的技術(shù)方案是:包括水面航行和垂直滑翔兩種工作模式，水面航行時(shí)，岸上工作站通過(guò)GPS和銥星通信模塊給控制系統(tǒng)發(fā)送指令，控制系統(tǒng)打開(kāi)電池閥并控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙向齒輪栗工作，內(nèi)皮囊內(nèi)部的油液分別進(jìn)入左、右兩側(cè)的外皮囊內(nèi)，使得外皮囊的體積變大，浮力變大，整個(gè)測(cè)量平臺(tái)漂浮于水面;同時(shí)控制系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)線性模組工作，使蓄電池組前后移動(dòng)，改變測(cè)量平臺(tái)的重心，調(diào)整其在水中姿態(tài)；垂直滑翔時(shí)，岸上工作站通過(guò)GPS和銥星通信模塊給控制系統(tǒng)發(fā)送指令，控制系統(tǒng)打開(kāi)電池閥并控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙向齒輪栗工作，左、右兩側(cè)的外皮囊中的油液進(jìn)入內(nèi)皮囊中，測(cè)量平臺(tái)的體積變小，浮力變小，測(cè)量平臺(tái)下潛；同時(shí)控制系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)線性模組工作，使蓄電池組前后移動(dòng)，改變測(cè)量平臺(tái)的重心，調(diào)整其在水中姿態(tài)。
[0006]本發(fā)明具有水面和垂直滑翔兩種運(yùn)動(dòng)模式，可以根據(jù)不同的海洋研究需要實(shí)時(shí)進(jìn)行切換，同時(shí)，波浪能、太陽(yáng)能等海洋新能源的利用使得該平臺(tái)具有超強(qiáng)的續(xù)航力，完全解決其能源供給問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)大尺度和長(zhǎng)期的海洋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，其主要優(yōu)點(diǎn)與有益效果具體是:
1、本發(fā)明和傳統(tǒng)的水下滑翔機(jī)的區(qū)別主要表現(xiàn)在:①本發(fā)明采用扁平的殼體結(jié)構(gòu)，上表面有很大的面積以供太陽(yáng)能板的安裝，殼體不僅用于儲(chǔ)存各個(gè)功能部件，而且其產(chǎn)生升力，使平臺(tái)在水下滑翔時(shí)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)力;②本發(fā)明采用雙外皮囊的結(jié)構(gòu)，用一個(gè)油管連接構(gòu)成連通器結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性;③本發(fā)明俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用線性模組，減少摩擦，增加其調(diào)節(jié)電能消耗;④本發(fā)明采用舵機(jī)系統(tǒng)用于方向控制。
[0007]2、本發(fā)明和傳統(tǒng)的波浪滑翔機(jī)的區(qū)別主要表現(xiàn)在:本發(fā)明平臺(tái)設(shè)計(jì)成單體結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的波浪滑翔機(jī)采用剛性翼板在水動(dòng)力作用下上下翻轉(zhuǎn)的方式來(lái)進(jìn)行波浪能的轉(zhuǎn)化，而本發(fā)明采用橡膠蹼翼的方式，利用橡膠蹼翼的自身彈性變形獲得驅(qū)動(dòng)力，而且沒(méi)有蹼翼軸和水下滑翔體殼體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，減少了摩擦，提高轉(zhuǎn)化效率，此外，傳統(tǒng)的波浪滑翔機(jī)只能利用波浪的上下震動(dòng)獲得驅(qū)動(dòng)力，而本發(fā)明可以綜合利用波浪上下震動(dòng)以及平臺(tái)的縱傾運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)對(duì)其驅(qū)動(dòng)力的產(chǎn)生均有貢獻(xiàn)，增加了波浪能的利用率。
[0008]3、本發(fā)明續(xù)航力強(qiáng):本發(fā)明在水面航行時(shí)利用波浪能來(lái)驅(qū)動(dòng)，而水下滑翔則是利用通過(guò)改變浮力實(shí)現(xiàn)其下潛或上浮，進(jìn)而獲得前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，其電能由太陽(yáng)能板源源不斷的提供或補(bǔ)充，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，所以其續(xù)航力也是傳統(tǒng)水下機(jī)器人無(wú)法比擬的。
[0009]4、本發(fā)明操作簡(jiǎn)單:本發(fā)明作為海洋觀測(cè)平臺(tái)，沒(méi)有推進(jìn)器，通過(guò)通信系統(tǒng)對(duì)其發(fā)送指令和接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自主作業(yè)，海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)在岸上即可定時(shí)獲得，不需要人為干預(yù)。
[0010]5、本發(fā)明安全可靠:本發(fā)明根據(jù)海洋觀測(cè)任務(wù)可以自主作業(yè)，實(shí)現(xiàn)海洋水面或垂直面參數(shù)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)有惡劣的海況(如臺(tái)風(fēng)等)出現(xiàn)時(shí)，可以切換到水下滑翔運(yùn)動(dòng)模式，基本上不會(huì)受此影響，保證了平臺(tái)的穩(wěn)定和安全。
[0011]6.本發(fā)明成本低:本發(fā)明與傳統(tǒng)海洋觀測(cè)工具調(diào)查船、浮標(biāo)等相比，不需要母船和人工干預(yù)，尤其是在大尺度的海洋觀測(cè)中節(jié)省了大量的成本，如人力成本，母船燃料費(fèi)用等。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0013]圖1為本發(fā)明一種蹼翼型波浪能水下滑翔測(cè)量平臺(tái)的主視圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為圖2去掉上殼體、太陽(yáng)能板、水下滑翔體等部件后的結(jié)構(gòu)裝配圖；
圖4為圖2中水下滑翔體的結(jié)構(gòu)圖；
圖5為圖4中橡膠蹼翼及軸的左視裝配圖；
圖6為本發(fā)明一種蹼翼型波浪能水下滑翔測(cè)量平臺(tái)的控制框圖。
[0014]圖中:1.GPS和銥星通信模塊，2.舵機(jī)系統(tǒng)，3.上殼體，4.下殼體，5.翼板，6.連接件，7.左側(cè)板，8.蹼翼軸，9.太陽(yáng)能板，10.橡膠密封圈，11.控制系統(tǒng)，12.模組壓片，13.連通油管，14.線性模組，15.蓄電池組，16.外皮囊，17.左路油管，18.右路油管，19.模組驅(qū)動(dòng)電機(jī)，20.油路分配器，21.電磁閥，22.雙向齒輪栗，23.伺服電機(jī)，24.內(nèi)皮囊油管，25.內(nèi)皮囊，26.橡膠蹼翼，27.蹼翼壓片，28.右側(cè)板。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明蹼翼型波浪能水下滑翔測(cè)量平臺(tái)包括一個(gè)殼體，該殼體由上殼體3和下殼體4上下扣合在一起組成，上殼體3和下殼體4通過(guò)螺釘連接，二者之間用橡膠密封圈10密封。上殼體3和下殼體4的重合面外形類似于鏡像梯形，橫截面和縱切面形狀為一曲率在0.15到3之間變化曲線。本發(fā)明還包括太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、舵機(jī)系統(tǒng)2、GPS和銥星通信模塊1、浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及水下滑翔體。在殼體外部的左右兩側(cè)各安裝一個(gè)翼板5。在殼體的正下方的前后方各連接一個(gè)垂直的連接件6，連接件6上端連接于下殼體4底部，連接件6下端共同連接左側(cè)板7和右側(cè)板28，左側(cè)板7和右側(cè)板28分別位于左、右側(cè)，前后水平布置。在測(cè)量平臺(tái)不工作時(shí)，左