CN103770923A

CN103770923A - 一种用于海洋测量平台的波浪能转化机构

Info

Publication number: CN103770923A
Application number: CN201210400745.8A
Authority: CN
Inventors: 田宝强; 俞建成; 张艾群; 赵文涛; 陈质二; 张少伟
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: CN103770923B

Abstract

本发明属于水下机器人工程领域，具体地说是一种用于海洋测量平台的波浪能转化机构，包括壳体、对称安装在壳体两侧的多个翼板及位于壳体内的翼板运动调节控制机构，其中壳体两侧相对称的翼板之间通过旋转轴转动安装在壳体上，所述旋转轴上安装有随旋转轴一起转动的挡块，在旋转轴上套设有使翼板复位的扭转弹簧；所述翼板运动调节控制机构为位于壳体内的挡板，该挡板通过安装在壳体上的调节螺栓支撑，所述挡板位于挡块的下方，随旋转轴转动的挡块通过与挡板接触对翼板的转动限位。本发明具有操作简单，故障率低，安全可靠，可调节，成本低等优点。

Description

一种用于海洋测量平台的波浪能转化机构

技术领域

本发明属于水下机器人工程领域，具体地说是一种用于海洋测量平台的波浪能转化机构。

背景技术

水下机器人作为一种重要的海洋作业、观测平台，已经在海洋科学研究、海洋资源开发、海洋大气物理、海洋生态等方面得到广泛应用。然而，海洋是个广阔的水域，要想进行上述的任务并不容易，主要问题是由于水下机器人自身体积的制约，决定了其所带的能源很有限，其续航能力受到能源的极大限制，所以各国都在水下机器人能源问题方面力求突破。一方面各国在优化改进系统的能源利用率，另一方面在研究开发一些新式能源，如温差能、波浪能等，有些新能源已经在水下机器人领域得到一定的应用。其中，海洋的波浪能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源；现在的波浪能主要用于发电，有各种各样波浪能发电装置，有振荡浮子式、振荡水柱式、聚波式、摆式等。但是这些波浪能转化装置在水下机器人领域应用有一定的困难，一方面是转化装置的体积很大，不容易装配，另一方面是即使能装配，水下机器人的惯性会使得波浪能转化装置的效率很低，因为波浪首先要激励水下机器人的壳体，让水下机器人运动，水下机器人再把运动传给内部的波浪能转化装置。

发明内容

为了解决能源在海洋观测中制约问题，本发明的目的就是在于提供一种用于海洋测量平台的波浪能转化机构，可用于海洋测量平台进行海洋的观测和探测。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括壳体、对称安装在壳体两侧的多个翼板及位于壳体内的翼板运动调节控制机构，其中壳体两侧相对称的翼板之间通过旋转轴转动安装在壳体上，所述旋转轴上安装有随旋转轴一起转动的挡块，在旋转轴上套设有使翼板复位的扭转弹簧；所述翼板运动调节控制机构为位于壳体内的挡板，该挡板通过安装在壳体上的调节螺栓支撑，所述挡板位于挡块的下方，随旋转轴转动的挡块通过与挡板接触对翼板的转动限位。

其中：所述调节螺栓与壳体螺纹连接，挡板与挡块之间的距离通过旋转调节螺栓调整；所述挡板沿长度方向开有多个内孔，每个内孔分别对应一个调节螺栓；所述调节螺栓位于壳体内的一端设有凸台，该凸台沿径向开有通孔，所述凸台由挡板上的内孔穿过，通过在所述凸台上的通孔内插设开口销固定；所述挡块的轴向中心线垂直于旋转轴的轴向中心线，在挡块两侧的旋转轴上分别套设有扭转弹簧，每个扭转弹簧的两端分别与壳体及挡块相连；所述旋转轴的中部设有矩形凹槽，挡块容置在该矩形凹槽内，并通过螺钉固定；所述旋转轴上设有用于轴向定位的凹槽，壳体卡在该凹槽内；所述壳体的上部安装有与水面测量平台连接的拉架，壳体的下部安装有及稳心高保持架；所述拉架上及稳心高保持架与壳体连接的部位分别开有条形孔；所述壳体的一端安装有头部，另一端安装有舵机系统，舵机系统的下方连接有控制所述转化机构方向的舵机叶片；所述壳体分为形状结构相同的上壳体和下壳体，上、下壳体通过螺钉固连为一体。

本发明的优点与积极效果为：

1．操作简单；本发明在海洋观测平台下作为动力部分带动平台运动，没有推进器，完全靠自身自主进行波浪能的转化，不需要人为干预。

2．故障率低；本发明翼板运动的控制采用挡块、挡板、扭转弹簧复位，没有电子器件，不需要水密封，减少了装置出现故障的可能性。

3．安全可靠；本发明采用机械式的机构，机构两侧对称，无论强度还是稳定性都很有保证。

4．可调节；本发明根据波浪的幅值周期等数据可以调节翼板运动控制机构，使其处于波浪能吸收率最大的位置，另外其拉架和稳心高保持架都设计成可前后调节的，保持架上根据需要搭载不同传感器便于实际的作业需要。

5．成本低；本发明都是由一些焊接件和标准件组成，没有复杂的零件，节约成本。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为图1的俯视剖视图；

图3为本发明翼板运动调节控制机构的结构主视图；

图4为图3的俯视图；

图5为翼板、旋转轴及挡块的装配图；

其中：1为头部，2为上壳体，3为下壳体，4为拉架，5为旋转轴，6为舵机系统，7为舵机叶片，8为稳心高保持架，9为调节螺栓，10为翼板，11为开口销，12为扭转弹簧，13为挡板，14为挡块，15为凹槽，16为条形孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2及图5所示，本发明包括包括壳体、对称安装在壳体两侧的多个翼板10及位于壳体内的翼板运动调节控制机构，其中壳体分为形状结构相同的上壳体2和下壳体3，上、下壳体2、3通过螺钉固连为一体；壳体两侧的翼板10两两对称，分别通过旋转轴5转动安装在壳体上，本实施例共有六个旋转轴5和十二个翼板10。每个旋转轴5的两端分别对称布置一个翼板10，翼板10与旋转轴5由螺钉固定，在每个旋转轴5上均安装有随旋转轴5一起转动的挡块14，每个旋转轴5的中部均设有一个矩形凹槽，在矩形凹槽的底面上开有一个螺纹孔，挡块14容置在该矩形凹槽内，并通过螺钉固定；另外，每个旋转轴5在其上矩形凹槽的两侧还分别加工有凹槽15，该凹槽15在上、下壳体2、3之间，上、下壳体2、3分别卡在凹槽15内，进行轴向定位。挡块14的轴向中心线垂直于旋转轴5的轴向中心线，在挡块14两侧的旋转轴5上套设有两个完全相同的使翼板10复位的扭转弹簧12，每个扭转弹簧12的一端固定在下壳体3上，另一端固定在挡块14上。

壳体的一端安装有头部1，另一端安装有舵机系统6，头部1及舵机系统6分别通过各自插设在壳体内部的部分所开的螺纹孔、由螺栓与上壳体2相连接；在舵机系统6的下方连接有舵机叶片7，通过控制舵机叶片7来控制本发明转化机构的方向。舵机系统6为现有技术，其中的舵机的驱动用一个直流伺服电机驱动，通过齿轮传动带动轴旋转，从而使得舵机叶片处于需要的位置和角度，电机和传动机构被舵机外壳密封，轴与舵机壳体用密封圈密封；当需要转向时，通过向海洋测试平台发送脉冲，就可以通过有实验平台与舵机系统连接的密封电缆进行位置控制。

上壳体2的上部通过螺栓固定有拉架4，在拉架4上开有条形孔16，用于和水面测量平台连接时，可以调节首尾两部分质量分布不均，水动力不平衡等问题。下壳体3的下部通过螺栓固定有及稳心高保持架8，稳心高保持架8与下壳体2连接的部位也开有条形孔，便于前后移动调节波浪能转化机构质量分布不平衡，它也可以使波浪能转化机构重心下移，有利于稳定，中部有两个螺纹孔可以用于在上面搭载一些传感器。

如图2～4所示，翼板运动调节控制机构装配在上、下壳体2、3的内部，为位于壳体内的挡板13，该挡板13处于各翼板旋转轴上挡块的下方；挡板13通过安装在下壳体3上的调节螺栓9支撑，调节螺栓9与下壳体3螺纹连接，通过旋转调节螺栓9，改变调节螺栓9进给到壳体内的深度，从而改变挡板13在壳体内部的相对位置（即挡板13与挡块14之间的距离），随旋转轴5转动的挡块14旋转的角度范围也就跟着变化。

挡板13沿长度方向开有多个内孔，每个内孔分别对应一个调节螺栓9，本实施例的调节螺栓9为三个，三个调节螺栓9的布置有利于防止单个螺栓松动造成的定位不精确；调节螺栓9位于壳体内的一端加工有一个圆柱形的凸台，该凸台穿过挡板13上的内孔；为了防止调节螺栓9旋进旋出与挡板13脱离，在调节螺栓9的凸台上沿径向开有圆形通孔，用开口销11插入该通孔内固定。

本发明的工作原理为：

本发明通过与海面的测量平台通过系缆连接，海面波浪的运动引起平台的上下振动，平台通过系缆带动本发明，再由本发明将上下振动转化为水平方向的运动，拉动海面的测量平台运动。本发明是将波浪的动能直接转化为测量平台和转化机构的动能，没有经过中间转化环节，这样可以显著提高波浪能的转化效率。具体为：

当波浪波峰来临，激励海面的测量平台使其向上运动时，本发明在系缆的拉力下也会向上运动，各翼板10在上升过程中受到向下的水动力而发生旋转，由于水动力始终垂直于翼板10的上表面，所以水动力的方向是斜向下前方的，这样便会会产生水平方向的分力，本发明在该分力作用下拉动海面的测量平台向前运动，该分力就是其作为前进动力。

当波浪波谷来临，海面的测量平台和本发明由于受到负浮力作用而向下运动，本发明在向下运动时，各翼板10在运动过程中受到向上的水动力而发生旋转，由于水动力始终垂直于翼板10的下表面，所以水动力的方向是斜向上前方的，这样便会会产生水平方向的分力，本发明在该分力作用下拉动海面的测量平台向前运动，该分力就是其作为前进动力。

当海洋测量平台和波浪能转化机构在以上两个状态之间切换时，要求翼板10要从一个极限位置变为另外一个极限位置，极限位置的确定有翼板控制调节机构来实现的，切换过程中，水平分力会很小，对水平方向运动贡献很微弱，所以尽量缩短这段时间，用扭转弹簧12来快速实现复位来进行状态的切换，翼板10不受力静止时成水平状态，当其受到水动力时，弹簧12的扭矩对其阻碍作用，当其旋转方向发生改变时，在弹簧12的扭矩下迅速复位。

波浪滑翔机根据不同的海况条件，如波浪的幅值，周期的不同，来调节翼板的转角范围，使其处于波浪能吸收率最大的位置。另外，无论是本发明上，还是在海面的测量平台上，都可以根据不同需要来搭配传感器，所以该平台是开放的，可调的，这样极大地扩大了其适用范围。所以该转化机构具有操作简单，故障率低，安全可靠，可调节，成本低等优点。

Claims

1.一种用于海洋测量平台的波浪能转化机构，其特征在于：包括壳体、对称安装在壳体两侧的多个翼板（10）及位于壳体内的翼板运动调节控制机构，其中壳体两侧相对称的翼板（10）之间通过旋转轴（5）转动安装在壳体上，所述旋转轴（5）上安装有随旋转轴（5）一起转动的挡块（14），在旋转轴（5）上套设有使翼板（10）复位的扭转弹簧（12）；所述翼板运动调节控制机构为位于壳体内的挡板（13），该挡板（13）通过安装在壳体上的调节螺栓（9）支撑，所述挡板（13）位于挡块（14）的下方，随旋转轴（5）转动的挡块（14）通过与挡板（13）接触对翼板（10）的转动限位。

2.按权利要求1所述用于海洋测量平台的波浪能转化机构，其特征在于：所述调节螺栓（9）与壳体螺纹连接，挡板（13）与挡块（14）之间的距离通过旋转调节螺栓（9）调整。

3.按权利要求1或2所述用于海洋测量平台的波浪能转化机构，其特征在于：所述挡板（13）沿长度方向开有多个内孔，每个内孔分别对应一个调节螺栓（9）；所述调节螺栓（9）位于壳体内的一端设有凸台，该凸台沿径向开有通孔，所述凸台由挡板（13）上的内孔穿过，通过在所述凸台上的通孔内插设开口销（11）固定。

4.按权利要求1所述用于海洋测量平台的波浪能转化机构，其特征在于：所述挡块（14）的轴向中心线垂直于旋转轴（5）的轴向中心线，在挡块（14）两侧的旋转轴（5）上分别套设有扭转弹簧（12），每个扭转弹簧（12）的两端分别与壳体及挡块（14）相连。

5.按权利要求1或4所述用于海洋测量平台的波浪能转化机构，其特征在于：所述旋转轴（5）的中部设有矩形凹槽，挡块（14）容置在该矩形凹槽内，并通过螺钉固定。

6.按权利要求1或4所述用于海洋测量平台的波浪能转化机构，其特征在于：所述旋转轴（5）上设有用于轴向定位的凹槽（15），壳体卡在该凹槽（15）内。

7.按权利要求1所述用于海洋测量平台的波浪能转化机构，其特征在于：所述壳体的上部安装有与水面测量平台连接的拉架（4），壳体的下部安装有及稳心高保持架（8）。

8.按权利要求7所述用于海洋测量平台的波浪能转化机构，其特征在于：所述拉架（4）上及稳心高保持架（8）与壳体连接的部位分别开有条形孔（16）。

9.按权利要求1所述用于海洋测量平台的波浪能转化机构，其特征在于：所述壳体的一端安装有头部（1），另一端安装有舵机系统（6），舵机系统（6）的下方连接有控制所述转化机构方向的舵机叶片（7）。

10.按权利要求1、2、4、7或9所述用于海洋测量平台的波浪能转化机构，其特征在于：所述壳体分为形状结构相同的上壳体（2）和下壳体（3），上、下壳体（2、3）通过螺钉固连为一体。