CN105059505A - 一种圆碟形水下滑翔器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆碟形水下滑翔器，包括圆碟形外壳、耐压壳、控制系统、通信导航系统、驱动系统、传感器系统和能源系统；所述驱动系统包括浮力调节系统和重心调节系统；所述耐压壳分为上半壳体和下半壳体，上半壳体和下半壳体通过法兰连接；所述重心调节系统由云台和云台配重组成；所述云台配重安装在云台上；所述的云台为2自由度云台或者2自由度以上云台。本发明采用云台和云台配重组成重心调节系统，结构简单，避免了环形重心调节系统中为滑块运动提供的空间浪费，简化掉了两个配重金属滑块，大大降低了圆碟形水下滑翔机的重心调节系统的重量和体积，有效提高圆碟形水下滑翔机的空间利用率和有效载荷。

Description

一种圆碟形水下滑翔器
技术领域
本发明涉及一种水下航行器技术，特别是一种圆碟形水下滑翔器。
背景技术
水下滑翔器是一种新型水下机器人。由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小，只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源，并且具有效率高、续航力大(可达上千公里)的特点。虽然水下滑翔器的航行速度较慢，但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点，满足了长时间、大范围海洋探索的需要。另外，水下滑翔器滑翔时由于无动力推进噪音极低，这个重要的特点使得其在军事上也有很大的应用价值。
水下滑翔器的设计概念是美国科学家提出来的，从上世纪九十年代至今，已经有多款水下滑翔器面世，研究方向主要围绕深水、长航程、驱动能源等目标展开，取得了令人瞩目的成绩，已经有成熟产品应用在大范围海洋监测和其他海洋技术研究领域。日本和法国也都相继研制出了名为ALBAC和STERNE的水下滑翔器，可见水下滑翔器的发展在国外是非常迅速的。而在国内，关于水下滑翔器研究的起步较晚，但也有多家科研院所和企业同时介入到该领域，如中国科学院沈阳自动化研究所、天津大学机器人与汽车技术研究所、浙江大学、中国海洋大学、中船重工第702研究所等。
由于单纯使用浮力驱动方式，水下滑翔器一般在水下只能沿锯齿形和螺旋回转轨迹航行，回转半径大，操纵的灵活性差，其航迹控制和定位精度低，对运动控制要求较高的近距离有目的移动难以实现。圆碟形水下滑翔器可以实现0航速0回转半径的360度转向功能，适应任意方向的短距离机动，提高了水下滑翔器的机动性，使水下滑翔器的应用领域进一步扩大到指定水域的长期定点监测方面。
申请人申请的中国专利ZL2015100391071公开了《一种圆碟形水下滑翔器及其工作方法》，该圆碟形水下滑翔器包括圆碟形外壳、耐压壳、控制系统、通信导航系统、驱动系统、传感器系统和能源系统，在有效利用内部空间、确保耐压强度、提高系统可靠性和降低维护要求具有了很大的改进，但是该圆碟形水下滑翔器的重心调节系统存在机构过于复杂，占用空间过多，同时重心调节系统的总体重量较大，也降低了圆碟形水下滑翔器的有效载荷；圆碟形水下滑翔器耐压壳体的密封点过多，增加了耐压壳体漏水风险。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以实现以下目的的圆碟形水下滑翔器及其工作方法：
1、重心调节系统的结构更加简单、重量更小，占用空间更小，可有效提高圆碟形水下滑翔器的空间利用率和有效载荷；
2、减少耐压壳的密封点，提高了碟形水下滑翔器系统的可靠性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种圆碟形水下滑翔器，包括圆碟形外壳、耐压壳、控制系统、通信导航系统、驱动系统、传感器系统和能源系统；所述驱动系统包括浮力调节系统和重心调节系统；所述耐压壳分为上半壳体和下半壳体，上半壳体和下半壳体通过法兰连接；所述重心调节系统由云台和云台配重组成；所述云台配重安装在云台上；所述的云台为2自由度云台或者2自由度以上云台。
所述圆碟形外壳由浮力材料制成，外表面有涂层；所述圆碟形外壳的浮力材料的密度小于水的密度。
所述耐压壳内部有1个球形舱和1个或者多个环形舱。
所述耐压壳为球壳，分为上半球壳和下半球壳，通过法兰连接。
所述浮力调节系统由电驱油泵模块、油管和油囊组成。
所述圆碟形外壳上有1个或者多个进水孔。
所述云台由云台支架、云台电机和固定栓组成。
所述控制系统通过导线与通讯导航系统、驱动系统、传感器系统和能源系统连接。
所述驱动系统通过导线与电驱油泵模块和云台电机连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用云台和云台配重组成重心调节系统，结构简单，避免了环形重心调节系统中为滑块运动提供的空间浪费，简化掉了两个配重金属滑块，大大降低了圆碟形水下滑翔机的重心调节系统的重量和体积，有效提高圆碟形水下滑翔机的空间利用率和有效载荷。
2、本发明采用耐压壳一体化设计，将原设计的多个耐压壳体连成一体，只需要一道法兰，一个密封条即可完成耐压壳体的密封，密封点的减少降低了水下泄漏的风险，提高了可靠性。
附图说明
本发明共有附图4张，其中：
图1是圆碟形水下滑翔器侧剖图。
图2是圆碟形水下滑翔器爆炸图。
图3是云台结构图。
图4是圆碟形水下滑翔器控制电路示意图。
图中：1、圆碟形外壳，2、耐压壳，3、上半壳体，4、下半壳体，5、球形舱，6、环形舱，7、云台配重，8、云台，9、云台支架，10、云台电机，11、固定栓，12、油囊，13、进水孔，14、控制系统，15、通信导航系统，16、传感器系统，17、能源系统，18、驱动系统，19、电驱油泵模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地描述。如图1-3所示，一种圆碟形水下滑翔器，包括圆碟形外壳1、耐压壳2、控制系统14、通信导航系统15、驱动系统18、传感器系统16和能源系统17；所述驱动系统18包括浮力调节系统和重心调节系统；所述耐压壳2分为上半壳体3和下半壳体4，上半壳体3和下半壳体4通过法兰连接；所述重心调节系统由云台8和云台配重7组成；所述云台配重7安装在云台8上；所述的云台8为2自由度云台或者2自由度以上云台。所述圆碟形外壳1由浮力材料制成，外表面有涂层；所述圆碟形外壳的浮力材料的密度小于水的密度。所述耐压壳2内部有1个球形舱5和1个或者多个环形舱6。所述耐压壳2为球壳，分为上半球壳和下半球壳，通过法兰连接。所述浮力调节系统由电驱油泵模块19、油管和油囊12组成。所述圆碟形外壳1上有1个或者多个进水孔13。所述云台8由云台支架9、云台电机10和固定栓11组成。所述控制系统14通过导线与通讯导航系统15、驱动系统18、传感器系统16和能源系统17连接。所述驱动系统18通过导线与电驱油泵模块19和云台电机10连接。
本发明的工作方法，包括以下步骤：
A、连接外接端口进行充电，进行控制系统14、通信导航系统15、驱动系统18、传感器系统16、能源系统17的调试和检测作业；
B、切断外接端口的连接，密封外接端口；
C、将圆碟形水下滑翔器投放到指定水域，并启动圆碟形水下滑翔器上的控制系统14、通信导航系统15、驱动系统18、传感器系统16和能源系统17；
D、通过通信导航系统15接受地面指挥中心的指令，制定运动路径，由控制系统14向驱动系统18的浮力调节系统和重心调节系统发出指令，浮力调节系统的电驱油泵模块19接受控制系统14的指令，油囊12缩小，浮力减小，圆碟形水下滑翔器下沉，重心调节系统中的云台电机10接收到控制系统14的指令，带动云台支架9转动，使得固定在云台支架9上的云台配重7绕轴转动，并在指定位置停止，控制运动姿态和方向，进而控制圆碟形水下滑翔器在水中按照指定方向向下滑翔运动；
E、圆碟形水下滑翔器到达指定位置，控制系统14向驱动系统18发出指令，启动电驱油泵模块19，油囊12膨胀变大，浮力增加至与重力相等，圆碟形水下滑翔器悬浮于水中，进行水中的数据采集；
F、圆碟形水下滑翔器完成水中作业任务后，控制系统14向驱动系统18发出指令，电驱油泵模块19启动，油囊12进一步膨胀变大，浮力增加，圆碟形水下滑翔器上浮运动；重心调节系统的云台电机10接收到指令后，启动并带动云台配重7转动，调节圆碟形水下滑翔器的运动姿态和方向，进而控制圆碟形水下滑翔器在水中按照指定方向向上滑翔运动；
G、圆碟形水下滑翔器上浮水面后，将所得数据以及自身的状态信息通过通信导航系统15传送到地面指挥中心，接受指挥中心的下一步行动指令。

Claims (9)

1.一种圆碟形水下滑翔器，包括圆碟形外壳(1)、耐压壳(2)、控制系统(14)、通信导航系统(15)、驱动系统(18)、传感器系统(16)和能源系统(17)；所述驱动系统(18)包括浮力调节系统和重心调节系统；所述耐压壳(2)分为上半壳体(3)和下半壳体(4)，上半壳体(3)和下半壳体(4)通过法兰连接；其特征在于：所述重心调节系统由云台(8)和云台配重(7)组成；所述云台配重(7)安装在云台(8)上；所述的云台(8)为2自由度云台或者2自由度以上云台。
2.根据权利要求1所述的一种圆碟形水下滑翔器，其特征在于：所述圆碟形外壳(1)由浮力材料制成，外表面有涂层；所述圆碟形外壳的浮力材料的密度小于水的密度。
3.根据权利要求1所述的一种圆碟形水下滑翔器，其特征在于：所述耐压壳(2)内部有1个球形舱(5)和1个或者多个环形舱(6)。
4.根据权利要求1所述的一种圆碟形水下滑翔器，其特征在于：所述耐压壳(2)为球壳，分为上半球壳和下半球壳，通过法兰连接。
5.根据权利要求1所述的一种圆碟形水下滑翔器，其特征在于：所述浮力调节系统由电驱油泵模块(19)、油管和油囊(12)组成。
6.根据权利要求1所述的一种圆碟形水下滑翔器，其特征在于：所述圆碟形外壳(1)上有1个或者多个进水孔(13)。
7.根据权利要求1所述的一种圆碟形水下滑翔器，其特征在于：所述云台(8)由云台支架(9)、云台电机(10)和固定栓(11)组成。
8.根据权利要求1所述的一种圆碟形水下滑翔器，其特征在于：所述控制系统(14)通过导线与通讯导航系统(15)、驱动系统(18)、传感器系统(16)和能源系统(17)连接。
9.根据权利要求1所述的一种圆碟形水下滑翔器，其特征在于：所述驱动系统(18)通过导线与电驱油泵模块(19)和云台电机(10)连接。
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