CN109774902A - 一种新型的仿生多功能潜水器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种新型的仿生多功能潜水器，所述潜水器包括半球型的壳体，壳体下部成对设置多个脚蹼，当潜水器潜入水下时，可通过脚蹼划水来调整潜水器姿态或改变行进状态，还可以通过脚蹼在水底地面行走；本发明采用仿海龟结构，能以脚蹼强化潜水时的动作灵活性，还能以脚蹼在海底行走。
Description
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种新型的仿生多功能潜水器。
背景技术
众所周知，海洋面积约占地球总面积的70.8%，在整个海洋环境中蕴藏着丰富的生物、矿产资源及巨大的能源。随着科学技术的发展，对海洋的研究已成为当今世界的热点之一，因为其在政治、经济、军事领域的重要性日益凸显，各国都想在此领域占据一席之地。海洋工程基础科学服务于海洋工程技术，而海洋基础科学的发展又推动着海洋工程基础科学的研究。海洋是与陆地截然不同的生态环境，相比陆地开发而言，海洋开发难度大、技术要求高，需要多部门协同开展，同时具有高成本、高风险的特点。潜水器的发展对于海洋工程技术的进步、海洋资源的开发探索及国防安全的建设具有重大的意义。美国用深潜器把人送到海洋中的最深处，揭开了人类向深海探索的序幕。而后，出现了具有自航能力的各种水下航行器与深潜器，潜水员能在深水高压的恶劣环境下实现长期工作，海底是由开发技术的进步又将海洋科学技术发展的进程迈出了一大步，开启了开发利用海洋的新阶段。
潜水器是一个涉及科学面广的复杂系统，潜水器设计是一项系统工程，与其他设计类学科类似之处在于它又是一种创造性的概念和艺术。潜水器的种类繁多，有固定式和移动式之分，固定式潜水器在水中作业时相对于海底是固定的，如水下实验室、水下作业基等、供应基地等。移动式潜水器由可分为无人与有人两大类。主要用于开展海洋石油及天然气工业，完成勘测水质，生物取样，地质取样等科学研究，执行军事侦察任务，进行水下战斗活动。
随着科学技术的不断发展，人们开始意识到，生物学中所描述的生物结构或功能有可能运用于工程技术中。于是诞生了一门新兴学科仿生学，仿生学是一门边缘学科，是研究生物体的结构、性状、功能，并将这些原理移植到各个工程领域之中。本发明结合仿生学原理，设计了一种仿生多功能潜水器。作为军用潜水器时，能使鱼雷、水雷等质量相对较大的水中武器的发射导致潜水器横纵倾力矩失衡的情况下，专用的补重水舱尚未完成补水期间使潜水器保持正浮。作为娱乐潜水器时，能灵活实现潜水器的上浮或下潜运动及转向运动。作为科考潜水器时，能进行海底爬行，以便实现海底的定点作业。
发明内容
本发明提出一种新型的仿生多功能潜水器，采用仿海龟结构，能以脚蹼强化潜水时的动作灵活性，还能以脚蹼在海底行走。
本发明采用以下技术方案。
一种新型的仿生多功能潜水器，所述潜水器包括半球型的壳体，壳体下部成对设置多个脚蹼，当潜水器潜入水下时，可通过脚蹼划水来调整潜水器姿态或改变行进状态，还可以通过脚蹼在水底地面行走。
所述脚蹼的形状为仿鸭蹼形，其厚度由前向后逐渐递减；壳体底部设有用于收纳脚蹼的脚蹼收纳槽；所述脚蹼的动作以电机驱动。
所述脚蹼数量为两对且分设于壳体下部的前段及后段，四只脚蹼的大小及形状均相同。
所述潜水器壳体的壳体呈椭圆形且以短轴为界分为前段和后段两部分。
所述潜水器还包括圆柱体形的艏部，所述艏部处设有导航照明系统，艏部两侧设有可伸缩的机械手，所述机械手可用于海底作业；所述潜水器壳体的后部设有用于推进潜水器航行的螺旋桨。
所述艏部与半球型壳体前段间以法兰盘形成密封结构。
当所述潜水器作为军事作战潜水器使用时，以其外形的仿生结构强化其隐蔽性，壳体的舱底设有多个鱼雷发射管，当发射鱼雷时，所述脚蹼对潜水器姿态进行调整以避免在鱼雷补重水舱补水期间出现较大的横纵倾力矩。
所述潜水器在上升或下沉运动时，可以通过电机控制脚蹼的角度，将脚蹼作为升降舵从而实现所需运动；壳体前段一对脚蹼为首升降舵，后段一对脚蹼为尾升降舵；
若是螺旋桨推进时需要实现上浮运动，则首升降舵与推进方向的夹角为正，尾升降舵与推进方向的夹角为负；
若是螺旋桨推进时需要实现下沉运动，则首升降舵与推进方向的夹角为负，尾升降舵与推进方向的夹角为正。
当所述潜水器需要转向运动时，可通过电机控制脚蹼的运动来实现，若需要右转时，则右边脚蹼保持水平，左边脚蹼绕轴以一定角度旋转运动；若需要左转时，则左边脚蹼保持水平，右边脚蹼绕轴以一定角度旋转运动。
当所述潜水器需落于海底地面时，所述脚蹼在电机控制下保持水平姿态，当潜水器需在海底爬行时，由电机控制脚蹼交叉前进，其控制方法为，左前方脚蹼与右后方脚蹼有一样的运动方式，右前方脚蹼和左后方脚蹼有一样的运动方式，电机控制与脚蹼相连的连杆收缩，则脚蹼向上抬起，连杆向前移动，则脚蹼随之向前移动，继而控制连杆伸长使脚蹼落地，通过成对脚蹼间的交替移动实现潜水器的爬行动作。
本发明的优点在于：利用仿生学原理，模仿生物脚蹼运动使得潜水器在水中的动作更为灵活，能实现潜水器在水中的多种运动姿态，而且其驱动结构更简单，紧凑；例如，当潜水器从水面下潜至目标深度时，为了减少在下潜过程中的阻力，可通过电机控制将脚蹼收至紧贴壳体。当潜水器用作军用在水中作战时，装有鱼雷的潜水器，由于鱼雷的发射而导致的潜水器失衡问题，在专用鱼雷补重水舱补水期间通过电机控制四个脚蹼的运动，有效避免了在此过渡期间出现的横纵倾现象。当潜水器用于拍摄海洋生物环境，或用于观光游览需要灵活地进行上浮或下潜运动及转向运动时，潜水器前一对脚蹼可作为首升降舵，后一对脚蹼可作为尾升降舵，通过两者形成一定的首、尾升降舵角来实现升沉运动。当潜水器需要实现转向运动时，若需要向右转时，则通过电机控制右边两只脚蹼保持水平同时左边两只脚蹼运动，则可实现右转运动。当潜水器用于海底的科考研究时，如需进行海底采样时，可通过电机控制四个脚蹼前右后左的交叉行进法进行爬行运动，使用电机控制机械手进行采样任务，进而配合潜水器的爬行，还能实现拖曳等海底复杂操作。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的立体示意图；
附图2是本发明的仰视示意图；
附图3是潜水器上浮时的脚蹼姿态示意图；
附图4是潜水器下沉时的脚蹼姿态示意图；
图中：1-导航照明系统；2-机械手；3-脚蹼；4-螺旋桨；5-壳体；6-脚蹼收纳槽；7-鱼雷发射管；8-以脚蹼形成的首升降舵；9-以脚蹼形成的尾升降舵。
具体实施方式
如图1-4所示，一种新型的仿生多功能潜水器，所述潜水器包括半球型的壳体5，壳体下部成对设置多个脚蹼3，当潜水器潜入水下时，可通过脚蹼划水来调整潜水器姿态或改变行进状态，还可以通过脚蹼在水底地面行走。
所述脚蹼的形状为仿鸭蹼形，其厚度由前向后逐渐递减；壳体底部设有用于收纳脚蹼的脚蹼收纳槽6；所述脚蹼的动作以电机驱动。
所述脚蹼数量为两对且分设于壳体下部的前段及后段，四只脚蹼的大小及形状均相同。
所述潜水器壳体的壳体呈椭圆形且以短轴为界分为前段和后段两部分。
所述潜水器还包括圆柱体形的艏部，所述艏部处设有导航照明系统1，艏部两侧设有可伸缩的机械手2，所述机械手可用于海底作业；所述潜水器壳体的后部设有用于推进潜水器航行的螺旋桨4。
所述艏部与半球型壳体前段间以法兰盘形成密封结构。
当所述潜水器作为军事作战潜水器使用时，以其外形的仿生结构强化其隐蔽性，壳体的舱底设有多个鱼雷发射管7，当发射鱼雷时，所述脚蹼对潜水器姿态进行调整以避免在鱼雷补重水舱补水期间出现较大的横纵倾力矩。
所述潜水器在上升或下沉运动时，可以通过电机控制脚蹼的角度，将脚蹼作为升降舵从而实现所需运动；壳体前段一对脚蹼为首升降舵，后段一对脚蹼为尾升降舵；
若是螺旋桨推进时需要实现上浮运动，则首升降舵8与推进方向的夹角为正，尾升降舵9与推进方向的夹角为负；
若是螺旋桨推进时需要实现下沉运动，则首升降舵与推进方向的夹角为负，尾升降舵与推进方向的夹角为正。
当所述潜水器需要转向运动时，可通过电机控制脚蹼的运动来实现，若需要右转时，则右边脚蹼保持水平，左边脚蹼绕轴以一定角度旋转运动；若需要左转时，则左边脚蹼保持水平，右边脚蹼绕轴以一定角度旋转运动。
当所述潜水器需落于海底地面时，所述脚蹼在电机控制下保持水平姿态，当潜水器需在海底爬行时，由电机控制脚蹼交叉前进，其控制方法为，左前方脚蹼与右后方脚蹼有一样的运动方式，右前方脚蹼和左后方脚蹼有一样的运动方式，电机控制与脚蹼相连的连杆收缩，则脚蹼向上抬起，连杆向前移动，则脚蹼随之向前移动，继而控制连杆伸长使脚蹼落地，通过成对脚蹼间的交替移动实现潜水器的爬行动作。
实施例：
潜水器在潜入水中时，以尾部的螺旋桨为推进器，以壳体下部的脚蹼作为调整潜水器姿态或改变行进状态的辅助驱动装置。
当潜水器需在海底地面行进时，通过脚蹼在水底地面行走，当艏部的机械手无法拔起海底样品时，可通过脚蹼使潜水器在海底地面行走，以帮助机械手拔起海底样品。
Claims (10)
1.一种新型的仿生多功能潜水器，其特征在于：所述潜水器包括半球型的壳体，壳体下部成对设置多个脚蹼，当潜水器潜入水下时，可通过脚蹼划水来调整潜水器姿态或改变行进状态，还可以通过脚蹼在水底地面行走。
2.根据权利要求1所述的一种新型的仿生多功能潜水器，其特征在于：所述脚蹼的形状为仿鸭蹼形，其厚度由前向后逐渐递减；壳体底部设有用于收纳脚蹼的脚蹼收纳槽；所述脚蹼的动作以电机驱动。
3.根据权利要求2所述的一种新型的仿生多功能潜水器，其特征在于：所述脚蹼数量为两对且分设于壳体下部的前段及后段，四只脚蹼的大小及形状均相同。
4.根据权利要求2所述的一种新型的仿生多功能潜水器，其特征在于：所述潜水器壳体的壳体呈椭圆形且以短轴为界分为前段和后段两部分。
5.根据权利要求3所述的一种新型的仿生多功能潜水器，其特征在于：所述潜水器还包括圆柱体形的艏部，所述艏部处设有导航照明系统，艏部两侧设有可伸缩的机械手，所述机械手可用于海底作业；所述潜水器壳体的后部设有用于推进潜水器航行的螺旋桨。
6.根据权利要求5所述的一种新型的仿生多功能潜水器，其特征在于：所述艏部与半球型壳体前段间以法兰盘形成密封结构。
7.根据权利要求5所述的一种新型的仿生多功能潜水器，其特征在于：当所述潜水器作为军事作战潜水器使用时，以其外形的仿生结构强化其隐蔽性，壳体的舱底设有多个鱼雷发射管，当发射鱼雷时，所述脚蹼对潜水器姿态进行调整以避免在鱼雷补重水舱补水期间出现较大的横纵倾力矩。
8.根据权利要求5所述的一种新型的仿生多功能潜水器，其特征在于：所述潜水器在上升或下沉运动时，可以通过电机控制脚蹼的角度，将脚蹼作为升降舵从而实现所需运动；壳体前段一对脚蹼为首升降舵，后段一对脚蹼为尾升降舵；
若是螺旋桨推进时需要实现上浮运动，则首升降舵与推进方向的夹角为正，尾升降舵与推进方向的夹角为负；
若是螺旋桨推进时需要实现下沉运动，则首升降舵与推进方向的夹角为负，尾升降舵与推进方向的夹角为正。
9.根据权利要求5所述的一种新型的仿生多功能潜水器，其特征在于：当所述潜水器需要转向运动时，可通过电机控制脚蹼的运动来实现，若需要右转时，则右边脚蹼保持水平，左边脚蹼绕轴以一定角度旋转运动；若需要左转时，则左边脚蹼保持水平，右边脚蹼绕轴以一定角度旋转运动。
10.根据权利要求5所述的一种新型的仿生多功能潜水器，其特征在于：当所述潜水器需落于海底地面时，所述脚蹼在电机控制下保持水平姿态，当潜水器需在海底爬行时，由电机控制脚蹼交叉前进，其控制方法为，左前方脚蹼与右后方脚蹼有一样的运动方式，右前方脚蹼和左后方脚蹼有一样的运动方式，电机控制与脚蹼相连的连杆收缩，则脚蹼向上抬起，连杆向前移动，则脚蹼随之向前移动，继而控制连杆伸长使脚蹼落地，通过成对脚蹼间的交替移动实现潜水器的爬行动作。
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