CN110155283A - 一种摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，无人潜艇上包括上主舵、尾舵、防摇舵、下主舵、测深模块、发送模块、叶绿素浓度测量仪、氧气浓度测量仪，其中测深模块用于测量浅海水深，由测深模块、叶绿素浓度测量仪和氧气浓度测量仪探测的信息通过发送模块发送到岸基信息处理平台，采用曲柄连杆机构，摆动尾舵推进无人潜艇前进，驱动上主舵、尾舵、防摇舵、下主舵调节无人潜艇前进姿态，其中尾舵仿真鱼尾由硬而且直的尾鳍棘与多节尾鳍条组成，它们之间由弹性材料连接，在摆尾过程中储存着巨大的弹性势能推动无人潜艇到达指定位置，采集水深、叶绿素浓度、氧气浓度等信息。该装置结构简单，操作灵活，制造成本低。

Description

一种摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置
技术领域
本发明涉及海洋探测设备技术领域，特别是涉及一种摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置。
背景技术
目前海洋资源的开发成为我国沿海省市开发的热点，在开发浅海的养殖资源、运输资源、油气资源过程中，探测相关的物理参数例如近海水深、叶绿素浓度、河口航道、缺氧区位置就显得十分重要。专利“喷射机与蒸汽射流泵推进静音核潜艇”(CN105329428A)公开了用高温气冷核反应堆提供950摄氏度进行温差发电，驱动喷射机的电动机，将吸水管置于艇首正中央，出水口置于艇尾接喷射管，水射流驱动潜艇行驶及调整方向与姿态。专利“一种液体活塞及应用该流体活塞的热力压喷艇用推进系统”(CN107891961A)公开了一种液体活塞产生热力压的喷艇。
上述专利“喷射机与蒸汽射流泵推进静音核潜艇”(CN105329428A)和专利“一种液体活塞及应用该流体活塞的热力压喷艇用推进系统”(CN107891961A)没有提及尾部结构，分别采用核能推进法和喷水推进法，本专利采用电驱动仿鱼尾推进法，具有动力小推进能耗小的优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，技术构思：(a)基于曲柄连杆机构推动滑块平动；(b)滑块牵动潜艇尾舵产生摆动；(c)仿鱼尾摇摆尾舵推动无人潜艇移动。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，无人潜艇包括上主舵、尾舵、防摇舵、下主舵、测深模块、发送模块、叶绿素浓度测量仪、氧气浓度测量仪，其中，测深模块采集海底深度信息，叶绿素浓度测量仪采集海水叶绿素浓度信息，氧气浓度测量仪采集海水氧气浓度信息，且测深模块、叶绿素浓度测量仪和氧气浓度测量仪通过电缆与发送模块相连，并通过发送模块将采集到的信息实时地传送到岸基信息处理平台。
进一步，还包括尾舵控制结构，所述尾舵控制结构包括电机、曲柄、第一连杆、滑块、第二连杆、滑块上限位和滑块下限位，所述曲柄一端与电机轴连接，且连接点位曲柄支点，即电机的轴与固定的曲柄支点重合；曲柄另一端与第一连杆连接，且连接点为曲柄动点，曲柄动点的运动轨迹位于一个圆周上；第一连杆另一端通过滑块中心轴与滑块轴接；所述滑块上限位和滑块下限位相对设置，所述滑块置于滑块上限位和滑块下限位之间，且所述滑块可沿滑块上限位和滑块下限位前后移动；所述第二连杆一端与滑块中心轴转动连接，另一端与尾舵中部连接，且连接点为尾舵动点，尾舵的一个端部与无人潜艇相对固定连接，且连接点为尾舵支点。电机转动带动曲柄旋转，曲柄旋转带动第一连杆运动，第一连杆另一端连接滑块，滑块在滑块上限位和滑块下限位之间移动，带动第二连杆前后移动，第二连杆带动尾舵绕尾舵支点摆动，从而模仿鱼类提供前进的动力。
进一步，所述曲柄动点的轨迹上有四个特殊的位置，分别是曲柄动点A位置，曲柄动点B位置，曲柄动点C位置和曲柄动点D位置；以曲柄动点C指向曲柄动点A的方向为x轴正方向，以曲柄动点D指向曲柄动点B的方向为y轴正方向，建立直角坐标系，则其坐标分别为A(a,0)、B(0,a)、C(-a,0)和D(0,-a)，其中a为曲柄的长度，当曲柄动点位于曲柄动点A(a,0)位置时，滑块位于滑块右死点位置，尾舵位于尾舵右死点位置，当曲柄动点位于曲柄动点C(-a,0)位置时，滑块位于滑块左死点位置，尾舵位于尾舵左死点位置；当曲柄动点从曲柄动点A(a,0)位置向曲柄动点C(-a,0)位置运动时，滑块就从滑块右死点位置向滑块左死点位置方向移动，尾舵同样从尾舵右死点位置向尾舵左死点位置方向移动，当曲柄动点从曲柄动点C(-a,0)位置向曲柄动点A(a,0)位置运动时，滑块从滑块左死点位置向滑块右死点位置方向移动，尾舵同样从尾舵左死点位置向尾舵右死点位置方向移动。
具体的，所述尾舵采用仿鱼尾结构，包括硬而且直的尾鳍棘和由多节组成的尾鳍条，尾鳍棘与尾鳍条之间由弹性材料连接，尾鳍棘位于外侧，尾鳍条位于内侧。尾鳍棘有2条位于尾舵外侧，尾鳍条有若干条，呈对称分布，位于2条尾鳍棘之间，并且橡胶包裹着尾鳍棘和尾鳍条，尾鳍条有若干节串联在一起，每节之间可以有相对30度角的偏转。
进一步，滑块中心轴与尾舵相连接是通过一个“Y”字形尾舵连杆相连的，其中一端是连接滑块中心轴，另外两端是与尾舵的尾鳍棘相连，值得注意的是，当曲柄动点从曲柄动点A(a,0)位置向曲柄动点C(-a,0)位置运动时，滑块就从滑块右死点位置向滑块左死点位置方向移动，尾舵同样从尾舵右死点位置向尾舵左死点位置方向移动，尾舵的尾鳍棘跟随“Y”字形尾舵连杆从尾舵右死点位置向尾舵左死点位置方向移动，由于尾鳍棘与尾鳍条之间由弹性材料连接，尾鳍条具有惯性缓慢地跟过来；当曲柄动点从曲柄动点C(-a,0)位置向曲柄动点A(a,0)位置运动时，滑块就从滑块左死点位置向滑块右死点位置方向移动，尾舵同样从尾舵左死点位置向尾舵右死点位置方向移动，尾鳍棘跟随“Y”字形尾舵连杆从尾舵左死点位置向尾舵右死点位置方向移动，由于尾鳍棘与尾鳍条之间由弹性材料连接，尾鳍条具有惯性缓慢地跟过去，正因为尾鳍棘与尾鳍条之间由弹性材料连接，在运动过程中储存了弹性势能，推动着无人潜艇前进。
所述上主舵、下主舵和防摇舵都是采用电机驱动的曲柄连杆机构，带动活塞左右移动，控制上主舵、下主舵、防摇舵，确保无人潜艇运动姿态正常进行。
本发明主要涉及主舵、尾舵、防摇舵、下主舵都是采用曲柄连杆机构，一是保持潜艇平衡，二是基于微小动力在水中游动。其他的设备装置是用于测量海水深度成熟的装备。由测深模块、叶绿素浓度测量仪和氧气浓度测量仪探测的信息通过发送模块发送到岸基信息处理平台，采用曲柄连杆机构，摆动尾舵推进无人潜艇前进，驱动上主舵、尾舵、防摇舵、下主舵调节无人潜艇前进姿态，其中尾舵仿真鱼尾由硬而且直的尾鳍棘与多节尾鳍条组成，它们之间由弹性材料连接，在摆尾过程中储存着巨大的弹性势能推动无人潜艇到达指定位置，采集水深、叶绿素浓度、氧气浓度等信息。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，该装置采用曲柄连杆机构，仿鱼尾摇摆尾舵，推动无人潜艇日夜工作，将探测到的叶绿素浓度、近海海底深度、缺氧区位置的信息实时地发送至岸基信息处理平台，免去了人员出海一个位置一个位置测量，节省大量人力和物力，并且制作成本低，操作方便，使用安全，经济效益高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1无人潜艇示意图；
图2尾舵控制示意图；
图3曲柄连杆机构示意图；
图4尾舵仿生结构示意图；
图5尾舵连杆结构示意图。
图中：1.无人潜艇，2.上主舵，3.尾舵，4.防摇舵，5.测深模块，6.发送模块，7.叶绿素浓度测量仪，8.下主舵，9.电缆，10.氧气浓度测量仪，30.电机，31.曲柄支点，32.曲柄，33.曲柄动点，34.曲柄动点轨迹，35.第一连杆，36.滑块上限位，37.滑块中心轴，38.第二连杆，39.尾舵动点，3A.尾舵右死点位置，3B.尾舵支点，3C.尾舵左死点位置，3D.滑块右死点位置，3E.滑块，3F.滑块左死点位置，3G.滑块下限位，3H.尾鳍棘，3G.尾鳍条，3I.尾鳍条，3J.橡胶，331.曲柄动点A位置，332.曲柄动点B位置，333.曲柄动点C位置，334.曲柄动点D位置。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明的一种摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，无人潜艇1包括上主舵2、尾舵3、防摇舵4、下主舵8、测深模块5、发送模块6、叶绿素浓度测量仪7、氧气浓度测量仪10，其中测深模块5、发送模块6、叶绿素浓度测量仪7和氧气浓度测量仪10用电缆9相连。测深模块5包括激光发射模块、激光接收模块和发送模块6，其中激光发射模块和激光接收模块均采用多面棱锥，多面棱锥反射来自光纤射来的光，多束光纤将激光导出，由于光纤可以方便地改变入射光的方向，从而实现左前方、正前方、右前方、左侧方、正下方、右侧方等多方向向海底发射激光，同样接收海底反射回来的光也是通过多在面棱锥反射后进入接收器，再实时地从无人潜艇向岸基信息处理中心发送。
在图2中，在驱动尾舵3的结构中，包括电机30、固定的曲柄支点31、曲柄32、第一连杆35、滑块3E、第二连杆39、固定的尾舵支点3B，其中滑块上限位36和滑块下限位3G限制了滑块的位置，曲柄32和第一连杆35的连接点为曲柄动点33，位于一个圆周上，这个圆周为曲柄动点轨迹34，电机30的轴与固定的曲柄支点31重合。
在图3中，曲柄动点轨迹34中四个特殊的位置分别是曲柄动点A位置331，坐标为A(a,0)；曲柄动点B位置332，坐标为B(0,a)；曲柄动点C位置333，坐标为C(-a,0)；曲柄动点D位置334，坐标为D(0,-a)；当曲柄动点33位于曲柄动点A(a,0)位置时，滑块3E位于滑块右死点位置3D，尾舵3位于尾舵右死点位置3A；当曲柄动点33位于曲柄动点C(-a,0)位置时，滑块3E位于滑块左死点位置3F，尾舵3位于尾舵左死点位置3C。当曲柄动点33从曲柄动点A(a,0)位置向曲柄动点C(-a,0)位置运动时，滑块3E就从滑块右死点位置3D向滑块左死点位置3F方向移动，尾舵3同样从尾舵右死点位置3A向尾舵左死点位置3C方向移动；当曲柄动点33从曲柄动点C(-a,0)位置向曲柄动点A(a,0)位置运动时，滑块3E就从滑块左死点位置3F向滑块右死点位置3D方向移动，尾舵3同样从尾舵左死点位置3C向尾舵右死点位置3A方向移动，其中a为曲柄长度，坐标以曲柄动点C(-a,0)指向曲柄动点A(a,0)的方向x轴正方向，以曲柄动点D(0,-a)指向曲柄动点B(0,a)的方向y轴正方向。
所谓死点就是最大位移位，也就是连杆长度l1与曲柄长度l2在一条直线上时的叫法。在图2中当滑块位于3D位置，31与3D的距离为l1+l2，称为右死点，即3D为右限位；在图2中当滑块位于3F位置，31与3F的距离为l1-l2，称为左死点，即3F为左限位。
在图4中，尾舵3是仿鱼尾结构，包括尾鳍棘和尾鳍条，其中尾鳍棘3H硬而且直，尾鳍条由多节组成，尾鳍棘3H与尾鳍条3I之间由弹性材料连接，优选的弹性材料为橡胶3J，在尾鳍棘3H与尾鳍条3I之间充满着橡胶3J，橡胶3J包裹着尾鳍棘3H和尾鳍条3I连接，尾鳍棘3H有2条位于外侧，尾鳍条3I有若干条，呈对称分布，位于2条尾鳍棘3H之间，尾鳍条3I有若干节串联在一起，每节之间可以有相对30度角的偏转。
在图5中，尾舵动点39为位于尾部最上方和最下方的尾鳍棘3H中部，滑块中心轴37与尾舵3相连接的尾舵动点39通过一个“Y”字形尾舵连杆38相连，“Y”字形尾舵连杆38的一端与滑块中心轴37相连，另外两端与尾舵3外侧的两个尾舵动点39相连，值得注意的是，当曲柄动点33从曲柄动点A(a,0)位置向曲柄动点C(-a,0)位置运动时，滑块3E就从滑块右死点位置3D向滑块左死点位置3F方向移动，尾舵3同样从尾舵右死点位置3A向尾舵左死点位置3C方向移动，尾鳍棘3H跟随“Y”字形尾舵连杆38从尾舵右死点位置3A向尾舵左死点位置3C方向移动，由于尾鳍棘3H与尾鳍条3I之间由弹性材料连接，多节的尾鳍条3I具有惯性缓慢地跟过来；当曲柄动点33从曲柄动点C(-a,0)位置向曲柄动点A(a,0)位置运动时，滑块3E就从滑块左死点位置3F向滑块右死点位置3D方向移动，尾舵3同样从尾舵左死点位置3C向尾舵右死点位置3A方向移动，尾鳍棘3H跟随“Y”字形尾舵连杆38从尾舵左死点位置3C向尾舵右死点位置3A方向移动，由于尾鳍棘3H与尾鳍条3I之间由弹性材料连接，多节的尾鳍条3I具有惯性缓慢地跟过去。正因为尾鳍棘3H与尾鳍条3I之间由弹性材料连接，在运动过程中储存了弹性势能，推动着无人潜艇前进。
成功的实例，在上主舵2、下主舵8、防摇舵4都是采用图2所示的曲柄连杆机构，协调地推进无人潜艇1按指定位置前进。在无人潜艇1中安装的测深模块5、叶绿素浓度测量仪7、氧气浓度测量仪10探测到的信息通过发送模块6实时地发送到岸基信息处理平台。
本发明巧妙地利用电机30驱动曲柄连杆机构摆动尾舵3，控制上主舵2、下主舵8、防摇舵4、尾舵3，尤其是主舵2、下主舵8、防摇舵4、尾舵3由鳍棘与鳍条组成，在鳍棘与鳍条之间由弹性材料连接，特别是尾舵3中的尾鳍条3I为多节形状，在运动过程中储存着巨大能量，推进无人潜艇1前进，并确保无人潜艇1移动到指定位置，让测深模块5、叶绿素浓度测量仪7、氧气浓度测量仪10探测到的信息通过发送模块6实时地发送到岸基信息处理平台。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，其特征在于：无人潜艇包括上主舵、尾舵、防摇舵、下主舵、测深模块、发送模块、叶绿素浓度测量仪、氧气浓度测量仪，其中，测深模块用于采集海底深度信息，叶绿素浓度测量仪用于采集海水叶绿素浓度信息，氧气浓度测量仪用于采集海水氧气浓度信息，且测深模块、叶绿素浓度测量仪和氧气浓度测量仪通过电缆与发送模块相连，并通过发送模块将采集到的信息实时地传送到岸基信息处理平台。
2.如权利要求1所述的摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，其特征在于：还包括尾舵控制结构，所述尾舵控制结构包括电机、曲柄、第一连杆、滑块、第二连杆、滑块上限位和滑块下限位，所述曲柄一端与电机轴连接，且连接点位曲柄支点；曲柄另一端与第一连杆连接，且连接点为曲柄动点，曲柄动点的运动轨迹位于一个圆周上；第一连杆另一端通过滑块中心轴与滑块轴接；所述滑块上限位和滑块下限位相对设置，所述滑块置于滑块上限位和滑块下限位之间，且所述滑块可沿滑块上限位和滑块下限位前后移动；所述第二连杆一端与滑块中心轴转动连接，另一端与尾舵中部连接，且连接点为尾舵动点，尾舵的一个端部与无人潜艇相对固定连接，且连接点为尾舵支点。
3.如权利要求2所述的摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，其特征在于：所述曲柄动点的轨迹上有四个特殊的位置，分别是曲柄动点A位置，曲柄动点B位置，曲柄动点C位置和曲柄动点D位置；以曲柄动点C指向曲柄动点A的方向为x轴正方向，以曲柄动点D指向曲柄动点B的方向为y轴正方向，建立直角坐标系，则其坐标分别为A(a,0)、B(0,a)、C(-a,0)和D(0,-a)，其中a为曲柄的长度，当曲柄动点位于曲柄动点A(a,0)位置时，滑块位于滑块右死点位置，尾舵位于尾舵右死点位置，当曲柄动点位于曲柄动点C(-a,0)位置时，滑块位于滑块左死点位置，尾舵位于尾舵左死点位置；当曲柄动点从曲柄动点A(a,0)位置向曲柄动点C(-a,0)位置运动时，滑块就从滑块右死点位置向滑块左死点位置方向移动，尾舵同样从尾舵右死点位置向尾舵左死点位置方向移动，当曲柄动点从曲柄动点C(-a,0)位置向曲柄动点A(a,0)位置运动时，滑块从滑块左死点位置向滑块右死点位置方向移动，尾舵同样从尾舵左死点位置向尾舵右死点位置方向移动。
4.如权利要求2所述的摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，其特征在于：所述尾舵采用仿鱼尾结构，包括尾鳍棘和尾鳍条，其中，尾鳍棘硬而且直，尾鳍条由多节组成，尾鳍棘与尾鳍条之间由弹性材料连接，尾鳍棘位于外侧，尾鳍条位于内侧。
5.如权利要求2所述的摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，其特征在于：尾舵动点位于尾舵最上方和最下方的尾鳍棘中部，滑块中心轴与尾舵动点之间通过一个“Y”字形尾舵连杆相连，“Y”字形尾舵连杆的一端与滑块中心轴相连，另外两端与尾舵外侧的两个尾舵动点相连；当曲柄动点从曲柄动点A(a,0)位置向曲柄动点C(-a,0)位置运动时，滑块就从滑块右死点位置向滑块左死点位置方向移动，尾舵同样从尾舵右死点位置向尾舵左死点位置方向移动，尾舵的尾鳍棘跟随“Y”字形尾舵连杆从尾舵右死点位置向尾舵左死点位置方向移动，由于尾鳍棘与尾鳍条之间由弹性材料连接，尾鳍条具有惯性缓慢地跟过来；当曲柄动点从曲柄动点C(-a,0)位置向曲柄动点A(a,0)位置运动时，滑块就从滑块左死点位置向滑块右死点位置方向移动，尾舵同样从尾舵左死点位置向尾舵右死点位置方向移动，尾鳍棘跟随“Y”字形尾舵连杆从尾舵左死点位置向尾舵右死点位置方向移动，由于尾鳍棘与尾鳍条之间由弹性材料连接，尾鳍条具有惯性，缓慢地跟过去，弹性材料在运动过程中储存了弹性势能，推动着无人潜艇前进。
6.如权利要求1所述的摆尾式前进的无人潜艇浅海探测装置，其特征在于：所述上主舵、下主舵和防摇舵都是采用电机驱动的曲柄连杆机构。
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