CN110481737B - 一种应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置，属于水下机器人技术领域，包括外形相同的底板和盖板；底板上设有：菱形的伸缩机构，由若干交叉的肋条连接而成，伸缩机构上固定有可随其展开或收缩的柔性蒙皮；锁定机构，在伸缩机构收拢时和展开时对其进行锁定；入水电极，检测到水下机器人进入水中后，触发锁定机构对伸缩机构进行解锁；底板和盖板盖合后，侧面具有供伸缩机构通过的间隙。锁定机构具有双锁定功能，可对伸缩机构收拢和展开时进行锁定，通过锁定机构对伸缩机构在展开时的锁定，防止蒙皮被风浪掀起或摆动不稳定。底板和盖板盖合后，伸缩机构可完全收入底板和盖板形成的空腔内，使机翼缩回状态时整体体积小，结构更为紧凑。

Description

一种应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体地说，涉及一种应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置。

背景技术

海洋中蕴藏着丰富的资源，海洋探查正越来越受到人们的重视，而水下机器人作为一种重要的海洋探查设备，可以在水下进行长时间、长距离的观测。一般情况下，水下机器人均配备有双翼以及尾翼来实现在水中的滑翔运动，然而，大多数水下机器人的翼均为刚性翼，通常在水下机器人入水前需要将刚性翼安装到机体上，并在实验结束后拆除刚性翼以方便水下机器人装箱保存，所以，刚性翼的使用会增加整个实验流程的复杂度，同时也会增加水下机器人布放的难度，并且在水下机器人存储时会占用较大的空间。

公布号为CN109631686A的中国专利文献公开了一种巡飞弹折叠翼机构，其包括齿轮、齿条、底固定板、上夹板、弹簧单元、展开锁定机构和折叠锁定机构，底固定板固定在弹身顶部，其上表面设置有长条导向槽，导向槽与弹身中轴线平行；每个齿轮上下旋转轴分别插入两个轴承内圈中，两个轴承外圈分别插入上夹板和底固定板的孔中；齿条为两侧具有啮合齿的直板状构件，其两侧的啮合齿分别与两个齿轮啮合，其后端部与弹簧单元连接，弹簧单元固定在底固定板上，齿条下表面安装有定位销，定位销沿着导向槽滑动，上夹板通过连接件固定在底固定板上。

该专利处于折叠状态时整体长度较长，会占用较大空间；装置经过长期使用后，弹簧会由于老化导致两根弹簧弹力不一致的情况，进而会导致齿条两端受力不均匀而影响齿条运动的稳定性；电磁铁的支柱穿过弹翼上的圆环进行锁定，然而电磁铁支柱另一端并无阻挡装置防止弹翼圆环从电磁铁支柱滑落，所以弹翼存在意外打开的情况，不利于装置整体的稳定性和安全性。

另有公布号为CN107972845A的中国专利文献公开了一种可伸长机翼，包括折叠部分翼的一端与飞机的机身相连，另一端连接着固定部分翼；固定部分翼与常规机翼相似，固定部分翼上设有副翼和翼尖小翼；折叠部分翼能够进行伸缩；折叠部分翼包括伸缩杆、小翼肋、柔性蒙皮、收放装置和接头；折叠部分翼进行伸缩运动，机翼的长度变长，使得使用该机翼的飞机的展弦比也不同，从而使得机翼获得的升力不同。

由于该专利采用伸缩杆控制机翼的伸长，然而伸缩杆固定端自身即占用一定长度，所以机翼的最短长度会受到伸缩杆的长度的限制；此外，机翼的蒙皮由收放装置控制，当机翼伸长后，收放装置放出的蒙皮仅可无固定的覆盖在机翼表面，当气流较大时蒙皮存在被掀起的风险，不利于装置的稳定性。

发明内容

本发明的目的为提供一种应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置，其结构紧凑且稳定，同时可解决气流较大时蒙皮存在被掀起风险的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置包括外形相同的底板和盖板；底板上设有：

菱形的伸缩机构，由若干交叉的肋条连接而成，伸缩机构上固定有可随其展开或收缩的柔性蒙皮；

锁定机构，在伸缩机构收拢时和展开时对其进行锁定；

入水电极，检测到水下机器人进入水中后，触发锁定机构对伸缩机构进行解锁；

底板和盖板盖合后，侧面具有供伸缩机构通过的间隙。

上述技术方案中，锁定机构具有双锁定功能，可对伸缩机构收拢和展开时进行锁定，通过锁定机构对伸缩机构在展开时的锁定，防止蒙皮被风浪掀起或摆动不稳定。底板和盖板盖合后，伸缩机构可完全收入底板和盖板形成的空腔内，使机翼缩回状态时整体体积小，结构更为紧凑。

作为优选，底板上设有安装槽和过盈配合在安装槽内的固定底盘；固定底盘上设有固定轴和滑道，伸缩机构的固定端的两根肋条中，固定肋条的端部活动连接在固定轴上，活动肋条的端部可沿滑道滑动。其余肋条均为活动状态，固定肋条的端部可绕固定轴旋转。

作为优选，固定底盘上设有一拉簧，伸缩机构解锁后，拉簧拉动活动肋条的端部沿滑道滑动，展开伸缩机构。

作为优选，锁定机构包括设置在滑道上的固定座、沿滑道滑动的滑座以及穿过固定座插入滑座内的伸缩柱，滑座上设有与活动肋条活动连接的连接轴；拉簧的一端固定在滑座上，另一端固定于固定底盘上。活动肋条可绕连接轴旋转，同时随滑座滑动。

作为优选，固定座上设有供伸缩柱穿过的穿孔，滑座上设有与穿孔对应的锁定孔，伸缩机构收拢时，锁定孔与穿孔对齐，供伸缩柱穿过锁定；伸缩机构展开时，伸缩柱抵住滑座后端进行锁定。从而实现双锁定功能。

为了方便控制，作为优选，伸缩柱为设置在固定底盘上的电磁铁的铁芯，铁芯外套有复位弹簧。水下机器人入水前，电磁铁的铁芯穿过固定座插入滑座内对伸缩结构进行锁定，当水下机器人落水后，入水电极检测到水，触发电磁铁通电，铁芯在磁力作用下收回并进入延时状态，此时滑座在拉簧的作用下沿滑道滑动，伸缩机构展开，蒙皮也随伸缩机构的展开而绷紧。电磁铁延时结束后，电磁铁的铁芯在复位弹簧的作用下弹出并抵在滑座的后端，防止展开的伸缩机构意外收回。

作为优选，底板和盖板之间通过螺栓连接固定，底板和盖板的侧面设有连接水下机器人的安装孔。通过螺栓将底板和盖板固定在水下机器人的侧壁上。

为了方便安装，节省材料，作为优选，肋条通过铆钉相连形成旋转副，同时铆钉将柔性蒙皮压在肋条上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置为独立的柔性可折叠翼模块，有单独的控制单元，不干扰水下机器人机体内部的控制模块，整体可移植性强，安装方便，使用范围广；折叠翼在伸展后会自动锁定，防止机翼的意外收回，有效提高了装置的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例中柔性可折叠翼装置的外形图；

图2为本发明实施例中柔性可折叠翼装置的内部结构示意图；

图3为本发明实施例中盖板的结构示意图；

图4为本发明实施例中底板的结构示意图；

图5为本发明实施例中固定座的结构示意图；

涂6为本发明实施例中滑座的结构示意图；

图7为本发明实施例中固定底盘的结构示意图；

图8为本发明实施例中菱形伸缩机构的结构示意图；

图9为本发明实施例中折叠翼展开示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1，本实施例的应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置包括底板3、盖板2和将底板3和盖板2连接盖合的连接螺栓1。

参见图2，底板3上设有固定底盘10，底盘10上设有菱形伸缩机构12、入水电极8、电路舱9、固定座5、滑座6、拉簧7和固定在菱形伸缩机构12上的柔性蒙皮11。

参见图3，盖板2上设有盖板槽2-3、盖板螺栓孔2-1和盖板固定孔2-2。参见图4，底板3上设有底板螺栓孔3-1、底板固定孔3-2和安装槽3-3。盖板螺栓孔2-1与底板螺栓孔3-1对应设置，用于底板3和盖板2的连接。盖板固定孔2-2和底板固定孔3-2用于将底板3和盖板2固定在水下机器人的侧壁上。底板3和盖板2盖合时，盖板槽2-3和安装槽3-3形成一空腔。

参见图5，固定座5上设有避让槽5-2、螺栓固定孔5-3和穿孔5-1，螺栓固定孔5-3用于将固定座5固定到固定底盘10上。参见图6，滑座6上设有锁定孔6-1、连接轴6-2和拉簧固定孔6-3。

参见图7，固定底盘10上设有用于安装固定座5的螺孔10-1、与滑座6滑动配合的滑道10-2、用于固定拉簧端部的固定轴10-3、用于固定肋条的固定轴10-4以及用于安装电路舱的螺孔10-5。

参见图8，菱形伸缩机构12由若干交叉的肋条12-3连接而成，肋条12-3的中间位置设有中心铆钉12-2，将交叉的两根肋条活动连接，肋条12-3的两段设有端头铆钉12-4，且在菱形伸缩机构12的活动端的下肋条端部设有支撑柱12-1，用于柔性蒙皮11连接时的支撑。

本实施例的柔性可折叠翼装置的安装及使用过程如下：

一、准备工作：首先将固定底盘10嵌入底板3的安装槽3-3中，形成过盈配合，将电磁铁4固定在固定底盘10上，电磁铁4的铁芯穿过固定座5的穿孔5-1和滑座6的锁定孔6-1，滑座6可以在固定底盘10的滑道10-2中滑动，并且，菱形伸缩机构12缩回时滑座6的位置为其初始位置，固定座5通过螺钉固定在固定底盘10上，拉簧7的一端固定在滑座6的拉簧固定孔6-3中，另一端固定在固定底盘10的固定轴10-3上，菱形伸缩机构12未安装铆钉的一端安装在滑座6的连接轴6-2上，另一端安装在固定底盘10的固定轴10-4上，菱形伸缩机构12中，肋条之间通过铆钉相连接形成旋转副，同时铆钉将柔性蒙皮11压在肋条上，柔性蒙皮11在菱形伸缩机构缩回时为其初始松弛状态，入水电极8固定在固定底盘10上，电路板放在电路舱9内，电路舱9通过螺钉固定在固定底盘10上，并进行端面密封，盖板2通过螺栓与底板3固定在一起，同时压紧菱形伸缩机构12的铆钉，可折叠翼主体安装完成后可将整个装置通过盖板固定孔2-2和底板固定孔3-2固定在水下机器人上。

二、展开过程：当水下机器人进入水中后，入水电极8检测到进入水中，此时电路舱9中的控制模块控制电磁铁4通电，电磁铁4的铁芯在磁力的作用下收回并进入延时状态，此时滑座6在拉簧7的作用下在固定底盘10的滑道10-2中滑动，菱形伸缩机构12在滑座6的带动下完成展开动作，柔性蒙皮11也随着菱形伸缩机构12的展开而绷紧，然后，电磁铁4延时结束，电磁铁4的铁芯在复位弹簧的作用下弹出滑座6，防止已展开的菱形伸缩机构意外收回；折叠翼展开状态参见图9。

三、缩回过程：当水下机器人完成打捞回到空气中时，用少量水沾湿入水电极8，触发电磁铁4通电，电磁铁4的铁芯在磁力的作用下收回并进入延时状态，此时用手推菱形伸缩机构12，使滑座6在固定底盘10的滑道10-2中回到初始位置，柔性蒙皮11也随着菱形伸缩机构12的缩回而回到初始松弛状态，然后，电磁铁4延时结束，电磁铁4的铁芯在复位弹簧的作用下弹出并插入滑座6的锁定孔6-1内，对滑座6进行锁定，至此完成折叠翼缩回过程。

Claims (5)

1.一种应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置，其特征在于，包括外形相同的底板和盖板；所述底板上设有：

菱形的伸缩机构，由若干交叉的肋条连接而成，所述伸缩机构上固定有可随其展开或收缩的柔性蒙皮；

锁定机构，在所述伸缩机构收拢时和展开时对其进行锁定；

入水电极，检测到水下机器人进入水中后，触发所述锁定机构对所述伸缩机构进行解锁；

所述底板和所述盖板盖合后，侧面具有供所述伸缩机构通过的间隙；

所述的底板上设有安装槽和过盈配合在所述安装槽内的固定底盘；所述固定底盘上设有固定轴和滑道，所述伸缩机构的固定端的两根肋条中，固定肋条的端部活动连接在所述固定轴上，活动肋条的端部可沿所述滑道滑动；

所述的固定底盘上设有一拉簧，所述伸缩机构解锁后，所述拉簧拉动所述活动肋条的端部沿所述滑道滑动，展开所述伸缩机构；

所述的锁定机构包括设置在所述滑道上的固定座、沿所述滑道滑动的滑座以及穿过所述固定座插入所述滑座内的伸缩柱，所述滑座上设有与所述活动肋条活动连接的连接轴；所述拉簧的一端固定在所述滑座上，另一端固定于所述固定底盘上。

2.根据权利要求1所述的应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置，其特征在于，所述的固定座上设有供所述伸缩柱穿过的穿孔，所述的滑座上设有与所述穿孔对应的锁定孔，所述伸缩机构收拢时，所述锁定孔与所述穿孔对齐，供所述伸缩柱穿过锁定；所述伸缩机构展开时，所述伸缩柱抵住所述滑座后端进行锁定。

3.根据权利要求2所述的应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置，其特征在于，所述的伸缩柱为设置在所述固定底盘上的电磁铁的铁芯，所述铁芯外套有复位弹簧。

4.根据权利要求1所述的应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置，其特征在于，所述的底板和盖板之间通过螺栓连接固定，所述底板和盖板的侧面设有连接水下机器人的安装孔。

5.根据权利要求1所述的应用于水下机器人的柔性可折叠翼装置，其特征在于，所述的肋条通过铆钉相连形成旋转副，同时所述铆钉将所述的柔性蒙皮压在肋条上。

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