CN110510089A - 一种用于水下机器人的柔性折叠翼模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水下机器人的柔性折叠翼模块，属于涉及水下机器人技术领域，柔性折叠翼模块安装在水下机器人主体上，包括：安装座，由底板和盖板安装而成；安装座固定在一与水下机器人主体连接的连接舱段；伸缩机构，对称安装在底板和盖板之间，伸缩机构上固定有柔性蒙皮；驱动机构，驱动伸缩机构进行伸缩运动，带动展开或收拢柔性蒙皮。通过伸缩机构对蒙皮进行伸缩，将伸缩机构安装到连接舱段内，方便伸缩机构的存储和布放回收。

Description

一种用于水下机器人的柔性折叠翼模块

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体地说，涉及一种用于水下机器人的柔性折叠翼模块。

背景技术

地球海洋总面积约为3.6亿平方公里，约占整体表面积的71％，在海洋中蕴藏着丰富的资源，因此水下机器人作为一种重要的水下探测设备日益受到各个国家的重视。目前，水下机器人种类繁多，包括探测浮标、水下滑翔机以及多种仿生水下机器人，水下机器人的侧翼及尾翼是水下机器人实现滑翔运动及转弯运动的重要部件，然而侧翼及尾翼通常使用刚性结构，例如由碳纤维材料制作成特定形状的薄板作为水下机器人的侧翼及尾翼，刚性结构有着自身的优点，如形状固定，抗冲击性能好，但是刚性翼会造成水下机器人所占体积较大，会对水下机器人的布放回收造成很大的不便，另外，刚性翼一般在水下机器人入水前进行安装，随着船只的晃动，在船上的装配工作也会变得困难，这无疑又增加了整个实验的难度和复杂度，因此，折叠翼作为一种可以自主伸展与收缩的模块被研发出来，方便了水下机器人的存放及布放回收，提高了整个试验过程的流畅性和成功率。

公布号为CN108639287A的中国专利文献公开了一种大型重载混合驱动水下滑翔机，包括滑翔机机身、浮力调节装置、姿态调节装置、折叠翼机构、能源模块、主控制系统、导航通讯系统和推进器驱动系统；主控制系统控制浮力调节装置实现水下滑翔机的浮力大小调节，姿态调节装置一体连接于水下滑翔机脊背上方以实现水下滑翔机俯仰姿态控制；折叠翼机构为单自由度，包括气弹簧机构、连杆机构、一对旋转翼和一对伸缩翼，折叠翼机构与姿态调节装置相连，且固定于滑翔机机身中部并与滑翔机机身连为一体，一对旋转翼在连杆机构的带动下实现平面转动，一对伸缩翼实现伸展收缩运动；导航通讯系统用于设定航向和作业任务；主控制系统控制推进器驱动系统实现推进运动、差动转弯运动。

该专利的不足之处在于：

1)折叠翼机构位于滑翔机外部，不利于滑翔机整机的一体性，对存放及布放回收造成不便；

2)折叠翼机构结构复杂，多处机构间通过连杆进行连接，在水下复杂的环境中不利于折叠翼机构整体的稳定性；

3)折叠翼机构的展开与收回由气弹簧机构的内气压与水压压差的作用实现，不受滑翔机主控控制，受外界环境影响大，存在折叠翼机构未按预期意外打开的风险。

发明内容

本发明的目的为提供一种用于水下机器人的柔性折叠翼模块，可以进行自主伸展与收缩，使得水下机器人的结构更加紧凑，并具有较低的布放回收难度和更好的便携性。

为了实现上述目的，本发明提供的用于水下机器人的柔性折叠翼模块，安装在水下机器人主体上，包括：

安装座，由底板和盖板安装而成；安装座固定在一与水下机器人主体连接的连接舱段；

伸缩机构，对称安装在底板和盖板之间，伸缩机构上固定有柔性蒙皮；

驱动机构，驱动伸缩机构进行伸缩运动，带动展开或收拢柔性蒙皮。

上述技术方案中，通过伸缩机构对蒙皮进行伸缩，将伸缩机构安装到连接舱段内，方便伸缩机构的存储和布放回收。

作为优选，伸缩机构由若干交叉的肋条连接而成，伸缩机构固定端的两个交叉肋条通过固定轴活动连接在底板上。该结构可方便伸缩。

作为优选，驱动机构包括电机、设置在电机输出轴上的齿轮和与齿轮啮合且相对设置的一对齿条，对称安装的伸缩机构分别与相对设置的齿条连接。可以由电机带动实现不同长度的翼展，一方面使得水下机器人能够更好的适应水下不同的环境及运动方式，另一方面也使得折叠翼模块能够更好的适用于不同结构的水下机器人，以实现最佳的水动力性能。

为了方便伸缩机构的伸缩运动，作为优选，底板上设有平行的两条滑槽，齿条通过活动销钉与滑槽活动连接。

作为优选，伸缩机构固定端的两个交叉肋条分别连接了与齿条连接的长肋条和短肋条，齿条带动带动短肋条和长肋条移动，从而带动伸缩机构伸缩。

作为优选，连接舱段包括与水下机器人主体的形状相适应的筒体以及设置在筒体两端的上端盖和下端盖；安装座安装在筒体内，筒体的外壁设有供伸缩机构穿过的避让槽。

作为优选，上端盖和下端盖上设有用于固定底板和盖板的固定孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的用于水下机器人的柔性折叠翼模块，摒弃传统的水下机器人的刚性翼结构，采用可伸展与收缩的折叠翼，使得整体结构更加紧凑，方便水下机器人的存储和布放回收；整体性好，方便水下机器人的空投。

附图说明

图1为本发明实施例的柔性折叠翼模块的结构示意图；

图2为本发明实施例的伸缩机构的整体结构示意图；

图3为本发明实施例的伸缩机构的内部安装结构示意图；

图4为本发明实施例的上端盖或下端盖的结构示意图；

图5为本发明实施例的活动销钉的结构示意图；

图6为本发明实施例的支撑柱的结构示意图；

图7为本发明实施例的底板的结构示意图；

图8为本发明实施例的水下机器人的结构示意图。

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至图7，本实施例的用于水下机器人的柔性折叠翼模块包括：安装座、连接舱段和折叠翼3。连接舱段包括与水下机器人主体的形状相适应的筒体2以及设置在筒体2两端的上端盖4和下端盖1。安装座安装在筒体2内，筒体2的外壁设有供折叠翼3穿过的避让槽。

上端盖4与下端盖1端面中间部分有4个折叠翼固定孔4-1，通过螺栓与折叠翼固定架3-2连接，在上端盖4与下端盖1的外侧有端盖固定螺纹通孔4-2，端盖1和端盖4由螺栓通过端盖固定螺纹通孔4-2固定在筒体2上，连接舱段连接螺纹孔4-3用来通过螺栓与水下机器人连接。

安装座由底板3-11和盖板3-1通过支撑柱3-8组装而成，底板3-11上有两条滑轨，齿条固定轴3-7可以沿着滑轨滑动，盖板3-1上的两条滑轨作用相同，底板3-11上的两个突出的轴在底板上固定，用来穿过固定肋条3-14的中间的孔。齿条固定轴3-7穿过驱动短肋条3-13和齿条3-6，并用螺母锁定，电机3-3通过电机支架3-4安装在底板3-11上，带动齿轮3-5旋转，进而带动齿条3-6沿滑轨运动，齿条3-6上装配有两个齿条固定轴3-7，使齿条3-6可以沿着盖板3-1和底板3-11上的滑轨稳定运动。长肋条3-12一端由齿条固定轴3-7穿过，进行旋转固定，另一端和固定肋条3-14的一端连接。

除固定肋条3-14的中间孔由底板3-11上的突出轴连接和驱动短肋条3-13的一端由齿条固定轴3-7连接外，在最外侧活动的活动肋条3-15的端部安装短铆钉3-17，其余肋条之间均通过长铆钉3-10进行连接，肋条支撑柱3-16安装在最外侧肋条的端部，以使得所有的铆钉的上端面在一个平面，这样便可由铆钉将柔性弹力薄膜3-9均匀压在肋条上。在折叠翼的另一侧结构与上述描述相同，在此不再赘述。

参见图8，将柔性折叠翼模块安装在水下探测浮标上，使得水下探测浮标具有滑翔能力。当浮标进入滑翔模式后需要将柔性折叠翼打开，此时电机3-3顺时针开启，带动齿轮3-6转动，进而带动齿条3-6运动，齿条3-6通过齿条固定轴3-7驱动肋条运动将折叠翼打开，当折叠翼伸展至所需长度后，电机3-3停止转动，折叠翼完成打开过程；当浮标退出滑翔模式后需要将柔性折叠翼关闭，此时电机3-3逆时针开启，重复上述运动将折叠翼收回。

Claims (7)

1.一种用于水下机器人的柔性折叠翼模块，安装在水下机器人主体上，其特征在于，包括：

安装座，由底板和盖板安装而成；所述安装座固定在一与所述水下机器人主体连接的连接舱段；

伸缩机构，对称安装在所述底板和盖板之间，所述伸缩机构上固定有柔性蒙皮；

驱动机构，驱动所述伸缩机构进行伸缩运动，带动展开或收拢所述柔性蒙皮。

2.根据权利要求1所述的用于水下机器人的柔性折叠翼模块，其特征在于，所述的伸缩机构由若干交叉的肋条连接而成，所述伸缩机构固定端的两个交叉肋条通过固定轴活动连接在所述底板上。

3.根据权利要求2所述的用于水下机器人的柔性折叠翼模块，其特征在于，所述的驱动机构包括电机、设置在所述电机输出轴上的齿轮和与所述齿轮啮合且相对设置的一对齿条，对称安装的伸缩机构分别与相对设置的齿条连接。

4.根据权利要求3所述的用于水下机器人的柔性折叠翼模块，其特征在于，所述的底板上设有平行的两条滑槽，所述的齿条通过活动销钉与所述滑槽活动连接。

5.根据权利要求3所述的用于水下机器人的柔性折叠翼模块，其特征在于，所述的伸缩机构固定端的两个交叉肋条分别连接了与所述齿条连接的长肋条和短肋条，齿条带动短肋条和长肋条移动，从而带动所述伸缩机构伸缩。

6.根据权利要求1所述的用于水下机器人的柔性折叠翼模块，其特征在于，所述的连接舱段包括与所述水下机器人主体的形状相适应的筒体以及设置在所述筒体两端的上端盖和下端盖；所述的安装座安装在所述筒体内，所述筒体的外壁设有供所述伸缩机构穿过的避让槽。

7.根据权利要求3所述的用于水下机器人的柔性折叠翼模块，其特征在于，所述的上端盖和下端盖上设有用于固定所述底板和所述盖板的固定孔。