CN113548146A - 一种基于潮流能的自供能水下机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于潮流能的自供能水下机器人，包括第一舱体、第二舱体、叶轮和发电机构；第一舱体内设有开闭机构，开闭机构用于驱动第一舱体与第二舱体分离和闭合；第二舱体内设有收放机构，收放机构与叶轮联动，收放机构用于驱动叶轮移进和移出第二舱体；叶轮的周侧活动连接有多片叶片，以使多片叶片具备往内收纳和往外伸展的状态，且叶轮与多片叶片之间均连接有弹性件，在叶轮移出第二舱体时，弹性件用于带动多片叶片变为往外伸展的状态；发电机构与叶轮联动，发电机构在叶轮的驱动下发电，以供自供能水下机器人使用；此方案能够控制叶轮的伸展和收纳，不但实现潮流能的利用，更确保了AUV航行时不会受到影响。

Description

一种基于潮流能的自供能水下机器人
技术领域
本发明涉及机器人的技术领域，特别涉及一种基于潮流能的自供能水下机器人。
背景技术
海洋内部存在着丰富的资源，各个国家都在进行着对海洋资源的探测或勘测活动，海洋探测活动主要依靠水下机器人(AUV)进行。目前投入使用的AUV多利用携带的电池提供电能和动力，部分研究尝试利用波浪能、太阳能对AUV进行充电。太阳能发电技术容易受到环境因素(如阴雨天气)的影响，波浪能发电技术依靠海洋表面的波浪实现发电过程，不能满足AUV的深海供能。
传统水下机器人携带的电池所储存的电能非常有限，难以满足AUV长时工作的用电需求。
对于处于深海工作环境的AUV，波浪能发电技术、太阳能发电技术、风力发电技术已经不再适用，基于潮流能的发电技术具有一定可行性，但是目前已有的潮流能发电装置大都无法直接与AUV直接集成，这是因为实现潮流能发电的叶片会影响AUV的正常运动，为此急需一种能够解决此问题的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于潮流能的自供能水下机器人，以解决潮流能应用对AUV正常行驶造成影响的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于潮流能的自供能水下机器人，包括驱动机构、第一舱体、第二舱体、叶轮和发电机构；所述驱动机构用于驱动所述自供能水下机器人移动；所述第一舱体内设有开闭机构，所述开闭机构用于驱动所述第一舱体与所述第二舱体分离和闭合；所述第二舱体内设有收放机构，所述收放机构与所述叶轮联动，所述收放机构用于驱动所述叶轮移进和移出所述第二舱体；所述叶轮的周侧活动连接有多片叶片，以使多片所述叶片具备往内收纳和往外伸展的状态，且所述叶轮与多片所述叶片之间均连接有弹性件，在所述叶轮移出所述第二舱体时，所述弹性件用于带动多片所述叶片变为往外伸展的状态；所述发电机构与所述叶轮联动，所述发电机构在所述叶轮的驱动发电，以供所述自供能水下机器人使用。
在其中一个实施例中，所述自供能水下机器人还包括内舱，所述内舱设于所述第二舱体内，所述内舱的一端与所述开闭机构连接，所述内舱的另一端与所述收放机构连接，且所述内舱内活动安装有所述叶轮，所述内舱的布置轨迹为所述叶轮的移动轨迹。
在其中一个实施例中，所述开闭机构为伸缩结构，所述开闭机构的伸展驱动所述第一舱体与所述第二舱体分离，所述开闭机构的收缩驱动所述第一舱体与所述第二舱体闭合。
在其中一个实施例中，所述开闭机构包括活塞杆和液压缸，所述活塞杆的一端插入所述液压缸内，所述活塞杆的另一端与所述内舱固定连接，所述液压缸用于驱动所述活塞杆移进和移出所述液压缸。
在其中一个实施例中，所述发电机构包括连接座、转动轴和发电电机；所述连接座与所述开闭机构连接；所述转动轴以可转动的方式连接于所述连接座与所述内舱之间，所述转动轴置于所述叶轮的移动轨迹内，在所述叶轮移动至所述转动轴的位置时，所述叶轮与所述转动轴连接固定；所述发电电机与所述转动轴联动，所述发电电机用于在所述转动轴的驱动下发电。
在其中一个实施例中，所述发电电机为两个，一个所述发电电机设于所述连接座内，一个所述发电电机设于所述内舱内，两个所述发电电机分别与所述转动轴的两端联动。
在其中一个实施例中，所述转动轴同轴设有第一齿轮，所述发电电机同轴设有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径。
在其中一个实施例中，所述收放机构包括活动块和驱动电机；所述活动块与所述叶轮之间为可分离式连接；所述驱动电机用于驱动所述活动块移向和移离所述叶轮，且在所述活动块移向所述叶轮时，所述活动块与所述叶轮连接，并以此推动所述叶轮移动至所述第二舱体外。
在其中一个实施例中，所述驱动电机同轴连接有丝杆，所述丝杆的布置轨迹与所述叶轮的移动轨迹一致，所述丝杆与所述活动块活动连接，所述丝杆的自转用于驱动所述活动块移向和移离所述叶轮。
在其中一个实施例中，所述活动块连接有电磁铁，所述电磁铁用于与所述叶轮磁性吸合连接。
本发明的有益效果如下：
由于所述收放机构用于驱动所述叶轮移进和移出所述第二舱体，在所述叶轮移出所述第二舱体时，所述弹性件用于带动多片所述叶片变为往外伸展的状态，所述发电机构在所述叶轮的驱动下发电，所以当需要利用潮流能时，可以将叶轮和叶片移出至第二舱体外，以此实现潮流能发电，从而为自供能水下机器人提供电能；而且所述开闭机构用于驱动所述第一舱体与所述第二舱体分离和闭合，所以在收放机构将叶轮和叶片藏于第二舱体后，则可将第一舱体和第二舱体闭合，以确保自供能水下机器人需要航行时不会受到影响，从而切实解决了潮流能应用对AUV正常行驶造成影响的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的结构示意图；
图2是图1的叶片收纳状态透视图；
图3是图1的局部放大剖视图；
图4是图3的局部放大示意图。
附图标记如下：
10、驱动机构；
21、第一舱体；22、第二舱体；
30、叶轮；31、叶片；32、弹性件；
40、发电机构；41、连接座；42、转动轴；43、发电电机；441、第一齿轮；442、第二齿轮；
50、开闭机构；51、活塞杆；52、液压缸；
60、收放机构；61、活动块；62、驱动电机；63、丝杆；64、电磁铁；
70、内舱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种基于潮流能的自供能水下机器人，其实施例如图1至图4所示，包括驱动机构10、第一舱体21、第二舱体22、叶轮30和发电机构40；驱动机构10用于驱动自供能水下机器人移动；第一舱体21内设有开闭机构50，开闭机构50用于驱动第一舱体21与第二舱体22分离和闭合；第二舱体22内设有收放机构60，收放机构60与叶轮30联动，收放机构60用于驱动叶轮30移进和移出第二舱体22；叶轮30的周侧活动连接有多片叶片31，以使多片叶片31具备往内收纳和往外伸展的状态，且叶轮30与多片叶片31之间均连接有弹性件32，在叶轮30移出第二舱体22时，弹性件32用于带动多片叶片31变为往外伸展的状态；发电机构40与叶轮30联动，发电机构40在叶轮30的驱动下发电，以供自供能水下机器人使用。
在无需利用潮流能进行发电时，叶轮30和叶片31等结构将收藏于第二舱体22内，而且第一舱体21与第二舱体22处于闭合状态，此状态下的自供能水下机器人大致呈长筒状；其中，此实施例的第一舱体21为自供能水下机器人的后舱，第二舱体22为自供能水下机器人的前舱，所以第一舱体21可以设置驱动机构10(如螺旋桨)，以此驱动自供能水下机器人进行移动，而第二舱体22的端部则可设置为锥状，以此减少移动过程中受到的阻力。
而在需要利用潮流能进行发电时，开闭机构50则可驱动第一舱体21与第二舱体22相互分离，然后收放机构60再将叶轮30和叶片31推出至第二舱体22外，弹性件32将可拉动多片叶片31至伸展状态，最后由叶片31吸收潮流能带动叶轮30转动，并以此驱动发电机构40进行发电；其中，上述弹性件32主要利用弹力控制叶片31往外翻转，所以选择多种多样，可以弹性硅胶和弹簧等，而此实施例为确保叶片31的工作稳定，则优选设置弹性件32为弹簧。
类似的，在自供能水下机器人需要进行移动时，可以利用收放机构60将叶轮30和叶片31收回至第二舱体22内，然后开闭机构50再控制第一舱体21与第二舱体22闭合，从而将自供能水下机器人恢复至初始外形，避免了叶片31对自供能水下机器人的航行造成影响，切实解决了潮流能应用对AUV正常行驶造成影响的问题。
如图2所示，自供能水下机器人还包括内舱70，内舱70设于第二舱体22内，内舱70的一端与开闭机构50连接，内舱70的另一端与收放机构60连接，且内舱70内活动安装有叶轮30，内舱70的布置轨迹为叶轮30的移动轨迹。
在增设内舱70后，则实现第一舱体21与第二舱体22之间的连接，并且限定了叶轮30的移动轨迹，从而为第一舱体21与第二舱体22开闭的稳定性、以及叶轮30移出和移进的稳定性也提供了重要保障。
如图1和图2所示，开闭机构50为伸缩结构，开闭机构50的伸展驱动第一舱体21与第二舱体22分离，开闭机构50的收缩驱动第一舱体21与第二舱体22闭合。
在采用此设置方式后，即开闭机构50若处于伸展状态，则可控制第一舱体21与第二舱体22分离，开闭机构50若处于收缩状态，则可带动第一舱体21与第二舱体22闭合；而为实现此功能，此实施例优选设置开闭机构50包括活塞杆51和液压缸52，活塞杆51的一端插入液压缸52内，活塞杆51的另一端与内舱70固定连接，液压缸52用于驱动活塞杆51移进和移出液压缸52。
所以在进行应用时，若在液压缸52内注入液体，则可推动活塞杆51往移出液压缸52的方向移动，从而驱动了第一舱体21与第二舱体22分离；类似的，若抽取液压缸52内的液体，则可带动活塞杆51往液压缸52内部移动，从而实现了第一舱体21与第二舱体22的闭合。
如图2和图4所示，发电机构40包括连接座41、转动轴42和发电电机43；连接座41与开闭机构50连接；转动轴42以可转动的方式连接于连接座41与内舱70之间，转动轴42置于叶轮30的移动轨迹内，在叶轮30移动至转动轴42的位置时，叶轮30与转动轴42连接固定；发电电机43与转动轴42联动，发电电机43用于在转动轴42的驱动下发电。
在采用上述设置方式后，若叶轮30移动至转动轴42的对应处，叶轮30将可与转动轴42连接固定，从而能够驱动转动轴42进行自转，以此实现驱动发电电机43进行发电的目的；而在需要收纳叶轮30和叶片31时，只需利用收放机构60带动叶轮30移离转动轴42便可。
其中，叶轮30与转动轴42连接固定的方式并不唯一，可以是对位扣合连接，可以是电磁吸合连接，而此实施例为了简化结构，优选将叶轮30与转动轴42之间设置为过盈配合连接，即叶轮30移动至转动轴42对应处时，叶轮30将可套紧转动轴42，从而能够带动转动轴42进行转动，而在需要将叶轮30与转动轴42分离时，只需通过施加外力带动叶轮30移离转动轴42便可。
如图4所示，发电电机43为两个，一个发电电机43设于连接座41内，一个发电电机43设于内舱70内，两个发电电机43分别与转动轴42的两端联动。
在采用此设置方式后，转动轴42的转动则可同时驱动两个发电电机43进行发电，从而大幅提高潮流能的利用效率。
如图4所示，转动轴42同轴设有第一齿轮441，发电电机43同轴设有第二齿轮442，第一齿轮441与第二齿轮442啮合，第一齿轮441的直径大于第二齿轮442的直径。
在采用此设置方式后，则可将转动轴42的低速转动变为发电电机43的高速转动，从而进一步提高了潮流能的利用效率。
如图2和图3所示，收放机构60包括活动块61和驱动电机62；活动块61与叶轮30之间为可分离式连接；驱动电机62用于驱动活动块61移向和移离叶轮30，且在活动块61移向叶轮30时，活动块61与叶轮30连接，并以此推动叶轮30移动至第二舱体22外。
在图3所示的方向中，若驱动电机62驱动活动块61进行左移，则可利用活动块61推动叶轮30和叶片31移出至第二舱体22外，若驱动电机62驱动活动块61进行右移，则可利用活动块61拉动叶轮30和叶片31回收至第二舱体22内。
其中，为实现活动块61的移动控制，此实施例优选设置驱动电机62同轴连接有丝杆63，丝杆63的布置轨迹与叶轮30的移动轨迹一致，丝杆63与活动块61活动连接，丝杆63的自转用于驱动活动块61移向和移离叶轮30。
所以当驱动电机62驱动丝杆63进行正反向自转时，则可以驱动活动块61进行往返移动，从而实现了活动块61的移动控制。
另外，此实施例还优选设置活动块61连接有电磁铁64，电磁铁64用于与叶轮30磁性吸合连接。
在采用此设置方式后，即电磁铁64只有在通电状态才可以，从而避免了活动块61对叶轮30的转动造成阻碍；譬如在需要推动叶轮30移出至第二舱体22外时，可控制活动块61移向与叶轮30，此时若将电磁铁64通电，活动块61则可利用电磁铁64与叶轮30实现吸合连接，以稳定的将叶轮30推出至第二舱体22外；而在叶轮30已经置于第二舱体22外后，则可关断电磁铁64的供电，所以活动块61与叶轮30之间的连接关系将解除，不但便于将活动块61回收至第二舱体22内，更避免对叶轮30的工作造成影响。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于潮流能的自供能水下机器人，其特征在于，
包括驱动机构、第一舱体、第二舱体、叶轮和发电机构；
所述驱动机构用于驱动所述自供能水下机器人移动；
所述第一舱体内设有开闭机构，所述开闭机构用于驱动所述第一舱体与所述第二舱体分离和闭合；
所述第二舱体内设有收放机构，所述收放机构与所述叶轮联动，所述收放机构用于驱动所述叶轮移进和移出所述第二舱体；
所述叶轮的周侧活动连接有多片叶片，以使多片所述叶片具备往内收纳和往外伸展的状态，且所述叶轮与多片所述叶片之间均连接有弹性件，在所述叶轮移出所述第二舱体时，所述弹性件用于带动多片所述叶片变为往外伸展的状态；
所述发电机构与所述叶轮联动，所述发电机构在所述叶轮的驱动下发电，以供所述自供能水下机器人使用。
2.根据权利要求1所述的自供能水下机器人，其特征在于，所述自供能水下机器人还包括内舱，所述内舱设于所述第二舱体内，所述内舱的一端与所述开闭机构连接，所述内舱的另一端与所述收放机构连接，且所述内舱内活动安装有所述叶轮，所述内舱的布置轨迹为所述叶轮的移动轨迹。
3.根据权利要求2所述的自供能水下机器人，其特征在于，所述开闭机构为伸缩结构，所述开闭机构的伸展驱动所述第一舱体与所述第二舱体分离，所述开闭机构的收缩驱动所述第一舱体与所述第二舱体闭合。
4.根据权利要求3所述的自供能水下机器人，其特征在于，所述开闭机构包括活塞杆和液压缸，所述活塞杆的一端插入所述液压缸内，所述活塞杆的另一端与所述内舱固定连接，所述液压缸用于驱动所述活塞杆移进和移出所述液压缸。
5.根据权利要求2所述的自供能水下机器人，其特征在于，
所述发电机构包括连接座、转动轴和发电电机；
所述连接座与所述开闭机构连接；
所述转动轴以可转动的方式连接于所述连接座与所述内舱之间，所述转动轴置于所述叶轮的移动轨迹内，在所述叶轮移动至所述转动轴的位置时，所述叶轮与所述转动轴连接固定；
所述发电电机与所述转动轴联动，所述发电电机用于在所述转动轴的驱动下发电。
6.根据权利要求5所述的自供能水下机器人，其特征在于，所述发电电机为两个，一个所述发电电机设于所述连接座内，一个所述发电电机设于所述内舱内，两个所述发电电机分别与所述转动轴的两端联动。
7.根据权利要求5所述的自供能水下机器人，其特征在于，所述转动轴同轴设有第一齿轮，所述发电电机同轴设有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径。
8.根据权利要求5所述的自供能水下机器人，其特征在于，
所述收放机构包括活动块和驱动电机；
所述活动块与所述叶轮之间为可分离式连接；
所述驱动电机用于驱动所述活动块移向和移离所述叶轮，且在所述活动块移向所述叶轮时，所述活动块与所述叶轮连接，并以此推动所述叶轮移动至所述第二舱体外。
9.根据权利要求8所述的自供能水下机器人，其特征在于，所述驱动电机同轴连接有丝杆，所述丝杆的布置轨迹与所述叶轮的移动轨迹一致，所述丝杆与所述活动块活动连接，所述丝杆的自转用于驱动所述活动块移向和移离所述叶轮。
10.根据权利要求8所述的自供能水下机器人，其特征在于，所述活动块连接有电磁铁，所述电磁铁用于与所述叶轮磁性吸合连接。
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