CN114275107B - 海上环境监测水面机器人 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种海上环境监测水面机器人，包括：船体，所述船体有两个；主体支撑系统，两个所述船体对称设置在所述主体支撑系统两侧；环境监测系统，设置于所述主体支撑系统上；波浪能发电系统，波浪能发电系统有两个，并，对称设置在两个所述船体上。本发明提供了一种海上环境监测水面机器人，解决了现有技术中自主水面机器人进行探测或监测任务作业续航能力短的问题，提升了机器人监测范围，实用性较好，适用于深远海平台环境监测。

Description

海上环境监测水面机器人
技术领域
本申请属于可再生能源技术领域，具体涉及一种海上环境监测水面机器人。
背景技术
21世纪，随着全球及国内能源供应紧张局面的加剧及能源价格的不断上涨，中国经济社会发展面临着严峻的能源危机与环境污染问题。加快新型、清洁的可再生能源的开发与利用，对中国经济的转型升级和可持续发展具有重要战略意义。海洋中蕴藏着的大量可再生能源且分布广，清洁无污染，具有取之不尽用之不竭的优点。但由于海洋能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限，且现有的可再生能源发电装置多为独立发电结构，并且转化率较低，造成了海域资源的浪费。
随着海洋强国的战略制定，近年来航运取得了重大的发展。自主水面机器人具有活动范围大、可重复利用、成本和维护费用低、投放回收方便等优点。在导航、水文地理勘察等领域，自主水面机器人发挥着越来越重要的作用。但目前能源补给难以实现水面机器人进行长航程探测或监测任务作业。因此，如何解决上述难题，成了有待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种海上环境监测水面机器人，解决了现有技术中自主水面机器人进行探测或监测任务作业续航能力短的问题，提升了机器人监测范围，实用性较好。
本申请提供了一种海上环境监测水面机器人，包括：
船体，所述船体有两个；
主体支撑系统，两个所述船体对称设置在所述主体支撑系统两侧；
环境监测系统，设置于所述主体支撑系统上；
波浪能发电系统，波浪能发电系统有两个，且对称设置在两个所述船体上。
进一步地，所述主体支撑系统包括：
水平支撑面，设置于两个所述船体之间；
主支撑平台，设置于所述水平支撑面上方；
若干个支撑腿，若干个所述支撑腿均匀设置在所述船体与所述主支撑平台之间。
进一步地，所述环境监测系统包括：
摄像头，设置在所述主支撑平台下方；
水质传感器，设置在所述水平支撑面下方；
通信天线，设置在所述主支撑平台上。
进一步地，所述波浪能发电系统包括：
波浪能发电舱，所述波浪能发电舱有两个，对称设置在两个所述船体顶部；
传动装置，所述传动装置有两个，对称设置在两个所述船体顶部，且分别设置在两个所述波浪能发电舱内；
摆动装置，所述摆动装置有两个，对称设置在两个所述船体顶部，并分别与两个所述传动装置关联；
轴承座，所述传动装置通过所述轴承座固定设置在所述船体顶部。
进一步地，所述传动装置包括：
传动轴，与所述摆动装置相连；
永磁电机，通过传动齿轮与所述传动轴相连。
进一步地，所述摆动装置包括：
若干组摆动机构，所述摆动机构一端与所述传动轴相连，且若干所述组摆动机构均匀的设置在所述船体外侧。
进一步地，所述摆动机构包括:
棘爪轮，与所述传动轴通过传动键连接；
棘轮，所述棘爪轮的棘爪插接在所述棘轮齿内；
摆臂，所述摆臂的一端与所述棘轮连接；
浮体，与所述摆臂的另一端连接，所述浮体通过所述摆臂带动所述棘轮往复上下摆动，使得所述摆动机构通过所述棘轮将动力矩传递到所述传动轴上，且将所述摆动机构往复运动转化为所述传动轴的单向间歇转动。
进一步地，所述的海上环境监测水面机器人，还包括：
太阳能发电系统，包括光伏列阵和柔性光伏板，所述光伏列阵设置在所述主支撑平台上，所述柔性光伏板设置在所述浮体上。
进一步地，所述的海上环境监测水面机器人，还包括：
风力发电系统，包括安装在主支撑平台上的若干支撑座，若干所述支撑座上均设有风机，所述风机能绕所述支撑座进行旋转。
进一步地，所述的海上环境监测水面机器人，还包括：
储能系统，包括若干组蓄电池组，布置在所述水平支撑面上方；
推进系统，设置在所述船体船尾。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请通过采用双船体结构，提高了水面机器人在水面行驶的稳定性，提高了在大风浪情况下工作的能力。
2、本申请通过将两个波浪能发电系统对称布置在双船体顶部，波浪能发电系统能够将波浪能转化为电能，同时也起到一定的减摇的作用，提高了水面机器人的海上环境适应能力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请实施例中海上环境监测水面机器人的主视图；
图2为本申请实施例中海上环境监测水面机器人的侧视图；
图3为本申请实施例中海上环境监测水面机器人的俯视图；
图4为本申请实施例中海上环境监测水面机器人中波浪能发电系统的结构示意图；
图5为图4波浪能发电系统中摆动机构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
下面结合附图并参考具体实施例描述本申请：
结合图1-4所示，本申请实施例提供的一种海上环境监测水面机器人，包括两个船体(10)、主体支撑系统(20)、波浪能发电系统(30)、太阳能发电系统(40)、风力发电系统(50)、环境探测系统(60)、推进系统(70)和储能系统(80)。
其中，两个船体(10)具有承载能力，用于承载水面机器人各系统，两个船体(10)结构能提高水面机器人的稳定性，具有一定抗击风浪的能力；主体支撑系统(20)包括两个船体(10)间的水平支撑面(201)、主支撑平台(202)和若干个支撑腿(203)，主支撑平台(202)通过若干个支撑腿(203)与两个船体连接。
结合图2、图4所示，所述的波浪能发电系统(30)包括波浪能发电舱(301)、摆动装置(302)、永磁电机(303)、传动轴(304)、传动齿轮(305)和轴承座(306)，两个波浪能发电系统(30)左右对称步骤安装在两个船体(10)的顶部，摆动装置(302)由若干个摆动机构组成。
如图3所示，太阳能发电系统(40)包括安装在主支撑平台(202)上的光伏阵列(401)和覆盖在浮体(3021)上表面的柔性光伏板(402)，柔性光伏能够较好的贴合在浮体(3021)的上表面。
如图2所示，风力发电系统(50)包括安装在主支撑平台(202)上风机(501)和支撑座(502)，风机(501)和支撑座(502)的数量至少两个，可以根据实际需求选择数量。
如图1所示，环境监测系统(60)包含但不限于安装在主支撑平台(202)下方的摄像头(601)、安装在水平支撑面(201)下方的水质传感器(602)和安装在主支撑平台(202)上的通信天线(603)，在实际应用中，应根据使用条件和任务等不同的场景的需求选择具体的种类和安装位置，以满足实际的需求。储能系统(80)包括若干组蓄电池组，布置在水平支撑面(201)上方。
所述的推进系统(70)包含安装在两个船体(10)船尾。
优选地，结合图4、图5所示，所述的摆动机构包括浮体(3021)、棘爪轮(3022)、棘爪(3023)、传动键(3024)、棘轮(3025)和摆臂(3026)。波浪的起伏使浮体(3021)往复上下摆动，当浮体(3021)带动摆臂(3026)向上摆动时，棘轮(3025)随摆臂(3026)进行运动，棘轮(3025)为运动输出构件，铰接在棘爪轮(3022)的棘爪(3023)插入棘轮(3025)的齿内，使棘爪轮(3022)同时转过一定角度，棘爪轮(3022)与传动轴(304)通过传动键(3024)连接，将转动力矩传递到传动轴(304)上；当浮体(3021)向下摆动时，棘爪(3023)在棘轮(3025)的齿上滑过，棘爪轮(3022)静止不动。这样，当浮体(3021)作连续的往复摆动时，传动轴(304)便得到单向的间歇转动。
优选地，所述的波浪能发电系统(30)一根传动轴(304)上均匀布置着若干个摆动机构，若干个摆动机构的上下摆动通过机械装置把同方向的转动力矩传递到传动轴(304)，使单向的间歇运动变成单向的连续运动。传动轴(304)的一端布置一个永磁电机(303)，两者通过传动齿轮(305)连接，传动轴(304)与永磁电机(303)采用齿轮传动。摆动机构的数量根据实际需求可调整，本申请实施例中每个摆动装置中采用的是9个摆动机构。
优选地，所述的风机(501)能绕支撑座(502)进行旋转，使其始终面向风向，提高风力发电效率。
优选地，所述的通信天线(603)可发送监测的相关数据信息，也可以远程接受控制指令，实现对水面机器人的远程控制。在实际应用中，应根据使用条件和任务等不同的场景的需求选择具体的种类和安装位置，以满足实际的需求。
优选地，环境监测系统(60)和推进系统(80)所需的能量由波浪能发电系统(30)、太阳能发电系统(40)、风力发电系统(50)所提供，产生的多余电能储存在储能系统(70)中。
优选地，海上环境监测水面机器人可通过自身的推进系统(80)航行到指定的工作区域，到达指定区域后可关闭推进系统(80)进行环境监测作业。
在使用本申请提供的海上环境监测水面机器人进行环境监测时，通过摄像头(601)将海面实时状况通过通信天线(603)传输至工作台，通过水质传感器(602)将海水质量实时状况通过通信天线(603)传输至工作台，从而实现环境监测工作。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请通过将柔性光伏板安装在浮体上，利用海水来降低柔性光伏板的温度，从而提高了柔性光伏板的发电效率。
2、本申请通过采用双船体结构，提高了水面机器人在水面行驶的稳定性，提高了在大风浪情况下工作的能力。
3、本申请通过将双摆动装置对称布置在双船体顶部，摆动装置的上下运动能够将波浪能转化为电能，同时也起到一定的减摇的作用，提高了水面机器人的海上环境适应能力。
4、本申请通过采用摆动装置的结构设计，利用波浪依次通过浮体、摆臂带动棘轮往复上下摆动，从而使得所述摆动机构通过棘轮将动力矩传递到所述传动轴上，且将所述摆动机构往复运动转化为所述传动轴的单向间歇转动，进而实现了将若干个摆动机构的上下摆动通过机械装置把同方向的转动力矩传递到传动轴，使单向的间歇运动变成单向的连续运动的转化，大大提高了海上环境监测水面机器人监测任务作业续航能力，实用性较好，适用于深远海平台环境监测。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种海上环境监测水面机器人，其特征在于，包括：
船体，所述船体有两个；
主体支撑系统，两个所述船体对称设置在所述主体支撑系统两侧；
环境监测系统，设置于所述主体支撑系统上；
波浪能发电系统，波浪能发电系统有两个，且对称设置在两个所述船体上；
其中，所述主体支撑系统包括：
水平支撑面，设置于两个所述船体之间；
主支撑平台，设置于所述水平支撑面上方；
若干个支撑腿，若干个所述支撑腿均匀设置在所述船体与所述主支撑平台之间；
所述波浪能发电系统包括：
波浪能发电舱，所述波浪能发电舱有两个，对称设置在两个所述船体顶部；
传动装置，所述传动装置有两个，对称设置在两个所述船体顶部，且分别设置在两个所述波浪能发电舱内；
摆动装置，所述摆动装置有两个，对称设置在两个所述船体顶部，且分别与两个所述传动装置关联；
轴承座，所述传动装置通过所述轴承座固定设置在所述船体顶部；
所述传动装置包括：
传动轴，与所述摆动装置相连；
永磁电机，通过传动齿轮与所述传动轴相连；
所述摆动装置包括：
若干组摆动机构，所述摆动机构一端与所述传动轴相连，且若干所述组摆动机构均匀的设置在所述船体外侧；
所述摆动机构包括:
棘爪轮，与所述传动轴通过传动键连接；
棘轮，所述棘爪轮的棘爪插接在所述棘轮齿内；
摆臂，所述摆臂的一端与所述棘轮连接；
浮体，与所述摆臂的另一端连接，所述浮体通过所述摆臂带动所述棘轮往复上下摆动，使得所述摆动机构通过所述棘轮将动力矩传递到所述传动轴上，将所述摆动机构往复运动转化为所述传动轴的单向间歇转动；
所述海上环境监测水面机器人还包括太阳能发电系统，所述太阳能发电系统包括光伏列阵和柔性光伏板，所述光伏列阵设置在所述主支撑平台上，所述柔性光伏板设置在所述浮体上。
2.如权利要求1所述的海上环境监测水面机器人，其特征在于，所述环境监测系统包括：
摄像头，设置在所述主支撑平台下方；
水质传感器，设置在所述水平支撑面下方；
通信天线，设置在所述主支撑平台上。
3.如权利要求1或2所述的海上环境监测水面机器人，其特征在于，还包括：
风力发电系统，包括安装在主支撑平台上的若干支撑座，若干所述支撑座上均设有风机，所述风机能绕所述支撑座进行旋转。
4.如权利要求3所述的海上环境监测水面机器人，其特征在于，还包括：
储能系统，包括若干组蓄电池组，布置在所述水平支撑面上方；
推进系统，设置在所述船体船尾。
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