CN1876485A - 水下滑翔探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的水下滑翔探测器包括：滑翔式壳体、可变浮力系统、姿态调节系统和通讯导航系统。工作时，通过姿态调节系统的驱动机构，使内部电池包沿滑翔式壳体轴线运动，达到改变重心位置的目的。通过可变浮力系统中的微型电磁阀和微型泵配合工作，改变外部油囊的排水体积，实现浮力的变化，二者结合就可以完成在海洋中的锯齿形运动。本发明与其他的水下机器人相比，具有体积灵巧、低成本、低功耗等优点；由于不需要螺旋桨、推进器等助推机构，因此由电池包供电，就可以按照预设航线在数千米深度范围内连续运行数月。

Description

水下滑翔探测器

技术领域

本发明涉及一种可以广泛应用于水体水质监测、水底资源勘测、环境监测的水下滑翔探测器。

背景技术

迄今为止，用于海洋水体水质监测、水底资源勘测、环境监测研究的自动探测器大部分采用螺旋桨等推进方式，因此短时间工作后，都需要补充动力能源。频繁的充电程序，极大地限制了探测器海洋中航行的距离与深度。

发明内容

本发明的目的是提出一种体积小巧，可以按照预设航线在数千米深度范围内连续运行数月的水下滑翔探测器。

本发明的水下滑翔探测器包括包括滑翔式壳体和装置在滑翔式壳体内的可变浮力系统、姿态调节系统及通讯导航系统：

滑翔式壳体：具有保护壳体、水平翼及尾翼构成的滑翔式外壳，在保护壳体内设有承压壳体；

可变浮力系统：包括外部油囊、泵阀固定板、微型电磁阀、微型泵、连杆、油腔固定板和内部油腔，微型泵和微型电磁阀固定在泵阀固定板上，内部油腔固定在油腔固定板上，油腔固定板和泵阀固定板由连杆连接，外部油囊固定承压壳体的尾部，位于承压壳体和保护壳体之间；

姿态调节系统：包括前板、后板、步进电机、电机固定架、相啮合的蜗轮和蜗杆、蜗杆固定架、滚珠丝杠、两根直线导轨、滚珠丝杠支撑环、直线导轨支撑环和电池包，步进电机和蜗杆分别与安装在前板的电机固定架和蜗杆固定架固定，步进电机的转轴和蜗杆同轴固定，蜗轮与滚珠丝杠的一端连接，电池包固定在滚珠丝杠和两根直线导轨的滑块上，滚珠丝杠和两根直线导轨互相平行，滚珠丝杠和两根直线导轨的两端分别通过滚珠丝杠支撑环和直线导轨支撑环安装在前板和后板上；

通讯导航系统：包括固定架和安装在固定架上的导航控制电路板，固定架位于滑翔式壳体前腔。

水下滑翔探测器通过改变重心位置实现姿态调节，通过改变自身的浮力实现沉浮的控制，二者结合就可以完成在海洋中的锯齿形运动。水下滑翔探测器的动力由电池包提供，同时该电池包作为改变重心的配重，工作时，控制步进电机的正反转，通过蜗杆、涡轮、滚珠丝杆传动，带动电池包沿导轨在滑翔式壳体中部沿轴线运动，达到改变重心位置的目的。外部油囊的表面与海水接触，通过向油囊充排油就可以改变水下滑翔探测器的浮力，工作时，承压壳体内部抽成部分真空，真空度为0.5MPa，通过微型电磁阀和微型泵的配合工作，可以把内部油腔内的油充入或者排出内部油腔。

本发明的水下滑翔探测器和其他的水下机器人相比，具有体积灵巧、成本低等优点；由于不需要螺旋桨、推进器等助推机构，大大降低了系统的功耗，因此由电池包供电，就可以按照预设航线在数千米深度范围内连续运行数月。

附图说明

图1是水下滑翔探测器的结构成示意图。

具体实施方式

参照图1，水下滑翔探测器包括滑翔式壳体和装置在滑翔式壳体内的可变浮力系统、姿态调节系统及通讯导航系统：

滑翔式壳体：具有保护壳体1、水平翼19及尾翼10构成的滑翔式外壳，在保护壳体1内设有承压壳体26；

为了减小水下滑翔探测器在海水中的运动阻力，保护壳体的前后端形状为椭圆形，满足方程：

${\left(\frac{x}{30}\right)}^2+{\left(\frac{y}{10}\right)}^2=1$

式中：x、y分别为壳体纵剖面的水平和竖直坐标；

可变浮力系统：包括外部油囊2、泵阀固定板3、微型电磁阀4、微型泵11、连杆12、油腔固定板13和内部油腔14，微型泵11和微型电磁阀4固定在泵阀固定板3上，内部油腔14固定在油腔固定板13上，油腔固定板13和泵阀固定板3由连杆12连接，外部油囊2固定承压壳体26的尾部，位于承压壳体26和保护壳体1之间；

姿态调节系统：包括前板7、后板5、步进电机6、电机固定架21、相啮合的蜗轮22和蜗杆23、蜗杆固定架24、滚珠丝杠17、两根直线导轨18、滚珠丝杠支撑环15、直线导轨支撑环16和电池包20，步进电机6和蜗杆23分别与安装在前板7的电机固定架21和蜗杆固定架24固定，步进电机6的转轴和蜗杆23同轴固定，蜗轮22与滚珠丝杠17的一端连接，电池包20固定在滚珠丝杠17和两根直线导轨18的滑块上，滚珠丝杠17和两根直线导轨18互相平行，电池包20可沿着导轨前后移动，滚珠丝杠17和两根直线导轨的两端分别通过滚珠丝杠支撑环15和直线导轨支撑环16安装在前板7和后板5上；

通讯导航系统：包括固定架9和安装在固定架上的导航控制电路板8，固定架9位于滑翔式壳体前腔。导航控制电路板8用于实现水下滑翔探测器的GPS定位、姿态反馈、运动控制以及环境参数监测。

其工作过程是：当水下滑翔探测器准备下潜时，微型电磁阀4打开，由于承压壳体26已经抽成部分真空，外部油囊2中的液压油在大气压力作用下，被压回到内部油腔14中。内部油腔14的体积开始变化，当变化量达到指定要求时，微型阀4关闭。液压系统停止工作。此时，浮力小于重力。水下滑翔探测器开始下潜。步进电机6驱动滚珠丝杠顺时针旋转，电池包向壳体前端移动，机身与水平面形成一定的夹角。当机身倾斜角达到指定要求时，步进电机6停止旋转。自锁机构锁紧丝杠，使得它停止转动。水下滑翔探测器以一定的角度向前滑行。当水下滑翔探测器达到指定深度时，此时，步进电机6开始工作，带动电池包20向壳体后端移动，从而使得机身从前倾变为向后倾斜。当向后倾斜的角度达到指定值时，步进电机停止工作。然后，微型泵11开始工作，将内部油腔14中的液压油输送到外部油囊。当输送油量达到指定值时，微型泵11停止工作。此时，浮力大于重力，水下滑翔探测器开始以一定的角度向前上方滑行。在滑行过程中，导航控制电路板8对海洋环境进行监测，并保存监测结果。当水下滑翔探测器即将浮出水面时，步进电机6开始工作，将电池包20移动到最前段。使导航控制电路板8的天线露出水面，此时，水下滑翔探测器的前倾角处于最大值。滑翔机开始与卫星进行通讯。通讯完毕之后，水下滑翔探测器进入下一次的工作循环。

Claims (2)

1.水下滑翔探测器，其特征是包括滑翔式壳体和装置在滑翔式壳体内的可变浮力系统、姿态调节系统及通讯导航系统：

滑翔式壳体：具有保护壳体(1)、水平翼(19)及尾翼(10)构成的滑翔式外壳，在保护壳体(1)内设有承压壳体(26)；

可变浮力系统：包括外部油囊(2)、泵阀固定板(3)、微型电磁阀(4)、微型泵(11)、连杆(12)、油腔固定板(13)和内部油腔(14)，微型泵(11)和微型电磁阀(4)固定在泵阀固定板(3)上，内部油腔(14)固定在油腔固定板(13)上，油腔固定板(13)和泵阀固定板(3)由连杆(12)连接，外部油囊(2)固定承压壳体(26)的尾部，位于承压壳体(26)和保护壳体(1)之间；

姿态调节系统：包括前板(7)、后板(5)、步进电机(6)、电机固定架(21)、相啮合的蜗轮(22)和蜗杆(23)、蜗杆固定架(24)、滚珠丝杠(17)、两根直线导轨(18)、滚珠丝杠支撑环(15)、直线导轨支撑环(16)和电池包(20)，步进电机(6)和蜗杆(23)分别与安装在前板(7)的电机固定架(21)和蜗杆固定架(24)固定，步进电机(6)的转轴和蜗杆(23)同轴固定，蜗轮(22)与滚珠丝杠(17)的一端连接，电池包(20)固定在滚珠丝杠(17)和两根直线导轨(18)的滑块上，滚珠丝杠(17)和两根直线导轨(18)互相平行，滚珠丝杠(17)和两根直线导轨的两端分别通过滚珠丝杠支撑环(15)和直线导轨支撑环(16)安装在前板(7)和后板(5)上；

通讯导航系统：包括固定架(9)和安装在固定架上的导航控制电路板(8)，固定架(9)位于滑翔式壳体前腔。

2.根据权利要求1所述的水下滑翔探测器，其特征是保护壳体(26)的前后端形状为椭圆形，满足方程：

${\left(\frac{x}{30}\right)}^2+{\left(\frac{y}{10}\right)}^2=1$

式中：x、y分别为壳体纵剖面的水平和竖直坐标。

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