本發(fā)明涉及一種海上機器人，特別是涉及一種利用波浪能及風(fēng)能聯(lián)合驅(qū)動的海上探測機器人。

背景技術(shù)：

海洋約占地球71％的表面積和97％的水量，浩瀚的海洋不僅影響了全球氣候變化，同時蘊含豐富的礦物資源、食物資源和能源等，是人類未來的倉庫。近年來，人們把目光投向了海洋資源開發(fā)以及海洋環(huán)境監(jiān)測的各種海洋設(shè)備的研發(fā)。目前，針對這些方面的研究主要集中于像水上探測機器人等。水上探測機器人主要用于執(zhí)行危險以及不適合有人船只執(zhí)行的任務(wù)，主要用于科研、探測、搜救、導(dǎo)航和勘察等。傳統(tǒng)水上探測機器人的推進動力系統(tǒng)多用液壓、電機等，需要能源補給，續(xù)航能力有限，無法實現(xiàn)連續(xù)長久作業(yè)。近幾年，出現(xiàn)了許多利用可再生能源驅(qū)動的海上機器人，如利用波浪能驅(qū)動的機動浮標(biāo)。但是，利用多種可再生能源聯(lián)合驅(qū)動的海上機器人比較少見，本發(fā)明創(chuàng)新性的設(shè)計出一種利用波浪能及風(fēng)能聯(lián)合驅(qū)動的海上探測機器人。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，克服能源補給難、續(xù)航能力有限、無法實現(xiàn)連續(xù)長久作業(yè)以及可再生能源綜合利用率低等問題。本發(fā)明提供一種利用波浪能及風(fēng)能聯(lián)合驅(qū)動的海上探測機器人，并且此海上機器人具有較強的機動性和連續(xù)航行能力。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種利用波浪能及風(fēng)能聯(lián)合驅(qū)動的海上探測機器人，包括水上浮體裝置，中間連接裝置，動力驅(qū)動裝置。

所述水上浮體裝置包括浮子基體、通訊天線、減搖體I、蓄電池、通訊控制器、太陽能電池板、密封條、密封艙、密封艙隔板、傳感器、減搖體II、GPS。浮子基體采用類似船體結(jié)構(gòu)，材料為玻璃鋼，可以減小航行阻力；在浮子基體兩側(cè)分別安裝減搖體I和減搖體II，可以使得整個上浮體航行過程中更加平穩(wěn)；在浮子基體的前方有一個密封艙，通過密封艙隔板將密封艙分為兩個艙并分別安入蓄電池和通訊控制器，其中蓄電池可以為舵驅(qū)動電機及通訊控制器等電子設(shè)備供電，而通訊控制器中集成了STM32開發(fā)板，可以控制舵驅(qū)動電機和處理GPS、傳感器測得的信號；太陽能電池板和密封條通過緊固螺釘將密封艙密封，保持艙內(nèi)干燥，并且太陽能電池板可以將產(chǎn)生的電能儲存到蓄電池當(dāng)中；傳感器為ADCP傳感器，可以測得海流的流速、流量等數(shù)據(jù)；GPS和通訊天線通過緊固螺釘安裝在浮子基體的中間部位，其中GPS可以測得實時位置，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，通訊天線可以使通訊控制器與地面基站進行實時數(shù)據(jù)傳輸。

所述的中間連接裝置是指柔性纜繩，柔性纜繩上端與浮子基體的下底面連接，下端與滑翔機的上吊環(huán)連接。柔性纜繩采用特殊的橡膠材料制作而成，內(nèi)部鑲嵌有舵機電源線和舵機信號線，將電能和信號傳遞給舵驅(qū)動電機。在航行過程中，柔性纜繩可將浮子基體受波浪力作用產(chǎn)生的上下運動傳遞給水下滑翔機。

所述的動力驅(qū)動裝置包括風(fēng)能驅(qū)動組件和波浪能驅(qū)動組件。

所述風(fēng)能驅(qū)動組件包括大旋轉(zhuǎn)軸、葉片組I、葉片組II、帶座軸承I、帶座軸承II、大固定板、小錐齒輪、大錐齒輪、小固定架、螺旋槳、小旋轉(zhuǎn)軸。大固定板通過緊固螺釘安裝在浮子基體上，在大固定板上開口并安裝帶座軸承I；大旋轉(zhuǎn)軸與帶座軸承I裝配，下端通過鍵連接安裝小錐齒輪；葉片組I和葉片組II采用過盈配合固定在大旋轉(zhuǎn)軸的上端部，葉片組具有流線型的葉片和支撐架，并且安裝時兩組相差60°角，能夠更好的接收來自各個方向的風(fēng)能，葉片一端薄另一端厚的特殊結(jié)構(gòu)，可以保證只朝一個方向旋轉(zhuǎn)，避免了螺旋槳發(fā)生反轉(zhuǎn)影響推進效果；小固定架將帶座軸承II與大固定板連接，帶座軸承II中裝配有小旋轉(zhuǎn)軸；小旋轉(zhuǎn)軸的前端通過鍵與大錐齒輪連接，后端通過鍵與螺旋槳連接；小錐齒輪與大錐齒輪嚙合。運動過程中，葉片組將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為動能，然后通過錐齒輪傳動將動能傳遞給螺旋槳，最終產(chǎn)生向前的推進力。

所述波浪能驅(qū)動組件包括上吊環(huán)、左側(cè)翼片、翼片固定桿、滑翔機基架、舵葉、舵驅(qū)動電機架、舵驅(qū)動電機、右側(cè)翼片、翼片限位桿?；铏C基架是利用螺栓連接的一個組合件，上部通過螺栓連接上吊環(huán)，尾部安裝有舵驅(qū)動電機架；舵驅(qū)動電機安裝在舵驅(qū)動電機架上面，并接收來自上浮體的電源和信號，驅(qū)動舵葉轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)控制水下滑翔機方向的目的；左側(cè)翼片和右側(cè)翼片通過內(nèi)六角螺釘固定在翼片固定桿和翼片限位桿上面，進而固定在滑翔機基架上。運動過程中，水下滑翔機的上下運動使得6組翼片發(fā)生順時針及逆時針的旋轉(zhuǎn)，翼片的旋轉(zhuǎn)與水流相互作用產(chǎn)生一個向前的推進力，舵葉旋轉(zhuǎn)控制方向，從而共同實現(xiàn)滑翔機的運動。

一種利用波浪能及風(fēng)能聯(lián)合驅(qū)動的海上探測機器人利用可再生能源波浪能和風(fēng)能作為直接驅(qū)動力，波浪能驅(qū)動的水下滑翔機作為主動力在水下牽引水上浮體前進，風(fēng)能驅(qū)動的螺旋槳產(chǎn)生的推力作為輔助動力，并通過通訊控制器的自動巡航控制，共同達(dá)到讓海上探測機器人沿預(yù)定軌跡航行的目的。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的風(fēng)能驅(qū)動組件示意圖。

圖3是本發(fā)明的波浪能驅(qū)動組件示意圖。

圖中1.浮子基體，2.通訊天線，3.減搖體I，4.蓄電池，5.通訊控制器，6.太陽能電池板，7.密封條，8.密封艙，9.GPS，10.減搖體II，11.傳感器，12.密封艙隔板，13.柔性纜繩，14.大旋轉(zhuǎn)軸，15.葉片組I，16.葉片組II，17.帶座軸承I，18.大固定板，19.小錐齒輪，20.帶座軸承II，21.大錐齒輪，22.小固定架，23.小旋轉(zhuǎn)軸，24.螺旋槳，25.上吊環(huán)，26.左側(cè)翼片，27.翼片固定桿，28.滑翔機基架，29.舵葉，30.舵驅(qū)動電機架，31.舵驅(qū)動電機，32.右側(cè)翼片，33.翼片限位桿。

具體實施方式

參閱圖1-圖3，本實施例一種利用波浪能及風(fēng)能聯(lián)合驅(qū)動的海上探測機器人，包括水上浮體裝置，中間連接裝置，動力驅(qū)動裝置。

所述水上浮體裝置包括浮子基體(1)、通訊天線(2)、減搖體I(3)、蓄電池(4)、通訊控制器(5)、太陽能電池板(6)、密封條(7)、密封艙(8)、密封艙隔板(12)、傳感器(11)、減搖體II(10)、GPS(9)。浮子基體(1)采用類似船體結(jié)構(gòu)，材料為玻璃鋼，可以減小航行阻力；在浮子基體(1)兩側(cè)分別安裝減搖體I(3)和減搖體II(10)，可以使得整個上浮體航行過程中更加平穩(wěn)；在浮子基體(1)的前方有一個密封艙(8)，通過密封艙隔板(12)將密封艙(8)分為兩個艙并分別安入蓄電池(4)和通訊控制器(5)，其中蓄電池(4)可以為舵驅(qū)動電機(31)及通訊控制器(5)等電子設(shè)備供電，而通訊控制器(5)中集成了STM32開發(fā)板，可以控制舵驅(qū)動電機(31)和處理GPS(9)、傳感器(11)測得的信號；太陽能電池板(6)和密封條(7)通過緊固螺釘將密封艙(8)密封，保持艙內(nèi)干燥，并且太陽能電池板(6)可以將產(chǎn)生的電能儲存到蓄電池(4)當(dāng)中；傳感器(11)為ADCP傳感器，可以測得海流的流速、流量等數(shù)據(jù)；GPS(9)和通訊天線(2)通過緊固螺釘安裝在浮子基體(1)的中間部位，其中GPS(9)可以測得實時位置，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，通訊天線(2)可以使通訊控制器(5)與地面基站進行實時數(shù)據(jù)傳輸。

所述的中間連接裝置是指柔性纜繩(13)，柔性纜繩(13)上端與浮子基體(1)的下底面連接，下端與滑翔機的上吊環(huán)(25)連接。柔性纜繩采用特殊的橡膠材料制作而成，內(nèi)部鑲嵌有舵機電源線和舵機信號線，將電能和信號傳遞給舵驅(qū)動電機(31)。在航行過程中，柔性纜繩可將浮子基體(1)受波浪力作用產(chǎn)生的上下運動傳遞給水下滑翔機。

所述的動力驅(qū)動裝置包括風(fēng)能驅(qū)動組件和波浪能驅(qū)動組件。

所述風(fēng)能驅(qū)動組件包括大旋轉(zhuǎn)軸(14)、葉片組I(15)、葉片組II(16)、帶座軸承I(17)、帶座軸承II(20)、大固定板(18)、小錐齒輪(19)、大錐齒輪(21)、小固定架(22)、螺旋槳(24)、小旋轉(zhuǎn)軸(23)。大固定板(18)通過緊固螺釘安裝在浮子基體(1)上，在大固定板(18)上開口并安裝帶座軸承I(17)；大旋轉(zhuǎn)軸(14)與帶座軸承I(17)裝配，下端通過鍵連接安裝小錐齒輪(19)；葉片組I(15)和葉片組II(16)采用過盈配合固定在大旋轉(zhuǎn)軸(14)的上端部，葉片組具有流線型的葉片和支撐架，并且安裝時兩組相差60°角，能夠更好的接收來自各個方向的風(fēng)能，葉片一端薄另一端厚的特殊結(jié)構(gòu)，可以保證只朝一個方向旋轉(zhuǎn)，避免了螺旋槳(24)發(fā)生反轉(zhuǎn)影響推進效果；小固定架(22)將帶座軸承II(20)與大固定板(18)連接，帶座軸承II(20)中裝配有小旋轉(zhuǎn)軸(23)；小旋轉(zhuǎn)軸(23)的前端通過鍵與大錐齒輪(21)連接，后端通過鍵與螺旋槳(24)連接；小錐齒輪(19)與大錐齒輪(21)嚙合。運動過程中，葉片組將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為動能，然后通過錐齒輪傳動將動能傳遞給螺旋槳(24)，最終產(chǎn)生向前的推進力。

所述波浪能驅(qū)動組件包括上吊環(huán)(25)、左側(cè)翼片(26)、翼片固定桿(27)、滑翔機基架(28)、舵葉(29)、舵驅(qū)動電機架(30)、舵驅(qū)動電機(31)、右側(cè)翼片(32)、翼片限位桿(33)?；铏C基架(28)是利用螺栓連接的一個組合件，上部通過螺栓連接上吊環(huán)(25)，尾部安裝有舵驅(qū)動電機架(30)；舵驅(qū)動電機(31)安裝在舵驅(qū)動電機架(30)上面，并接收來自上浮體的電源和信號，驅(qū)動舵葉(29)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)控制水下滑翔機方向的目的；左側(cè)翼片(26)和右側(cè)翼片(32)通過內(nèi)六角螺釘固定在翼片固定桿(27)和翼片限位桿(33)上面，進而固定在滑翔機基架(28)上。運動過程中，水下滑翔機的上下運動使得6組翼片發(fā)生順時針及逆時針的旋轉(zhuǎn)，翼片的旋轉(zhuǎn)與水流相互作用產(chǎn)生一個向前的推進力，舵葉(29)旋轉(zhuǎn)控制方向，從而共同實現(xiàn)滑翔機的運動。