專利名稱：水下滑翔探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以廣泛應(yīng)用于水體水質(zhì)監(jiān)測、水底資源勘測、環(huán)境監(jiān)測的水下滑翔探測器。
背景技術(shù)：
迄今為止，用于海洋水體水質(zhì)監(jiān)測、水底資源勘測、環(huán)境監(jiān)測研究的自動(dòng)探測器大部分采用螺旋槳等推進(jìn)方式，因此短時(shí)間工作后，都需要補(bǔ)充動(dòng)力能源。頻繁的充電程序，極大地限制了探測器海洋中航行的距離與深度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種體積小巧，可以按照預(yù)設(shè)航線在數(shù)千米深度范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)行數(shù)月的水下滑翔探測器。
本發(fā)明的水下滑翔探測器包括包括滑翔式殼體和裝置在滑翔式殼體內(nèi)的可變浮力系統(tǒng)、姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及通訊導(dǎo)航系統(tǒng)滑翔式殼體具有保護(hù)殼體、水平翼及尾翼構(gòu)成的滑翔式外殼，在保護(hù)殼體內(nèi)設(shè)有承壓殼體；可變浮力系統(tǒng)包括外部油囊、泵閥固定板、微型電磁閥、微型泵、連桿、油腔固定板和內(nèi)部油腔，微型泵和微型電磁閥固定在泵閥固定板上，內(nèi)部油腔固定在油腔固定板上，油腔固定板和泵閥固定板由連桿連接，外部油囊固定承壓殼體的尾部，位于承壓殼體和保護(hù)殼體之間；姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括前板、后板、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)固定架、相嚙合的蝸輪和蝸桿、蝸桿固定架、滾珠絲杠、兩根直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠支撐環(huán)、直線導(dǎo)軌支撐環(huán)和電池包，步進(jìn)電機(jī)和蝸桿分別與安裝在前板的電機(jī)固定架和蝸桿固定架固定，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸和蝸桿同軸固定，蝸輪與滾珠絲杠的一端連接，電池包固定在滾珠絲杠和兩根直線導(dǎo)軌的滑塊上，滾珠絲杠和兩根直線導(dǎo)軌互相平行，滾珠絲杠和兩根直線導(dǎo)軌的兩端分別通過滾珠絲杠支撐環(huán)和直線導(dǎo)軌支撐環(huán)安裝在前板和后板上；通訊導(dǎo)航系統(tǒng)包括固定架和安裝在固定架上的導(dǎo)航控制電路板，固定架位于滑翔式殼體前腔。
水下滑翔探測器通過改變重心位置實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)節(jié)，通過改變自身的浮力實(shí)現(xiàn)沉浮的控制，二者結(jié)合就可以完成在海洋中的鋸齒形運(yùn)動(dòng)。水下滑翔探測器的動(dòng)力由電池包提供，同時(shí)該電池包作為改變重心的配重，工作時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過蝸桿、渦輪、滾珠絲桿傳動(dòng)，帶動(dòng)電池包沿導(dǎo)軌在滑翔式殼體中部沿軸線運(yùn)動(dòng)，達(dá)到改變重心位置的目的。外部油囊的表面與海水接觸，通過向油囊充排油就可以改變水下滑翔探測器的浮力，工作時(shí)，承壓殼體內(nèi)部抽成部分真空，真空度為0.5MPa，通過微型電磁閥和微型泵的配合工作，可以把內(nèi)部油腔內(nèi)的油充入或者排出內(nèi)部油腔。
本發(fā)明的水下滑翔探測器和其他的水下機(jī)器人相比，具有體積靈巧、成本低等優(yōu)點(diǎn)；由于不需要螺旋槳、推進(jìn)器等助推機(jī)構(gòu)，大大降低了系統(tǒng)的功耗，因此由電池包供電，就可以按照預(yù)設(shè)航線在數(shù)千米深度范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)行數(shù)月。


圖1是水下滑翔探測器的結(jié)構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，水下滑翔探測器包括滑翔式殼體和裝置在滑翔式殼體內(nèi)的可變浮力系統(tǒng)、姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及通訊導(dǎo)航系統(tǒng)滑翔式殼體具有保護(hù)殼體1、水平翼19及尾翼10構(gòu)成的滑翔式外殼，在保護(hù)殼體1內(nèi)設(shè)有承壓殼體26；為了減小水下滑翔探測器在海水中的運(yùn)動(dòng)阻力，保護(hù)殼體的前后端形狀為橢圓形，滿足方程(x30)2+(y10)2=1]]>式中x、y分別為殼體縱剖面的水平和豎直坐標(biāo)；可變浮力系統(tǒng)包括外部油囊2、泵閥固定板3、微型電磁閥4、微型泵11、連桿12、油腔固定板13和內(nèi)部油腔14，微型泵11和微型電磁閥4固定在泵閥固定板3上，內(nèi)部油腔14固定在油腔固定板13上，油腔固定板13和泵閥固定板3由連桿12連接，外部油囊2固定承壓殼體26的尾部，位于承壓殼體26和保護(hù)殼體1之間；姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括前板7、后板5、步進(jìn)電機(jī)6、電機(jī)固定架21、相嚙合的蝸輪22和蝸桿23、蝸桿固定架24、滾珠絲杠17、兩根直線導(dǎo)軌18、滾珠絲杠支撐環(huán)15、直線導(dǎo)軌支撐環(huán)16和電池包20，步進(jìn)電機(jī)6和蝸桿23分別與安裝在前板7的電機(jī)固定架21和蝸桿固定架24固定，步進(jìn)電機(jī)6的轉(zhuǎn)軸和蝸桿23同軸固定，蝸輪22與滾珠絲杠17的一端連接，電池包20固定在滾珠絲杠17和兩根直線導(dǎo)軌18的滑塊上，滾珠絲杠17和兩根直線導(dǎo)軌18互相平行，電池包20可沿著導(dǎo)軌前后移動(dòng)，滾珠絲杠17和兩根直線導(dǎo)軌的兩端分別通過滾珠絲杠支撐環(huán)15和直線導(dǎo)軌支撐環(huán)16安裝在前板7和后板5上；通訊導(dǎo)航系統(tǒng)包括固定架9和安裝在固定架上的導(dǎo)航控制電路板8，固定架9位于滑翔式殼體前腔。導(dǎo)航控制電路板8用于實(shí)現(xiàn)水下滑翔探測器的GPS定位、姿態(tài)反饋、運(yùn)動(dòng)控制以及環(huán)境參數(shù)監(jiān)測。
其工作過程是當(dāng)水下滑翔探測器準(zhǔn)備下潛時(shí)，微型電磁閥4打開，由于承壓殼體26已經(jīng)抽成部分真空，外部油囊2中的液壓油在大氣壓力作用下，被壓回到內(nèi)部油腔14中。內(nèi)部油腔14的體積開始變化，當(dāng)變化量達(dá)到指定要求時(shí)，微型閥4關(guān)閉。液壓系統(tǒng)停止工作。此時(shí)，浮力小于重力。水下滑翔探測器開始下潛。步進(jìn)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電池包向殼體前端移動(dòng)，機(jī)身與水平面形成一定的夾角。當(dāng)機(jī)身傾斜角達(dá)到指定要求時(shí)，步進(jìn)電機(jī)6停止旋轉(zhuǎn)。自鎖機(jī)構(gòu)鎖緊絲杠，使得它停止轉(zhuǎn)動(dòng)。水下滑翔探測器以一定的角度向前滑行。當(dāng)水下滑翔探測器達(dá)到指定深度時(shí)，此時(shí)，步進(jìn)電機(jī)6開始工作，帶動(dòng)電池包20向殼體后端移動(dòng)，從而使得機(jī)身從前傾變?yōu)橄蚝髢A斜。當(dāng)向后傾斜的角度達(dá)到指定值時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止工作。然后，微型泵11開始工作，將內(nèi)部油腔14中的液壓油輸送到外部油囊。當(dāng)輸送油量達(dá)到指定值時(shí)，微型泵11停止工作。此時(shí)，浮力大于重力，水下滑翔探測器開始以一定的角度向前上方滑行。在滑行過程中，導(dǎo)航控制電路板8對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，并保存監(jiān)測結(jié)果。當(dāng)水下滑翔探測器即將浮出水面時(shí)，步進(jìn)電機(jī)6開始工作，將電池包20移動(dòng)到最前段。使導(dǎo)航控制電路板8的天線露出水面，此時(shí)，水下滑翔探測器的前傾角處于最大值?；铏C(jī)開始與衛(wèi)星進(jìn)行通訊。通訊完畢之后，水下滑翔探測器進(jìn)入下一次的工作循環(huán)。
權(quán)利要求
1.水下滑翔探測器，其特征是包括滑翔式殼體和裝置在滑翔式殼體內(nèi)的可變浮力系統(tǒng)、姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及通訊導(dǎo)航系統(tǒng)滑翔式殼體具有保護(hù)殼體(1)、水平翼(19)及尾翼(10)構(gòu)成的滑翔式外殼，在保護(hù)殼體(1)內(nèi)設(shè)有承壓殼體(26)；可變浮力系統(tǒng)包括外部油囊(2)、泵閥固定板(3)、微型電磁閥(4)、微型泵(11)、連桿(12)、油腔固定板(13)和內(nèi)部油腔(14)，微型泵(11)和微型電磁閥(4)固定在泵閥固定板(3)上，內(nèi)部油腔(14)固定在油腔固定板(13)上，油腔固定板(13)和泵閥固定板(3)由連桿(12)連接，外部油囊(2)固定承壓殼體(26)的尾部，位于承壓殼體(26)和保護(hù)殼體(1)之間；姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括前板(7)、后板(5)、步進(jìn)電機(jī)(6)、電機(jī)固定架(21)、相嚙合的蝸輪(22)和蝸桿(23)、蝸桿固定架(24)、滾珠絲杠(17)、兩根直線導(dǎo)軌(18)、滾珠絲杠支撐環(huán)(15)、直線導(dǎo)軌支撐環(huán)(16)和電池包(20)，步進(jìn)電機(jī)(6)和蝸桿(23)分別與安裝在前板(7)的電機(jī)固定架(21)和蝸桿固定架(24)固定，步進(jìn)電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)軸和蝸桿(23)同軸固定，蝸輪(22)與滾珠絲杠(17)的一端連接，電池包(20)固定在滾珠絲杠(17)和兩根直線導(dǎo)軌(18)的滑塊上，滾珠絲杠(17)和兩根直線導(dǎo)軌(18)互相平行，滾珠絲杠(17)和兩根直線導(dǎo)軌的兩端分別通過滾珠絲杠支撐環(huán)(15)和直線導(dǎo)軌支撐環(huán)(16)安裝在前板(7)和后板(5)上；通訊導(dǎo)航系統(tǒng)包括固定架(9)和安裝在固定架上的導(dǎo)航控制電路板(8)，固定架(9)位于滑翔式殼體前腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下滑翔探測器，其特征是保護(hù)殼體(26)的前后端形狀為橢圓形，滿足方程(x30)2+(y10)2=1]]>式中x、y分別為殼體縱剖面的水平和豎直坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明公開的水下滑翔探測器包括滑翔式殼體、可變浮力系統(tǒng)、姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和通訊導(dǎo)航系統(tǒng)。工作時(shí)，通過姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使內(nèi)部電池包沿滑翔式殼體軸線運(yùn)動(dòng)，達(dá)到改變重心位置的目的。通過可變浮力系統(tǒng)中的微型電磁閥和微型泵配合工作，改變外部油囊的排水體積，實(shí)現(xiàn)浮力的變化，二者結(jié)合就可以完成在海洋中的鋸齒形運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明與其他的水下機(jī)器人相比，具有體積靈巧、低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)；由于不需要螺旋槳、推進(jìn)器等助推機(jī)構(gòu)，因此由電池包供電，就可以按照預(yù)設(shè)航線在數(shù)千米深度范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)行數(shù)月。
文檔編號(hào)B63C11/00GK1876485SQ20061005228
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月4日
發(fā)明者楊燦軍, 杜加友, 趙偉, 季龍, 陳鷹, 諸敏, 李江波, 陳正 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)