本發(fā)明屬于潛水器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于內(nèi)置驅(qū)動原理的滾進(jìn)浮游混合式多棲潛水器。

背景技術(shù)：

潛水器作為人類開發(fā)利用海洋的主要技術(shù)手段之一，已成為海洋高新技術(shù)的重要前沿。大量潛水器相繼涌現(xiàn)，包括載人潛水器（HOV）、有纜遙控的無人潛水器（ROV）以及無纜自主的無人潛水器（AUV）等。這些潛水器如AUV，最多在近海底巡航或座底待命，無法在海床上自由機(jī)動。而可在海底作業(yè)的如履帶式ROV需要臍帶纜水面供電，故目前世界上尚未出現(xiàn)兼具海底運(yùn)動和水中浮游功能的兩棲自主型潛水器。

傳統(tǒng)的無人潛水器以框架式、細(xì)長回轉(zhuǎn)體及其組合為主，運(yùn)動狀態(tài)均為水中浮游。履帶或輪式驅(qū)動裝置牽引負(fù)荷大，較為笨重，且容易失穩(wěn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于內(nèi)置驅(qū)動原理的滾進(jìn)浮游混合式多棲潛水器，不僅能夠在水體中浮游和水體底部運(yùn)動，還能夠在陸地運(yùn)動從而實現(xiàn)跨介質(zhì)活動的能力，此外還能讓布放回收變得簡單。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于內(nèi)置驅(qū)動原理的滾進(jìn)浮游混合式多棲潛水器，包括：外球殼、推進(jìn)裝置、內(nèi)球殼、滾動動力裝置、浮力調(diào)節(jié)裝置和轉(zhuǎn)向裝置；

外球殼具有一球面形的外壁，內(nèi)球殼具有一球面形的內(nèi)壁；內(nèi)球殼能夠相對外球殼繞第一軸方向轉(zhuǎn)動的設(shè)置于外球殼的內(nèi)部；滾動動力裝置設(shè)置于內(nèi)球殼內(nèi)，其能夠繞第二軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生偏心力矩使?jié)撍髑斑M(jìn)或后退；浮力調(diào)節(jié)裝置和轉(zhuǎn)向裝置均安裝于外球殼和內(nèi)球殼之間的空間內(nèi)，其中浮力調(diào)節(jié)裝置能夠使?jié)撍飨鲁粱蚋∮谒w中，轉(zhuǎn)向裝置能夠驅(qū)動內(nèi)球殼相對外球殼轉(zhuǎn)動；第一軸垂直于第二軸。

進(jìn)一步地，滾動動力裝置包括：轉(zhuǎn)架、滾輪、驅(qū)動電機(jī)、控制器和電池組；轉(zhuǎn)架上相對的兩側(cè)分別安裝滾輪，滾輪與球面形的內(nèi)壁滾動接觸，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動其中一側(cè)的滾輪從而使轉(zhuǎn)架能夠相對內(nèi)球殼轉(zhuǎn)動；控制器與驅(qū)動電機(jī)電連接，電池分別與控制器和驅(qū)動電機(jī)電連接；

其中，驅(qū)動電機(jī)和電池偏心安裝于轉(zhuǎn)架上從而使?jié)L動動力裝置產(chǎn)生偏心力矩。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)架包括：中心支架和彈性支架，滾輪分別安裝于中心支架和彈性支架上；彈性支架通過彈簧與中心支架構(gòu)成沿兩側(cè)滾輪中心線方向的彈性連接，從而使兩側(cè)滾輪始終能與球形內(nèi)壁接觸。

進(jìn)一步地，浮力調(diào)節(jié)裝置包括注排水箱、水泵和集成閥組，水經(jīng)水泵和閥組被吸入或排出于注排水箱中。

進(jìn)一步地，注排水箱呈管狀環(huán)形結(jié)構(gòu)，繞內(nèi)球殼的外周一圈設(shè)置。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)向裝置包括：轉(zhuǎn)向齒圈、轉(zhuǎn)向齒輪和轉(zhuǎn)向電機(jī)；轉(zhuǎn)向齒圈設(shè)置于內(nèi)球殼的外壁上，轉(zhuǎn)向電機(jī)設(shè)置于外球殼的內(nèi)壁上，轉(zhuǎn)向齒輪設(shè)置于轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上并與轉(zhuǎn)向齒圈嚙合。

進(jìn)一步地，外球殼在其直徑方向的兩端分別具有凸出其外壁的安裝部，推進(jìn)裝置分別設(shè)置于每個安裝部上。

進(jìn)一步地，每個安裝部上的推進(jìn)裝置的數(shù)量為兩個，同一個安裝部上的兩個推進(jìn)裝置與垂線對稱布置，互成90°角。

進(jìn)一步地，每個安裝部上的推進(jìn)裝置的數(shù)量為一個，推進(jìn)裝置能夠±90°轉(zhuǎn)動的設(shè)置于安裝部上。

進(jìn)一步地，外球殼的外壁上分布有若干的凸觸結(jié)構(gòu)或凹槽紋理結(jié)構(gòu)從而增大水底摩擦。

本發(fā)明具有的有益效果：不僅能夠在水體中浮游和水體底部運(yùn)動，還能夠在陸地運(yùn)動從而實現(xiàn)跨介質(zhì)活動的能力，此外還能讓布放回收變得簡單。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)立體圖；

圖2為圖1所示實施例的立體爆炸圖；

圖3為圖1所示實施例的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖4為圖1所示實施例的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖5為圖1所示實施例中滾動動力裝置的結(jié)構(gòu)立體圖；

圖6為圖1所示實施例中滾動動力裝置的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖7為圖1所示實施例中滾動動力裝置的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖8為圖1所示實施例中滾動動力裝置的運(yùn)動原理圖；

圖9為圖1所示實施例中轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖10為本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例推進(jìn)裝置水平設(shè)置的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖11為圖10所示實施例中推進(jìn)裝置豎直設(shè)置的結(jié)構(gòu)主視圖。

附圖標(biāo)記：

1外球殼；1.1安裝部；1.2凸觸結(jié)構(gòu)；2推進(jìn)裝置；3支撐架；4內(nèi)球殼；5滾輪；6轉(zhuǎn)向齒圈；7驅(qū)動電機(jī)；8中心支架；9彈性支架；10彈簧；11轉(zhuǎn)向齒輪。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例一

如圖1至9所示，一種基于內(nèi)置驅(qū)動原理的滾進(jìn)浮游混合式多棲潛水器，包括：外球殼1、推進(jìn)裝置2、內(nèi)球殼4、滾動動力裝置、浮力調(diào)節(jié)裝置和轉(zhuǎn)向裝置。

具體地，為了便于與水體底部或陸地更好的接觸以及活動，外球殼1為球形的殼體，其內(nèi)壁和外壁均為球面，在其外壁上分布有若干凸觸結(jié)構(gòu)1.2或類似輪胎的凹槽紋理結(jié)構(gòu)。

為了內(nèi)球殼4更好的固定在外球殼1中，以及便于滾動動力裝置能夠更好的產(chǎn)生偏心力矩，內(nèi)球殼4也為球形的殼體，其內(nèi)壁和外壁均為球面。內(nèi)球殼4通過一個支撐架3同心設(shè)置于外球殼1的內(nèi)部，并能夠相對外球殼1繞第一軸轉(zhuǎn)動。滾動動力裝置設(shè)置于內(nèi)球殼4的內(nèi)部，浮力調(diào)節(jié)裝置和轉(zhuǎn)向裝置均安裝于外球殼1和內(nèi)球殼4之間的空間內(nèi)。

滾動動力裝置產(chǎn)生偏心力矩所具有的結(jié)構(gòu)為：滾動動力裝置包括：轉(zhuǎn)架、滾輪5、驅(qū)動電機(jī)7、控制器和電池。轉(zhuǎn)架上相對的兩側(cè)分別安裝滾輪5，滾輪5與內(nèi)球殼4的內(nèi)壁構(gòu)成滾動接觸，驅(qū)動電機(jī)7驅(qū)動其中一側(cè)的滾輪5從而使轉(zhuǎn)架能夠相對內(nèi)球殼4繞第二軸轉(zhuǎn)動?？刂破髋c驅(qū)動電機(jī)7電連接控制驅(qū)動電機(jī)7完成正反轉(zhuǎn)控制，電池分別與控制器和驅(qū)動電機(jī)7電連接為其供電。其中，驅(qū)動電機(jī)7和電池作為滾動動力裝置中質(zhì)量較大的部件，因此作為重物偏心安裝于轉(zhuǎn)架上從而使轉(zhuǎn)架在轉(zhuǎn)動時能夠產(chǎn)生偏心力矩。

如圖8所示，將內(nèi)球殼4和外球殼1看成一個完整的球體，球體與支撐該球體的面之間的作用點為支撐點，將驅(qū)動電機(jī)7和電池看成倒擺，在重力作用下，倒擺位于球體的底部，當(dāng)驅(qū)動電機(jī)7工作使該倒擺相對球體旋轉(zhuǎn)時，倒擺重量相對支撐點形成力矩，該力矩驅(qū)動球體反向轉(zhuǎn)動，然后倒擺恢復(fù)初始位置。球體轉(zhuǎn)動過程中，支撐該球體的面的摩擦力同時驅(qū)動球體前進(jìn)，重復(fù)該過程，球體將連續(xù)滾進(jìn)。

為了能夠使?jié)L輪5在轉(zhuǎn)動過程中始終與內(nèi)球殼4的內(nèi)壁接觸，轉(zhuǎn)架分為可活動的兩部分，一部分為中心支架8，另一部分為彈性支架9，中心支架8上安裝一對滾輪5，彈性支架9上也安裝一對滾輪5，中心支架8上的一對滾輪5分別由一個驅(qū)動電機(jī)7驅(qū)動。彈性支架9通過彈簧10與中心支架8構(gòu)成沿兩側(cè)滾輪5中心線方向的彈性連接，彈簧10使彈性支架9具有相對中心支架8向外運(yùn)動的趨勢，從而使兩側(cè)滾輪5始終能與內(nèi)球殼4的內(nèi)壁接觸。

浮力調(diào)節(jié)裝置改變潛水器在水體中位置狀態(tài)所具有的結(jié)構(gòu)為：浮力調(diào)節(jié)裝置包括：注排水箱、水泵和集成閥組，水泵采用單向泵，水經(jīng)水泵和閥組被吸入或排出于注排水箱中。注排水箱為管狀環(huán)形結(jié)構(gòu)，并環(huán)繞內(nèi)球殼4的外周一圈設(shè)置，這樣能夠使水的重量相對均勻的分布從而會對偏心力矩產(chǎn)生影響。

單向泵開啟后，依靠水體壓力將水自動吸入注排水箱中，潛水器的重量增加并超過其所受浮力從而沉到水體底部，此時通過滾動動力裝置實現(xiàn)在水體底部的運(yùn)動。一部分水從注排水箱中排出后，潛水器的重量下降并等于其所受浮力從而使?jié)撍鞲∮卧谒w中，此時通過推進(jìn)裝置2實現(xiàn)潛水器的運(yùn)動。單向泵反向工作進(jìn)一步將水排出，潛水器的重量小于其所受浮力從而上升浮出水面，可以實現(xiàn)潛水器的回收。

轉(zhuǎn)向裝置實現(xiàn)潛水器原地轉(zhuǎn)向所具有的結(jié)構(gòu)為：轉(zhuǎn)向裝置包括：轉(zhuǎn)向齒圈6、轉(zhuǎn)向齒輪11和轉(zhuǎn)向電機(jī)。轉(zhuǎn)向齒圈6設(shè)置于內(nèi)球殼4的外壁上，其轉(zhuǎn)動軸線與第一軸共線，如沿內(nèi)球殼的赤道線設(shè)置。轉(zhuǎn)向電機(jī)設(shè)置于外球殼1的內(nèi)壁上，轉(zhuǎn)向齒輪11設(shè)置于轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上并與轉(zhuǎn)向齒圈6嚙合。

經(jīng)過轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)向后，內(nèi)球殼4及其內(nèi)部的滾動動力裝置同時相對其原始位置轉(zhuǎn)動一定角度，此時潛水器將沿轉(zhuǎn)向后的新方位在水體底部或陸地上運(yùn)動。

推進(jìn)裝置2采用對稱方式安裝，外球殼1在其直徑方向的兩端分別具有凸出其外壁的安裝部1.1，推進(jìn)裝置2分別設(shè)置于每個安裝部1.1上。本發(fā)明具有兩種推進(jìn)裝置2的安裝方式，具體為：

每個安裝部1.1上的推進(jìn)裝置2的數(shù)量為兩個，同一個安裝部1.1上的兩個推進(jìn)裝置2互成90°角的對置。這種安裝方式保證潛水器在滾動任意角度時均提供前進(jìn)、上浮和轉(zhuǎn)向三個自由度的推力，可以實現(xiàn)緊急上浮。

實施例二

如圖10和11所示，與實施例一不同之處在于，本實施例中，每個安裝部1.1上的推進(jìn)裝置2的數(shù)量為一個，推進(jìn)裝置2能夠±90°轉(zhuǎn)動的設(shè)置于安裝部1.1上。正常情況下兩側(cè)推進(jìn)裝置2水平布置，產(chǎn)生前進(jìn)驅(qū)動推力。此外，該推進(jìn)裝置2可進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)到垂直狀態(tài)，產(chǎn)生上浮、下潛的推力。該安裝部具有流線型結(jié)構(gòu)，并且采用透明材料制成，可便于觀察潛水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

實施例三

與實施例一不同之處在于，本實施例中，水泵采用雙向泵實現(xiàn)進(jìn)水和排水。

為了防止閥組的水口被污泥堵塞，因此可將水口設(shè)置在該安裝部上從而減少水口與水體底部或陸地接觸。

無論采用哪種安裝方式，推進(jìn)裝置2均會對轉(zhuǎn)向后的潛水器的運(yùn)動產(chǎn)生干涉，因此根據(jù)具體情況可設(shè)置轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向角度為設(shè)定范圍內(nèi)，從而避免推進(jìn)裝置2對滾進(jìn)的干涉影響。

本發(fā)明中，第一軸為圖2中的Y軸方向，第二軸為圖2中的X軸方向，X軸與Y軸相互垂直。

該潛水器可經(jīng)母船布放，甚至可從岸邊滾入水中或空中投放，在其浮力調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)作用下沉入水體底部進(jìn)行滾進(jìn)或在水體中浮游運(yùn)動，任務(wù)結(jié)束后，可從水體底部滾回母船中，顛覆了當(dāng)前潛水器采用甲板吊放下水的傳統(tǒng)布放回收方式。能夠在近海調(diào)查、冰下觀測、海洋牧場監(jiān)測、海底長期值守等方面發(fā)揮重要作用。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。