一种翼-腿混合推进的水下滑翔机及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种翼

【技术实现步骤摘要】
一种翼
‑
腿混合推进的水下滑翔机及其工作方法


[0001]本专利技术涉及水下滑翔机
，尤其是涉及一种翼
‑
腿混合推进的水下滑翔机及其工作方法。

技术介绍

[0002]随着深海资源的开发利用以及海洋科学的探究，海洋机器人越来越受到人们的关注，其中，水下滑翔机的技术已比较成熟，它利用净浮力和姿态角调整获得推进力，具有优异的续航能力、简易的结构等特点，满足深海探索的需要。
[0003]随着深海考察任务的多样化以及海洋环境的复杂多变，人们对水下滑翔机的水下作业能力和运动形态提出了更高的要求。而目前的水下滑翔机常见的矩形薄板机翼和大尺寸扑翼布局，在执行海底多变的工作任务时，会出现以下问题：其一，大尺寸扑翼布局限制其通过狭窄区域；其二，如若变轨则需机身倾斜,变轨半径很大，无法快速躲避障碍物；其三，在水下只能做锯齿状和螺旋回转轨迹的航行，面临复杂环境，水动力学性能低，无法保持有效、稳定地推进。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种翼
‑
腿混合推进的水下滑翔机，增强灵活性，满足姿态的多样调整，提高推进效率。并提供了其工作方法。
[0005]技术方案：一种翼
‑
腿混合推进的水下滑翔机，包括滑翔机本体，还包括在滑翔机本体相对两侧均有设置的双向柔性翼腿混合推进装置以及安装于滑翔机本体舱体内用于控制双向柔性翼腿混合推进装置运动的控制板；
[0006]双向柔性翼腿混合推进装置包括线机构驱动部、限位块组件、柔性翼、驱动控制单元、壳体组件，线机构驱动部安装于壳体组件内部，限位块组件在壳体组件外侧设置于其中部，线机构驱动部包括两组收缩绳组，分别从壳体组件内部穿出并与限位块组件连接，柔性翼设有两个，在限位块组件的相对两侧对称设置并分别与限位块组件连接，驱动控制单元包括安装于滑翔机本体舱体内的驱动伺服电机，驱动伺服电机的电机轴与壳体组件连接，柔性翼与驱动控制单元连接，线机构驱动部、驱动控制单元、驱动伺服电机分别与控制板信号连接。
[0007]进一步的，线机构驱动部还包括在壳体组件内部沿其长度方向对称间隔设置的两个驱动组件，两组收缩绳组分别与对应的一个驱动组件连接；
[0008]驱动组件包括蜗杆、蜗杆传动轴、舵机组、蜗轮、滑轮、滑轮销轴、联轴器、蜗轮轴套，舵机组安装于壳体组件的内壁上，蜗杆传动轴一端通过联轴器与舵机组连接，另一端与蜗杆连接，蜗轮通过支撑轴承座安装于壳体组件的内壁上并与蜗杆啮合，蜗轮上同轴安装有蜗轮轴套，滑轮通过滑轮销轴与蜗轮轴套同轴连接，收缩绳组缠绕于滑轮上，舵机组与控制板信号连接。
[0009]最佳的，滑轮为上下对称布置的双滑轮，一端滑轮槽为顺时针缠绕的线，另一端滑
轮槽为逆时针缠绕的线，两组收缩绳组均设有两股收缩绳，分别为收缩绳一、收缩绳三为一股，收缩绳二、收缩绳四为一股，分别缠绕在对应的滑轮的绳槽上，其中，收缩绳一与收缩绳三互连缠绕于同一个滑轮上，形成互为伸缩关系，收缩绳二与收缩绳四互连缠绕于另一同个滑轮上且互为伸缩关系。
[0010]进一步的，限位块组件包括限位弹性连接板、限位块、限位弹簧、尾部限位块、限位块连接轴，限位块设有多个，每个限位块的相对两侧面上分别垂直固定有一个限位弹性连接板，多个限位块依次排列使限位弹性连接板排成两列，每列限位弹性连接板分别穿设于对应的一个柔性翼中并与其内壁固定，使两个柔性翼对称设置于一列限位块的相对两侧，相邻两个限位块之间分别通过一根限位块连接轴连接，每个限位块连接轴上分别套设有一个用于限制相邻两个限位块之间夹角的限位弹簧，尾部限位块通过又一个限位块连接轴与排列于末端的限位块连接，该限位块连接轴上同样套设有一个限位弹簧，用于限制尾部限位块与排列于末端的限位块之间的夹角，收缩绳组自首位的限位块起依次穿过多个限位块后与尾部限位块连接，两组收缩绳组在限位块内部相对间隔设置且分别靠近其中一列限位弹性连接板。
[0011]最佳的，限位弹簧为扭转弹簧，其螺旋部套设于限位块连接轴上，两个扭力杆分别卡设在相邻的两个限位块的相对面上，或者卡设在尾部限位块与排列于末端的限位块的相对面上。每个限位块的相对两侧均设有四个卡槽，目的方便多向设置安装限位弹簧。
[0012]最佳的，柔性翼为硅胶材质，柔性翼的一侧面上开设有多个沿其翼长方向依次排列的安装孔位，安装孔位数量与限位块数量相等，每个安装孔位对应安装有一个限位弹性连接板，限位弹性连接板上设有螺栓安装孔位。
[0013]最佳的，限位块的数量为5～9个，相邻两个限位块之间的夹角θ为22
°
～28
°
，摆角α为6
°
～10
°
。
[0014]进一步的，驱动控制单元还包括姿态传感器、A/D转换器、控制电路，控制板为STM32控制板，姿态传感器设有多个，沿柔性翼的翼长方向依次间隔安装于其内部，姿态传感器通过A/D转换器与STM32控制板连接，三者通过控制电路依次信号连接。
[0015]当水下滑翔机上的各驱动伺服电机的旋转角度不一致时，通过STM32控制板经串口传输脉冲信号进行统一协调操作，同时控制各驱动伺服电机相互配合完成多种运动模式。
[0016]进一步的，壳体组件包括翼形壳体、翼形壳体密封盖，线机构驱动部安装于头部镂空的翼形壳体中并通过翼形壳体密封盖密封于其内部，使壳体组件呈三角翼形状；双向柔性翼腿混合推进装置为偶数个且至少为四个，对称布置于滑翔机本体的相对两侧。
[0017]一种上述的翼
‑
腿混合推进的水下滑翔机的工作方法，
[0018]对于上浮/下沉工作模式，对应的翼
‑
腿混合推进的水下滑翔机工作状态控制方法如下：
[0019]S11：水下滑翔机在上浮/下沉过程中，驱动控制单元触发采集海水来流速度；
[0020]S12：驱动控制单元将采集数据信号传递给控制板；
[0021]S13：控制板进行数据处理发出指令，将计算翼的升力的脉冲信号传递给线机构驱动部；
[0022]S14：线机构驱动部根据脉冲信号的指令按照计算结果的范围，分别控制两组收缩
绳组的长度,改变柔性翼的整体和局部弧度参数；如线机构驱动部接受的脉冲信号结果不在计算的范围之内，驱动控制单元重新采集海水来速度信号，对柔性翼的整体和局部弧度参数进行调整；
[0023]对于移动工作模式，对应的翼
‑
腿混合推进的水下滑翔机工作状态控制方法如下：
[0024]S21：水下滑翔机在移动过程中，驱动控制单元触发采集海水来流速度；
[0025]S22：驱动控制单元将采集数据信号传递给控制板；
[0026]S23：控制板进行数据处理发出指令，控制板发出滑翔机水平稳态滑翔速度方程的脉冲信号传递给线机构驱动部和驱动伺服电机；
[0027]S24：线机构驱动部控制收缩绳组为放松状态，限位块组件随着水流的阻力自由变化；要实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种翼
‑
腿混合推进的水下滑翔机，包括滑翔机本体，其特征在于：还包括在滑翔机本体相对两侧均有设置的双向柔性翼腿混合推进装置以及安装于滑翔机本体舱体内用于控制双向柔性翼腿混合推进装置运动的控制板(23)；双向柔性翼腿混合推进装置包括线机构驱动部(1
‑
0)、限位块组件(2
‑
0)、柔性翼(3)、驱动控制单元(4
‑
0)、壳体组件(5
‑
0)，线机构驱动部(1
‑
0)安装于壳体组件(5
‑
0)内部，限位块组件(2
‑
0)在壳体组件(5
‑
0)外侧设置于其中部，线机构驱动部(1
‑
0)包括两组收缩绳组(6)，分别从壳体组件(5
‑
0)内部穿出并与限位块组件(2
‑
0)连接，柔性翼(3)设有两个，在限位块组件(2
‑
0)的相对两侧对称设置并分别与限位块组件(2
‑
0)连接，驱动控制单元(4
‑
0)包括安装于滑翔机本体舱体内的驱动伺服电机(20)，驱动伺服电机(20)的电机轴与壳体组件(5
‑
0)连接，柔性翼(3)与驱动控制单元(4
‑
0)连接，线机构驱动部(1
‑
0)、驱动控制单元(4
‑
0)、驱动伺服电机(20)分别与控制板(23)信号连接。2.根据权利要求1所述的一种翼
‑
腿混合推进的水下滑翔机，其特征在于：线机构驱动部(1
‑
0)还包括在壳体组件(5
‑
0)内部沿其长度方向对称间隔设置的两个驱动组件，两组收缩绳组(6)分别与对应的一个驱动组件连接；驱动组件包括蜗杆(9)、蜗杆传动轴(12)、舵机组(13)、蜗轮(14)、滑轮(15)、滑轮销轴(16)、联轴器(17)、蜗轮轴套(18)，舵机组(13)安装于壳体组件(5
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0)的内壁上，蜗杆传动轴(12)一端通过联轴器(17)与舵机组(13)连接，另一端与蜗杆(9)连接，蜗轮(14)通过支撑轴承座安装于壳体组件(5
‑
0)的内壁上并与蜗杆(9)啮合，蜗轮(14)上同轴安装有蜗轮轴套(18)，滑轮(15)通过滑轮销轴(16)与蜗轮轴套(18)同轴连接，收缩绳组(6)缠绕于滑轮(15)上，舵机组(13)与控制板(23)信号连接。3.根据权利要求2所述的一种翼
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腿混合推进的水下滑翔机，其特征在于：滑轮(15)为上下对称布置的双滑轮，一端滑轮槽为顺时针缠绕的线，另一端滑轮槽为逆时针缠绕的线，两组收缩绳组(6)均设有两股收缩绳，分别为收缩绳一(6
‑
1)、收缩绳三(6
‑
3)为一股，收缩绳二(6
‑
2)、收缩绳四(6
‑
4)为一股，分别缠绕在对应的滑轮(15)的绳槽上，其中，收缩绳一(6
‑
1)与收缩绳三(6
‑
3)互连缠绕于同一个滑轮(15)上，形成互为伸缩关系，收缩绳二(6
‑
2)与收缩绳四(6
‑
4)互连缠绕于另一同个滑轮(15)上且互为伸缩关系。4.根据权利要求1所述的一种翼
‑
腿混合推进的水下滑翔机，其特征在于：限位块组件(2
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0)包括限位弹性连接板(4)、限位块(5)、限位弹簧(7)、尾部限位块(8)、限位块连接轴(19)，限位块(5)设有多个，每个限位块(5)的相对两侧面上分别垂直固定有一个限位弹性连接板(4)，多个限位块(5)依次排列使限位弹性连接板(4)排成两列，每列限位弹性连接板(4)分别穿设于对应的一个柔性翼(3)中并与其内壁固定，使两个柔性翼(3)对称设置于一列限位块(5)的相对两侧，相邻两个限位块(5)之间分别通过一根限位块连接轴(19)连接，每个限位块连接轴(19)上分别套设有一个用于限制相邻两个限位块(5)之间夹角的限位弹簧(7)，尾部限位块(8)通过又一个限位块连接轴(19)与排列于末端的限位块(5)连接，该限位块连接轴(19)上同样套设有一个限位弹簧(7)，用于限制尾部限位块(8)与排列于末端的限位块(5)之间的夹角，收缩绳组(6)自首位的限位块(5)起依次穿过多个限位块(5)后与尾部限位块(8)连接，两组收缩绳组(6)在限位块(5)内部相对间隔设置且分别靠近其中一列限位弹性连接板(4)。5.根据权利要求4所述的一种翼
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腿混合推进的水下滑翔机，其特征在于：限位弹簧(7)
为扭转弹簧，其螺旋部套设于限位块连接轴(...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永梅，何夏磊，管伟，吕昊，苏世杰，张建，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：