【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人艇及其船舶减摇，具体涉及一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇。
技术介绍
1、随着海洋开发从近海走向深海，海洋装备正向无人化、智能化、信息化高速发展，相对于传统的船舶，无人艇的吃水浅、尺寸小，可以适用于多种海域，远程操作可以避免人员的伤害等优点，海洋观测无人艇在执行各类海洋科研、资源勘探、环境监测等任务时，经常会遇到海浪造成的颠簸和摇晃，这对无人艇的稳定性和测量精度构成重大挑战，减摇技术的引入旨在提升无人艇在复杂海况下的操作性能和安全性，保障搭载的观测设备能够准确采集数据，当前主要的减摇装置有减摇鳍、舭龙骨、水舱、气囊或水翼、调谐质量阻尼器等，其中调谐质量阻尼器是一种简单且有效的被动减振方法，在土木工程和海洋结构平台运用广泛，因海洋观测船在进行数据采集时需要一个稳定的环境，当摇晃幅度过大会影响监测数据的准确性，通过使用调谐质量阻尼器可以有效的减少无人艇的摇晃，保障在测量时的航行平稳，并且不需要改变无人艇的结构、实用性强、具有较强的耐久性。但由于小型无人艇的体积和载重的限制，直接应用调谐质量阻尼器的技术和装置会受到空间、重量的限制，同时因为在海上航行时为多自由运动，单一方向的调谐质量阻尼器无法满足无人艇运动控制的需求。
2、申请号为201921730889.3的专利公开了一种高效减震选矿摇床，其使用分布式的设计方法，使用滑轨的方法，实现了多自由度的减摇。但其缺点在于当船舶出现大幅度摇摆时，所需的质量大、质量块的行程较远，使整个减摇设备过于沉重，增加了船体的重量。
技术实现
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种安全性高、环境适应能力强的具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇。
2、技术方案：本专利技术所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，包括减摇机构、探测机构、控制盒、甲板、艇舱本体和声呐机构，甲板与艇舱本体相连，甲板上设置减摇机构、探测机构和控制盒，艇舱本体的底端开设有连接槽，声呐机构设置在连接槽内；减摇机构包括安装框架、第一横向弹簧、第二横向弹簧、第三横向弹簧、第四横向弹簧、横移框架、第一纵向弹簧、第二纵向弹簧、第三纵向弹簧、第四纵向弹簧、纵移质量块，第一横向弹簧、第二横向弹簧、第三横向弹簧、第四横向弹簧的两端分别与安装框架、横移框架相连；第一纵向弹簧、第二纵向弹簧、第三纵向弹簧、第四纵向弹簧的两端分别与横移框架、纵移质量块相连。
3、进一步地，减摇机构还包括横向滑轨、横移齿轮、第一纵向滑轨、第一飞轮、第二飞轮、第二纵向滑轨、纵移齿轮、第三飞轮、纵向连接套杆、横向连接套杆、横向蜗杆和纵向蜗杆，横向滑轨固定连接于安装框架内，横向连接套杆固定连接于横移框架的底端，横向连接套杆活动套设于横向滑轨的表面，横向蜗杆设置在安装框架内，横移齿轮活动连接于横向连接套杆的内侧，横移齿轮与横向蜗杆啮合连接，第一飞轮固定连接于横向蜗杆的一侧，第二飞轮固定连接于横向蜗杆的另一侧，第一纵向滑轨和第二纵向滑轨分别固定连接于横移框架内，纵向连接套杆与纵移质量块固定连接，纵移齿轮活动连接于纵向连接套杆的内侧，纵向蜗杆设置在横移框架内，纵移齿轮与纵向蜗杆啮合连接，第三飞轮固定连接于纵向蜗杆的外侧，纵向连接套杆活动套设于第一纵向滑轨和第二纵向滑轨的表面。
4、进一步地，横向蜗杆与横移框架的中轴线平行。安装框架固定安装于甲板顶部的中心位置。
5、进一步地，纵移质量块固定连接于第一纵向弹簧、第二纵向弹簧、第三纵向弹簧和第四纵向弹簧的内侧。
6、进一步地，横移框架固定连接于第一横向弹簧、第二横向弹簧、第三横向弹簧和第四横向弹簧的内侧。
7、进一步地，艇舱本体采用硬质pvc材料制成，硬质pvc弹性1500～3000mpa,断裂伸长率为5％～10％，拉伸强度40mpa～80mpa,拉伸屈服强度30mpa～70mpa。
8、进一步地，第一横向弹簧、第二横向弹簧、第三横向弹簧、第四横向弹簧、第五纵向弹簧、第六纵向弹簧、第七纵向弹簧、第八纵向弹簧的材质、大小均相同，均采用φ21260*15n弹簧。
9、进一步地，探测机构包括投弃式温深仪、安装支架、无线传输装置和高清摄像头，安装支架与甲板固定连接，投弃式温深仪与安装支架相连，投弃式温深仪上设置高清摄像头、无线传输装置。
10、进一步地，声呐机构包括连接支架、多波束测绘声呐和信号传输装置，多波束测绘声呐通过连接支架与连接槽固定连接，信号传输装置固定安装于多波束测绘声呐表面
11、工作原理：该海洋观测无人艇装备了多波束测绘声呐、投弃式温盐深仪，用于对海洋环境进行综合性的观测、研究和数据采集，多波束测绘声呐装置通过发射声波并回收来测绘海底地形，投弃式温盐深仪设备将探测仪器投射到海中，用来测量海水的温度、盐度等其他的化学参数装备了gps导航系统，确保无人艇的精确位置和航向，实时调整来应对为止的海域情况，通过卫星通讯系统实时传输到地面控制平台。
12、根据振动固有频率f的计算公式：其中k是刚度系统的刚度系数(弹性系数)，m是质量块的质量，当无人艇的运动频率和减摇机构的固有频率满足调谐关系时，无人艇的运动能量将转移到减摇机构上，当无人艇出现横摇时，导致横移框架重心偏移进行移动，通过横移框架的移动带动横向连接套杆沿横向滑轨发生移动，使得横向滑轨对横移框架的移动轨迹进行限位，同时，通过横移框架的移动带动弹簧发生伸缩运动，而弹簧运动产生相反的力，减缓横移框架继续运动的力最终将横移框架的移动能量消耗，同时横移框架的移动带动横移齿轮进行移动，从而使横向蜗杆转动，通过横向蜗杆的转动带动第一飞轮和第二飞轮运动，从而增大横移框架的移动阻力，使得船体出现较大横摇时横移框架的移动行程较小，当无人艇出现纵摇时，则通过纵移质量块的重心偏移进行移动，通过纵移质量块的移动带动纵向连接套杆沿第一纵向滑轨和第二纵向滑轨发生移动，使得第一纵向滑轨和第二纵向滑轨对纵移质量块的移动轨迹进行限位，同时，通过纵移质量块的移动带动弹簧发生伸缩运动，而弹簧运动产生相反的力，减缓纵移质量块继续运动的力最终将纵移质量块的移动能量消耗，同时纵移质量块的移动带动纵移齿轮进行移动，从而使纵移齿轮转动，通过纵移齿轮的转动带动第三飞轮运动，从而增大纵移质量块的移动阻力，使得船体出现较大纵摇时纵移质量块的移动行程较小，从而使的艇舱本体的重心偏移范围较小，减少了无人艇的摇晃。
13、有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
14、1、通过减摇机构的设置，有效的减少了无人艇的摇晃，提高了无人艇在复杂海域的操作性能和安全性，保障搭载的观测设备能过精准的采集准确的数据，环境适应能力，作业范围广泛；
15、2、采用分布式的设计方案，可以实现横纵方向的减摇，弥补了传统调谐质量阻尼器只能提供一个方向的阻尼力的缺点。
16、3、采用齿轮、蜗杆、飞轮的设计方案，可以克服传统的质量阻尼器质量大、行程远的问题。
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1.一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：包括减摇机构(1)、探测机构(2)、控制盒(3)、甲板(4)、艇舱本体(5)和声呐机构(6)，所述甲板(4)与艇舱本体(5)相连，所述甲板(4)上设置减摇机构(1)、探测机构(2)和控制盒(3)，所述艇舱本体(5)的底端开设有连接槽(7)，所述声呐机构(6)设置在连接槽(7)内；所述减摇机构(1)包括安装框架(101)、第一横向弹簧(102)、第二横向弹簧(103)、第三横向弹簧(104)、第四横向弹簧(105)、横移框架(106)、第一纵向弹簧(107)、第二纵向弹簧(108)、第三纵向弹簧(109)、第四纵向弹簧(110)、纵移质量块(111)，所述第一横向弹簧(102)、第二横向弹簧(103)、第三横向弹簧(104)、第四横向弹簧(105)的两端分别与安装框架(101)、横移框架(106)相连；所述第一纵向弹簧(107)、第二纵向弹簧(108)、第三纵向弹簧(109)、第四纵向弹簧(110)的两端分别与横移框架(106)、纵移质量块(111)相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无
3.根据权利要求2所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：所述横向蜗杆(122)与横移框架(106)的中轴线平行。
4.根据权利要求1所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：所述安装框架(101)固定安装于甲板(4)顶部的中心位置。
5.根据权利要求1所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：所述纵移质量块(111)固定连接于第一纵向弹簧(107)、第二纵向弹簧(108)、第三纵向弹簧(109)和第四纵向弹簧(110)的内侧。
6.根据权利要求1所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：所述横移框架(106)固定连接于第一横向弹簧(102)、第二横向弹簧(103)、第三横向弹簧(104)和第四横向弹簧(105)的内侧。
7.根据权利要求1所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：所述艇舱本体(5)采用硬质PVC材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：所述第一横向弹簧(102)、第二横向弹簧(103)、第三横向弹簧(104)、第四横向弹簧(105)、第五纵向弹簧(107)、第六纵向弹簧(108)、第七纵向弹簧(109)、第八纵向弹簧(110)的材质、大小均相同。
9.根据权利要求1所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：所述探测机构(2)包括投弃式温深仪(201)、安装支架(202)、无线传输装置(203)和高清摄像头(204)，所述安装支架(202)与甲板(4)固定连接，所述投弃式温深仪(201)与安装支架(202)相连，所述投弃式温深仪(201)上设置高清摄像头(204)、无线传输装置(203)。
10.根据权利要求1所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：所述声呐机构(6)包括连接支架(601)、多波束测绘声呐(602)和信号传输装置(603)，所述多波束测绘声呐(602)通过连接支架(601)...
【技术特征摘要】
1.一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：包括减摇机构(1)、探测机构(2)、控制盒(3)、甲板(4)、艇舱本体(5)和声呐机构(6)，所述甲板(4)与艇舱本体(5)相连，所述甲板(4)上设置减摇机构(1)、探测机构(2)和控制盒(3)，所述艇舱本体(5)的底端开设有连接槽(7)，所述声呐机构(6)设置在连接槽(7)内；所述减摇机构(1)包括安装框架(101)、第一横向弹簧(102)、第二横向弹簧(103)、第三横向弹簧(104)、第四横向弹簧(105)、横移框架(106)、第一纵向弹簧(107)、第二纵向弹簧(108)、第三纵向弹簧(109)、第四纵向弹簧(110)、纵移质量块(111)，所述第一横向弹簧(102)、第二横向弹簧(103)、第三横向弹簧(104)、第四横向弹簧(105)的两端分别与安装框架(101)、横移框架(106)相连；所述第一纵向弹簧(107)、第二纵向弹簧(108)、第三纵向弹簧(109)、第四纵向弹簧(110)的两端分别与横移框架(106)、纵移质量块(111)相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有调谐质量阻尼器的海洋观测无人艇，其特征在于：所述减摇机构(1)还包括横向滑轨(112)、横移齿轮(113)、第一纵向滑轨(114)、第一飞轮(115)、第二飞轮(116)、第二纵向滑轨(117)、纵移齿轮(118)、第三飞轮(119)、纵向连接套杆(120)、横向连接套杆(121)、横向蜗杆(122)和纵向蜗杆(123)，所述横向滑轨(112)固定连接于安装框架(101)内，所述横向连接套杆(121)固定连接于横移框架(106)的底端，所述横向连接套杆(121)活动套设于横向滑轨(112)的表面，所述横向蜗杆(122)设置在安装框架(101)内，所述横移齿轮(113)活动连接于横向连接套杆(121)的内侧，所述横移齿轮(113)与横向蜗杆(122)啮合连接，所述第一飞轮(115)固定连接于横向蜗杆(122)的一侧，所述第二飞轮(116)固定连接于横向蜗杆(122)的另一侧，第一纵向滑轨(114)和第二纵向滑轨(117)分别固定连接于横移框架(106)内，所述纵向连接套杆(120)与纵移质量块(111)固定连接，所述纵移齿轮(118)活动连接于纵向连接套杆(120)的内侧，所述纵向蜗杆(123)设置在横移框架(106)内，所述纵移齿轮(118)与纵向蜗杆(12...
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