一种利用波浪能及风能联合驱动的海上探测机器人的制作方法

  本发明涉及一种海上机器人，特别是涉及一种利用波浪能及风能联合驱动的海上探测机器人。

  海洋约占地球71％的表面积和97％的水量，浩瀚的海洋不仅影响了全球气候平均状态随时间的变化，同时蕴含丰富的矿物资源、食物资源和能源等，是人类未来的仓库。近年来，人们把目光投向了海洋资源开发以及海洋环境监视测定的各种海洋设备的研发。目前，针对这样一些方面的研究大多分布在于像水上探测机器人等。水上探测机器人大多数都用在执行危险以及不适合有人船只执行的任务，大多数都用在科研、探测、搜救、导航和勘察等。传统水上探测机器人的推进动力系统多用液压、电机等，需要能源补给，续航能力有限，没办法实现连续长久作业。近几年，出现了许多利用可再次生产的能源驱动的海上机器人，如利用波浪能驱动的机动浮标。但是，利用多种可再次生产的能源联合驱动的海上机器人比较少见，本发明创新性的设计出一种利用波浪能及风能联合驱动的海上探测机器人。

  为了避免现存技术存在的不足，克服能源补给难、续航能力有限、没办法实现连续长久作业以及可再次生产的能源综合利用率低等问题。本发明提供一种利用波浪能及风能联合驱动的海上探测机器人，并且此海上机器人具有较强的机动性和连续航行能力。

  本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用波浪能及风能联合驱动的海上探测机器人，包括水上浮体装置，中间连接装置，动力驱动装置。

  所述水上浮体装置包含浮子基体、通讯天线、减摇体I、蓄电池、通讯控制器、太阳能电池板、密封条、密封舱、密封舱隔板、传感器、减摇体II、GPS。浮子基体采用类似船体结构，材料为玻璃钢，能减小航行阻力；在浮子基体两侧分别安装减摇体I和减摇体II，可以使得整个上浮体航行过程中更加平稳；在浮子基体的前方有一个密封舱，通过密封舱隔板将密封舱分为两个舱并分别安入蓄电池和通讯控制器，其中蓄电池可以为舵驱动电机及通讯控制器等电子设备供电，而通讯控制器中集成了STM32开发板，能控制舵驱动电机和处理GPS、传感器测得的信号；太阳能电池板和密封条通过紧固螺钉将密封舱密封，保持舱内干燥，并且太阳能电池板可以将产生的电能储存到蓄电池当中；传感器为ADCP传感器，可以测得海流的流速、流量等数据；GPS和通讯天线通过紧固螺钉安装在浮子基体的中间部位，其中GPS可以测得实时位置，实现准确定位，通讯天线可以使通讯控制器与地面基站进行实时数据传输。

  所述的中间连接装置是指柔性缆绳，柔性缆绳上端与浮子基体的下底面连接，下端与滑翔机的上吊环连接。柔性缆绳采取了特殊的橡胶材料制作而成，内部镶嵌有舵机电源线和舵机信号线，将电能和信号传递给舵驱动电机。在航行过程中，柔性缆绳可将浮子基体受波浪力作用产生的上下运动传递给水下滑翔机。

  所述风能驱动组件包括大旋转轴、叶片组I、叶片组II、带座轴承I、带座轴承II、大固定板、小锥齿轮、大锥齿轮、小固定架、螺旋桨、小旋转轴。大固定板通过紧固螺钉安装在浮子基体上，在大固定板上开口并安装带座轴承I；大旋转轴与带座轴承I装配，下端通过键连接安装小锥齿轮；叶片组I和叶片组II采用过盈配合固定在大旋转轴的上端部，叶片组具有流线型的叶片和支撑架，并且安装时两组相差60°角，能够越来越好的接收来自各个方向的风能，叶片一端薄另一端厚的特殊结构，能够保证只朝一个方向旋转，避免了螺旋桨发生反转影响推进效果；小固定架将带座轴承II与大固定板连接，带座轴承II中装配有小旋转轴；小旋转轴的前端通过键与大锥齿轮连接，后端通过键与螺旋桨连接；小锥齿轮与大锥齿轮啮合。运动过程中，叶片组将风能转换为动能，然后通过锥齿轮传动将动能传递给螺旋桨，最终产生向前的推进力。

  所述波浪能驱动组件包括上吊环、左侧翼片、翼片固定杆、滑翔机基架、舵叶、舵驱动电机架、舵驱动电机、右侧翼片、翼片限位杆。滑翔机基架是利用螺栓连接的一个组合件，上部通过螺栓连接上吊环，尾部安装有舵驱动电机架；舵驱动电机安装在舵驱动电机架上面，并接收来自上浮体的电源和信号，驱动舵叶转动，实现控制水下滑翔机方向的目的；左侧翼片和右侧翼片通过内六角螺钉固定在翼片固定杆和翼片限位杆上面，进而固定在滑翔机基架上。运动过程中，水下滑翔机的上下运动使得6组翼片发生顺时针及逆时针的旋转，翼片的旋转与水流相互作用产生一个向前的推进力，舵叶旋转控制方向，从而共同实现滑翔机的运动。

  一种利用波浪能及风能联合驱动的海上探测机器人利用可再次生产的能源波浪能和风能作为直接驱动力，波浪能驱动的水下滑翔机作为主动力在水下牵引水上浮体前进，风能驱动的螺旋桨产生的推力作为辅助动力，并通过通讯控制器的自动巡航控制，共同达到让海上探测机器人沿预定轨迹航行的目的。

  图中1.浮子基体，2.通讯天线.密封条，8.密封舱，9.GPS，10.减摇体II，11.传感器，12.密封舱隔板，13.柔性缆绳，14.大旋转轴，15.叶片组I，16.叶片组II，17.带座轴承I，18.大固定板，19.小锥齿轮，20.带座轴承II，21.大锥齿轮，22.小固定架，23.小旋转轴，24.螺旋桨，25.上吊环，26.左侧翼片，27.翼片固定杆，28.滑翔机基架，29.舵叶，30.舵驱动电机架，31.舵驱动电机，32.右侧翼片，33.翼片限位杆。

  参阅图1-图3，本实施例一种利用波浪能及风能联合驱动的海上探测机器人，包括水上浮体装置，中间连接装置，动力驱动装置。

  所述水上浮体装置包含浮子基体(1)、通讯天线)、密封条(7)、密封舱(8)、密封舱隔板(12)、传感器(11)、减摇体II(10)、GPS(9)。浮子基体(1)采用类似船体结构，材料为玻璃钢，能减小航行阻力；在浮子基体(1)两侧分别安装减摇体I(3)和减摇体II(10)，可以使得整个上浮体航行过程中更加平稳；在浮子基体(1)的前方有一个密封舱(8)，通过密封舱隔板(12)将密封舱(8)分为两个舱并分别安入蓄电池(4)和通讯控制器(5)，其中蓄电池(4)可以为舵驱动电机(31)及通讯控制器(5)等电子设备供电，而通讯控制器(5)中集成了STM32开发板，能控制舵驱动电机(31)和处理GPS(9)、传感器(11)测得的信号；太阳能电池板(6)和密封条(7)通过紧固螺钉将密封舱(8)密封，保持舱内干燥，并且太阳能电池板(6)可以将产生的电能储存到蓄电池(4)当中；传感器(11)为ADCP传感器，可以测得海流的流速、流量等数据；GPS(9)和通讯天线)通过紧固螺钉安装在浮子基体(1)的中间部位，其中GPS(9)可以测得实时位置，实现准确定位，通讯天线)与地面基站进行实时数据传输。

  所述的中间连接装置是指柔性缆绳(13)，柔性缆绳(13)上端与浮子基体(1)的下底面连接，下端与滑翔机的上吊环(25)连接。柔性缆绳采取了特殊的橡胶材料制作而成，内部镶嵌有舵机电源线和舵机信号线，将电能和信号传递给舵驱动电机(31)。在航行过程中，柔性缆绳可将浮子基体(1)受波浪力作用产生的上下运动传递给水下滑翔机。

  所述风能驱动组件包括大旋转轴(14)、叶片组I(15)、叶片组II(16)、带座轴承I(17)、带座轴承II(20)、大固定板(18)、小锥齿轮(19)、大锥齿轮(21)、小固定架(22)、螺旋桨(24)、小旋转轴(23)。大固定板(18)通过紧固螺钉安装在浮子基体(1)上，在大固定板(18)上开口并安装带座轴承I(17)；大旋转轴(14)与带座轴承I(17)装配，下端通过键连接安装小锥齿轮(19)；叶片组I(15)和叶片组II(16)采用过盈配合固定在大旋转轴(14)的上端部，叶片组具有流线型的叶片和支撑架，并且安装时两组相差60°角，能够越来越好的接收来自各个方向的风能，叶片一端薄另一端厚的特殊结构，能够保证只朝一个方向旋转，避免了螺旋桨(24)发生反转影响推进效果；小固定架(22)将带座轴承II(20)与大固定板(18)连接，带座轴承II(20)中装配有小旋转轴(23)；小旋转轴(23)的前端通过键与大锥齿轮(21)连接，后端通过键与螺旋桨(24)连接；小锥齿轮(19)与大锥齿轮(21)啮合。运动过程中，叶片组将风能转换为动能，然后通过锥齿轮传动将动能传递给螺旋桨(24)，最终产生向前的推进力。

  所述波浪能驱动组件包括上吊环(25)、左侧翼片(26)、翼片固定杆(27)、滑翔机基架(28)、舵叶(29)、舵驱动电机架(30)、舵驱动电机(31)、右侧翼片(32)、翼片限位杆(33)。滑翔机基架(28)是利用螺栓连接的一个组合件，上部通过螺栓连接上吊环(25)，尾部安装有舵驱动电机架(30)；舵驱动电机(31)安装在舵驱动电机架(30)上面，并接收来自上浮体的电源和信号，驱动舵叶(29)转动，实现控制水下滑翔机方向的目的；左侧翼片(26)和右侧翼片(32)通过内六角螺钉固定在翼片固定杆(27)和翼片限位杆(33)上面，进而固定在滑翔机基架(28)上。运动过程中，水下滑翔机的上下运动使得6组翼片发生顺时针及逆时针的旋转，翼片的旋转与水流相互作用产生一个向前的推进力，舵叶(29)旋转控制方向，从而共同实现滑翔机的运动。