[发明专利]一种蹼翼型波浪能水下滑翔测量平台及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于水下机器人工程领域，具体地说是一种水下滑翔测量平台，可用于海洋水体有关参数的监测以及海洋气象的观测等。

背景技术

水下机器人作为一种重要的海洋作业已经在海洋科学研究、海洋资源开发、海洋大气物理、海洋生态等方面得到广泛应用。然而海洋是个广阔的水域，要想进行以上的任务并不容易，主要问题是由于水下机器人自身体积的制约，决定了其所带的能源很有限，其续航能力受到能源的极大限制。目前，太阳能、温差能、波浪能等新式能源已经在水下机器人领域得到一定的应用，现已开发并利用的有浮力驱动的水下滑翔机和利用波浪能的波浪滑翔机，然而，水下滑翔机采用的是圆筒和滑翔翼结构，采用单个外皮囊结构，传感器搭载空间很有限，而且其驱动原理决定了其只能用于水下海洋垂直面的数据测量，限制了在海洋工程的进一步应用。而波浪滑翔机采用的是三体结构，由浮体、系缆和水下滑翔体组成，结构比较分散，容易和海洋中的其余物体发生缠绕，而且其只能用于水面的数据测量。因此，考虑到海洋科学研究的复杂性，解决能源在海洋观测平台中制约问题，开发出一款能同时进行水面和水下垂直剖面的水下机器人测量平台是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有水下滑翔机和波浪滑翔机的测量能力单一的问题，提供一种蹼翼型波浪能水下滑翔测量平台及测量方法，能根据不同的洋研究的需要进行水面和水下垂直剖面海洋监测，同时还能有很大的空间供各种传感器安装，搭载能力更强，应用更加广泛。

为实现上述目的，本发明一种蹼翼型波浪能水下滑翔测量平台采用的技术方案是：包括一个壳体，该壳体由密封连接的上壳体和下壳体组成，在下壳体4正下方的前后方各连接一个垂直的连接件，连接件下端共同连接前后水平布置的左侧板和右侧板，上壳体上表面上装有太阳能板，太阳能板连接位于壳体内部的蓄电池组；壳体外的尾部固定连接舵机系统，舵机系统尾部固定连接GPS和铱星通信模块；下壳体外部的左右两侧各设一个内部充有油液的外皮囊；壳体内部设有内皮囊、双向齿轮泵、伺服电机、控制系统、线性模组和驱动电机；伺服电机驱动双向齿轮泵工作，内部充有油液的一个内皮囊经内皮囊油管连接双向齿轮泵一端，双向齿轮泵另一端经电磁阀连接油路分配器一端，油路分配器另一端分别通过左路油管和右路油管各连接同侧的一个外皮囊，两个外皮囊由连通油管连通；在下壳体中央位置设置线性模组，线性模组连接驱动电机，线性模组下方固定连接蓄电池组，带动蓄电池组前后移动；左侧板和右侧板均垂直连接左右水平布置的蹼翼轴，在蹼翼轴的左、右段上各连接一个橡胶蹼翼，橡胶蹼翼在波浪的作用下向上或向下弯曲；所述GPS和铱星通信模块与岸上工作站实现通讯，控制系统分别连接太阳能板、驱动电机、电磁阀、伺服电机和舵机系统。

所述一种蹼翼型波浪能水下滑翔测量平台的测量方法采用的技术方案是：包括水面航行和垂直滑翔两种工作模式，水面航行时，岸上工作站通过GPS和铱星通信模块给控制系统发送指令，控制系统打开电池阀并控制伺服电机驱动双向齿轮泵工作，内皮囊内部的油液分别进入左、右两侧的外皮囊内，使得外皮囊的体积变大，浮力变大，整个测量平台漂浮于水面；同时控制系统控制驱动电机带动线性模组工作，使蓄电池组前后移动，改变测量平台的重心，调整其在水中姿态；垂直滑翔时，岸上工作站通过GPS和铱星通信模块给控制系统发送指令，控制系统打开电池阀并控制伺服电机驱动双向齿轮泵工作，左、右两侧的外皮囊中的油液进入内皮囊中，测量平台的体积变小，浮力变小，测量平台下潜；同时控制系统控制驱动电机带动线性模组工作，使蓄电池组前后移动，改变测量平台的重心，调整其在水中姿态。

本发明具有水面和垂直滑翔两种运动模式，可以根据不同的海洋研究需要实时进行切换，同时，波浪能、太阳能等海洋新能源的利用使得该平台具有超强的续航力，完全解决其能源供给问题，能实现大尺度和长期的海洋数据监测，其主要优点与有益效果具体是：

1、本发明和传统的水下滑翔机的区别主要表现在：①本发明采用扁平的壳体结构，上表面有很大的面积以供太阳能板的安装，壳体不仅用于储存各个功能部件，而且其产生升力，使平台在水下滑翔时转化为驱动力；②本发明采用双外皮囊的结构，用一个油管连接构成连通器结构，增加系统的稳定性；③本发明俯仰调节系统采用线性模组，减少摩擦，增加其调节电能消耗；④本发明采用舵机系统用于方向控制。