專利名稱：用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于水下機器人工程領(lǐng)域，具體地說是一種用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)。
背景技術(shù)：
水下機器人作為一種重要的海洋作業(yè)、觀測平臺，已經(jīng)在海洋科學(xué)研究、海洋資源開發(fā)、海洋大氣物理、海洋生態(tài)等方面得到廣泛應(yīng)用。然而，海洋是個廣闊的水域，要想進行上述的任務(wù)并不容易，主要問題是由于水下機器人自身體積的制約，決定了其所帶的能源很有限，其續(xù)航能力受到能源的極大限制，所以各國都在水下機器人能源問題方面力求突破。一方面各國在優(yōu)化改進系統(tǒng)的能源利用率，另一方面在研究開發(fā)一些新式能源，如溫差能、波浪能等，有些新能源已經(jīng)在水下機器人領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用。其中，海洋的波浪能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源；現(xiàn)在的波浪能主要用于發(fā)電，有各種各樣波浪能發(fā)電裝置，有振蕩浮子式、振蕩水柱式、聚波式、擺式等。但是這些波浪能轉(zhuǎn)化裝置在水下機器人領(lǐng)域應(yīng)用有一定的困難，一方面是轉(zhuǎn)化裝置的體積很大，不容易裝配，另一方面是即使能裝配，水下機器人的慣性會使得波浪能轉(zhuǎn)化裝置的效率很低，因為波浪首先要激勵水下機器人的殼體，讓水下機器人運動，水下機器人再把運動傳給內(nèi)部的波浪能轉(zhuǎn)化裝置。

實用新型內(nèi)容為了解決能源在海洋觀測中制約問題，本實用新型的目的就是在于提供一種用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，可用于海洋測量平臺進行海洋的觀測和探測。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本實用新型包括殼體、對稱安裝在殼體兩側(cè)的多個翼板及位于殼體內(nèi)的翼板運動調(diào)節(jié)控制機構(gòu)，其中殼體兩側(cè)相對稱的翼板之間通過旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動安裝在殼體上，所述旋轉(zhuǎn)軸上安裝有隨旋轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動的擋塊，在旋轉(zhuǎn)軸上套設(shè)有使翼板復(fù)位的扭轉(zhuǎn)彈簧；所述翼板運動調(diào)節(jié)控制機構(gòu)為位于殼體內(nèi)的擋板，該擋板通過安裝在殼體上的調(diào)節(jié)螺栓支撐，所述擋板位于擋塊的下方，隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的擋塊通過與擋板接觸對翼板的轉(zhuǎn)動限位。其中所述調(diào)節(jié)螺栓與殼體螺紋連接，擋板與擋塊之間的距離通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整；所述擋板沿長度方向開有多個內(nèi)孔，每個內(nèi)孔分別對應(yīng)一個調(diào)節(jié)螺栓；所述調(diào)節(jié)螺栓位于殼體內(nèi)的一端設(shè)有凸臺，該凸臺沿徑向開有通孔，所述凸臺由擋板上的內(nèi)孔穿過，通過在所述凸臺上的通孔內(nèi)插設(shè)開口銷固定；所述擋塊的軸向中心線垂直于旋轉(zhuǎn)軸的軸向中心線，在擋塊兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸上分別套設(shè)有扭轉(zhuǎn)彈簧，每個扭轉(zhuǎn)彈簧的兩端分別與殼體及擋塊相連；所述旋轉(zhuǎn)軸的中部設(shè)有矩形凹槽，擋塊容置在該矩形凹槽內(nèi)，并通過螺釘固定；所述旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有用于軸向定位的凹槽，殼體卡在該凹槽內(nèi)；所述殼體的上部安裝有與水面測量平臺連接的拉架，殼體的下部安裝有及穩(wěn)心高保持架；所述拉架上及穩(wěn)心高保持架與殼體連接的部位分別開有條形孔；所述殼體的一端安裝有頭部，另一端安裝有舵機系統(tǒng)，舵機系統(tǒng)的下方連接有控制所述轉(zhuǎn)化機構(gòu)方向的舵機葉片；所述殼體分為形狀結(jié)構(gòu)相同的上殼體和下殼體，上、下殼體通過螺釘固連為一體。本實用新型的優(yōu)點與積極效果為1.操作簡單；本實用新型在海洋觀測平臺下作為動力部分帶動平臺運動，沒有推進器，完全靠自身自主進行波浪能的轉(zhuǎn)化，不需要人為干預(yù)。2.故障率低；本實用新型翼板運動的控制采用擋塊、擋板、扭轉(zhuǎn)彈簧復(fù)位，沒有電子器件，不需要水密封，減少了裝置出現(xiàn)故障的可能性。3.安全可靠；本實用新型采用機械式的機構(gòu)，機構(gòu)兩側(cè)對稱，無論強度還是穩(wěn)定性都很有保證。4.可調(diào)節(jié)；本實用新型根據(jù)波浪的幅值周期等數(shù)據(jù)可以調(diào)節(jié)翼板運動控制機構(gòu)，使其處于波浪能吸收率最大的位置，另外其拉架和穩(wěn)心高保持架都設(shè)計成可前后調(diào)節(jié)的，保持架上根據(jù)需要搭載不同傳感器便于實際的作業(yè)需要。5.成本低；本實用新型都是由一些焊接件和標準件組成，沒有復(fù)雜的零件，節(jié)約成本。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)主視圖；圖2為圖1的俯視剖視圖；圖3為本實用新型翼板運動調(diào)節(jié)控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)主視圖；圖4為圖3的俯視圖；圖5為翼板、旋轉(zhuǎn)軸及擋塊的裝配圖；其中I為頭部，2為上殼體，3為下殼體，4為拉架，5為旋轉(zhuǎn)軸，6為舵機系統(tǒng)，7為舵機葉片，8為穩(wěn)心高保持架，9為調(diào)節(jié)螺栓，10為翼板，11為開口銷，12為扭轉(zhuǎn)彈簧，13為擋板,14為擋塊,15為凹槽,16為條形孔。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳述。如圖1、圖2及圖5所示，本實用新型包括包括殼體、對稱安裝在殼體兩側(cè)的多個翼板10及位于殼體內(nèi)的翼板運動調(diào)節(jié)控制機構(gòu)，其中殼體分為形狀結(jié)構(gòu)相同的上殼體2和下殼體3，上、下殼體2、3通過螺釘固連為一體；殼體兩側(cè)的翼板10兩兩對稱，分別通過旋轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動安裝在殼體上，本實施例共有六個旋轉(zhuǎn)軸5和十二個翼板10。每個旋轉(zhuǎn)軸5的兩端分別對稱布置一個翼板10，翼板10與旋轉(zhuǎn)軸5由螺釘固定，在每個旋轉(zhuǎn)軸5上均安裝有隨旋轉(zhuǎn)軸5 —起轉(zhuǎn)動的擋塊14，每個旋轉(zhuǎn)軸5的中部均設(shè)有一個矩形凹槽，在矩形凹槽的底面上開有一個螺紋孔，擋塊14容置在該矩形凹槽內(nèi)，并通過螺釘固定；另外，每個旋轉(zhuǎn)軸5在其上矩形凹槽的兩側(cè)還分別加工有凹槽15，該凹槽15在上、下殼體2、3之間，上、下殼體2、3分別卡在凹槽15內(nèi)，進行軸向定位。擋塊14的軸向中心線垂直于旋轉(zhuǎn)軸5的軸向中心線，在擋塊14兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸5上套設(shè)有兩個完全相同的使翼板10復(fù)位的扭轉(zhuǎn)彈簧12，每個扭轉(zhuǎn)彈簧12的一端固定在下殼體3上，另一端固定在擋塊14上。殼體的一端安裝有頭部1，另一端安裝有舵機系統(tǒng)6，頭部I及舵機系統(tǒng)6分別通過各自插設(shè)在殼體內(nèi)部的部分所開的螺紋孔、由螺栓與上殼體2相連接；在舵機系統(tǒng)6的下方連接有舵機葉片7，通過控制舵機葉片7來控制本實用新型轉(zhuǎn)化機構(gòu)的方向。舵機系統(tǒng)6為現(xiàn)有技術(shù)，其中的舵機的驅(qū)動用一個直流伺服電機驅(qū)動，通過齒輪傳動帶動軸旋轉(zhuǎn)，從而使得舵機葉片處于需要的位置和角度，電機和傳動機構(gòu)被舵機外殼密封，軸與舵機殼體用密封圈密封；當需要轉(zhuǎn)向時，通過向海洋測試平臺發(fā)送脈沖，就可以通過有實驗平臺與舵機系統(tǒng)連接的密封電纜進行位置控制。上殼體2的上部通過螺栓固定有拉架4，在拉架4上開有條形孔16，用于和水面測量平臺連接時，可以調(diào)節(jié)首尾兩部分質(zhì)量分布不均，水動力不平衡等問題。下殼體3的下部通過螺栓固定有及穩(wěn)心高保持架8，穩(wěn)心高保持架8與下殼體2連接的部位也開有條形孔，便于前后移動調(diào)節(jié)波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)質(zhì)量分布不平衡，它也可以使波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)重心下移，有利于穩(wěn)定，中部有兩個螺紋孔可以用于在上面搭載一些傳感器。如圖2 4所示，翼板運動調(diào)節(jié)控制機構(gòu)裝配在上、下殼體2、3的內(nèi)部，為位于殼體內(nèi)的擋板13，該擋板13處于各翼板旋轉(zhuǎn)軸上擋塊的下方；擋板13通過安裝在下殼體3上的調(diào)節(jié)螺栓9支撐，調(diào)節(jié)螺栓9與下殼體3螺紋連接，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓9，改變調(diào)節(jié)螺栓9進給到殼體內(nèi)的深度，從而改變擋板13在殼體內(nèi)部的相對位置(即擋板13與擋塊14之間的距離)，隨旋轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動的擋塊14旋轉(zhuǎn)的角度范圍也就跟著變化。擋板13沿長度方向開有多個內(nèi)孔，每個內(nèi)孔分別對應(yīng)一個調(diào)節(jié)螺栓9，本實施例的調(diào)節(jié)螺栓9為三個，三個調(diào)節(jié)螺栓9的布置有利于防止單個螺栓松動造成的定位不精確；調(diào)節(jié)螺栓9位于殼體內(nèi)的一端加工有一個圓柱形的凸臺，該凸臺穿過擋板13上的內(nèi)孔；為了防止調(diào)節(jié)螺栓9旋進旋出與擋板13脫離，在調(diào)節(jié)螺栓9的凸臺上沿徑向開有圓形通孔，用開口銷11插入該通孔內(nèi)固定。本實用新型的工作原理為本實用新型通過與海面的測量平臺通過系纜連接，海面波浪的運動引起平臺的上下振動，平臺通過系纜帶動本實用新型，再由本實用新型將上下振動轉(zhuǎn)化為水平方向的運動，拉動海面的測量平臺運動。本實用新型是將波浪的動能直接轉(zhuǎn)化為測量平臺和轉(zhuǎn)化機構(gòu)的動能，沒有經(jīng)過中間轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，這樣可以顯著提高波浪能的轉(zhuǎn)化效率。具體為當波浪波峰來臨，激勵海面的測量平臺使其向上運動時，本實用新型在系纜的拉力下也會向上運動，各翼板10在上升過程中受到向下的水動力而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，由于水動力始終垂直于翼板10的上表面，所以水動力的方向是斜向下前方的，這樣便會會產(chǎn)生水平方向的分力，本實用新型在該分力作用下拉動海面的測量平臺向前運動，該分力就是其作為前進動力。當波浪波谷來臨，海面的測量平臺和本實用新型由于受到負浮力作用而向下運動，本實用新型在向下運動時，各翼板10在運動過程中受到向上的水動力而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，由于水動力始終垂直于翼板10的下表面，所以水動力的方向是斜向上前方的，這樣便會會產(chǎn)生水平方向的分力，本實用新型在該分力作用下拉動海面的測量平臺向前運動，該分力就是其作為前進動力。當海洋測量平臺和波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)在以上兩個狀態(tài)之間切換時，要求翼板10要從一個極限位置變?yōu)榱硗庖粋€極限位置，極限位置的確定有翼板控制調(diào)節(jié)機構(gòu)來實現(xiàn)的，切換過程中，水平分力會很小，對水平方向運動貢獻很微弱，所以盡量縮短這段時間，用扭轉(zhuǎn)彈簧12來快速實現(xiàn)復(fù)位來進行狀態(tài)的切換，翼板10不受力靜止時成水平狀態(tài)，當其受到水動力時，彈簧12的扭矩對其阻礙作用，當其旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變時，在彈簧12的扭矩下迅速復(fù)位。波浪滑翔機根據(jù)不同的海況條件，如波浪的幅值，周期的不同，來調(diào)節(jié)翼板的轉(zhuǎn)角范圍，使其處于波浪能吸收率最大的位置。另外，無論是本實用新型上，還是在海面的測量平臺上，都可以根據(jù)不同需要來搭配傳感器，所以該平臺是開放的，可調(diào)的，這樣極大地擴大了其適用范圍。所以該轉(zhuǎn)化機構(gòu)具有操作簡單，故障率低，安全可靠，可調(diào)節(jié)，成本低等優(yōu)點。
權(quán)利要求1.一種用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其特征在于包括殼體、對稱安裝在殼體兩側(cè)的多個翼板(10)及位于殼體內(nèi)的翼板運動調(diào)節(jié)控制機構(gòu)，其中殼體兩側(cè)相對稱的翼板(10)之間通過旋轉(zhuǎn)軸(5)轉(zhuǎn)動安裝在殼體上，所述旋轉(zhuǎn)軸(5)上安裝有隨旋轉(zhuǎn)軸(5) —起轉(zhuǎn)動的擋塊(14)，在旋轉(zhuǎn)軸(5)上套設(shè)有使翼板(10)復(fù)位的扭轉(zhuǎn)彈簧(12);所述翼板運動調(diào)節(jié)控制機構(gòu)為位于殼體內(nèi)的擋板(13)，該擋板(13)通過安裝在殼體上的調(diào)節(jié)螺栓(9)支撐，所述擋板(13 )位于擋塊(14)的下方,隨旋轉(zhuǎn)軸(5 )轉(zhuǎn)動的擋塊(14)通過與擋板(13 )接觸對翼板(10)的轉(zhuǎn)動限位。
2.按權(quán)利要求1所述用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其特征在于所述調(diào)節(jié)螺栓(9)與殼體螺紋連接，擋板(13)與擋塊(14)之間的距離通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓(9)調(diào)整。
3.按權(quán)利要求1或2所述用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其特征在于所述擋板(13)沿長度方向開有多個內(nèi)孔，每個內(nèi)孔分別對應(yīng)一個調(diào)節(jié)螺栓(9);所述調(diào)節(jié)螺栓(9)位于殼體內(nèi)的一端設(shè)有凸臺，該凸臺沿徑向開有通孔，所述凸臺由擋板(13)上的內(nèi)孔穿過，通過在所述凸臺上的通孔內(nèi)插設(shè)開口銷(11)固定。
4.按權(quán)利要求1所述用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其特征在于所述擋塊(14)的軸向中心線垂直于旋轉(zhuǎn)軸(5)的軸向中心線，在擋塊(14)兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸(5)上分別套設(shè)有扭轉(zhuǎn)彈簧(12)，每個扭轉(zhuǎn)彈簧(12)的兩端分別與殼體及擋塊(14)相連。
5.按權(quán)利要求1或4所述用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)軸(5)的中部設(shè)有矩形凹槽，擋塊(14)容置在該矩形凹槽內(nèi)，并通過螺釘固定。
6.按權(quán)利要求1或4所述用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)軸(5 )上設(shè)有用于軸向定位的凹槽(15 )，殼體卡在該凹槽(15 )內(nèi)。
7.按權(quán)利要求1所述用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其特征在于所述殼體的上部安裝有與水面測量平臺連接的拉架(4)，殼體的下部安裝有及穩(wěn)心高保持架(8)。
8.按權(quán)利要求7所述用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其特征在于所述拉架(4)上及穩(wěn)心高保持架(8)與殼體連接的部位分別開有條形孔(16)。
9.按權(quán)利要求1所述用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其特征在于所述殼體的一端安裝有頭部(1)，另一端安裝有舵機系統(tǒng)(6)，舵機系統(tǒng)(6)的下方連接有控制所述轉(zhuǎn)化機構(gòu)方向的舵機葉片(7)。
10.按權(quán)利要求1、2、4、7或9所述用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其特征在于所述殼體分為形狀結(jié)構(gòu)相同的上殼體(2)和下殼體(3)，上、下殼體(2、3)通過螺釘固連為一體。
專利摘要本實用新型屬于水下機器人工程領(lǐng)域，具體地說是一種用于海洋測量平臺的波浪能轉(zhuǎn)化機構(gòu)，包括殼體、對稱安裝在殼體兩側(cè)的多個翼板及位于殼體內(nèi)的翼板運動調(diào)節(jié)控制機構(gòu)，其中殼體兩側(cè)相對稱的翼板之間通過旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動安裝在殼體上，所述旋轉(zhuǎn)軸上安裝有隨旋轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動的擋塊，在旋轉(zhuǎn)軸上套設(shè)有使翼板復(fù)位的扭轉(zhuǎn)彈簧；所述翼板運動調(diào)節(jié)控制機構(gòu)為位于殼體內(nèi)的擋板，該擋板通過安裝在殼體上的調(diào)節(jié)螺栓支撐，所述擋板位于擋塊的下方，隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的擋塊通過與擋板接觸對翼板的轉(zhuǎn)動限位。本實用新型具有操作簡單，故障率低，安全可靠，可調(diào)節(jié)，成本低等優(yōu)點。
文檔編號B63H19/02GK202828069SQ20122053613
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者田寶強, 俞建成, 張艾群, 趙文濤, 陳質(zhì)二, 張少偉 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所