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专利号: 2023100132315
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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;

限位块组件(2‑0)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)。

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(5‑0)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‑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:限位弹簧(7)为扭转弹簧,其螺旋部套设于限位块连接轴(19)上,两个扭力杆分别卡设在相邻的两个限位块(5)的相对面上,或者卡设在尾部限位块(8)与排列于末端的限位块(5)的相对面上。

5.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:柔性翼(3)为硅胶材质,柔性翼(3)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(5)数量相等,每个安装孔位对应安装有一个限位弹性连接板(4),限位弹性连接板(4)上设有螺栓安装孔位。

6.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(5)的数量为5~9个,相邻两个限位块(5)之间的夹角θ为22°~28°,摆角α为6°~10°。

7.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:驱动控制单元(4‑0)还包括姿态传感器(21)、A/D转换器(22)、控制电路(24),控制板(23)为STM32控制板,姿态传感器(21)设有多个,沿柔性翼(3)的翼长方向依次间隔安装于其内部,姿态传感器(21)通过A/D转换器(22)与STM32控制板(23)连接,三者通过控制电路(24)依次信号连接。

8.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:壳体组件(5‑

0)包括翼形壳体(1)、翼形壳体密封盖(2),线机构驱动部(1‑0)安装于头部镂空的翼形壳体(1)中并通过翼形壳体密封盖(2)密封于其内部,使壳体组件(5‑0)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。

9.一种如权利要求1~8任一所述的翼‑腿混合推进的水下滑翔机的工作方法,其特征在于,

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:

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;

S12:驱动控制单元将采集数据信号传递给控制板;

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;

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;

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:

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;

S22:驱动控制单元将采集数据信号传递给控制板;

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;

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;

要实现水下高效的周期推进时,限位块组件在线机构驱动部的周期性转矩下利用收缩绳组的收放实现仿尾鳍的波浪形摆动,驱动伺服电机同步振幅摆动通过柔性翼周期性波浪形摆动产生振荡推力;

对于悬停工作模式,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:

S31:水下滑翔机在水中悬浮过程中,双向柔性翼腿混合推进装置呈现竖直状态,驱动控制单元触发采集海水来流速度;

S32:驱动控制单元将采集数据信号传递给控制板;

S33:控制板进行数据处理发出指令,发出反馈的时变速度数据的脉冲信号给线机构驱动部;

S34:线机构驱动部控制两组收缩绳组为收紧状态,实时操纵两组收缩绳组的收缩预留量,通过限位块组件改变柔性翼的局部弧度参数,实现主动变形的扑翼,执行来流速度相反方向摆动;

对于海底作业工作模式,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:

S41:水下滑翔机在海底作业工程中,当达到水下滑翔机与地面的预设距离时,控制板进行数据处理发出指令;控制板发出信号给线机构驱动部,线机构驱动部控制两组收缩绳组的收放状态,通过限位块组件使柔性翼呈C形腿;

S42:控制板发出摆线运动方程为 的脉冲信号给驱动伺服电机,

驱动伺服电机根据脉冲信号的指令驱动对应的同方向弯曲的C型腿进行同步周期旋转前进;

S43;当控制板收到前方障碍物高度小于C形腿高度1/2时,C形腿同方向弯曲一致,驱动伺服电机驱动对应的一个双向柔性翼腿混合推进装置,使相邻两个双向柔性翼腿混合推进装置之间转角相差180°,两两交替旋转前进;

S44:当控制板收到前方障碍物高度大于C形腿轴高度1/2时,线机构驱动部调整收缩绳组改变所述C形腿不同方向的弯曲,使相邻两个双向柔性翼腿混合推进装置之间转角相差

180°,两两交替旋转前进。