可折展波浪能自给海洋机器人的制作方法

本发明涉及新能源领域，具体地，涉及一种可折展波浪能自给海洋机器人。

背景技术：

目前大多数水下航行器采用电缆外部供电或自身携带蓄电池，有限的电缆长度和蓄电池存储容量大大限制了航行器的运动范围、续航和负载能力。而具有波浪能收集能力的水下航行器由于波浪能收集机构的尺寸，其航行阻力大大增加，严重降低了能量的利用效率。

专利文献cn107031806a公开了一种利用波浪能推进的水面航行器，包括浮体、波浪能转换装置、发电装置和推进装置，波浪能转换装置由翼板、立柱、齿条和齿轮组成，立柱从浮体底部开孔中垂向贯穿浮体，底部与翼板固定连接，侧面安装齿条，齿条与齿轮啮合。波浪的起伏引起浮体与立柱的垂向运动，立柱和浮体的受力与运动存在幅值和相位差，相对运动通过齿轮的转动带动发电机发电；发电装置由变速齿轮箱、发电机、整流稳压装置和蓄电池组成，推进装置包括电机控制系统、电动机、曲轴机构和拍动翼，电动机轴和曲轴相连，连杆下端与拍动翼相连，电机运转带动曲轴转动，拍动翼上下往复运动产生推力，推动航行器前进，但该设计不适用于水下航行器。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可折展波浪能自给海洋机器人。

根据本发明提供的一种可折展波浪能自给海洋机器人，包括发电机构、储能机构、动力机构、机器人本体以及折展机构；

所述折展机构安装在所述机器人本体上或者通过连接机构安装在所述机器人本体上且所述折展机构能够在折叠状态和完全展开状态之间切换；

所述发电机构、储能机构、动力机构均安装在所述机器人本体上或者安装在所述连接机构上且所述发电机构、动力机构分别与储能机构电连接；

在折叠状态时，在所述动力机构能够驱使所述机器人本体在水中航行；

在完全展开状态时，在波浪的作用下所述折展机构能够驱使所述发电机构发电。

优选地，所述机器人本体上设置有方向舵以及螺旋桨；

所述动力机构包括第一动力源，所述第一动力源能够驱使所述螺旋桨转动进而实现机器人在水中航行，所述方向舵用于控制机器人航行方向。

优选地，所述动力机构包括第二动力源，所述折展机构包括分别设置在所述机器人本体两侧的左折展件、右折展件；

在所述第二动力源的驱使下所述左折展件、右折展件能够同步运动至折叠状态或完全展开状态。

优选地，所述动力机构还包括导轨、丝杠以及挡板；

所述丝杠穿过所述挡板并与所述挡板螺纹配合，所述第二动力源能够驱使所述丝杠转动进而能够使所述挡板沿所述导轨长度的方向滑动进而使所述左折展件、右折展件能够同步运动至折叠状态或完全展开状态。

优选地，所述动力机构还包括曲柄、连杆以及滑块；

所述曲柄的一端与所述第二动力源驱动连接，所述曲柄的另一端通过连杆与所述滑块活动配合；

所述第二动力源能够驱使所述曲柄通过连杆带动所述滑块滑动进而使所述左折展件、右折展件能够同步运动至折叠状态或完全展开状态。

优选地，还包括单向机构，所述折展机构通过转动块连接所述单向机构的输入端，所述单向机构的输出端连接所述发电机构；

在波浪的作用下所述折展机构能够驱使所述转动块带动所述输入端转动进而使所述单向机构的输出端带动所述发电机构发电。

优选地，所述左折展件、右折展件均包括一个或多个依次连接的剪叉单元；

所述剪叉单元包括驱动端以及随动端；

所述第二动力源能够驱使所述驱动端在第一位置和第二位置之间运动，其中，所述驱动端在第一位置时，所述左折展件、右折展件均在折叠状态；

所述驱动端在第二位置时，所述左折展件、右折展件均在完全展开状态，其中，所述驱动端在第一位置和第二位置之间运动的过程中，所述随动端与所述转动块的端部转动配合。

优选地，所述单向机构包括输入轴齿轮、中间传动齿轮、第一输出齿轮、第二输出齿轮、第一单向轴承、输出轴、输入轴以及第二单向轴承；

所述铰接组件包括转动块，所述转动块的一端与所述折展机构上所具有的折展组件转动配合，所述转动块的另一端套装在所述输入轴的一端，所述输入轴齿轮安装在所述输入轴的另一端；

所述输入轴齿轮分别与所述中间传动齿轮、第一输出齿轮啮合配合，所述中间传动齿轮与所述第二输出齿轮啮合配合，其中，所述第一输出齿轮、第二输出齿轮分别通过所述第二单向轴承、第一单向轴承依次安装在所述输出轴上；

当所述折展机构通过转动块带动所述输入轴绕轴心顺时针转动时，所述输入轴齿轮同时驱使所述第一输出齿轮、第二输出齿轮逆时针转动并由所述第二输出齿轮通过第一单向轴承带动所述输出轴绕轴心逆时针转动；

当所述折展机构通过转动块带动所述输入轴绕轴心逆时针转动时，所述输入轴齿轮同时驱使所述第一输出齿轮、第二输出齿轮顺时针转动并由所述第一输出齿轮通过第二单向轴承带动所述输出轴绕轴心顺时针转动；

所述输出轴与所述发电机构驱动连接。

优选地，所述单向机构包括前端轴套、后端轴套、支撑体、第一传动轴、第二传动轴、第一大单向轴承、第二大单向轴承、第一小单向轴承、第二小单向轴承以及中心轮；

所述支撑体套装在所述第一传动轴的中部，所述第一大单向轴承、第一小单向轴承的内圈分别过盈安装在所述第一传动轴的两端，第一传动轴中设置有安装通孔，所述第二传动轴贯穿所述安装通孔且两端分别延伸到第二传动轴的外部并分别与所述第一小单向轴承、第二小单向轴承的内圈过盈配合；

所述第一大单向轴承、第一小单向轴承均安装在所述前端轴套的内部且所述第一大单向轴承、第一小单向轴承的外圈分别与前端轴套过盈配合；

所述第二大单向轴承、第二小单向轴承均安装在所述后端轴套的内部，其中，所述第二大单向轴承的外圈与后端轴套过盈配合，所述第二小单向轴承的外圈通过中心轮与所述后端轴套齿轮啮合配合；

当所述折展机构通过转动块带动前端轴套绕轴心顺时针转动时，所述第一大单向轴承驱使所述第一传动轴顺时针转动进而驱使所述第二大单向轴承带动所述后端轴套绕轴心顺时针转动；

当所述折展机构通过转动块带动前端轴套绕轴心逆时针转动时，所述第一小单向轴承驱使所述第二传动轴逆时针转动进而通过第二小单向轴承带动中心轮逆时针转动从而驱使所述后端轴套绕轴心顺时针转动；

所述后端轴套与所述发电机构驱动连接。

优选地，所述左折展件、右折展件上均沿伸展的方向上依次设置有多个翼片；

多个所述翼片采用相同的形状或不同的形状；

在所述折叠状态时多个所述翼片为上下的层叠布置的结构。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中的折展机构在波浪激励力作用下实现往复摆动，再通过滑动铰链、转动块配合单向机构输出单向转动进而带动发电机工作，实现波浪能发电。航行器航行时，所述折展机构折叠成最小体积形态以减少航行阻力，该水下航行器具有波浪能自给，转换效率高，航行阻力小的优点。

2、本发明中单向机构将输入轴上双向转动，经多级单向轴承带动不同传动轴产生顺时针或逆时针的转动，另辅以齿轮组传动，使得无论输入端是顺时针还是逆时针转动，输出端始终保持一个转动方向，实现往复转动向单向转动的转变，并最终实现波浪能发电，结构巧妙，有效实现了波浪能转化为电能，实现了航行器的自给式能量补充，解决了航行器续航的问题，该水下航行器具有波浪能利用效率高，航行阻力小，续航能力强的优点。

3、本发明中的单向机构以及动力机构中的传动结构均可以采用多种形式，可根据实际的应用场景合理设置，实用性强。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图，其中，折展机构处于完全展开状态；

图2为可折展波浪能自给海洋机器人的俯视示意图，其中，折展机构处于完全展开状态；

图3为可折展波浪能自给海洋机器人的立体结构示意图，其中，折展机构处于部分展开状态；

图4为可折展波浪能自给海洋机器人的立体结构示意图，其中，折展机构处于折叠；

图5为实施例2中单向机构的结构示意图；

图6为可折展波浪能自给海洋机器人的立体结构示意图，其中，折展机构处于完全展开状态；

图7为可折展波浪能自给海洋机器人的俯视示意图，其中，折展机构处于完全展开状态；

图8为实施例3中单向机构的结构示意图；

图9为方向舵及螺旋桨连接的结构示意图；

图10为实施例2中动力机构各部件布置的结构示意图；

图11为实施例3中动力机构各部件布置的结构示意图，其中，折展机构处于完全展开状态；

图12为转动块的结构示意图；

图13为左折展件或右折展件上多个翼片布置的结构示意图。

图中示出：

机器人本体1翼片51

方向舵2第一安装孔61

螺旋桨3第二安装孔62

连接机构4调节壳体71

折展机构5输入轴齿轮72

转动块6中间传动齿轮73

单向机构7第一输出齿轮74

曲柄8第二输出齿轮75

连杆9第一单向轴承76

滑块10输出轴77

底板11输入轴78

导轨12第二单向轴承79

丝杠13前端轴套81

直流发电机14后端轴套82

挡板15支撑体83

步进电机16输出端盖84

滑动铰链17第一传动轴85

下底板18第二传动轴86

侧板19第一大单向轴承87

挡板螺母20第二大单向轴承88

舵机21第一小单向轴承89

推力轴承22第二小单向轴承810

上底板23中心轮811

无刷直流电机31

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提供了一种可折展波浪能自给海洋机器人，该机器人能够实现水下航行，包括发电机构、储能机构、动力机构、机器人本体1以及折展机构5，所述发电机构优选采用直流发电机14，储能机构优选采用电池，所述折展机构5安装在所述机器人本体1上或者通过连接机构4安装在所述机器人本体1上且所述折展机构5能够在折叠状态和完全展开状态之间切换，所述发电机构、储能机构、动力机构均安装在所述机器人本体1上或者安装在所述连接机构4上且所述发电机构、动力机构分别与储能机构电连接，发电机构将产生的电能储存到储能机构中，同时，储能机构为动力机构提供工作所需要的电能。在折叠状态时，在所述动力机构能够驱使所述机器人本体1在水中航行，机器人按照既定的目标航行并完成相应的任务，在完全展开状态时，机器人可利用波浪进行发电储能，在波浪的作用下所述折展机构5能够驱使所述发电机构发电。

本实施例中的机器人本体1上安装有套壳24，如图4所示，套壳24能够起到保护机器人本体1的作用，连接机构4通过套壳24安装在机器人本体1上。

本实施例中，所述机器人本体1上设置有方向舵2以及螺旋桨3，如图9所示，所述动力机构包括第一动力源以及舵机21，所述第一动力源能够驱使所述螺旋桨3转动进而实现机器人在水中航行，第一动力源优选采用无刷直流电机31，所述舵机21与方向舵2驱动连接，方向舵2采用十字方向舵，所述舵机21能够驱使方向舵2动作进而控制机器人航行方向。

具体地，所述动力机构包括第二动力源，所述折展机构5包括分别设置在所述机器人本体1两侧的左折展件、右折展件，在所述第二动力源的驱使下所述左折展件、右折展件能够同步运动至折叠状态或完全展开状态。所述左折展件、右折展件上均沿伸展的方向上依次设置有多个翼片51，多个所述翼片51采用相同的形状或不同的形状，在所述折叠状态时多个所述翼片51为上下的层叠布置的结构，使折展后的折展机构5体积紧凑，便于收拢与设备内部，减小机器人航行阻力。机器人收集波浪能时，折展机构5保持完全展开状态，翼片51的安装增大了捕能面积，在折展机构5展开时，可在水波面捕获能量。

所述左折展件、右折展件均包括一个或多个依次连接的剪叉单元，剪叉单元采用多组交叉连接且能够相互转动的杆件依次首尾可转动连接而成，所述剪叉单元靠近机器人本体1的一端设置有驱动端以及随动端，所述第二动力源能够驱使所述驱动端在第一位置和第二位置之间运动，驱动端上优选设置有滑动铰链17，如图6所示，驱动端通过具有的滑动铰链17在圆柱形导轨的滑动下实现往复运动。其中，所述驱动端在第一位置时，所述左折展件、右折展件均在折叠状态，所述驱动端在第二位置时，所述左折展件、右折展件均在完全展开状态，其中，所述驱动端在第一位置和第二位置之间运动的过程中，所述随动端与所述转动块6的端部转动配合，转动块6的端部设置有第一安装孔61，如图12所示，所述随动端优选通过铰接的方式通过第一安装孔61与所述转动块6转动配合以实现折展机构5的状态调整。

本发明中，在折展机构5展开时，收到水面起伏波动的作用，左折展件、右折展件均能够带动转动块6绕轴心转动并通过相连接的单向机构7实现传动功能，其中，所述折展机构5通过转动块6连接所述单向机构7的输入端，所述单向机构7的输出端连接所述发电机构，在波浪的作用下所述折展机构5能够驱使所述转动块6带动所述输入端转动进而使所述单向机构7的输出端带动所述发电机构发电，其中，不管单向机构7的输入端是顺时针转动还是逆时针转动，单向机构7的输出端均为顺时针转动或均为逆时针转动。

实施例2：

本实施例为实施例1的一个优选例。

本实施例中，如图1、图2所示，所述折展机构5通过连接机构4安装在所述机器人本体1上，所述发电机构、储能机构、动力机构均安装在所述连接机构4的内部，所述连接机构4优选采用箱式结构。

本实施例中，如图10所示，所述动力机构还包括导轨12、丝杠13以及挡板15，所述丝杠13穿过所述挡板15并与所述挡板15螺纹配合，其中，所述挡板15上设置有螺纹孔或者安装有挡板螺母20，螺纹孔或者挡板螺母20与丝杠13实现螺纹驱动配合，第二动力源优选采用步进电机16，所述第二动力源能够驱使所述丝杠13转动进而能够使所述挡板15沿所述导轨12长度的方向滑动进而使所述左折展件、右折展件能够同步运动至折叠状态或19完全展开状态。

进一步地，挡板15、滑动铰链17均套装在导轨12上，且挡板15的运动能够带动滑动铰链17同步运动，滑动铰链17通过推力轴承22与挡板15连接。连接机构4上设置有上底板23、下底板18以及侧板19，上底板23、下底板18以及侧板19共同围成容纳空间，用于容纳各部件。

本实施例中，如图5所示，所述单向机构7包括前端轴套81、后端轴套82、支撑体83、第一传动轴85、第二传动轴86、第一大单向轴承87、第二大单向轴承88、第一小单向轴承89、第二小单向轴承810以及中心轮811，所述支撑体83套装在所述第一传动轴85的中部，起到定位支撑的作用，所述第一大单向轴承87、第一小单向轴承89的内圈分别过盈安装在所述第一传动轴85的两端，第一传动轴85中设置有安装通孔，所述第二传动轴86贯穿所述安装通孔且两端分别延伸到第二传动轴86的外部并分别与所述第一小单向轴承89、第二小单向轴承810的内圈过盈配合，所述第一大单向轴承87、第一小单向轴承89均安装在所述前端轴套81的内部且所述第一大单向轴承87、第一小单向轴承89的外圈分别与前端轴套81过盈配合；所述第二大单向轴承88、第二小单向轴承810均安装在所述后端轴套82的内部，其中，所述第二大单向轴承88的外圈与后端轴套82过盈配合，所述第二小单向轴承810的外圈通过中心轮811与所述后端轴套82齿轮啮合配合。

进一步地，当所述折展机构5通过转动块6带动前端轴套81绕轴心顺时针转动时，所述第一大单向轴承87驱使所述第一传动轴85顺时针转动进而驱使所述第二大单向轴承88带动所述后端轴套82绕轴心顺时针转动。当所述折展机构5通过转动块6带动前端轴套81绕轴心逆时针转动时，所述第一小单向轴承89驱使所述第二传动轴86逆时针转动进而通过第二小单向轴承810带动中心轮811逆时针转动从而驱使所述后端轴套82绕轴心顺时针转动，所述后端轴套82与所述发电机构驱动连接，后端轴套82连接有输出端盖84，通过输出端盖84实现驱动力的传输进而驱动发电机构发电。

本实施例中折展机构5由十二根铰接的连杆构成，如图10所示，左折展件、右折展件分别位于机器人的两侧，在展开时呈菱形形状，左折展件、右折展件上均沿伸展的方向上依次设置有多个翼片51，多个所述翼片51采用不同的形状，如图13所示，在所述折叠状态时多个所述翼片51为上下的层叠布置的结构，使得折展机构5在折叠状态下外形紧凑并收纳于连接机构4的内部，减少了机器人在水中航行时的阻力。

实施例3：

本实施例为实施例1的一个变化例。

本实施例中，如图11所示，所述动力机构包括曲柄8、连杆9以及滑块10，所述曲柄8的一端与所述第二动力源驱动连接，所述曲柄8的另一端通过连杆9与所述滑块10活动配合，所述第二动力源能够驱使所述曲柄8通过连杆9带动所述滑块10滑动进而使所述左折展件、右折展件能够同步运动至折叠状态或完全展开状态。

本实施例中的单向机构7包括输入轴齿轮72、中间传动齿轮73、第一输出齿轮74、第二输出齿轮75、第一单向轴承76、输出轴77、输入轴78以及第二单向轴承79，如图8所示，所述铰接组件包括转动块6，所述转动块6的一端通过所具有的第一安装孔61与所述折展机构5上所具有的折展组件转动配合，输入轴78的一端安装在所述转动块6另一端所具有的第二安装孔62中，所述输入轴齿轮72安装在所述输入轴78的另一端；所述输入轴齿轮72分别与所述中间传动齿轮73、第一输出齿轮74啮合配合，所述中间传动齿轮73与所述第二输出齿轮75啮合配合，其中，所述第一输出齿轮74、第二输出齿轮75分别通过所述第二单向轴承79、第一单向轴承76依次安装在所述输出轴77上。

具体地，单向机构7中还设置有调节壳体71，在一些特殊的应用场景，可以通过手动转动调节壳体71实现输出轴77或输入轴78的转动调节，以配合检修或其他的需求。

进一步地，当所述折展机构5通过转动块6带动所述输入轴78绕轴心顺时针转动时，所述输入轴齿轮72同时驱使所述第一输出齿轮74、第二输出齿轮75逆时针转动并由所述第二输出齿轮75通过第一单向轴承76带动所述输出轴77绕轴心逆时针转动；当所述折展机构5通过转动块6带动所述输入轴78绕轴心逆时针转动时，所述输入轴齿轮72同时驱使所述第一输出齿轮74、第二输出齿轮75顺时针转动并由所述第一输出齿轮74通过第二单向轴承79带动所述输出轴77绕轴心顺时针转动，所述输出轴77与所述发电机构驱动连接进而实现发电机构发电。

以实施例2为例，波浪能转换原理如下：

展开后的折展机构5受到波浪的激励产生上下双向的摆动，转动块6和滑动铰链17随折展机构5做双向的转动，滑动铰链17连接单向机构7，如图5所示，当输入轴顺时针转动时，输入轴带动前端轴套81顺时针转动，通过第一大单向轴承87带动第一传动轴85顺时针转动，第一传动轴85驱使第二大单向轴承88转动并带动后端轴套82顺时针转动，实现输入轴与输出轴的同向转动。

当输入轴逆时针转动时，输入轴带动前端轴套81逆时针转动，通过第一小单向轴承89带动第二传动轴86逆时针转动，第二传动轴86驱使第二小单向轴承810带动中心轮811逆时针转动，通过轮系传动，使后端轴套82顺时针转动，实现输入轴与输出轴的反向转动，因此输出轴的运动是一种单向转动。输出轴连接直流发电机14使直流发电机14发电供机器人使用，实现波浪能发电。

以实施例2为例，航行器航行时折展机构收缩实现过程如下：

如图10所示，步进电机16连接丝杠13，挡板螺母20可沿丝杠13移动，挡板螺母20带动固连的挡板15移动，挡板15与滑动铰链17之间用推力轴承22连接，滑动铰链17可绕圆柱导轨12转动，也可随挡板螺母20沿丝杠13方向移动，形成圆柱副。步进电机16驱动丝杠13旋转，带动挡板螺母20移动，最终驱动滑动铰链17沿导轨12移动，当滑动铰链17沿导轨12向下移动时，折展机构5将收缩至如图4所示的形态。

以实施例3为例，波浪能转换原理如下：

展开后的折展机构5受到波浪的激励产生往复的摆动，转动块6和滑动铰链17随折展机构5做往复的转动，转动块6连接单向机构7的输入轴。单向机构具体结构如图8所示，当输入轴78带动输入轴齿轮72顺时针转动时，输入轴齿轮72顺时针转动，从而带动第一输出齿轮74逆时针转动；由于输入轴齿轮72与中间传动齿轮啮合，中间传动齿轮73与第二输出齿轮75啮合，所以中间传动齿轮73逆时针转动，第二输出齿轮75顺时针转动，第一输出齿轮74与第二输出齿轮75转动方向相反，且都通过单向轴承与输出轴77连接。因此输出轴77的运动是一种单向转动，从而使直流发电机14呈单向转动，实现波浪能发电。

以实施例3为例，航行器航行时折展机构5收缩实现过程如下：

如图11所示，步进电机14连接丝杠曲柄8，曲柄8带动连杆9运动，从而推动滑块10带动滑动铰链17在滑轨上运动。当滑块10沿滑轨向上运动时，折展机构5展开如图6、图7、图11所示的状态，可在波面进行捕能；当滑块10沿滑轨向下运动时，折展机构5收缩如图4所示，收缩后的折展机构5减小了机器人航行器的航行阻力，提高了能量的利用效率。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。