本發(fā)明涉及一種海上航行器，特別是涉及一種利用風能直接驅(qū)動的海上無人航行器。

背景技術：

隨著科學技術不斷發(fā)展，近年來，人們把目光投向了海洋資源開發(fā)以及海洋環(huán)境監(jiān)測的各種海洋設備的研發(fā)。目前，針對這些方面的研究主要集中于像水下機器人、水面機動艇和海上定點浮標等。很多的水下機器人和水面機動艇會由于受到自身所攜帶燃料和電池限制，不能夠持續(xù)地作業(yè)。海上定點浮標無法實現(xiàn)對大片水域環(huán)境的監(jiān)測，并且浮標投放、定點和回收也成為問題。隨著不可再生能源的日益枯竭，人們對于可再生能源，例如風能、太陽能、潮汐能等的開發(fā)利用越來越廣泛，本發(fā)明創(chuàng)新性地設計出一種利用風能直接驅(qū)動的海上無人航行器。

技術實現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術存在的不足，克服燃料和電池的限制、不能夠持續(xù)作業(yè)、回收困難、探測范圍較小的問題，同時避免時下能源日益枯竭、綠色能源利用率低的問題。本發(fā)明提供一種利用風能直接驅(qū)動的海上無人航行器，并且此航行器具有較強的機動性和連續(xù)航行能力。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種利用風能直接驅(qū)動的海上無人航行器，包括主體裝置，信息采集裝置，數(shù)據(jù)處理裝置和驅(qū)動執(zhí)行裝置；

所述的主體裝置包括左浮體、右浮體、電池倉、蓄電池、電池倉蓋、平臺支持架I、平臺支持架II、平臺支持架III、平臺板、太陽能電池板、桅桿筒、桅桿、滑輪支架、滑輪、橫桿和帆。左浮體和右浮體采用類似船型結構，能夠減小航行阻力，共同構成抗傾覆能力較強的雙體船；左、右浮體各具有一個電池倉，用于安裝兩塊蓄電池，并各配有一個電池倉蓋用于密封；平臺支架I、平臺支架II、平臺支架III通過螺栓使左浮體、右浮體與平臺板連接在一起；太陽能電池板安裝在平臺板的前端，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并可儲存到蓄電池當中，為航行器上電機及控制通訊器等電子設備供電；桅桿筒固定在平臺板上，桅桿插在桅桿筒中實現(xiàn)豎立；滑輪通過滑輪支架固定在桅桿上面，并與橫桿共同支撐起帆；帆在航行中提供動力并實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化利用。

所述信息采集裝置包括風向儀、GPS定位器、帆角傳感器、舵角傳感器。在航行過程中，由風向儀測得實時的風速、風向數(shù)據(jù)，GPS定位器測得實時位置，帆角傳感器和舵角傳感器測得各自實時角度，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂仆ㄓ嵠鳟斨?，再由控制通訊器進行下一步的處理。

所述數(shù)據(jù)處理裝置包括控制通訊器，控制通訊器里集成了STM32開發(fā)板,可分析來自信息采集裝置的各種數(shù)據(jù)，得到最佳轉(zhuǎn)帆角度、轉(zhuǎn)舵角度，并與地面基站進行信息數(shù)據(jù)交換，將命令傳遞給驅(qū)動執(zhí)行裝置使得航行器沿預定軌跡航行。

所述驅(qū)動執(zhí)行裝置包括翼帆驅(qū)動電機、翼帆驅(qū)動電機支架、小直齒輪、大直齒輪、橫桿套筒、舵驅(qū)動電機、舵驅(qū)動電機支架、小錐齒輪、大錐齒輪、舵軸、止動套筒、舵法蘭、舵葉固定板、舵葉。翼帆驅(qū)動電機通過翼帆驅(qū)動電機支架固定在平臺板上，當翼帆驅(qū)動電機獲取控制通訊器的指令并轉(zhuǎn)動時，翼帆驅(qū)動電機帶動小直齒輪轉(zhuǎn)動，大直齒輪與橫桿套筒之間通過鍵連接進而帶動橫桿轉(zhuǎn)動，以此來實現(xiàn)帆的轉(zhuǎn)動；根據(jù)控制通訊器的指令，舵驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動一定的角度，帶動小錐齒輪轉(zhuǎn)動，小錐齒輪又帶動大錐齒輪轉(zhuǎn)動，大錐齒輪與舵軸之間采用鍵連接，進而帶動舵葉的轉(zhuǎn)動；舵軸通過舵法蘭固定在平臺板上，舵軸的下方有舵葉固定板用于固定舵葉；止動套筒是用來固定大錐齒輪，防止在舵軸上上下移動。

一種風能直接驅(qū)動的海上無人航行器利用綠色能源風能作為直接驅(qū)動力，并由風向儀提供實時的風速風向數(shù)據(jù)，由控制通訊器得到最佳轉(zhuǎn)帆角度和轉(zhuǎn)舵角度，達到讓航行器沿預定軌跡航行的目的。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明的總體結構示意圖。

圖2是本發(fā)明的浮體結構示意圖。

圖3是本發(fā)明的翼帆驅(qū)動裝置示意圖。

圖4是本發(fā)明的舵驅(qū)動裝置示意圖。

圖中1.桅桿，2.桅桿筒，3.風向儀，4.太陽能電池板，5.平臺支持架I，6.平臺支持架II，7.電池倉蓋，8.平臺支持架III，9.平臺板，10.左浮體，11.舵葉Ⅰ，12.控制通訊器，13.右浮體，14.帆，15.滑輪，16.滑輪支架，17.蓄電池，18.電池倉，19.橫桿套筒，20.大直齒輪，21.小直齒輪，22.翼帆驅(qū)動電機，23.翼帆驅(qū)動電機架，24.橫桿，25.舵驅(qū)動電機，26.舵驅(qū)動電機架，27.舵軸，28.止動套筒，29.大錐齒輪，30.小錐齒輪，31.舵法蘭，32.舵葉固定板，33.舵葉。

具體實施方式

參閱圖1-圖4，本實施例一種風能直接驅(qū)動的海上無人航行器，包括主體裝置，信息采集裝置，數(shù)據(jù)處理裝置和驅(qū)動執(zhí)行裝置；

所述的主體裝置包括左浮體(10)、右浮體(13)、電池倉(18)、蓄電池(17)、電池倉蓋(7)、平臺支持架I(5)、平臺支持架II(6)、平臺支持架III(8)、平臺板(9)、太陽能電池板(4)、桅桿筒(2)、桅桿(1)、滑輪支架(16)、滑輪(15)、橫桿(24)和帆(14)。左浮體(10)和右浮體(13)采用類似船型結構，能夠減小航行阻力，共同構成抗傾覆能力較強的雙體船；左、右浮體(10、13)各具有一個電池倉(18)，用于安裝兩塊蓄電池(17)，并各配有一個電池倉蓋(7)用于密封；平臺支架I(5)、平臺支架II(6)、平臺支架III(8)通過螺栓使左、右浮體(10、13)與平臺板(9)連接在一起；太陽能電池板(4)安裝在平臺板(9)的前端，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并可儲存到蓄電池(17)當中，為航行器上電機及控制通訊器(12)等電子設備供電；桅桿(1)筒固定在平臺板(9)上，桅桿(1)插在桅桿筒(2)中實現(xiàn)豎立；滑輪(15)通過滑輪支架(16)固定在桅桿(1)上面，并與橫桿(24)共同支撐起帆(14)；帆(14)在航行中提供動力并實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化利用。

所述信息采集裝置包括風向儀(3)、GPS定位器、帆角傳感器、舵角傳感器。在航行過程中，由風向儀(3)測得實時的風速、風向數(shù)據(jù)，GPS定位器測得實時位置，帆角傳感器和舵角傳感器測得實時角度，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂仆ㄓ嵠?12)當中，再由控制通訊器(12)進行下一步的處理。

所述數(shù)據(jù)處理裝置包括控制通訊器(12)，控制通訊器(12)里集成了STM32開發(fā)板,可分析來自信息采集裝置的各種數(shù)據(jù)，得到最佳轉(zhuǎn)帆角度、轉(zhuǎn)舵角度，并與地面基站進行信息數(shù)據(jù)交換，將命令傳遞給驅(qū)動執(zhí)行裝置使得航行器沿預定軌跡航行。

所述驅(qū)動執(zhí)行裝置包括翼帆驅(qū)動電機(22)、翼帆驅(qū)動電機支架(23)、小直齒輪(21)、大直齒輪(20)、橫桿套筒(19)、舵驅(qū)動電機(25)、舵驅(qū)動電機支架(26)、小錐齒輪(30)、大錐齒輪(29)、舵軸(27)、止動套筒(28)、舵法蘭(31)、舵葉固定板(32)、舵葉(33)。翼帆驅(qū)動電機(22)通過翼帆驅(qū)動電機支架(23)固定在平臺板(9)上，當翼帆驅(qū)動電機(22)獲取控制通訊器(12)的指令并轉(zhuǎn)動時，翼帆驅(qū)動電機(22)帶動小直齒輪(21)轉(zhuǎn)動，大直齒輪(20)與橫桿套筒(19)之間通過鍵連接進而帶動橫桿(24)轉(zhuǎn)動，以此來實現(xiàn)帆的轉(zhuǎn)動；根據(jù)控制通訊器(12)的指令，舵驅(qū)動電機(25)轉(zhuǎn)動一定的角度，帶動小錐齒輪(30)轉(zhuǎn)動，小錐齒輪(30)又帶動大錐齒輪(29)轉(zhuǎn)動，大錐齒輪(29)與舵軸(27)之間采用鍵連接，進而帶動舵葉(33)的轉(zhuǎn)動；舵軸(27)通過舵法蘭(31)固定在平臺板(9)上，舵軸(27)的下方有舵葉固定板(32)用于固定舵葉(33)；止動套筒(28)是用來固定大錐齒輪(29)，防止在舵軸(27)上上下移動。