CN108357642B - 一种光动能无人船 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种光动能无人船，主要用于无人作业。该光动能无人船收纳状态时结构平整，内部零部件保护得当，具有良好的便携性；设置有动力回收***，可有效利用能源，续航能力较佳；船体前方表面上设置有安装槽，可针对不同的作业内容安装不同的作业零部件至安装槽内，适用性较强；桨叶采用子桨叶分体结构，维护成本较低；子桨叶收起时不易张开，可避免桨叶伤害到人体，具有较好的安全性。

Description

一种光动能无人船

技术领域

本发明涉及到无人船领域，具体涉及到一种光动能无人船。

背景技术

随着无人船行业的逐渐发展，无人船逐渐被应用至污水检测处理、样本采集等各个方面。现有的无人船主要采用小型的蓄电池或燃料电池进行供电，续航时间较短，活动范围较小，不利于扩展无人船的运动半径。另一方面，无人船主要用于针对性的作业，通常在科考船等母船上会配置多台用于实现不同功能的无人船。现有的无人船由于结构较为不规则且不可收纳，携带收纳十分不便。

发明内容

本发明提供的光动能无人船，设计目的在于提供一种结构简单、续航时间长且便于收纳的无人船载体供参考使用。本发明提供的光动能无人船收纳状态时结构平整，内部零部件保护得当，具有良好的便携性；采用光动能进行能源补充，续航能力较佳；桨叶采用子桨叶分体结构，维护成本较低；子桨叶收起时不易张开，可避免桨叶伤害到人体，具有较好的安全性；具体实施中可根据作业的内容增加相应的零部件，具有良好的扩展性。

相应的，本发明提供了一种光动能无人船，包括船体、太阳能板、蓄电池、电路板、驱动模块和转向模块；

所述船体为顶面敞开的中空结构，后方底面开有供驱动模块收纳的收纳槽；所述蓄电池和电路板安装于所述船体内，所述太阳能板安装于所述船体的顶面上，所述驱动模块安装于所述收纳槽中，所述转向模块安装于所述船体尾部底面上。

所述光动能无人船还包括图像捕捉模块；所述船体内腔底面上设置有滑槽，所述图像捕捉模块贯穿的安装于所述船体的侧壁上，并可延所述滑槽弹出或嵌入。

所述驱动模块包括立臂、横臂、驱动电机和桨叶；所述立臂始端铰接在所述收纳槽中，所述横臂始端铰接在立臂末端上，所述驱动电机固定在所述横臂末端上，桨叶与驱动电机的转子连接；

所述立臂转动根部设置有倒角，所述收纳槽对应位置上开有限位倒角，当立臂展开至设定角度时，所述倒角与限位倒角接触形成限位。

所述桨叶包括桨头、至少两片子桨叶；

所述至少两片子桨叶均匀设置在所述桨头外周并分别基于转轴与所述桨头铰接，所有转轴处于同一转轴平面上；

所述子桨叶可绕对应的所述转轴轴线摆动，所述桨头开有供所述子桨叶摆动的避让槽；

所述子桨叶的两个相对面分别为上表面和下表面；当所述上表面与所述避让槽内壁接触时，所述子桨叶展开至极限位置一；当所述下表面与所述避让槽内壁接触时，所述子桨叶收起至极限位置二。

所述驱动电机包括电机转轴；所述电机转轴上设置有外螺纹，所述桨头上设置有配合所述外螺纹的内螺纹，所述电机转轴基于螺纹连接方式与所述桨头连接固定；

所述电机转轴运动时的转动方向与所述外螺纹锁紧所述内螺纹的转向相同。

所述内螺纹和外螺纹为相互配合的自锁螺纹。

所述横臂与所述驱动电机的轴向长度之和大于所述子桨叶的长度；当所述子桨叶收起至极限位置二时，所述子桨叶贴合在所述横臂外周。

所述子桨叶根部使用顺磁性或强磁性材料制成；所述桨头顶面上对应于所述两个避让槽的位置上和所述两个避让槽之间分别设置有用永磁材料制成的磁块或磁片；

当所述子桨叶展开至所述极限位置一或收起至所述极限位置二时，基于所述子桨叶根部与所述磁块或磁片之间的吸引力保持位置固定。

所述桨叶还包括线圈、两根电极棒和两片环形电极片；所述线圈设置在所述桨头顶面上，分别绕经所述两个避让槽的上方；

所述电机转轴为中空转轴，两根电极棒分别穿过所述电机转轴的两端，上部分别与所述线圈的两端实现电连接并与所述桨头连接固定，下部分别电连接有电刷头；

所述电刷头外分别对应设置有两片用于供电的环形电极片。

本发明提供的光动能无人船收纳状态时结构平整，内部零部件保护得当，具有良好的便携性；采用光动能进行能源补充，续航能力较佳；桨叶采用子桨叶分体结构，维护成本较低；子桨叶收起时不易张开，可避免桨叶伤害到人体，具有较好的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例光动能无人船收纳状态时的三维结构示意图；

图2为本发明实施例光动能无人船展开状态时的三维结构示意图；

图3为本发明实施例光动能无人船俯视图；

图4为本发明实施例光动能无人船侧视图；

图5为本发明实施例的子桨叶安装前的桨叶三维结构示意图；

图6为本发明实施例的桨叶俯视结构简图；

图7为本发明实施例的桨头三维结构示意图；

图8为本发明实施例的桨叶处于极限位置一时的三维结构示意图；

图9为本发明实施例的桨叶处于极限位置二时的三维结构示意图；

图10为本发明实施例的桨头剖面结构示意图；

图11为本发明实施例光动能无人船的仰视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例的光动能无人船收纳状态时的三维结构示意图，图2示出了本发明实施例的光动能无人船展开状态时的三维结构示意图，为了清楚展现视图，太阳能板1003剖去其中一侧。本发明实施例提供了一种光动能无人船，包括船体1001、太阳能板1003、蓄电池1004、驱动模块1002、转向模块、电路板1005、图像捕捉模块1007和无线通信模块1008。

船体1001水平截面呈叶子状，顶面敞开，后方底面开有供驱动模块收纳的收纳槽，由于本发明实施例的驱动模块数量为二，因此，在船体1001后方底面两侧分别开有收纳槽。太阳能板1003设置于船体的敞开面上。

在船体1001内部，固定安装有蓄电池1004、电路板1005，其中，蓄电池1004 用于储存太阳能板1003获取的能源，电路板1005用于无人船的无人控制，由于本发明实施例的发明点主要在于结构设计，因此不做详细介绍。为了避免太阳能板干扰无人船的无线信号传输，无线通信模块1008安装于船体1001的尾部外侧。

图3示出了本发明实施例的光动能无人船俯视图。本发明实施例中，在船体的两侧，分别安装有可弹出或收纳的图像捕捉模块1007。图像捕捉模块1007 贯穿船体1001两侧，并安装在船体1001内部的滑槽上，可沿着滑槽上弹出或收纳。

图2示出了本发明实施例光动能无人船展开状态时的三维结构示意图。本发明实施例的驱动模块包括立臂4001、横臂6、驱动电机5和桨叶。其中，立臂 4001始端铰接在收纳槽中，横臂6始端铰接在立臂4001末端上，驱动电机5固定在横臂6上，桨叶与驱动电机5的转子连接。

图4示出了本发明实施例光动能无人船的侧视图。具体实施中，立臂绕铰接点转动，为了限制立臂的旋转角度，在立臂根部开有倒角，收纳槽一侧开有对应的限位倒角，当立臂转动至设定角度时，倒角与限位倒角相接触形成限位，立臂无法再进行转动。同理，立臂与横臂之间的连接和角度限位方式基于同一原理，本发明实施例不再进行重复介绍。

需要说明的时，立臂与收纳槽之间的角度、立臂与横臂之间的角度时相互配合设计的。为了保证气垫船的驱动方向最优，当横臂和立臂展开位置固定完成时，横臂应保持水平姿态。

图5示出了本发明实施例的驱动模块三维结构示意图，其中立臂以及横臂的铰接未示出，需要说明的是，该示意图的子桨叶和转轴为了位置的示意更加清楚，转轴未安装至桨头上；同理，桨头也未完全固定在所述驱动电机的电机转轴上。本发明实施例提供了一种桨叶，该桨叶包括桨头2、至少两片子桨叶 3和与所述子桨叶3数量相等的转轴4。

所述至少两片子桨叶3均匀布置在所述桨头2外周，具体实施中，为了保证平衡性，子桨叶3的数量至少为两片；具体实施中，亦可采用更多数量的子桨叶3。子桨叶3数量的增加有利于在同转速下提高桨叶旋转时所产生的动力，但过多的叶片一方面会增加桨叶的受力面积，另一方面会不利于水流的运动，因此，子叶片的数量多设计为2～6片。

图6示出了当桨叶包括6片子桨叶时的结构简图。具体实施中，为了保证桨头2的重心位于旋转轴4线上，使其在旋转时获得良好的平衡性，桨头2 的形状设置需根据子桨叶3的数量进行设计，通用的桨头2结构为圆柱型结构，截面形状如图6所示的圆形，此外，还可以根据子桨叶3的数量进行设计。例如，桨叶具有两片子桨叶3时，两片子桨叶3的重心需落在桨头2的旋转轴线上以保证运动的平衡性，两片子桨叶3之间应相差180°，即两片子桨叶3的轴线301在同一直线上。相应的，桨头2可以为长方体、正方体等对称结构，子桨叶3分别设置在长方体或正方体的两个相对侧面上。同理，当桨叶具有三片子桨叶3时，相邻两片子桨叶3之间呈120°，相应的，桨头2可设计为正三棱柱、正六棱柱等结构，三片子桨叶3分别安装至桨头2的三个侧面上，三片子桨叶3的轴线301交于桨头2的旋转轴线上。以此类推，当桨叶具有更多数量的子桨叶3时，桨头2的结构可设计为圆形或根据相邻子桨叶3之间的夹角进行设计。图6示出了为当桨叶包括6片子桨叶时的结构简图，桨头2可设计为圆柱型或正六棱柱形，每片子桨叶3的轴线301交于桨头2的旋转轴线上，相邻子桨叶3的轴线角度差值为60°。

图7示出了本发明实施例的桨头三维结构示意图。本发明实施例的桨叶包括有两片子桨叶3，后文以此为基础进行介绍，相应的，本发明实施例的桨头 2结构设计为长方体结构。

为了实现子桨叶3的摆动功能，需要在桨头2上加工出供子桨叶3运动的空间，因此，需要对转轴4至桨头2外部之间的部分桨头2进行挖空以实现避让。由于本发明实施例的子桨叶3分别设置在桨头2的两个最小面积的相对面上，因此，用于避让的空间分别设置在两个最小面积的相对面与底面的连接处，以下对该用于避让的空间命名为避让槽201。避让槽201的设计可视子桨叶3 的运动角度和子桨叶3的形状进行设计。

本发明实施例的子桨叶3基于转轴4安装至桨头2上，具体的，该转轴4 内嵌安装至桨头2上并可绕自身轴线转动，子桨叶3根部与转轴4固定连接。所有的转轴4位于同一转轴平面上，以增加子桨叶运行时的平衡性。

在本发明实施例中，转轴4设置为圆柱状并安装于避让槽201内，顶面与底面分别铰接避让槽201两平行相对面上。子桨叶3根部从桨头2外部伸入，连接固定至转轴4外周。

本发明实施例子桨叶3的运动角度为90°，摆动两侧的极限位置分别为图示的水平位置和竖直位置，即本发明实施例子桨叶3的极限位置一为水平位置，对应的为子桨叶3的展开状态；极限位置二为竖直位置，对应的为子桨叶 3的收起状态。具体设计中，子桨叶3的活动空间可视所需的摆动角度进行设计，本发明实施例不一一介绍。

为了限制子桨叶3的运动角度，需要在子桨叶3的两个极限位置上设置限位结构，由于本发明实施例的转子内嵌安装在桨头2内，因此可以通过避让槽 201对子桨叶3进行限位。

图8示出了本发明实施例子桨叶3运动至极限位置一时的结构示意图。具体实施中，当子桨叶3收起至极限位置一时，即本发明实施例的水平位置时，子桨叶3的上表面302与避让槽201内壁贴合，从而形成限位。

图9示出了本发明实施例子桨叶3运动至极限位置二时的结构示意图。当子桨叶3展开至极限位置二时，即本发明实施例的竖直位置时，子桨叶3的下表面与避让槽201内壁贴合，从而形成限位。在子桨叶3中，下表面为与上表面302相对的面，由于视角关系，在图中未标出。

需要说明的是，避让槽201与子桨叶3的上表面和下表面接触的位置形状应分别与子桨叶3的上表面和下表面相适配，使子桨叶3的上表面和下表面与避让槽201接触时，位于避让槽201内的上表面或下表面完全与避让槽201 贴合，该设计有利于减轻避让槽201对子桨叶3的压强，增加子桨叶3的使用寿命；同时，在桨头带动子桨叶运动时，提供足够大的支撑面积，以驱动子桨叶运动。

需要说明的时，桨叶的驱动元件较多，本发明实施例选用驱动电机进行驱动结构介绍。

此外，现有的电机转轴多采用方型转轴或在圆形转轴上切削一平面，从而与桨头2相对应形状的孔进行配合传动，在长期运行中，由于电机转轴的启停运动，桨头2的孔形状会发生轻微变形，从而导致桨头2脱出，容易发生意外。本发明实施例的电机转轴501采用螺纹的方式与桨头2连接固定，螺纹的旋向与桨头2工作时的旋转方向有关；驱动电机5的电机转轴501正常运转时的方向，应为电机转轴501的外螺纹锁紧桨头2内螺纹的方向。为了保证桨头2 不轻易脱出，螺纹应设置为自锁螺纹，在电机转轴驱动桨头2启动时，电机转轴的螺纹锁紧在桨头2上；当电机转轴驱动桨头2停止时，由于螺纹的自锁作用，桨头2不会轻易脱出。

需要说明的是，为了避免子桨叶3的长度大于驱动电机5的轴向尺寸，当本发明实施例的子桨叶3摆动至极限位置二时，即图示垂直位置时，子桨叶3 会越过驱动电机5，有可能与无人机的其余部件发生干涉，因此，需要增加电机的轴向尺寸。此外，有关与电机防水的施行措施，现有技术有较多的技术可以参考，如采取轴套进行密封、填充防水溶剂等措施，本发明实施例不另外介绍。

在本发明实施例的桨叶中，在驱动电机5下方设置有横臂6，横臂6的轴向长度与驱动电机5的轴向长度之和大于子桨叶3的长度。当子桨叶3运动至极限位置二时，即垂直位置时，子桨叶3会贴在横臂6的外周，不会越过横臂 6与无人机的其余部件发生干涉。

进一步的，在桨头不运动时，子桨叶可收起，但是在搬运或移动过程中，受到轻微的振动就会弹起，容易损坏；因此，需要将子桨叶稳定保持在收起状态或展开状态，本发明实施例通过磁吸的方式实现。

其中，子桨叶在图中没有示出。本发明实施例涉及到的实施方式有两种，一是使子桨叶带有磁性，从而可以在收起状态时通过磁性吸附在驱动电机外壳或在展开状态时通过磁性吸附在避让槽上；二是使驱动电机外壳和避让槽具有磁性，使子桨叶在收起状态时或在展开状态时可被吸附在驱动电机外或避让槽上。

实施例一：子桨叶根部和/或末端可使用片状磁铁等具有磁性的物质制成，从而使子桨叶带有磁性。为了让子桨叶能吸紧在避让槽上，本实施例在桨头的顶面上和两侧的避让槽之间安装有铁片、磁铁等可被子桨叶吸附的顺磁性或铁磁性物质，本发明实施例将其命名为磁吸片或磁吸块，当子桨6叶呈展开状态或收起状态时，可通过自身具有的磁性吸附在所述的顺磁性或铁磁性物质上，紧贴在避让槽上。需要说明的是，为了避免发生磁性的同级相斥现象，桨头顶面上和避让槽之间应分立的安装磁吸片707和磁吸块707用于分别被两片子桨叶吸附，避免使用一体结构。

实施例二：子桨叶采用顺磁性或铁磁性材料制成，桨头顶面上和两侧的避让槽之间安装有磁铁等具有磁性的物质，本发明实施例将其命名为磁片或磁块；当子桨6叶呈展开状态或收起状态时，可分别被吸附在所述的顺磁性或铁磁性物质上，紧贴在避让槽上。

以上有关实施例一和实施例二的结构可参考图10示出的桨叶剖面结构示意图，其中，零件编号707和708的部件可以为磁吸片、磁吸块、磁片或磁块，其差异性主要体现在其材质。

图10示出了本发明实施例驱动模块的全剖局部视图。进一步的，为了避免在静止状态时，子桨叶意外展开并保持在展开状态，造成损坏，子桨叶顶面上的磁铁可使用通电线圈进行替代，由于桨头是运动的，因此，线圈的通电也要做出相应的设计。具体的实施方式如下：

桨头2顶面上嵌有一圈线圈701，线圈701关于桨头2旋转轴线中心对称的绕线绕经两个避让槽的上方。线圈701的两端设置在桨头2旋转轴线附近。由上文介绍的结构可知，驱动电机5的电机转轴501固定在桨头2的旋转轴线上；本发明实施例的电机转轴采用中空设计，外部固定有电机转子503，可通过与电机定子502的配合实现转动，内部设置有两根分立的电极棒702，电极棒702两端分别从电机转轴501的两端伸出，其中，上部分别与线圈701的两端进行电连接，下部伸入至横臂6内部并分别电连接有电刷头706。为了保证电极棒702与桨头2的同步转动，分别在电极棒702外伸出驱动电机转轴的两端分别设置有上固定环703和下固定环704，其中，上固定环703与桨头2连接固定，下固定环704滑动的嵌在横臂上。对应于不同的电刷头706，在电刷头706外周分立的设置有两片环状电极705，两片环状电极705分别接至电源的两端。

进一步的，为了增强局部磁性，可在避让槽上方分别设置两块铁芯708；需要说明的是，铁芯708设置的位置要位于线圈701内。

当驱动电机驱动桨头运动时，桨头通过上固定环带动两根电极棒转动；电极棒相对于线圈来说是固定的，因此，桨头的转动不会影响线圈和电极棒的连接状态。两个电极棒下端的电刷分别与对应的环状电极电连接，在电极棒随桨头一并旋转的同时，电刷头不间断的与环状电极电连接，因此，线圈在桨头转动时，可保持通电状态不变，并生成一个稳定的磁场。而在非工作状态下，由于线圈不通电无法产生磁性，子桨叶如果因意外情况脱离了收起状态，在重力的作用下，也快较快恢复收起状态，不会受磁性影响被吸附至展开状态。

通过以上两个实施例的介绍，可使子桨叶在收起状态时或展开状态时，保持较为稳定的收起状态或展开状态，有利于避免子桨叶在收纳时的损坏和提高运行时的稳定性。

图11 示出了本发明实施例光动能无人船的仰视图，结合图3示出的光动能无人船的俯视图，为了控制该光动能无人船的转向，本发明还设置有转向模块。转向模块包括位于船体1001底部外的转向桨1100和位于船体1001内腔的转向电机1006，转向电机1006通过控制转向桨1100的摆动对光动能无人船的方向进行控制。

本发明实施例提供的光动能无人船，收纳状态时结构平整，内部零部件保护得当，具有良好的便携性；通过光动能进行能量获取，续航时间较长；桨叶采用子桨叶分体结构，维护成本较低；子桨叶收起时不易张开，可避免桨叶伤害到人体，具有较好的安全性。

以上对本发明实施例所提供的一种光动能无人船进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种光动能无人船，其特征在于，包括船体、太阳能板、蓄电池、电路板、驱动模块和转向模块；

所述船体为顶面敞开的中空结构，后方底面开有供驱动模块收纳的收纳槽；所述蓄电池和电路板安装于所述船体内，所述太阳能板安装于所述船体的顶面上，所述驱动模块安装于所述收纳槽中，所述转向模块安装于所述船体尾部底面上；所述光动能无人船还包括图像捕捉模块；所述船体内腔底面上设置有滑槽，所述图像捕捉模块贯穿的安装于所述船体的侧壁上，并可延所述滑槽弹出或嵌入；所述驱动模块包括立臂、横臂、驱动电机和桨叶；所述立臂始端铰接在所述收纳槽中，所述横臂始端铰接在立臂末端上，所述驱动电机固定在所述横臂末端上，桨叶与驱动电机的转子连接；

所述立臂转动根部设置有倒角，所述收纳槽对应位置上开有限位倒角，当立臂展开至设定角度时，所述倒角与限位倒角接触形成限位。

2.如权利要求1所述的光动能无人船，其特征在于，所述桨叶包括桨头、至少两片子桨叶；

所述至少两片子桨叶均匀设置在所述桨头外周并分别基于转轴与所述桨头铰接，所有转轴处于同一转轴平面上；

所述子桨叶可绕对应的所述转轴轴线摆动，所述桨头开有供所述子桨叶摆动的避让槽；

所述子桨叶的两个相对面分别为上表面和下表面；当所述上表面与所述避让槽内壁接触时，所述子桨叶展开至极限位置一；当所述下表面与所述避让槽内壁接触时，所述子桨叶收起至极限位置二。

3.如权利要求2所述的光动能无人船，其特征在于，所述驱动电机包括电机转轴；所述电机转轴上设置有外螺纹，所述桨头上设置有配合所述外螺纹的内螺纹，所述电机转轴基于螺纹连接方式与所述桨头连接固定；

所述电机转轴运动时的转动方向与所述外螺纹锁紧所述内螺纹的转向相同。

4.如权利要求3所述的光动能无人船，其特征在于，所述内螺纹和外螺纹为相互配合的自锁螺纹。

5.如权利要求4所述的光动能无人船，其特征在于，所述横臂与所述驱动电机的轴向长度之和大于所述子桨叶的长度；当所述子桨叶收起至极限位置二时，所述子桨叶贴合在所述横臂外周。

6.如权利要求2～5任意一项所述的光动能无人船，其特征在于，所述子桨叶根部使用顺磁性或强磁性材料制成；所述桨头顶面上对应于所述两个避让槽的位置上和所述两个避让槽之间分别设置有用永磁材料制成的磁块或磁片；

当所述子桨叶展开至所述极限位置一或收起至所述极限位置二时，基于所述子桨叶根部与所述磁块或磁片之间的吸引力保持位置固定。

7.如权利要求6所述的光动能无人船，其特征在于，所述桨叶还包括线圈、两根电极棒和两片环形电极片；所述线圈设置在所述桨头顶面上，分别绕经所述两个避让槽的上方；

所述电机转轴为中空转轴，两根电极棒分别穿过所述电机转轴的两端，上部分别与所述线圈的两端实现电连接并与所述桨头连接固定，下部分别电连接有电刷头；

所述电刷头外分别对应设置有两片用于供电的环形电极片。