吸盘式波浪能自发电无人机

1.本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种吸盘式波浪能自发电无人机。


背景技术：

2.海上作业中，无人机凭借功能多样、行动灵活隐蔽、持久远距及全时多域等特点，能够完成多种作业要求，承担多种任务，而长时间、远距离的作业任务要求无人机具有高续航能力。因此，研发一款灵活的小型波浪能自发电无人机显得十分重要。
3.现有的专利号为cn201910221930.2的发明专利，公开了一种波浪能自发电固定翼海基无人机，包括：一对摆翼、发电系统、蓄电池、摆翼阻尼调节系统、机身、机身质量调节系统、尾翼和推进器。机身采用双层壳，内壳为水密耐压壳，外壳为非水密、非耐压壳；两层壳体间在水中时充水，用于增大波浪能发电能力；离开水面过程中排水，在空中时完全排空水分，用以减轻飞行自重。通过调节总用电功率，调节摆翼阻尼，保持摆翼在水中航行和空中飞行时的稳定性。该装置虽然考虑到利用波浪能发电时需要使受能体和定体之间有相对运动，但其采用的机身质量调节系统事实上不仅只能增加少量阻力，难以起到调节作用，还可能扰乱无人机自身的姿态，导致整体倾覆等意外，并不能有效实现其发电功能。
4.同时，海面上可供无人机吸附的岩石、海洋工程结构等表面一般形状不规则、倾斜角度不同，且湿润、粗糙等特点，普通吸盘难以达到吸附固定、作为自发电的定体的要求。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，进而提供吸盘式波浪能自发电无人机，不仅能够有效发电，解决无人机续航问题，还能在任意形状表面上吸附固定。
6.本发明所采取的技术方案是：
7.吸盘式波浪能自发电无人机，包括无人机主体、发电装置及吸附装置；所述发电装置下端安装在无人机主体上，发电装置上端安装有吸附装置，通过吸附装置固定在海上的固定结构物后，无人机主体作为受能体随波浪而起伏运动，通过发电装置切割磁感线发电。
8.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
9.1.本发明的无人机主体作为受能体，随波浪起伏运动，通过能量转换装置内部的切割磁感线发电过程，实现无人机的波浪能自发电功能，能够有效发电，解决无人机续航问题。
10.2.本发明的吸附装置采用吸盘结构，并通过气泵在吸盘内形成负压，同时第二电动推杆控制伸缩刚性架伸缩来调整吸盘结构内负压空间，从而牢固地吸附至物体表面，充当波浪能发电装置的定体。
11.3.本发明无人机主体的旋翼的支臂能够缩回无人机主体内部，以防支臂及旋翼在波浪中漂浮震荡时发生损坏。
12.4.本发明无人机主体模块化，可搭载不同的功能模块，为海上作业提供支持。
附图说明
13.图1是本发明结构示意图；
14.图2是本发明主视图；
15.图3是本发明的吸附装置吸附至倾斜固定物表面状态下的示意图；
16.图4是本发明的可伸缩连杆收缩状态下的示意图；
17.图5是本发明的可伸缩连杆收缩状态下的发电装置示意图；
18.图6是本发明的可伸缩连杆伸展状态下的发电装置示意图；
19.图7是本发明的吸附装置结构示意图；
20.图8是本发明的支撑吸盘结构示意图；
21.图9是本发明的无人机本体内部结构示意图；
22.图10是本发明的支臂收缩回壳体状态轴测示意图；
23.图11是本发明的支臂收缩回壳体状态俯视示意图；
24.图12是本发明的支臂伸展出壳体状态轴测示意图；
25.图13是本发明的支臂伸展出壳体状态俯视示意图；
26.其中：1、无人机主体；2、发电装置；3、吸附装置；4、万向节；5、三通节；11、旋翼；12、电机；13、支臂；14、收缩结构；15、壳体；141、套筒；142、连接头；143、连杆；21、可伸缩连杆；22、能量转换装置；31、固定杆；32、可动杆；33、支撑吸盘；331、柔性吸盘膜；332、刚性架；333、第二电动推杆；334、连接杆；34、气泵；35、固定架；36、底座。
具体实施方式
27.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的做进一步详细的描述。
28.本发明针对多栖无人机的复杂作业环境——潮湿、复杂形状吸附表面，设计了一种能够利用波浪能进行自发电的新型无人机，解决了无人机的续航问题和吸附问题。
29.参照图1～图13所示，本发明的吸盘式波浪能自发电无人机，包括无人机主体1、发电装置2及吸附装置3；所述发电装置2下端安装在无人机主体1上，发电装置2上端安装有吸附装置3，通过吸附装置3固定在海上的固定结构物后，无人机主体1作为受能体随波浪而起伏运动，通过发电装置2切割磁感线发电，实现无人机的自发电功能。
30.所述吸附装置3和发电装置2通过万向节4连接，发电装置2下方通过三通节5连接无人机主体1。
31.如图9～13所示，所述无人机主体1包括收缩结构14、壳体15、四个旋翼11、四个电机12及四个支臂13；所述四个支臂13均布在壳体15的左右两侧，四个支臂13外端上均竖直安装有电机12，所述四个旋翼11分别竖直安装在对应电机12的输出轴上，四个支臂13内端滑动插入壳体15内，并与设置在壳体15内的收缩结构14连接，所述收缩结构14能够带动四个支臂13缩回壳体15内。
32.所述收缩结构14包括套筒141、两个连接头142及四个连杆143；所述套筒141沿壳体15前后方向可拆卸固定在壳体15中部位置处，所述两个连接头142分别滑动套装在套筒141前后两端的内腔内，所述四个连杆143一端铰接在对应的连接头142上，两者连接的位置为铰点，四个连杆143另一端铰接在对应的支臂13内端上，在套筒141上相对应四个铰点的
位置处沿前后方向开设四个长条豁口，两连接头142分别由内置在套筒141内腔内的两个第一电动推杆推动，连接头142向套筒141内部沿直线滑动时，连接头142能够带动四个连杆143缩回套筒141。
33.如图9所示，所述两个连接头142的外端在长条豁口的位置处开设平台缺口，连接头142与连杆143的铰点设置在该平台缺口处。
34.如图5、图6所示，所述发电装置2包括可伸缩连杆21及能量转换装置22；所述能量转换装置22上下两端均安装有可伸缩连杆21，位于下端的可伸缩连杆21与套装在套筒141上的三通节5连接，位于上端的可伸缩连杆21通过万向节4与发电装置2连接。
35.所述可伸缩连杆21采用电动套筒式伸缩杆，电动控制调整各杆段的伸展与收缩状态。
36.如图7、图8所示，所述吸附装置3包括底座36、两条固定杆31、两条可动杆32、四个支撑吸盘33、四个气泵34及两个固定架35；所述两条固定杆31竖直安装在底座36上，所述两条可动杆32转动安装在固定架35上，且两条可动杆32由舵机带动其转动，所述两个固定架35安装在底座36上，两条固定杆31和两条可动杆32呈十字对角线分布，两条固定杆31和两条可动杆32上均安装有支撑吸盘33，所述四个支撑吸盘33均与气泵34连接。
37.两条可动杆32可旋转调整姿态。两固定杆31实现初始吸附固定；之后两可动杆32实现加强吸附固定。
38.所述支撑吸盘33通过气泵34在支撑吸盘33内形成负压，同时第二电动推杆333控制伸缩刚性架332伸缩调整支撑吸盘33内负压空间，可产生极强的吸力，能够牢固地粘附在海面上各种干燥或潮湿的任意形状固定结构物表面，作为定体实现能量转换。
39.如图8所示，所述支撑吸盘33包括外部的柔性吸盘膜331及安装在柔性吸盘膜331内部的可伸缩的刚性架332。
40.刚性架332采用剪叉式伸缩结构，并由一个连接杆334将刚性架332中部固定在柔性吸盘膜331内，连接杆334和刚性架332之间还连接一个第二电动推杆333，第二电动推杆333的伸缩能够控制刚性架332的伸缩。
41.第二电动推杆333连接连接杆334控制刚性架332伸展、收缩，从而增大、缩小吸附后形成的内负压空间，调节吸附效果。
42.工作原理
43.1.无人机的航行状态如图4所示，在航行状态下，无人机的可伸缩连杆21处于收缩状态，便于航行；当无人机自动监测到电量较低时，降落至海面附近，寻找可吸附物，进行吸附固定和波浪自发电。
44.2.吸附装置3的示意图如图7所示；无人机吸附物体表面包括两过程，首先是初始吸附固定过程，在气泵34作用下，吸附装置3的两固定杆31上端连接的支撑吸盘33先吸附至固体表面，起到初始吸附固定的作用；之后进行加强吸附固定过程，两可动杆32自动识别固体表面情况后，在舵机控制下，自动调整自身角度，使上端连接的支撑吸盘33完全吸附到固体表面，起到加强吸附固定的作用。
45.3.无人机进行波浪能自发电的示意图如图1、图3所示，无人机的波浪能自发电过程在吸附过程完成后进行，当吸附装置3吸附固定于其他海上的固定结构物后，可伸缩连杆21伸展至最大长度。当所吸附固定结构物表面为倾斜表面时，可伸缩连杆21通过连接万向
节4，可在重力作用下自动旋转至竖直方向并实现机械自锁。吸附装置3及其连接的可伸缩连杆21作为定体，而无人机主体1作为受能体，随波浪起伏运动，通过能量转换装置22内部的切割磁感线发电过程，实现无人机的波浪能自发电功能。
46.4.连接旋翼11的支臂13通过连杆143铰接连接头142，两个连接头142分别滑动套装在两个套筒141前后两端的内腔内，两个套筒141可拆卸固定在三通节5的前后方向通腔内，三通节5、套筒141的内腔直径、连接头142的外径递减，套筒141上相对应连杆143铰接连接头142四个铰点的位置处沿前后方向开设有四个长条豁口。当无人机吸附固定于其他海上的固定结构物进入发电状态时，第一电动推杆控制连接头142向套筒141内部滑动，并带动四个连杆143缩回套筒141，使支臂13收缩至壳体15内，以防支臂13及旋翼11在波浪中漂浮震荡时发生损坏。
47.5.支撑吸盘33内部设置有钢性材料的可伸缩的刚性架332，当吸盘吸附至物体表面后形成负压空间后，刚性架332向四周伸展，撑起外部的柔性吸盘膜331，从而增大内部负压空间的体积，更牢固地吸附至物体表面，充当波浪能发电装置的定体。
48.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

技术特征：
1.一种吸盘式波浪能自发电无人机，其特征在于：包括无人机主体(1)、发电装置(2)及吸附装置(3)；所述发电装置(2)下端安装在无人机主体(1)上，发电装置(2)上端安装有吸附装置(3)，通过吸附装置(3)固定在海上的固定结构物后，无人机主体(1)作为受能体随波浪而起伏运动，通过发电装置(2)切割磁感线发电。2.根据权利要求1所述的一种吸盘式波浪能自发电无人机，其特征在于：所述吸附装置(3)和发电装置(2)通过万向节(4)连接，发电装置(2)下方通过三通节(5)连接无人机主体(1)。3.根据权利要求2所述的一种吸盘式波浪能自发电无人机，其特征在于：所述无人机主体(1)包括收缩结构(14)、壳体(15)、四个旋翼(11)、四个电机(12)及四个支臂(13)；所述四个支臂(13)均布在壳体(15)的左右两侧，四个支臂(13)外端上均竖直安装有电机(12)，所述四个旋翼(11)分别竖直安装在对应电机(12)的输出轴上，四个支臂(13)内端滑动插入壳体(15)内，并与设置在壳体(15)内的收缩结构(14)连接，所述收缩结构(14)能够带动四个支臂(13)缩回壳体(15)内。4.根据权利要求3所述的一种吸盘式波浪能自发电无人机，其特征在于：所述收缩结构(14)包括套筒(141)、两个连接头(142)及四个连杆(143)；所述套筒(141)沿壳体(15)前后方向可拆卸固定在壳体(15)中部位置处，所述两个连接头(142)分别滑动套装在套筒(141)前后两端的内腔内，所述四个连杆(143)一端铰接在对应的连接头(142)上，两者连接的位置为铰点，四个连杆(143)另一端铰接在对应的支臂(13)内端上，在套筒(141)上相对应四个铰点的位置处沿前后方向开设四个长条豁口，两连接头(142)分别由内置在套筒(141)内腔内的两个第一电动推杆推动，连接头(142)向套筒(141)内部沿直线滑动时，连接头(142)能够带动四个连杆(143)缩回套筒(141)。5.根据权利要求4所述的一种吸盘式波浪能自发电无人机，其特征在于：所述两个连接头(142)的外端在长条豁口的位置处开设平台缺口，连接头(142)与连杆(143)的铰点设置在该平台缺口处。6.根据权利要求4所述的一种吸盘式波浪能自发电无人机，其特征在于：所述发电装置(2)包括可伸缩连杆(21)及能量转换装置(22)；所述能量转换装置(22)上下两端均安装有可伸缩连杆(21)，位于下端的可伸缩连杆(21)与套装在套筒(141)上的三通节(5)连接，位于上端的可伸缩连杆(21)通过万向节(4)与发电装置(2)连接。7.根据权利要求2所述的一种吸盘式波浪能自发电无人机，其特征在于：所述吸附装置(3)包括底座(36)、两条固定杆(31)、两条可动杆(32)、四个支撑吸盘(33)、四个气泵(34)及两个固定架(35)；所述两条固定杆(31)竖直安装在底座(36)上，所述两条可动杆(32)转动安装在固定架(35)上，且两条可动杆(32)由舵机带动其转动，所述两个固定架(35)安装在底座(36)上，两条固定杆(31)和两条可动杆(32)上均安装有支撑吸盘(33)，所述四个支撑吸盘(33)均与气泵(34)连接。8.根据权利要求7所述的一种吸盘式波浪能自发电无人机，其特征在于：所述支撑吸盘(33)包括外部的柔性吸盘膜(331)及安装在柔性吸盘膜(331)内部的由第二电动推杆(333)连接控制伸缩的刚性架(332)。9.根据权利要求7所述的一种吸盘式波浪能自发电无人机，其特征在于：所述两条固定杆(31)和两条可动杆(32)呈十字对角线分布。

技术总结
吸盘式波浪能自发电无人机，属于无人机技术领域。不仅能够有效发电，解决无人机续航问题，还能在任意形状表面上吸附固定。发电装置下端安装在无人机主体上，发电装置上端安装有吸附装置，通过吸附装置固定在海上的固定结构物后，无人机主体作为受能体随波浪而起伏运动，通过发电装置切割磁感线发电。本发明的无人机主体作为受能体，随波浪起伏运动，通过能量转换装置内部的切割磁感线发电过程，实现无人机的波浪能自发电功能，能够有效发电，解决无人机续航问题。吸附装置采用吸盘结构，并通过气泵在吸盘内形成负压，同时第二电动推杆控制刚性架伸缩调整吸盘结构内负压空间，从而牢固地吸附至物体表面，充当波浪能发电装置的定体。体。体。


技术研发人员：张璐 李鹏 李佳慧 秦洪德
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/5/5