本發(fā)明涉及無(wú)人帆船，尤其涉及一種適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置。
背景技術(shù)：
1、基于風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的無(wú)人帆船是海洋環(huán)境觀測(cè)機(jī)器人技術(shù)的典型代表。該裝備作為一種新型海上觀測(cè)平臺(tái)，其主要技術(shù)特點(diǎn)在于整合風(fēng)帆推進(jìn)系統(tǒng)與自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以風(fēng)能為動(dòng)力的可持續(xù)航行，從而獲得遠(yuǎn)超傳統(tǒng)海洋觀測(cè)設(shè)備的續(xù)航性能。在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，能夠高效執(zhí)行海表氣象要素采集、淺水水文信息獲取等觀測(cè)任務(wù)，可為海洋立體綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、海洋環(huán)境安全預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)等領(lǐng)域提供關(guān)鍵技術(shù)支撐與先進(jìn)平臺(tái)保障。
2、無(wú)人帆船的航行性能很大程度上取決于對(duì)風(fēng)能的捕獲能力與轉(zhuǎn)換效率，具體表現(xiàn)為對(duì)風(fēng)帆的有效控制。為確保風(fēng)帆能夠高效捕獲風(fēng)能并轉(zhuǎn)化為向前的推力，最關(guān)鍵在于控制風(fēng)帆與風(fēng)向的夾角，即攻角。目前，無(wú)人帆船對(duì)于風(fēng)帆的控制主要采用主動(dòng)控制，即通過(guò)感知風(fēng)速風(fēng)向信息和導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并結(jié)合控制算法主動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)帆角度，以確保風(fēng)帆處于最佳視風(fēng)角度，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)推進(jìn)性能。但主動(dòng)控制系統(tǒng)存在系統(tǒng)復(fù)雜、能耗高、環(huán)境適應(yīng)性差等問(wèn)題，尤其是依賴電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)帆調(diào)整，不僅增加了電力消耗，影響平臺(tái)續(xù)航能力，還易受海洋環(huán)境影響，降低系統(tǒng)的可靠性。
3、具體而言，傳統(tǒng)的無(wú)人帆船往往通過(guò)感知風(fēng)速風(fēng)向信息和導(dǎo)航數(shù)據(jù)來(lái)主動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)帆的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。主動(dòng)控制系統(tǒng)通常需要復(fù)雜的控制算法和精密的硬件支持，這使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)變得更加復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)帆的旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)控制系統(tǒng)通常依賴電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)帆轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的運(yùn)行需要不斷供應(yīng)電力，這不僅會(huì)消耗平臺(tái)上其他重要設(shè)備的用電量，尤其是用于數(shù)據(jù)采集的傳感器，從而影響平臺(tái)在執(zhí)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)任務(wù)時(shí)的持續(xù)工作能力；而且，海上長(zhǎng)期任務(wù)對(duì)電機(jī)的可靠性也是一大考驗(yàn)。在惡劣的海洋環(huán)境中，電機(jī)可能受到鹽霧、海水腐蝕等因素的影響，從而導(dǎo)致故障頻發(fā)，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性和任務(wù)完成的可靠性。
4、因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于提供一種適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，采用完全被動(dòng)式風(fēng)帆控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適應(yīng)風(fēng)向變化，使風(fēng)帆始終保持在較優(yōu)的視風(fēng)角度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于現(xiàn)有技術(shù)上的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)控制的風(fēng)帆控制裝置。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，包括：
3、桅桿，其用于安裝翼帆，所述桅桿為桿狀，所述桅桿能夠繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；
4、凸輪，其套設(shè)在所述桅桿上，所述凸輪隨所述桅桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)；
5、拉桿，其垂直于所述桅桿，所述拉桿的第一端連接固定軸，所述拉桿能夠繞所述固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述拉桿與所述凸輪的輪緣接觸；
6、彈性件，其垂直于所述桅桿，所述彈性件的第一端固定，所述彈性件的第二端連接所述拉桿的第二端；所述凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)使所述拉桿繞所述固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述彈性件的彈力變化。
7、優(yōu)選地，所述桅桿上設(shè)有風(fēng)帆固定件，所述翼帆通過(guò)所述風(fēng)帆固定件連接至所述桅桿。
8、優(yōu)選地，所述桅桿遠(yuǎn)離所述翼帆的端部連接有轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸承設(shè)在固定套筒內(nèi)。
9、優(yōu)選地，所述凸輪上開孔，所述凸輪通過(guò)法蘭與所述桅桿連接。
10、優(yōu)選地，所述拉桿上設(shè)有滾動(dòng)軸承，所述拉桿通過(guò)所述滾動(dòng)軸承與所述凸輪接觸。
11、進(jìn)一步地，所述凸輪的輪緣包括第一輪緣和第二輪緣，所述第一輪緣為恒定半徑輪廓，所述第二輪緣為變半徑輪廓。
12、進(jìn)一步地，所述第二輪緣的半徑自所述第一輪緣一側(cè)至遠(yuǎn)離所述第一輪緣一側(cè)逐漸增大。
13、進(jìn)一步地，所述第二輪緣的半徑增大時(shí)曲率減小。
14、優(yōu)選地，所述拉桿的底部設(shè)有墊塊。
15、優(yōu)選地，所述彈性件的第一端連接至調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置的位置可移動(dòng)。
16、本發(fā)明至少具有如下有益技術(shù)效果：
17、1、本發(fā)明的適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，依靠凸輪-拉桿-彈性件的機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)適應(yīng)風(fēng)向變化，使風(fēng)帆始終保持在較優(yōu)的視風(fēng)角度，以產(chǎn)生更大的推進(jìn)力，無(wú)需復(fù)雜的傳感器和控制系統(tǒng)，降低了設(shè)計(jì)和維護(hù)成本，同時(shí)避免了電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的額外能耗，提高了續(xù)航能力。
18、2、本發(fā)明采用純機(jī)械控制方式，能夠有效規(guī)避電子設(shè)備在海洋環(huán)境中損壞造成通信中斷的問(wèn)題，從而提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和任務(wù)執(zhí)行的可靠性。
19、3、本發(fā)明通過(guò)完全被動(dòng)式風(fēng)帆控制機(jī)制，克服了傳統(tǒng)主動(dòng)控制方式的高能耗、系統(tǒng)復(fù)雜度大及環(huán)境適應(yīng)性差等問(wèn)題，為無(wú)人帆船提供了一種低功耗、高可靠性、長(zhǎng)期穩(wěn)定的風(fēng)帆控制方案。
20、以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
1.一種適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，所述桅桿上設(shè)有風(fēng)帆固定件，所述翼帆通過(guò)所述風(fēng)帆固定件連接至所述桅桿。
3.如權(quán)利要求1所述的適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，所述桅桿遠(yuǎn)離所述翼帆的端部連接有轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸承設(shè)在固定套筒內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，所述凸輪上開孔，所述凸輪通過(guò)法蘭與所述桅桿連接。
5.如權(quán)利要求1所述的適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，所述拉桿上設(shè)有滾動(dòng)軸承，所述拉桿通過(guò)所述滾動(dòng)軸承與所述凸輪接觸。
6.如權(quán)利要求1所述的適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，所述凸輪的輪緣包括第一輪緣和第二輪緣，所述第一輪緣為恒定半徑輪廓，所述第二輪緣為變半徑輪廓。
7.如權(quán)利要求6所述的適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，所述第二輪緣的半徑自所述第一輪緣一側(cè)至遠(yuǎn)離所述第一輪緣一側(cè)逐漸增大。
8.如權(quán)利要求7所述的適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，所述第二輪緣的半徑增大時(shí)曲率減小。
9.如權(quán)利要求1所述的適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，所述拉桿的底部設(shè)有墊塊。
10.如權(quán)利要求1所述的適用于海上無(wú)人帆船的風(fēng)帆角度自適應(yīng)控制裝置，其特征在于，所述彈性件的第一端連接至調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置的位置可移動(dòng)。