专利名称：一种水下滑翔机用姿态调节装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下测量平台，具体地说是一种水下滑翔机用姿态调节装置。
背景技术：
水下滑翔机是一种新型的水下测量平台，其结构简单、体积小、重量轻、成本低，维 护和使用方便，具有作业范围广、作业时间长、机动可控、可重复利用等特点。水下滑翔机 是通过改变自身的浮力状态和姿态角来实现滑翔运动的，即在保持其自身重力不变的条件 下，改变滑翔机的排水体积，从而改变滑翔机的浮力状态；通过改变滑翔机内部部件的位置 来改变重心的位置，从而改变载体的姿态角度(俯仰角和横滚角)。当水下滑翔机处于负浮 力状态且俯仰角为负时，滑翔机开始执行下潜运动；当水下滑翔机处于正浮力状态且俯仰 角为正时，滑翔机开始执行上浮运动；连续执行下潜、上浮运动，就形成一条锯齿形滑翔轨 迹。在下潜和上浮运动的过程中，通过改变载体的横滚角就可以实现对滑翔机航向的控制。 水下滑翔机的俯仰角和横滚角改变都是通过其内部的姿态调节装置实现的，因此姿态调节 装置是控制水下滑翔机运动状态的关键装置之一。目前，现有的姿态调节装置几乎都是通 过齿轮齿条传动来改变俯仰角，通过一对啮合的齿轮来改变横滚角。这两种传动都不具备 自锁功能，要保持姿态调节装置的状态，需要加制动器，或电机具备制动功能，而制动器的 使用会消耗一部分电能，这将直接影响水下滑翔机的最大工作时间。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、工作可靠、高效 的水下滑翔机用姿态调节装置，用于调节水下滑翔机的俯仰角和横滚角，实现水下滑翔机 的各种运动状态。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本发明包括姿态调节耐压壳体、横滚支撑前端盖、俯仰前挡板、电池组、滑块、导 轨、螺母、丝杠、俯仰后挡板、锥齿轮组、俯仰电机、蜗轮、蜗杆、横滚电机及横滚支撑后端盖， 所述横滚支撑前、后端盖分别设置在姿态调节耐压壳体的两端，俯仰前挡板可相对转动地 安装在横滚支撑前端盖上；俯仰后挡板通过连接架与蜗轮相连接，蜗轮可相对转动地安装 在横滚支撑后端盖上，横滚电机安装在横滚支撑后端盖上，横滚电机的输出轴连接有与蜗 轮啮合传动的蜗杆；所述俯仰前、后挡板之间设有丝杠，该丝杠的一端通过锥齿轮组与安装 在连接架上的俯仰电机相连，丝杠上螺纹连接有螺母，电池组与螺母接为一体；所述导轨位 于俯仰前、后挡板之间，在导轨上设有与电池组接为一体的滑块。其中所述俯仰前、后挡板之间固接有俯仰拉杆，该俯仰拉杆位于丝杠的上方，俯 仰拉杆与固接于俯仰前、后挡板之间、位于丝杠两侧的导轨及俯仰前、后挡板形成用于支撑 的三棱柱结构；所述横滚支撑前端盖上通过调心轴承安装有可转动的轴，俯仰前挡板与轴 相固接；所述连接架由开口朝下的U形部及传动轴组成，该U形部及传动轴为一体结构， 传动轴与蜗轮相连接，U形部与俯仰后挡板固接；所述俯仰电机安装在连接架上的U形部，俯仰电机的输出轴上设有第二锥齿轮，该第二锥齿轮与安装在丝杠一端的第一锥齿轮相啮 合；蜗轮与连接架上的传动轴键连接，蜗轮外表面通过轴承安装在横滚支撑后端盖上；所 述螺母与丝杠的螺纹传动可自锁；所述蜗轮与蜗杆的啮合传动可自锁。本发明的优点与积极效果为1.本发明采用蜗轮、蜗杆传动与丝杠、螺母传动，能够实时调节水下滑翔机的俯仰 角与横滚角，俯仰调节和横滚调节都具备自锁功能，结构简单，能耗小，工作可靠。2.本发明将俯仰调节和横滚调节集成为一体，分别通过俯仰电机和横滚电机驱 动，结构紧凑。3.本发明将电池组作为姿态调节的重物，减轻了整个载体的重量。4.本发明俯仰角与横滚角的调节范围大。5.本发明成本低，无需特殊加工和特殊零部件，磨损零部件易于更换。
图1为本发明的结构原理图；图2为本发明的主视剖视图；图3为本发明的俯视剖视图；图如为本发明在水下滑翔机中的应用示意图之一；图4b为本发明在水下滑翔机中的应用示意图之二 ；图如为本发明在水下滑翔机中的应用示意图之三；图4d为本发明在水下滑翔机中的应用示意图之四；图如为本发明在水下滑翔机中的应用示意图之五；图4f为本发明在水下滑翔机中的应用示意图之六；其中1为姿态调节耐压壳体，2为横滚支撑前端盖，3为俯仰前挡板，4为俯仰拉 杆，5为电池组，6为滑块，7为导轨，8为螺母，9为丝杠，10为滑块固定件，11为电池固定板， 12为俯仰后挡板，13为第一锥齿轮，14为第二锥齿轮，15为俯仰电机，16为蜗轮，17为蜗 杆，18为横滚电机，19为横滚支撑后端盖，20为轴承，21为连接架，22为轴，23为调心轴承。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详述。如图2、图3所示，本发明包括姿态调节耐压壳体1、横滚支撑前端盖2、俯仰前挡板 3、电池组5、滑块6、导轨7、螺母8、丝杠9、俯仰后挡板12、锥齿轮组、俯仰电机15、蜗轮16、 蜗杆17、横滚电机18及横滚支撑后端盖19，所述横滚支撑前、后端盖2、19分别通过螺钉固 定在姿态调节耐压壳体1的前、后两端，横滚支撑前端盖2上通过调心轴承23安装有可转 动的轴22，调心轴承23套设在轴22外，调心轴承23可对轴22的微小偏斜进行自动补偿； 轴22的一端通过螺钉固接在俯仰前挡板3上，另一端可套设有一旋转电位计，通过旋转电 位计的电信号来反映姿态调节装置的旋转角度。所述俯仰后挡板12上固接有连接架21，连 接架21由开口朝下的U形部及传动轴组成，该U形部及传动轴为一体结构，传动轴与蜗轮 16键连接，蜗轮16的外表面套设有轴承20、通过轴承20安装在横滚支撑后端盖19上；该 U形部与俯仰后挡板12通过螺钉固接。横滚电机18通过电机座安装在横滚支撑后端盖194上，横滚电机18的输出轴通过紧定螺钉连接有与蜗轮16啮合传动的蜗杆17，蜗轮16的轴 线与蜗杆17的轴线相垂直。连接架21上的传动轴可固接一压盖，该压盖的轴向截面为T 形，压盖的最大直径大于横滚支撑后端盖19上容置蜗轮16的孔的直径，这样当水下滑翔机 在下潜时，可保证蜗轮16不会从横滚支撑后端盖19上脱落。所述俯仰前、后挡板3、12之 间设有丝杠9，该丝杠9通过轴承安装在俯仰前、后挡板3、12上，丝杠9的一端(本实施例 为俯仰后挡板的一端)由俯仰后挡板12穿出、通过紧定螺钉连接有第一锥齿轮13。俯仰电 机15固定在连接架21的U形部上，俯仰电机15的输出轴上通过紧定螺钉连接有第二锥齿 轮14，该第二锥齿轮14与第一锥齿轮13相啮合。丝杠9的两侧分别设有位于俯仰前、后挡 板3、12之间的导轨7，两根导轨7的两端分别固接在俯仰前、后挡板3、12上。丝杠9上螺 纹连接有螺母8，实现了螺母8在丝杠9上的水平往复移动。电池组5通过电池固定板11 与螺母8连接为一体，并通过四个滑块固定件10经四个滑块6安装在两根导轨7上。俯仰 前、后挡板3、12之间还固接有俯仰拉杆4，该俯仰拉杆4位于丝杠9的上方，俯仰拉杆4与 两根导轨7及俯仰前、后挡板3、12形成封闭的三棱柱结构，起着对电池组5的支撑作用。电 池组5除了为系统提供电能之外，在姿态调节装置中还起到重物的作用，通过电池组5的前 后运动以及绕轴线的回转运动来改变系统的重心，用电池组5作为重物减轻了整个系统的 重量。本发明的工作原理为如图1 3所示，俯仰电机15工作，驱动第二锥齿轮14旋转，通过第一、二锥齿轮 13、14的啮合带动第一锥齿轮13转动；第一锥齿轮13通过紧定螺钉连接于丝杠9，因此带 动丝杠9共同旋转，再通过螺母8与丝杠9的螺纹连接将丝杠9的旋转运动转化为螺母8 水平方向上的直线运动；电池组5通过电池固定板11与螺母8固定在一起，因此，螺母8带 动电池组5通过滑块6沿导轨7做水平方向上的直线运动。如果俯仰电机15反向转动，则 电池组5也将按上述操作反向运动。螺母8与丝杠9的螺纹传动具有自锁功能(即螺纹升 角小于螺旋副的当量摩擦角)，因此当俯仰电机15停止转动时，电池组5不会发生滑动，这 就实现了整个姿态调节装置重心沿其轴线方向的运动。横滚电机18工作，驱动蜗杆17旋转，蜗杆17与蜗轮16啮合、将旋转运动传递给 蜗轮16，蜗轮16通过连接架21与俯仰后挡板12连接、俯仰后挡板12通过俯仰拉杆4与俯 仰前挡板3连接，通过蜗轮16带动整个调节装置沿蜗轮16的轴线作回转运动。由于电池 组5相对于蜗轮16的轴线存在偏心，这样就使得整个装置的重心随着蜗杆17的转动而沿 着蜗轮16的轴线转动。蜗轮16与蜗杆17的啮合传动具有自锁功能(即蜗杆的螺旋角小 于蜗轮蜗杆副的摩擦角)，因此当横滚电机18停止工作时，电池组5也不会做回转运动，这 样就实现了整个姿态调节装置重心绕蜗轮轴线的回转运动。横滚支撑后端盖19上还可安装限位开关，俯仰后挡板12上可安装与限位开关相 对应的限位块，当俯仰后挡板12旋转过程中，其上的限位块触碰到限位开关后，横滚电机 18就会停止工作。本发明在水下滑翔机中的应用水下滑翔机加工完成之后，其结构与体积就不会改变了，那么滑翔机的浮心(滑 翔机在水中浮力的作用点)就确定下来了。如图如所示，F代表水下滑翔机所受的浮力，G 代表水下滑翔机自身的重力。浮力不发生变化，通过改变水下滑翔机重力的作用点(重心)的位置，就能使水下滑翔机在水下具有不同的姿态。假定本发明姿态调节装置中的电池组5调节到某一位置时，水下滑翔机处于水平 状态，如图如所示。当姿态调节装置的电池组5在俯仰电机15的驱动下沿着载体艏部方 向(X轴的反方向)运动时，整个载体的重心也将沿同一方向移动，这时，重力和浮力的方向 不在同一直线上，就会产生一个偏转力矩，推动载体与X轴之间形成一个夹角α，如图4b所 示。如果姿态调节装置的重心沿着载体艉部方向(X轴的正方向)运动时，则产生的效果如 图4c所示。同样，假定姿态调节装置中的电池组5调节到某一位置时，水下滑翔机处于水平 状态，如图4d所示。当姿态调节装置的电池组5在横滚电机18的驱动下沿蜗轮16的轴线 发生横滚运动时(即蜗轮蜗杆带动电池组转动)，整个载体的重心也将沿同一方向发生转 动。同理，重力和浮力为了达到平衡状态，整个载体将发生偏转运动。如果电池组5的转动 方向为沿X轴做逆时针方向转动，则将产生图4e中所示的效果、向左偏转；如果电池组5的 转动方向为沿X轴做顺时针方向转动，则将产生图4f中所示的效果、向右偏转。本发明通过改变水下滑翔机载体重心的位置来实时调节载体的俯仰角与横滚角， 从而改变了水下滑翔机的运动状态。
权利要求
1.一种水下滑翔机用姿态调节装置，其特征在于包括姿态调节耐压壳体(1)、横滚支 撑前端盖(2)、俯仰前挡板(3)、电池组(5)、滑块(6)、导轨(7)、螺母(8)、丝杠(9)、俯仰后 挡板(12)、锥齿轮组、俯仰电机(15)、蜗轮(16)、蜗杆(17)、横滚电机(18)及横滚支撑后端 盖(19)，所述横滚支撑前、后端盖O、19)分别设置在姿态调节耐压壳体(1)的两端，俯仰前 挡板( 可相对转动地安装在横滚支撑前端盖( 上；俯仰后挡板(1 通过连接架与 蜗轮(16)相连接，蜗轮(16)可相对转动地安装在横滚支撑后端盖(19)上，横滚电机(18) 安装在横滚支撑后端盖(19)上，横滚电机(18)的输出轴连接有与蜗轮(16)啮合传动的蜗 杆(17)；所述俯仰前、后挡板(3、1幻之间设有丝杠(9)，该丝杠(9)的一端通过锥齿轮组与 安装在连接架上的俯仰电机(1 相连，丝杠(9)上螺纹连接有螺母(8)，电池组(5) 与螺母(8)接为一体；所述导轨(7)位于俯仰前、后挡板(3、1幻之间，在导轨(7)上设有与 电池组(5)接为一体的滑块(6)。
2.按权利要求1所述的水下滑翔机用姿态调节装置，其特征在于所述俯仰前、后挡板 (3,12)之间固接有俯仰拉杆(4)，该俯仰拉杆(4)位于丝杠(9)的上方，俯仰拉杆(4)与固 接于俯仰前、后挡板(3、1幻之间、位于丝杠(9)两侧的导轨(7)及俯仰前、后挡板(3、12) 形成用于支撑的三棱柱结构。
3.按权利要求1所述的水下滑翔机用姿态调节装置，其特征在于所述横滚支撑前端 盖( 上通过调心轴承安装有可转动的轴(22)，俯仰前挡板C3)与轴0 相固接。
4.按权利要求1所述的水下滑翔机用姿态调节装置，其特征在于所述连接架由 开口朝下的U形部及传动轴组成，该U形部及传动轴为一体结构，传动轴与蜗轮(16)相连 接，U形部与俯仰后挡板(1 固接；所述俯仰电机(1 安装在连接架上的U形部，俯 仰电机(1 的输出轴上设有第二锥齿轮(14)，该第二锥齿轮(14)与安装在丝杠(9) 一端 的第一锥齿轮(1 相啮合。
5.按权利要求4所述的水下滑翔机用姿态调节装置，其特征在于所述蜗轮(16)与连 接架上的传动轴键连接，蜗轮(16)外表面通过轴承00)安装在横滚支撑后端盖(19) 上。
6.按权利要求1所述的水下滑翔机用姿态调节装置，其特征在于所述螺母(8)与丝 杠(9)的螺纹传动可自锁。
7.按权利要求1所述的水下滑翔机用姿态调节装置，其特征在于所述蜗轮(16)与蜗 杆(17)的啮合传动可自锁。
全文摘要
本发明涉及水下测量平台，具体地说是一种水下滑翔机用姿态调节装置，横滚支撑前、后端盖分别设置在姿态调节耐压壳体的两端，俯仰前挡板可相对转动地安装在横滚支撑前端盖上；俯仰后挡板通过连接架与蜗轮相连接，蜗轮可相对转动地安装在横滚支撑后端盖上，横滚电机安装在横滚支撑后端盖上，横滚电机的输出轴连接有与蜗轮啮合传动的蜗杆；俯仰前、后挡板之间设有丝杠，该丝杠的一端通过锥齿轮组与安装在连接架上的俯仰电机相连，丝杠上螺纹连接有螺母，电池组与螺母接为一体；导轨位于俯仰前、后挡板之间，在导轨上设有与电池组接为一体的滑块。本发明具有结构简单、紧凑，能耗小，工作可靠等特点，俯仰角与横滚角的调节范围大。
文档编号B63G8/14GK102050218SQ20091021961
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者俞建成, 张奇峰, 金文明 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所