水下机器人抗波浪涌流装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种水下机器人抗浪涌装置。它包括一个平衡力矩产生模块和一个力矩转动驱动模块，所述平衡力矩产生模块是一个配重在一个转台上面的导轨上，由一个电机驱动作往复直线运动；所述力矩转动驱动模块是由一个电机驱动一个支撑轴转动，所述转台固定安装在该支撑轴上而被带动旋转；所述配重所处位置与支撑轴中心的距离为力臂，配重的重力与该力臂的乘积为水下机器人平衡力矩，通过调节电机和电机可达到调整平面上所需的机器人平衡力矩。该装置结构紧凑，响应快速，可安装在水下机器人上，使其在波浪涌流干扰作用下保持姿态稳定。
【专利说明】水下机器人抗波浪涌流装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及水下机器人技术，特别是一种水下机器人抗波浪涌流装置。
【背景技术】
[0002]作为一种海洋开发的高技术手段，水下机器人在资源勘探、考古、海底管道检测等领域发挥了极大的作用。在军事上，各国也在大力发展水下机器人技术，用于排除水雷和侦察，反恐等等。然而，水下机器人在执行任务时，水面风浪，涌流，近壁面反射波，过往船只引发的船行波等外界干扰不可避免，均会增加水下机器人运动的不确定性，带来偏离预设航线、横摇、纵倾、无法定深等后果，进而使得机械手操作误差加大、监控视频模糊。
[0003]为了克服或尽可能降低这些干扰对水下机器人工作性能的影响，研究人员开发了多种智能控制算法，期望通过调节推进器状态来调整姿态。由于干扰的时变性，频繁的启停和改变推进器转速、转向必然会对推进器造成损伤、消耗电能；还会增加周围流体的扰动，引入二次干扰。
[0004]针对以上问题，本发明设计了水下机器人抗波浪涌流装置。该装置结构紧凑，可封装后安装在水下机器人上。当传感器检测到水下机器人姿态发生变化后，可控制该装置输出适当的力矩，来抵消外界干扰作用力，使水下机器人恢复平衡状态，保持工作位置。有利于减小推进系统的损耗和故障率，减小螺旋桨流旋转带来的流体扰动，增强波浪涌流干扰下的运动稳定性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种水下机器人抗波浪涌流装置，以满足提高水下机器人在有干扰情况下运动稳定性要求。
[0006]本发明的构思是:水下机器人受到的干扰具有高度的非线性和时变性，为了使水下机器人姿态能够迅速调整，将该水下机器人抗波浪涌流装置分为两个部分:平衡力矩产生模块:配重在导轨上作往复直线运动，配重所处位置到支撑轴形成一个力臂，配重重力与这个力臂之积就是该装置为水下机器人提供的平衡力矩；力矩转动驱动模块:为平衡力矩产生模块提供动力，使得整个模块绕支撑轴作旋转运动，则配重最终运动为直线运动和旋转运动的耦合，能够快速达到姿态调整平面上的每一点，保证了系统响应的快速性。这套系统结构小巧紧凑，尺寸仅为:长365毫米，宽270毫米，高284.8毫米，可以安装到实际的水下机器人上。
[0007]根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案:
一种水下机器人抗波浪涌流装置，包括一个平衡力矩产生模块和一个力矩转动驱动模块，所述平衡力矩产生模块是一个配重在一个转台上面的导轨上，由一个电机驱动作往复直线运动；所述力矩转动驱动模块是由一个电机驱动一个支撑轴转动，所述转台固定安装在该支撑轴上而被带动旋转；所述配重所处位置与支撑轴中心的距离为力臂，配重的重力与该力臂的乘积为水下机器人平衡力矩，通过调节电机和电机可达到调整平面上所需的机器人平衡力矩。
[0008]所述平衡力矩产生模块的结构是:所述转台上安装有导轨，在导轨上装配安装一个L形支架，L形支架上安装所述配重，所述L形支架和质量块上有所述电机的安装槽，所述电机和一个减速器安装在一根螺母旋转式滚珠丝杠正下方，电机通过减速器和传动机构驱动一个丝杆螺母转动，该丝杆螺母与滚珠丝杠装配，滚珠丝杠固定安装在支撑架上，丝杆螺母通过轴承安装在L形支架上；所述电机的电缆穿过转台上的孔、空心的支撑轴与支撑轴底部的一个滑环连接，可防止平衡力矩产生模块转动时，电缆发生缠绕。
[0009]所述力矩转动驱动模块的结构是:在一个固定板上面安装所述电机，所述电机通过一个减速器、一个联轴器，然后经一对锥齿轮、一个小带轮、同步带和一个大带轮联接带动支撑轴转动。
[0010]所述同步带配有一个张紧轮，可调节同步带张紧力。
[0011]所述张紧轮安装在一个偏心拨盘的轴a上,偏心拨盘通过轴b、一个垫圈、一个防松螺母与一个安装架固定，安装架安装在所述固定板上。
[0012]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
(1)结构紧凑，可安装在水下机器人上，为水下机器人提供额外的平衡力矩，减少推进器损耗和故障；
(2)输出力矩可控，响应快，定位精度高；
(3)偏心拨盘式张紧轮节省了装置安装空间，确保传动有效。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明结构示意图。
[0014]图2是图1的斜视图。
[0015]图3是图1的正视图。
[0016]图4是图1的右视图。
[0017]图5是图1中的转台示意图。
[0018]图6是图1中张紧轮偏心拨盘示意图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图对本发明优选实施例作进一步的说明。
[0020]实施例一:
参见图1?图6，本水下机器人抗波浪涌流装置包括一个平衡力矩产生模块I和一个力矩转动驱动模块II，其特征在于:一种水下机器人抗浪涌流装置，包括一个平衡力矩产生模块(I)和一个力矩转动驱动模块(II)，其特征在于:所述平衡力矩产生模块(I)是一个配重(7)在一个转台(I)上面的导轨(2)上，由一个电机X+ (12)驱动作往复直线运动；所述力矩转动驱动模块(II)是由一个电机(8)驱动一个支撑轴(14)转动，所述转台(I)固定安装在该支撑轴(14)上而被带动旋转；所述配重(7)所处位置与支撑轴(14)中心的距离为力臂，配重(7)的重力与该力臂的乘积为水下机器人平衡力矩，通过调节电机I) (12)和电机②(8)可达到调整平面上所需的机器人平衡力矩。
[0021]实施例二:本实施例与实施例一基本相同，特别之处是:所述平衡力矩产生模块I的结构是:所述转台(I)上安装有导轨(2)，在导轨(2)上装配安装一个L形支架(6)，L形支架(6)上安装所述配重(7)，所述L形支架(6)和配重(7)上有所述电机①(12)的安装槽，所述电机①(12)和一个减速器①(13)安装在一根螺母旋转式滚珠丝杠(4)正下方，电机①(12)通过减速器①(13)和传动机构驱动一个丝杆螺母
(5)转动，该丝杆螺母(5)与滚珠丝杠(4)装配，滚珠丝杠(4)固定安装在支撑架(3)上，丝杆螺母(5)通过轴承安装在L形支架(6)上；所述电机①(12)的电缆穿过转台(I)上的孔、空心的支撑轴(14)与支撑轴(14)底部的一个滑环(17)连接，可防止平衡力矩产生模块(I)转动时，电缆发生缠绕；
实施例三:本实施例与实施例二基本相同，特别之处是:
所述驱动模块II中的结构是:在一个固定板(24)上面安装所述电机? (8)，所述电机:1: (8)通过一个减速器(1: (9)、一个联轴器(10)，然后经一对锥齿轮(11)、一个小带轮②
(18)、同步带②(15)和一个大带轮:g: (16)联接带动支撑轴(14)转动；
所述同步带f: (15)配有一个张紧轮(20)，可调节同步带f' (15)的张紧力；
所述张紧轮(20)安装在一个偏心拨盘(21)的轴a上,偏心拨盘(21)通过轴b、一个垫圈(23)、一个防松螺母(22)与一个安装架(19)固定，安装架(19)安装在固定板(24)上。
[0022]工作原理如下:
将本装置封装后安装在水下机器人上，受到外界浪涌干扰时，水下机器人发生俯仰、横摇、纵倾等姿态变化，偏离平衡位置。采用传感器将姿态角偏差信号发送到控制器，计算出所需的平衡力矩的大小和方向，再将信号发送到该抗波浪涌流装置控制其输出平衡力矩。
[0023]电机；f (8)转动，通过减速器S (9)、联轴器(10)、锥齿轮(11)带动的小带轮②'
(18)转动；小带轮:? (18)通过同步带? (15)、大带轮:1: (16)带动支撑轴(14)转动；支撑轴(14)与转台(I)固定连接，支撑轴(14)转动将转台(I)调整到与外界干扰力矩作用力臂共线的位置；电机X (12)转动，通过减速器I: (13)带动丝杆螺母(5)转动；丝杆螺母(5)带动L形支架(6)、配重(11)、电机X: (12)、减速器φ (13)沿导轨(2)作往复运动，输出与外界干扰力矩大小相等方向相反的平衡力矩来抵消浪涌干扰作用。
[0024]为了避免同步带:f(15)传动失效，采用张紧轮(20)来调节同步带(15)的张紧程度；张紧轮(20)安装在偏心拨盘(21)轴a上，偏心拨盘(21)的轴b通过垫圈(23)及防松螺母(22)与安装架(19)锁紧固定；安装架(19)与固定板(24)连接；偏心拨盘(21)轴a轴线与轴b轴线间的距离即为张紧轮(20)可调节的范围；使用初始阶段，偏心拨盘(21)转向远离同步带:? (15)—侧，使得张紧轮(20)与同步带::！:(15)不接触；装置使用一段时间后，当同步带f: (15)发生松弛，偏心拨盘(21)转向靠近同步带S: (15)—侧，使得张紧轮
(20)与同步带:f: (15)接触，为同步带；1: (15)提供张紧力。
[0025]上述【具体实施方式】用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落在本方面的保护范围。
【权利要求】
1.一种水下机器人抗浪涌流装置，包括一个平衡力矩产生模块(I)和一个力矩转动驱动模块(II )，其特征在于:所述平衡力矩产生模块(I)是一个配重(11)在一个转台(I)上面的导轨(2)上，由一个电机D (12)驱动作往复直线运动；所述力矩转动驱动模块(II)是由一个电机②(8 )驱动一个支撑轴(14 )转动，所述转台(I)固定安装在该支撑轴(14 )上而被带动旋转；所述配重(11)所处位置与支撑轴(14)中心的距离为力臂，配重(11)的重力与该力臂的乘积为水下机器人平衡力矩，通过调节电机T (12)和电机②(8)可达到调整平面上所需的机器人平衡力矩。
2.根据权利要求1所述的水下机器人抗浪涌流装置，其特征在于:所述平衡力矩产生模块(I)的结构是:所述转台(I)上安装有导轨(2)，在导轨(2)上装配安装一个L形支架(6 )，L形支架(6 )上安装所述配重(11)，所述L形支架(6 )和配重(11)上有所述电机①(12)的安装槽，所述电机①(12)和一个减速器①(13)安装在一根螺母旋转式滚珠丝杠(4)正下方，电机①(12)通过减速器①(13)和传动机构驱动一个丝杆螺母(5)转动，该丝杆螺母(5)与滚珠丝杠(4)装配，滚珠丝杠(4)固定安装在支撑架(3)上，丝杆螺母(5)通过轴承安装在L形支架(6)上；所述电机①(12)的电缆穿过转台(I)上的孔、空心的支撑轴(14)与支撑轴(14)底部的一个滑环(17)连接，可防止平衡力矩产生模块(I)转动时，电缆发生缠绕。
3.根据权利要求1所述的水下机器人抗浪涌流装置，其特征在于所述力矩转动驱动模块(II)的结构是:在一个固定板(24)上面安装所述电机S (8)，所述电机宮(8)通过一个减速器(9)、一个联轴器(10)，然后经一对锥齿轮(11)、一个小带轮f: (18)、同步带②(15)和一个大带轮1:: (16)联接带动支撑轴(14)转动。
4.根据权利要求3所述的水下机器人抗浪涌流装置，其特征在于所述同步带(15)配有一个张紧轮(20)，可调节同步带(15)张紧力。
5.根据权利要求4所述的水下机器人抗浪涌流装置，其特征在于所述张紧轮(20)安装在一个偏心拨盘(21)的轴a上，偏心拨盘(21)通过轴b、一个垫圈(23)、一个防松螺母(22)与一个安装架(19)固定，安装架(19)安装在所述固定板(24)上。
【文档编号】B25J19/00GK103538082SQ201310513888
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】谢少荣, 李庆梅, 罗均, 唐文彬, 石剑锋, 李恒宇 申请人:上海大学