本发明涉及一种用于无人艇布放回收的四自由度弹射机构。
背景技术：
21世纪是“海洋的世纪”。当今国际海洋形势正在发生重要变革，这对中国的海洋战略的构建与发展既是机遇同时又是异常严峻的挑战。因此，分析当前中国周边海洋安全形势，测量我国近海浅海的大陆架及海洋地貌测绘，对中国海洋强国战略的构建，海上力量的大力发展以及国家海洋权益的维护至关重要。
近年来，随着无人艇技术的发展，国内外科研院所已经研制出若干艘的吃水浅、机动性好的无人艇型号，并投入实际的海洋测量应用中去。但是由于自身重量大和海上风浪涌流等环境复杂，无人艇在装备下水和出水阶段，布放与回收操作很容易造成无人艇和母船的损坏。在极其恶劣的情况下，甚至会造成无人艇和母船的毁灭性事故。因此，面对复杂的海洋环境，如何将无人艇平稳、安全、准确的布放到海面上并自主将其安全回收是无人艇的关键因素。
技术实现要素：
本发明针对现有无人艇布放回收手段的不足，提供了一种用于无人艇布放回收的四自由度弹射机构。
为达到上述目的，本发明的思路如下：
用于无人艇布放回收的四自由度弹射机构的工作环境是复杂、多变的各种内河、湖泊、航道、浅海等，包括弹射自调整系统、丝杆导轨底座、丝杆驱动系统、弹射筒系统四个部分，该机构拥有四个自由度，通过丝杆系统转动私服电机使位于丝杆上面的两个联动台按照导轨方向移动，联动台与机构底座利用螺栓固定，由此调节水平位移，plc通过pwm波发送脉冲指令，通过控制转矩马达旋转平台转动，调节z轴方向上的旋转自由度，转矩马达旋转平台内置有pid调节算法，可以达到滤波、稳定的效果，转矩马达旋转平台上预留有6个螺纹孔，将尼龙圆盘通过螺钉与转矩马达旋转平台上的螺纹孔固定连接，通过位于转矩马达旋转平台上方尼龙圆盘重心位置所固定的电推杆调节垂直高度，通过电推杆上方固定的私服电机调节弹射角度，当无人艇上层下达布放回收指令后，可以通过位于母船上的操作员通过遥控器无线遥控位于无人艇控制箱内的plc控制器，通过plc控制器内部的程序块来发送pwm波指令调节在机构上的各个电机旋转，且通过电机上面的位置与编码角度传感器反馈的信息得知当前的位移和角度值，plc控制基于内部的经验规则库算法，代入母船与无人艇夹角值和高度差、基于当前的姿态和位置信息，结合抗涌流算法代入的规则参数，算出最终的各个电机运动角度，当达到角度值后，弹射筒后方的电推杆缩回，将凯夫拉绳及挂钩弹出，实现与母船对接。
基于以上思路，本发明采用如下技术方案：
一种用于无人艇布放回收的四自由度弹射机构，由弹射自调整系统、丝杆导轨底座、丝杆驱动系统、弹射筒系统组成，所述弹射自调整系统的凹槽型联轴器与弹射筒系统的弹射筒体固定连接，弹射自调整系统底部的转矩马达旋转平台底座与丝杆导轨底座的底座固定连接，所述丝杆驱动系统用于驱动丝杆导轨底座中的丝杆带动整个机构实现水平移动。
所述弹射自调整系统包括转矩马达旋转平台底座、尼龙圆盘座、推杆固定板、推杆固定螺栓、电推杆、水密接头一、推杆顶部支撑器、伺服电机、电子抱闸、伺服电机固定板、凹槽型联轴器、伺服电机底座、水密接头二、转矩马达旋转平台、位置传感器，其中转矩马达旋转平台底座与转矩马达旋转平台外壳通过螺栓固定连接，转矩马达旋转平台底座预留四个安装孔，与丝杆导轨底座的底座螺栓连接，转矩马达旋转平台转动内圈与尼龙圆盘座通过螺栓固定连接，推杆固定板与尼龙圆盘座自攻螺钉连接，两个推杆固定板与电推杆一端通过推杆固定螺栓连接，利用垫片、六角螺母配合拧紧；电推杆底部预先焊接铝合金薄板，薄板预留固定孔，与尼龙盘座通过自攻螺钉固定连接，电推杆头部通过螺栓固定连接推杆顶部支撑器，推杆顶部支撑器通过焊接与伺服电机底座固定，伺服电机固定板与伺服电机底座通过螺栓连接，伺服电机通过伺服电机底座以及伺服电机固定板固定，伺服电机尾部有电子抱闸，通过四个螺钉与伺服电机连接，伺服电机转动轴装有凹槽型联轴器，凹槽型联轴器与弹射筒体通过水密胶紧固，电推杆的顶部有水密接头一，伺服电机的顶部有水密接头二，用于控制线与信号线出线及防水。
所述丝杆导轨底座包括底座、两个导轨、丝杆、两个联动台，底座与两个联动台通过螺钉连接固定，两个导轨穿过两个联动台预留滑动槽，两个联动台通过丝杆的转动在两个导轨上沿x轴前后移动。
所述丝杆驱动系统包括步进电机、联轴器、滚动轴承、l型底座、光电编码器、减速器、支撑板、电机座，步进电机与减速器连接，减速器与联轴器连接，联轴器与丝杆末端预留光杆通过内六角螺钉压紧，丝杆通过滚动轴承连接l型底座，减速器通过支撑板螺栓固定在l型底座上，步进电机与电机座螺栓固定，电机座预留有安装孔，与l型底座螺栓固定；在减速器转动轴上加装光电编码器，将减速后的旋转角度反馈给上层plc控制器，通过丝杆的行程得到相对准确的水平位移。
所述弹射筒系统包括弹射筒体、弹射箱体、高强度弹簧、弹簧连接圆盘、弹簧卡销、微型电推杆，弹射筒体与弹射箱体通过螺栓固定，弹射筒体里预盘有挂钩和高强度凯夫拉绳，弹射箱体内部焊接有高强度弹簧，高强度弹簧顶部焊接有弹簧连接圆盘，弹簧连接圆盘直径与弹射箱体宽度近似相等，通过弹射箱体限制弹簧连接圆盘的水平方向摆动幅度，高强度弹簧通过预先压紧并通过微型电推杆头部安装的弹簧卡销压紧，弹簧卡销与微型电推杆头部通过销连接，当上层指令下达后，微型电推杆带动弹簧卡销缩回，释放高强度弹簧，将弹射筒体内的凯夫拉绳与挂钩弹出至母船甲板，从而实现无人艇与母船对接。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
本发明机构拥有四个自由度，可以通过丝杆系统调节水平位移，通过转矩马达旋转平台调节旋转方向，通过位于转矩马达旋转平台上方尼龙托盘所固定的电推杆调节垂直高度，通过电推杆上方固定的私服电机调节弹射角度，机动性较强，该机构的弹射筒内装有可以承载5吨以上重量的高强度凯夫拉绳，当角度和方向调整无误后，通过plc控制，给电推杆缩回指令使卡条缩回，内部的高强度弹簧带托盘弹出，使凯夫拉绳与不锈钢挂钩延弹射筒方向射出，该机构能在实际的海洋环境中对无人艇进行布放回收，在模拟海洋的环境中还能起到优化布放与回收操作调试的功能。
附图说明
图1为本发明一种用于无人艇布放回收的四自由度弹射机构总体装配正面示意图。
图2为本发明一种用于无人艇布放回收的四自由度弹射机构总体装配侧面示意图。
图3为本发明一种用于无人艇布放回收的四自由度弹射机构弹射自调整系统示意图。
图4为本发明一种用于无人艇布放回收的四自由度弹射机构丝杆导轨底座示意图。
图5为本发明一种用于无人艇布放回收的四自由度弹射机构丝杆驱动系统示意图。
图6为本发明一种用于无人艇布放回收的四自由度弹射筒系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1、图2所示，一种用于无人艇布放回收的四自由度弹射机构，其特征在于，由弹射自调整系统100、丝杆导轨底座200、丝杆驱动系统300、弹射筒系统400组成，所述弹射自调整系统100的凹槽型联轴器111与弹射筒系统400的弹射筒体401固定连接，弹射自调整系统100底部的转矩马达旋转平台底座101与丝杆导轨底座200的底座201固定连接，所述丝杆驱动系统300用于驱动丝杆导轨底座200中的丝杆203带动整个机构实现水平移动。
如图3所示，所述弹射自调整系统100包括转矩马达旋转平台底座101、尼龙圆盘座102、推杆固定板103、推杆固定螺栓104、电推杆105、水密接头一106、推杆顶部支撑器107、伺服电机108、电子抱闸109、伺服电机固定板110、凹槽型联轴器111、伺服电机底座112、水密接头二113、转矩马达旋转平台114、位置传感器115，其中转矩马达旋转平台底座101与转矩马达旋转平台114外壳通过螺栓固定连接，转矩马达旋转平台底座101预留四个安装孔，与丝杆导轨底座200的底座201螺栓连接，转矩马达旋转平台114转动内圈与尼龙圆盘座102通过螺栓固定连接，推杆固定板103与尼龙圆盘座102自攻螺钉连接，两个推杆固定板103与电推杆105一端通过推杆固定螺栓104连接，利用垫片、六角螺母配合拧紧；电推杆105底部预先焊接铝合金薄板，薄板预留固定孔，与尼龙盘座102通过自攻螺钉固定连接，电推杆105头部通过螺栓固定连接推杆顶部支撑器107，推杆顶部支撑器107通过焊接与伺服电机底座112固定，伺服电机固定板110与伺服电机底座112通过螺栓连接，伺服电机108通过伺服电机底座112以及伺服电机固定板110固定，伺服电机108尾部有电子抱闸109，通过四个螺钉与伺服电机108连接，伺服电机108转动轴装有凹槽型联轴器111，凹槽型联轴器111与弹射筒体401通过水密胶紧固，电推杆105的顶部有水密接头一106，伺服电机108的顶部有水密接头二113，用于控制线与信号线出线及防水。
如图4所示，所述丝杆导轨底座200包括底座201、两个导轨202、丝杆203、两个联动台204，底座201与两个联动台204通过螺钉连接固定，两个导轨202穿过两个联动台204预留滑动槽，两个联动台204通过丝杆203的转动在两个导轨202上沿x轴前后移动。
如图5所示，所述丝杆驱动系统300包括步进电机301、联轴器302、滚动轴承303、l型底座304、光电编码器305、减速器306、支撑板307、电机座308，步进电机301与减速器306连接，减速器306与联轴器302连接，联轴器302与丝杆203末端预留光杆通过内六角螺钉压紧，丝杆203通过滚动轴承303连接l型底座304，减速器306通过支撑板307螺栓固定在l型底座304上，步进电机301与电机座308螺栓固定，电机座308预留有安装孔，与l型底座304螺栓固定；在减速器306转动轴上加装光电编码器305，将减速后的旋转角度反馈给上层plc控制器，通过丝杆203的行程得到相对准确的水平位移。本实施例中，步进电机301选用2.9nm力矩输出款，与1比20减速器306连接，能得到58nm的大力矩，用于驱动丝杆203带动整个机构实现水平移动。
如图2、图6所示，所述弹射筒系统400包括弹射筒体401、弹射箱体402、高强度弹簧403、弹簧连接圆盘404、弹簧卡销405、微型电推杆406，弹射筒体401与弹射箱体402通过螺栓固定，弹射筒体401里预盘有挂钩和高强度凯夫拉绳，弹射箱体402内部焊接有高强度弹簧403，高强度弹簧403顶部焊接有弹簧连接圆盘404，弹簧连接圆盘404直径与弹射箱体402宽度近似相等，通过弹射箱体402限制弹簧连接圆盘404的水平方向摆动幅度，高强度弹簧403通过预先压紧并通过微型电推杆406头部安装的弹簧卡销405压紧，弹簧卡销405与微型电推杆406头部通过销连接，当上层指令下达后，微型电推杆406带动弹簧卡销405缩回，释放高强度弹簧403，将弹射筒体401内的凯夫拉绳与挂钩弹出至母船甲板，从而实现无人艇与母船对接。