一种带自补偿功能的二自由度水下云台的制作方法

1.本发明新型涉及水下云台领域，尤其涉及一种带自补偿功能的二自由度水下云台。


背景技术：

2.随着人类对海洋资源的不断探索，各种水下探测传感器被应用来探测水下环境。此类水下探测传感器多用船舶来进行搭载探测，由于船舶在行驶过程中会受到波浪的影响，造成船舶的俯仰运动，船舶的俯仰运动会带动传感器进行俯仰运动，影响传感器探测的范围以及采集精度。船舶搭载水下传感器进行水下探测时，通常需要被搭载的传感器对三维物体进行多角度的扫描探测，因此需要可以水平旋转和竖直旋转的水下云台来带动传感器进行水下探测。


技术实现要素：

3.鉴于解决上述问题，本发明提供了一种带自补偿功能的二自由度水下云台，其能够补偿船舶俯仰运动产生的角度，使被搭载的传感器相对大地坐标始终保持相对固定角度，同时其能够实现在水平方向和铅垂方向两个方向的转动。
4.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种带自补偿功能的二自由度水下云台，其特征在于包括自补偿组件、水平转动组件、铅垂旋转组件、水平连接板（1）、左支撑板（10）、右支撑板（41）、传动法兰（7）、右挡片（39）控制器（38）铅垂连接件（20）、铅垂滑环（18）、铅垂滑套（17）、铅垂挡环（19）、铅垂压片（21），其特征在于云台的设计采用模块化设计思想，自补偿组件包括俯仰角传感器（2）、俯仰角传感器密封壳（3）、俯仰角传感器密封盖（4）、俯仰角信号反馈水密头（5）、俯仰角反馈水密缆（6）；水平传动组件和铅垂转动组件采用相同的传动方式，其包括电机（34）、电机固定件（15）、电机传动轴（16）、电磁制动器（33）、减速机（32）、角度传感器（31）、角度传感器固定件（24）、铅垂出轴（27）、水平出轴（8）；所述的铅垂旋转组件安装于铅垂壳体（14）内，其外形为阶梯结构，内部采用阶梯状通孔来进行各个零件的定位与安装；所述的水平旋转组件安装于水平壳体（12）内，其外形为“t”型结构，“t”型结构的水平方向内采用阶梯型结构对水平旋转组件的定位与安装，“t”型结构的铅垂方向其外部安装有传输通讯信号的信号水密头（36），传输俯仰角信号的俯仰角反馈水密头（5），为控制器供电的供电水密头（37），控制器（38）通过螺钉与控制板散热件固连，控制板散热件采用过渡配合的方式与“t”型结构内部进行安装；本发明进一步的技术方案是：俯仰角传感器（2）通过螺钉与俯仰角传感器密封壳（3）固连，俯仰角传感器密封壳（3）通过螺钉与水平连接板（1）固连，俯仰角传感器密封盖（4）上开有安装o型密封圈的环形凹槽，其与壳体配合实现对传感器实现密封；俯仰角传感器（2）通过俯仰角反馈水密头（5）、俯仰角反馈水密缆（6）将俯仰角信号反馈给控制器（38）本发明进一步的技术方案是：铅垂出轴（27）通过花键与铅垂连接件(20)连接，铅垂滑环（18）与铅垂连接件（20）通过螺栓固连，铅垂滑环（17）采用聚四氟乙烯耐磨材料，铅
垂挡环（19）和铅垂压片（21）与铅垂壳体（14）固连，对铅垂滑环起到轴向限位作用。
5.本发明进一步的技术方案是：牺牲阳极环（22）采用环状结构与铅垂压片（21）固连，其采用镁锌铝合金材料。
6.本发明进一步的技术方案是：所述电磁制动器（33）与电机传动轴（16）通过平键连接实现断电自锁功能。
7.本发明进一步的技术方案是：角度传感器（31）其动环通过螺钉与铅垂出轴（27）固连，其静环通过角度传感器固定件（24）的d型台连接，角度传感器固定件（24）与铅垂壳体（14）通过螺钉固连。
8.本发明进一步的技术方案是：水平连接板（1）采用316不锈钢材质，其上通过开槽的方式来去除不必要的部分，减轻了云台的重量。
9.本发明进一步的技术方案是：左支撑板（10）呈“l”型，且其上开有均布的限位螺纹孔，通过安装在左侧支撑板（10）和左密封端盖（11）的限位螺钉来进行机械限位。
10.本发明的技术效果在于：本发明设计了一种，带自补偿，结构紧凑，转速低，传递扭矩大，噪音小等特点的二自由度水下云台。该云台解决了船用搭载探测传感器受船舶俯仰影响，不能与大地保持固定角度的问题，通过本云台的自补偿功能可以实现被搭载传感器相对于大地保持固定角度探测，有利于探测范围的稳定与探测精度的提高。同时本云台可实现水平方向
±
90
°
和铅垂方向
±
180
°
的任意角度旋转，增加了探测传感器的探测范围和探测灵活度。
附图说明
11.图1为带自补偿功能的二自由度水下云台装配图。
12.附图标记说明：1-水平连接板；2-俯仰角传感器；3-俯仰角传感器密封壳；4-俯仰角传感器密封盖；5-俯仰角反馈水密头；6-俯仰角反馈水密缆；7-传动法兰；8-水平出轴；9-左滑环；10-左支撑板；11-左密封端盖；12-水平壳体；13-壳体连接件；14-铅垂壳体；15-电机固定件；16-电机传动轴；17-铅垂滑套；18-铅垂滑环；19-铅垂挡环；20-铅垂连接件；21-铅垂压片；22-牺牲阳极；23-上密封端盖；24-角度传感器固定件；25-轴套；26-密封铜套；27-铅垂出轴；28-油封挡片；29-骨架油封；30-轴承；31-角度传感器；32-减速机；33-电磁制动器；34-电机；35-o型密封圈；36-信号水密头；37-供电水密头；38-控制器；39-右挡片；40-右滑环；41-右支撑板；42-右密封端盖。
13.本装置工作过程为，当本云台搭载传感器安装在船舶上进行水下探测时，其工作过程如下：当船舶受海浪影响产生俯仰时，云台搭载的探测传感器相对与大地的夹角会因俯仰运动而改变，俯仰角传感器会采集到俯仰角角度变化，反馈给控制器，控制器控制电机转动，使云台搭载的传感器相对与大地的夹角保持不变。当探测传感器需要采集更广的视野范围时，云台在水平方向可以带动传感器进行
±
90
°
的旋转，在铅垂方向可以带动传感器进行
±
180
°
的旋转。
14.下面结合具体实施实例，对本发明技术方案进一步说明。
15.本专利结构设计概况：本专利的结构主要分为以下几部分，水平壳体、铅垂壳体、壳体连接件、电机、电机传动轴、减速机、电磁制动器、角度传感器、水平出轴、铅垂出轴、上密封端盖、铅垂连接板、铅垂滑套、铅垂滑环、铅垂挡圈、水平连接板、左支撑板、右支撑板、
传动法兰、左密封端盖、右密封端盖、右挡片、左滑环、右滑环、密封铜套、俯仰角传感器、俯仰角传感器壳、俯仰角传感器密封盖、俯仰角反馈水密头、俯仰角反馈水密缆、供电线水密头、信号水密头组成。
16.图1为带自补偿功能的二自由度水下电动云台装配图，云台具有水平和铅垂两个旋转自由度，两个自由度通过水平连接板和铅垂连接板分别和传感器和船舶连接。水平自由度和铅垂自由度的内部传动方式是相同的，都是由电机提供动力，电磁制动器提供自锁功能，减速机起到降速提高扭矩的作用，角度传感器实时反馈当前角度。水平出轴通过花键和传动法兰连接，传动法兰通过螺钉与左支撑板固连，左右支撑板通过双排螺钉与水平连接板固连，同时左右连接板与采用聚四氟乙烯材料的左右滑环进行间隙配合，右滑环与右密封端盖上伸出的圆柱间隙配合，右挡片通过螺纹连接与右密封端盖固连，对右支撑板进行轴向限位。左侧密封端盖伸出厚度2mm的圆环外圆与左滑环间隙配合，同时传动法兰与左轴套伸出圆环内圆有1mm间隙。铅垂出轴与铅垂连接件通过花键进行传动连接，铅垂连接板通过螺钉螺母与铅垂滑环固连，铅垂滑环与采用聚四氟乙烯材料的铅垂滑套间隙配合，铅垂挡环通过双排沉头螺钉与铅垂壳体固接，铅垂限位环对铅垂滑环起轴向限位作用。当铅垂连接板通过预留的法兰孔与船舶连接后，铅垂出轴的转动会带动整个铅垂壳体及其固连部分相对铅垂连接件转动。
17.俯仰角传感器通过螺钉与俯仰角传感器舱体安装固定，俯仰角反馈水密头通过螺纹与俯仰角密封端盖连接，并通过水密头自带o型圈达到密封作用。俯仰角信号通过俯仰角反馈水密缆传输给云台控制器，控制器通过螺钉与控制器散热架固连，控制器散热板架与水平壳体的铅垂部分采用过渡配合，使散热架的热量通过壳体传输到水中，起到散热的效果。
18.动密封的设计：动密封采用局部油润滑密封方式，一个骨架油封安装在左/上密封端盖上，另一个骨架油封安装在密封铜套上，密封铜套与左/上密封端盖之间采用o型密封圈进行密封，在密封铜套和左/上密封端盖的密封空间进行充油处理，达到润滑目的。
19.左密封端盖、右密封端盖、上密封端盖通过螺钉和安装在其上的o型密封圈与水平壳体和铅垂壳体进行固定与密封。水平壳体的上端和铅垂壳体的下端，分别与壳体连接件的上下端通过o型圈达到密封作用，同时壳体连接件、水平壳体、铅垂壳体采用法兰连接的方式通过螺栓螺母进行连接固定。
20.轴承起支撑与保证同轴度作用，通过过渡配合安装在左/上密封端盖上，水平/铅垂出轴通过轴套与轴承过渡配合。
21.本发明设计了一种模块化，大扭矩，低噪声，易于拆装维护的水下电动云台，该云台传动系统的安装结构适用于各类水下传动装备，解决了二自由度云台维护困难的问题。将二自由度云台通过模块化的设计思路拆分成两个单自由度云台，方便的后期的维护与调试，提高了设备的稳定性。该云台结构可应用于水下电动云台、水下推进器、水下电动机械手等水下传动装备的设计及研制。
22.其中，减速电机选用20-80谐波减速电机，电磁制动器选用3n
·
m规格。本云台单个自由度可以输出60n
·
m转矩，水平方向可以实现-90
°
～90
°
的转动，铅垂方向可实现-180
°
～180
°
转动，转动速度：12
°
/s(2rpm)。本发明在试验室环境下得到了测试验证，取得了良好的效果。