本方案属于机电一体化技术领域，涉及一种水下二自由度电动云台结构方案，适用于水下云台等水下传动设备的设计及研制，特别涉及一种小型化二自由度水下电动云台。
背景技术：
针对科技厅统筹创新工程项目“远程控制自主运动水下机器人”研制中水下机器人摄像头视角不够灵活、视野不够宽阔的问题，提出了以水下云台为支撑设备，在其上安装摄像头及光源的方法，使摄像头具有大范围扫描、监视，对移动目标物体进行移动拍摄或跟踪等功能，从而扩大摄像机的监视范围。现有的水下电动云台通常只是一个密封的容器，将所需的设备如摄像头或灯集成到其内部，云台本身不具有主动旋转功能，此类云台通常功能固化无法扩展，难以兼容其他设备。要么只有一个旋转自由度，只能绕竖直轴旋转，无法试验俯仰运动，难以实现全视野的观察。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是：解决了较小安装空间条件下，实现大深度大转矩旋转输出及整体性的外观要求。
本发明的技术方案是：一种小型化二自由度水下电动云台，其特征在于，包括第一传动组件、第二传动组件、密封端盖4、控制电路板6、底座21、水平支架15、竖直支架22、水密接插件7、本体8和安装板10；所述底座21为板状，底座21与本体8螺纹连接；本体8呈T字状，水平方向两端和底端开口，内部为空腔体；本体8水平方向一端与密封端盖4连接，另一端和水平支架15相连，底端和竖直支架22相连；本体8内设有控制电路板6，且控制电路板6与密封端盖4固连；水密接插件7位于本体8水平方向上，靠近控制电路板6的一端，水密接插件(7)连接水密线缆，传递控制信号和供电；所述安装支架为柱状体，外壁为阶梯状，内部开有阶梯状通孔；第一传动组件位于水平支架15内，第二传动组件位于竖直支架22内；安装板10与本体8水平方向两端固连。
本发明进一步的技术方案是：所述第一传动组件和第二传动组件结构相同，均包括减速电机9、接近块11、卡箍12、弹性管联轴器13、限位开关18和轴承；减速电机9输出端连接弹性管联轴器13，弹性管联轴器13驱动水平轴16进行轴向旋转；接近块11通过卡箍12套在弹性管联轴器13上；限位开关18位于弹性管联轴器13两侧，接近块11随弹性管联轴器13轴向转动时，限位开关18感应到接近块11靠近后，使减速电机9反方向轴向转动，从而带动弹性管联轴器13及水平轴16反向轴向转动。
本发明进一步的技术方案是：所述接近块11呈L型，采用电磁纯铁材料制成，当旋转至限位开关18位置时，给限位开关18触发信号，使减速电机进行反向转动。
本发明进一步的技术方案是：所述限位开关18的触发距离为0～3mm。
本发明进一步的技术方案是：所述左耳3和右耳17均为板状件，板状件上设有安装通孔，分别和安装板10两端固连，左耳3和右耳17的轴线和安装板10轴线相互垂直。
本发明进一步的技术方案是：关节轴承2与左耳17上的安装通孔间隙配合后，插入密封端盖4的轴上，通过轴承端盖1对关节轴承2外圈定位。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明设计了一种结构紧凑，易于拆装、检测、维修的水下电动云台，该云台传动系统的安装结构适用于各类水下传动装备，解决了水下传动系统维修性和工艺性之间的矛盾问题，其中维修性和工艺性是指，设备出现故障时维修是否方便，易于操作；工艺性是指设备的加工是否困难。通过“抽屉式”安装结构，即说明书附图，将复杂的安装操作移出在本体之外完成，大大降低了安装、维修难度和加工难度，并且最大限度的减少了密封环节和内部线缆的冗余量，保证了产品外形的整体性，从根本上提高了系统整体的可靠性和效率。与类似使用需求的云台结构相比，本专利云台结构更加紧凑，传动效率更高，外观整体性更好。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。
附图说明
图1二自由度水下电动云台装配图
附图标记说明：1—轴承端盖；2—关节轴承；3—左耳；4—密封端盖；5—O形密封圈；6—控制电路板；7—水密接插件；8—本体；9—减速电机；10—安装板；11—接近块；12—卡箍；13—弹性管联轴器；14—深沟球轴承；15—水平支架；16—水平轴；17—右耳；18—限位开关；19—立轴；20—角接触球轴承；21—底座；22—竖直支架。
本装置的工作过程为，当本云台安装摄像机及光源用作水下拍摄时，其工作过程如下：当需要跟拍水平方向移动的物体时，水下云台的竖直轴进行转动；当需要跟拍竖直方向上运动物体时，水下云台的水平轴进行转动；当需要跟拍空间中三维运动的物体时，需要竖直轴和水平轴联合转动
下面结合具体实施实例，对本发明技术方案进一步说明。
1、本专利结构设计概况：本专利的结构主要分成以下部分，底座、本体、水平轴、水平支架、弹性管联轴器、深沟球轴承、滑动轴承、行星减速电机、角接触球轴承、卡箍、接近块、密封端盖、安装板、立轴、竖直支架、O形圈、限位开关、水密接插件、控制电路组成。
图1为二自由度水下电动云台装配图，云台具有水平轴和立轴两个旋转自由度，各轴的传动部分和限位开关以水平/竖直支架为安装基础。深沟球轴承、水平轴、O形圈安装在水平支架沟槽内，弹性管联轴器连接行星减速电机和水平轴，接近块通过卡箍环套在弹性管联轴器上，限位开关安装在水平支架对应的安装槽内，接收接近块的触发信号。完成了水平传动部分安装后，将整个水平支架安装到本体安装孔中，将右耳安装在水平轴伸出段上。将控制电路板安装在密封端盖内侧安装槽内，通过螺钉将密封端盖与本体固连。左耳通过安装在本体伸出轴上的滑动轴承支撑，最后将安装板与左、右耳连接。
角接触球轴承、立轴、O形密封圈安装在竖直支架沟槽内，弹性管联轴器连接行星减速电机和水平轴，接近块通过卡箍环套在弹性管联轴器上，限位开关安装在水平支架对应的安装槽内，接收接近块的触发信号。完成了竖直传动部分安装后，将整个竖直支架安装到本体安装孔中。将竖直轴与底座固连，通过与本体固连的减速电机带动本体旋转。
②安装支架的设计
为安装支架结构图，ΦA为支架安装轴外径并且是O形密封圈的安装轴，ΦB是旋转轴安装孔，ΦC是角接触球轴承安装孔，要求该孔与旋转轴安装孔同轴。ΦD是减速器与安装支架的配合孔，为了保证减速器输出轴与旋转轴同轴要求该配合孔与ΦC安装孔同轴。在保证强度和刚度的基础上，安装支架做了切边、挖槽等减重设计，且方便了零件装配。
“抽屉式”结构以水平支架15/竖直支架22为基础，深沟球轴承14/角接触球轴承20支撑水平轴16/立轴19，弹性管联轴器13连接减速电机9和水平轴/立轴。接近块11通过卡箍12套装在弹性管联轴器上，随水平轴/立轴旋转，触发限位开关18产生触发信号。关节轴承2通过轴承端盖1固定在左耳3的轴承孔中。控制电路板6通过螺钉固定在密封端盖4内侧的安装槽内，O形密封圈5装入其沟槽中，密封端盖的伸出轴段插入到左耳内的关节轴承孔中，端部螺钉紧固，然后将密封端盖安装到本体8左侧安装孔中。控制电路板作用是与主控装置进行通信，上传控制传感信息，接收控制指令完成各电机的调速及定位控制。该电路板与密封端盖4有连接关系，控制电路板通过螺钉安装在密封端盖4上。左耳右耳为板状件，右耳17在水平轴伸出段，右耳17上的“D”形孔与水平轴16右端的“D”型轴伸小间隙配合连接，通过螺钉紧固方式对右耳进行轴向固定，安装板10通过螺钉与左、右耳固定。立轴伸出段插入底座21对应的安装孔中，伸出端与安装孔小间隙配合，通过螺钉与底座紧固。水密接插件7在安装密封端盖之前，安装到本体上对应安装孔中。水密接插件7为现有部件，其连接水密线缆，与水密线缆实现可靠的密封连接，传递控制信号和供电，水密线缆通过水密接插件与云台密封连接，并且传递信号与供电。
轴承起支撑作用，通过过渡配合与其他部件连接。限位开关的触发距离为0～3mm，因此接近块距离开关的距离在此范围内即可；接近块材料为电磁纯铁，具有较高的感磁性，能够给限位开关产生触发信号。关节轴承通过小间隙配合套装在左耳上的安装孔中，然后插入到密封端盖4的轴伸上，通轴承端盖1对关节轴承外圈进行定位，轴承端盖通过螺钉进行紧固。
本发明设计了一种结构紧凑，易于拆装、检测、维修的水下电动云台，该云台传动系统的安装结构适用于各类水下传动装备，解决了水下传动系统维修性和工艺性之间的矛盾问题。通过“抽屉式”安装结构，将复杂的安装操作移出在本体之外完成，大大降低了安装、维修难度和加工难度，并且最大限度的减少了密封环节和内部线缆的冗余量，保证了产品外形的整体性，从根本上提高了系统整体的可靠性和效率。与类似使用需求的云台结构相比，本专利云台结构更加紧凑，传动效率更高，外观整体性更好。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。
其中，减速电机9选用38GX3865R-3000行星减速电机，限位开关18选用E2E-C06S02-WC-B1-2M接近式传感器。本云台可以输出5.8N·m转矩，立轴可实现-90°～90的转动，俯仰轴可实现-90°～90°转动，转动速度：15°/s(2.5rpm)。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。