CN102145740A - 一种水下机器人重心调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种水下机器人重心调节装置。在两个端盖之间固定中心轴，在中心轴上设置可以绕中心轴自由旋转的左支撑盘与右支撑盘，中心轴上设置偏心电池块，左右支撑盘之间设置有丝杠，丝杠上有滚珠螺母，滚珠螺母通过连接件与偏心电池块固连，右支撑盘上装有轴向调节电机，轴向调节电机输出轴与滚珠丝杠之间有轴向位置调节传动机构，左支撑盘上安装有横滚电机，横滚电机输出轴与中心轴之间有横滚位置调节传动机构。本发明可以同时实现水下机器人两个方向的重心调节，即调节水下机器人重心的轴向位置和横滚位置。提高机器人内部空间的使用效率，为减轻机器人重量和提高机器人搭载有效设备的能力提供条件。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种重心调节装置。特别是一种水下机器人的重心调节装置。用于调节水下机器人的运动姿态。
背景技术
在水下机器人实际应用当中，由于装配过程中增加或减少某个零器件，往往会改变水下机器人的重心和浮心的位置，造成水下机器人在水中不能保持稳定的姿态，影响其运动控制效果。另外，水下机器人运动过程中往往需要调节自身的俯仰姿态和横滚姿态，这些都可以通过对水下机器人的重心位置进行调节来实现，包括轴向位置调节和横滚位置调节。目前对这两个方向的重心调节主要是通过改变机器人内部重块的位置来实现。公开号为CN101062714、名称为“一种依靠浮力驱动滑行的水下机器人”的专利文件中，提到了用于水下机器人姿态调节的重心调节装置的技术方案，但是该技术方案将重心的轴向调节和横滚调节设计成两套完全独立的装置。这种设计增加了系统的零部件个数，需要的安装空间比较大，对于减小机器人的整体体积不利。而且，该设计的横滚调节机构采用专门的偏心重块作为调节对象，增加了机器人的重量，对水下机器人的运动控制和搭载有效载荷的能力有不利影响。所以需要设计一种新型高效的重心调节装置应用于水下机器人姿态调节中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以同时实现水下机器人两个方向的重心调节，即调节水下机器人重心的轴向位置和横滚位置；提高机器人内部空间的使用效率，为减轻机器人重量和提高机器人搭载有效设备的能力提供条件的水下机器人重心调节装置。
本发明的目的是这样实现的：在两个端盖之间固定中心轴，在中心轴上设置可以绕中心轴自由旋转的左支撑盘与右支撑盘，中心轴上设置偏心电池块，左右支撑盘之间设置有丝杠，丝杠上有滚珠螺母，滚珠螺母通过连接件与偏心电池块固连，右支撑盘上装有轴向调节电机，轴向调节电机输出轴与滚珠丝杠之间有轴向位置调节传动机构，左支撑盘上安装有横滚电机，横滚电机输出轴与中心轴之间有横滚位置调节传动机构。
本发明还可以包括：
所述轴向位置调节传动机构是由安装在轴向调节电机输出轴上的第一齿轮与安装在滚珠丝杠上的第二齿轮形成的齿轮传动机构。
所述横滚位置调节传动机构由固定在中心轴左端的中心轮和安装在横滚电机输出轴上的行星齿轮构成。
所述轴向调节电机带有具有自锁功能的蜗轮蜗杆减速箱。
所述的横滚电机带有具有自锁功能的蜗轮蜗杆减速箱。
将轴向调节系统、横滚调节系统和被调重块三部分集成到同一个重心调节机构中。所述轴向调节系统和横滚调节系统分别通过丝杠螺母机构和行星齿轮机构实现。所述被调重块由偏心电池块构成，与轴向调节电机、轴向传动齿轮机构、滚珠丝杠共同构成重心轴向调节系统。偏心电池块与滚珠螺母固连，滚珠丝杠两端分别与两支撑盘上安装的轴承座通过轴承连接。当与支撑盘固连的轴向调节电机通过齿轮传动带动滚珠丝杠旋转时，与机器人两端盖固连的中心轴限制了偏心电池块绕滚珠丝杠的旋转运动，所以偏心电池块只能随滚珠螺母一起沿滚珠丝杠做轴向运动，实现了重心的轴向调节。
所述横滚调节系统中，中心轮与中心轴固连，相对于机器人本体固定不动。横滚调节电机安装在支撑盘上。两支撑盘由中心轴和滚珠丝杠通过轴承和轴承座进行相互定位，使两支撑盘以及与支撑盘连接的横滚调节电机、滚珠丝杠、滚珠螺母、偏心电池、轴承和轴承座、轴向传动齿轮、轴向调节电机等构成一个偏心机构，该机构可以绕中心轴做旋转运动。当横滚调节电机运动时，带动行星齿轮转动，由于中心轮固定不动，所以行星齿轮会绕中心轮做行星运动，进而带动整个偏心机构绕中心轴旋转，改变重心的横滚位置。
本发明的优点有：
1.利用电池作为被调重块，一方面避免了搭载额外的重块，减轻了机器人的重量，另一方面可以使水下机器人搭载更多的能源，有利于提高水下机器人的续航能力；
2.将电池设计成偏心结构，并利用机器人内部其它零部件共同构成偏心机构，避免了增加专门的偏心重块，提高了机器人零部件及内部空间的使用效率。
3.将横滚调节功能和轴向调节功能集成到一个调节机构，减少了机器人重心调节机构零部件的个数，提高了机器人内部空间的使用效率，为水下机器人搭载其它科研设备节省了空间。
附图说明
图1是本发明的重心调节装置主视图；
图2是本发明的重心调节装置轴测图；
图3是中心轴连接结构示意图；
图4是轴向调节传动部分示意图；
图5矩形偏心电池块结构图；
图6是同步齿形带传动结构图；
图7是圆形偏心电池结构结构图。
具体实施方式
本发明主要实现重心的轴向调节功能和横滚调节功能，下面将结合图1-图5对具体实施方式进行介绍。
具体实施方式1：
结合图1、图2、图4和图5，支撑盘20、30上分别安装有丝杠轴承支座6、13，支座内装有角接触球轴承7、12，滚珠丝杠8两端分别与角接触球轴承7、12连接，滚珠丝杠8可以自由旋转。滚珠丝杠8右端与齿轮15固连。滚珠丝杠8上装有滚珠螺母10。偏心电池块24通过连接件9、11与滚珠螺母10固连。偏心电池块24左右两端装有直线轴承23、25，与中心轴26进行配合，使偏心电池块24可以沿中心轴26做直线运动。支撑盘20上装有带蜗轮蜗杆减速器的轴向调节电机22，齿轮18通过键19与电机输出轴固连。齿轮18与齿轮15构成一对齿轮副，当轴向调节电机输出转速时，经过齿轮18、15带动滚珠丝杠8旋转。由于中心轴26限制了偏心电池块24绕滚珠丝杠8的旋转运动，根据丝杠螺母传动原理，滚珠丝杠8旋转时，与滚珠螺母10固连的偏心电池块24会随滚珠螺母10一起沿滚珠丝杠8做直线运动，通过控制轴向调节电机22输出轴转过的角度，实现轴心的轴向位置调节。
结合图1和图3，端盖1、16分别装有中心轴支撑法兰2、17，中心轴支撑法兰2内开有螺纹孔，中心轴26左端与中心轴支撑法兰2的螺纹孔进行螺纹连接，形成螺纹副，并利用紧定螺钉3进行防松处理，限制中心轴26的转动。中心轴26上装有中心轮4，并通过键33限制中心轮4的旋转运动，长套筒5两端分别与中心轮4和角接触球轴承27接触，实现中心轮4的轴向定位。这样中心轮4、中心轴26与两端盖1、16实现了固定连接，相对于机器人本体固定不动。支撑盘20、30中心处分别装有中心轴轴承支座21、28，支座内装有角接触球轴承27、34，并分别与中心轴26连接，使两支撑盘20、30可以绕中心轴26自由旋转。横滚调节电机29与支撑盘30固连。横滚调节电机29输出轴上装有行星齿轮31，并通过键32进行的定位。当横滚调节电机29输出转矩时，由于中心轴26固定不动，行星齿轮31带动支撑盘30绕中心轴26做旋转运动。
两支撑盘20、30由滚珠丝杠8通过角接触球轴承7、12和轴承座6、13进行连接，使两支撑盘20、30构成一个整体一起绕中心轴旋转。这样两支撑盘20、30，以及与两支撑盘固连的轴承支座6、13、21、28、角接触球轴承7、12、27、34、轴向调节电机21、横滚调节电机29和滚珠螺母10、滚珠丝杠8、偏心电池块24、连接件9、11、直线轴承23、25、齿轮15、18共同组成一个偏心机构，该偏心机构可以随支撑盘20、30一起绕中心轴26旋转。通过调节横滚调节电机29输出轴的旋转角度，就可以实现重心的横滚位置调节。
具体实施方式2：
结合图1、图4和图6，实施方式1中所述的由齿轮(18)、(15)组成的轴向调节齿轮传动以及由中心轮(4)和行星齿轮(31)组成的横滚调节齿轮传动可以改用由同步带轮(35)、(37)和同步带(36)组成的同步带传动，使传动更加平稳，减小传动过程中的噪声。
具体实施方式3：
结合图7，由于机器人的截面为圆形结构，所以为了最大限度的利用机器人内部空间，可以将实施方式1所述的偏心电池块(24)改成圆形偏心电池块(38)的结构，增大电池的容量，有利于提高水下机器人的续航能力。
Claims (9)
1.一种水下机器人重心调节装置，其特征是：在两个端盖之间固定中心轴，在中心轴上设置可以绕中心轴自由旋转的左支撑盘与右支撑盘，中心轴上设置偏心电池块，左右支撑盘之间设置有丝杠，丝杠上有滚珠螺母，滚珠螺母通过连接件与偏心电池块固连，右支撑盘上装有轴向调节电机，轴向调节电机输出轴与滚珠丝杠之间有轴向位置调节传动机构，左支撑盘上安装有横滚电机，横滚电机输出轴与中心轴之间有横滚位置调节传动机构。
2.根据权利要求1所述的一种水下机器人重心调节装置，其特征是：所述轴向位置调节传动机构是由安装在轴向调节电机输出轴上的第一齿轮与安装在滚珠丝杠上的第二齿轮形成的齿轮传动机构。
3.根据权利要求1或所述的一种水下机器人重心调节装置，其特征是：所述横滚位置调节传动机构由固定在中心轴左端的中心轮和安装在横滚电机输出轴上的行星齿轮构成。
4.根据权利要求1或2所述的一种水下机器人重心调节装置，其特征是：所述轴向调节电机带有具有自锁功能的蜗轮蜗杆减速箱。
5.根据权利要求3所述的一种水下机器人重心调节装置，其特征是：所述轴向调节电机带有具有自锁功能的蜗轮蜗杆减速箱。
6.根据权利要求1或2所述的一种水下机器人重心调节装置，其特征是：所述的横滚电机带有具有自锁功能的蜗轮蜗杆减速箱。
7.根据权利要求3所述的一种水下机器人重心调节装置，其特征是：所述的横滚电机带有具有自锁功能的蜗轮蜗杆减速箱。
8.根据权利要求4所述的一种水下机器人重心调节装置，其特征是：所述的横滚电机带有具有自锁功能的蜗轮蜗杆减速箱。
9.根据权利要求5所述的一种水下机器人重心调节装置，其特征是：所述的横滚电机带有具有自锁功能的蜗轮蜗杆减速箱。
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