CN102632978B - 应用于水下机器海豚的重心调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下仿生机器人技术领域，特别涉及一种重心调节装置。本发明公开了一种应用于水下机器海豚的重心调节装置，利用步进电机（3）正向及反向的转动，带动丝杠（1）转动，使与之啮合的丝杠螺母2移动，拖动滑块组前移实现重心的移动；编码器（4）记录丝杠（1）的旋转圈数和角速度，推算出滑块组的位置和平移速度。前限位开关（11）、后限位开关（12）用于实现滑块组的初始位置复位。本发明的重心调节装置的丝杠（1）和步进电机（3）所受径向负荷小，且本发明制作简单，控制方便，能够适应较大机器海豚三维运动重心调整的需求，在水质环境监测、水下设备检查等任务中具有重要的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水下仿生机器人技术领域，特别涉及一种重心调节装置。
背景技术
水下仿生机器人已经成为机器人学的研究热点。由于海豚在游动性能、减阻机制和探测等方面具有比鱼类更为卓越的性能，使它更适于成为研究对象。东京工业大学开发了两关节机器海豚，第一关节由电机驱动，第二关节与第一关节通过弹簧连接，无动力驱动。伊斯坦布尔科技大学研发了一种气动驱动的四关节机器海豚。北京大学研制了一种装配有机械鳍肢的机器海豚。中国科学院自动化研究所研发了一种小型机器海豚，通过安装于上壳的舵机带动摆锤运动的机器海豚重心改变方式实现三维运动；还研发了一种水面运动能够在线检测水质状况的机器海豚。从目前的现状来看，机器海豚三维运动研究较少，现有的通过舵机带动摆锤进行重心调整进而在尾部拍动运动的配合下实现三维运动的方式，舵机的转轴完全承受摆锤的重量，其承受力有限，所用摆锤的重量受到局限，随着机器海豚重量体积的增加，这种方式已经无法满足要求。为此，需要更加深入的研究简便易行、适合较大机器海豚三维运动需求的机器海豚重心调节装置。
发明内容
本发明的目的是：提供了一种水下机器海豚的重心调节装置，能够满足较大机器海豚三维运动重心调整的需求。
本发明的技术方案是：一种应用于水下机器海豚的重心调节装置，它包括：丝杠、丝杠螺母、滑块组、步进电机、编码器、编码器传动套件、L型固定架、左轴承杆、右轴承杆、底板、前立板、后立板、前限位开关以及后限位开关；
其中，所述滑块组包括：左直线轴承、右直线轴承、铜块、左固定楔和右固定楔；所述铜块通过所述左固定楔、右固定楔卡紧在所述左直线轴承和所述右直线轴承上；
其连接关系为：所述前立板和所述后立板竖直固定在水平放置的所述底板的前后两端，所述左轴承杆和所述右轴承杆的前后两端分别平行且水平固定在所述前立板和所述后立板上，所述滑块组中的所述左直线轴承、所述右直线轴承分别套装在所述左轴承杆和所述右轴承杆上；所述步进电机和所述编码器通过所述L型固定架固定在所述底板上，所述步进电机水平设置；所述丝杠同轴固定安装在所述步进电机的转轴输出端上；所述丝杆螺母与所述丝杠啮合在一起，所述丝杠螺母与所述滑块组的后端相连；所述前限位开关以及后所述限位开关固定在所述底板上，所述编码器传动套件连接所述丝杠和所述编码器的转轴。
机器海豚重心的前移，是步进电机通过正向转动，带动丝杠正向转动，使与之啮合的丝杠螺母前移，拖动滑块组前移实现的；其重心的后移，是步进电机通过反向转动，带动丝杠反向转动，使与之啮合的丝杠螺母后移，拖动滑块组后移实现的。
本发明的有益效果是：本发明的重心调节装置的丝杠和步进电机所受径向负荷小，该装置制作简单，控制方便，能够适应较大机器海豚三维运动重心调整的需求，在水质环境监测、水下设备检查等任务中具有重要的应用前景。
附图说明
图1为本发明主视图；
图2为本发明俯视图；
图3为本发明的剖视图。
其中，1-丝杠、2-丝杠螺母、3-步进电机、4-编码器、5-L型固定架、6-左轴承杆、7-右轴承杆、8-底板、9-前立板、10后立板、11-前限位开关、12-后限位开关、13-左直线轴承、14-右直线轴承、15-铜块、16-左固定楔、17-右固定楔、18-皮带、19-主动皮带齿轮、20-从动皮带齿轮。
具体实施方式
参见附图1、2、3，一种应用于水下机器海豚的重心调节装置，它包括：丝杠1、丝杠螺母2、滑块组、步进电机3、编码器4、编码器传动套件、L型固定架5、左轴承杆6、右轴承杆7、底板8、前立板9、后立板10、前限位开关11以及后限位开关12；
其中滑块组包括：左直线轴承13、右直线轴承14、铜块15、左固定楔16和右固定楔17；编码器传动套件包括：皮带18，主动皮带齿轮19和从动皮带齿轮20。
左轴承杆6、右轴承杆7的前后两端分别固定在前立板9、后立板上10，前立板9和后立板10固定在平直的底板8的前后两端；步进电机3和编码器4通过L型固定架5固定在底板8上，步进电机3轴向水平设置；丝杠1同轴固定安装在步进电机3的转轴输出端上；丝杆螺母2与丝杠1啮合在一起，丝杠螺母2与滑块组的后端相连。
由上述结构，机器海豚重心的前移，是步进电机3通过正向转动，带动丝杠1正向转动，使与之啮合的丝杠螺母2前移，拖动滑块组前移实现的；其重心的后移，是步进电机3通过反向转动，带动丝杠1反向转动，使与之啮合的丝杠螺母2后移，拖动滑块组后移实现的。
编码器4的转轴通过编码器传动套件和丝杆1连接，前限位开关11以及后限位开关12固定在底板8上；编码器传动套件的主动皮带齿轮19固定在丝杠1上并与皮带18啮合，从动皮带齿轮20固定在编码器4的转轴上并与皮带18啮合。
由上述结构，编码器传动套件的主动皮带齿轮19随丝杠1转动，带动与之啮合的皮带18运动，进而带动与皮带18啮合的从动皮带齿轮20转动，使编码器4的转轴随之转动，通过这样的方式，编码器4记录丝杠1的旋转圈数和角速度，这些信息可以推算出滑块组的位置和平移速度。前限位开关11、后限位开关12用于实现滑块组的初始位置复位。
所述滑块组有多数个铜块15，铜块15的个数与左固定楔16和右固定楔17的个数相同，铜块15通过左固定楔16、右固定楔17卡紧在左直线轴承13和右直线轴承14上；左直线轴承13、右直线轴承14分别套在左轴承杆6和右轴承杆7上。可以看出，滑块组的重力完全压在了左轴承杆6和右轴承杆7上，使得丝杠1和步进电机3所受的径向负荷小，且借助左直线轴承13和右直线轴承14的滑动，滑块组移动时所受摩擦阻力较小。
采用本发明所提供的方法设计了应用于水下机器海豚的重心调节装置。L型固定架5、底板8、前立板9、后立板10以及滑块组的左固定楔16和右固定楔17由铝合金制成；滑块组的铜块15由黄铜制成，左轴承杆6和右轴承杆7由10mm轴承钢棒截断而成；丝杠1为8mm直径、2mm螺距4线头的钢质丝杠，丝杆螺母2为与之配套的铜质零件；滑块组的左直线轴承13和右直线轴承14均LM10UU加长型滚珠直线轴承；步进电机3的型号为42BYG250A-SASSML，编码器4型号为KSWL-RD3806_1000BZ3/5-24，前限位开关11和后限位开关12均为OMRON EE-SX671红外对射管。
Claims (5)
1.一种应用于水下机器海豚的重心调节装置，其特征是，它包括：丝杠（1）、丝杠螺母（2）、滑块组、步进电机（3）、编码器（4）、编码器传动套件、L型固定架（5）、左轴承杆（6）、右轴承杆（7）、底板（8）、前立板（9）、后立板（10）、前限位开关（11）以及后限位开关（12）；
其中，所述滑块组包括：左直线轴承（13）、右直线轴承（14）、铜块(15)、左固定楔(16)和右固定楔(17)；所述铜块（15）通过所述左固定楔（16）、右固定楔（17）卡紧在所述左直线轴承（13）和所述右直线轴承（14）上；
其连接关系为：所述前立板（9）和所述后立板（10）竖直固定在水平放置的所述底板（8）的前后两端，所述左轴承杆（6）和所述右轴承杆（7）的前后两端分别平行且水平固定在所述前立板（9）和所述后立板（10）上，所述滑块组中的所述左直线轴承（13）、所述右直线轴承（14）分别套装在所述左轴承杆（6）和所述右轴承杆（7）上；所述步进电机（3）和所述编码器（4）通过所述L型固定架（5）固定在所述底板（8）上，所述步进电机（3）水平设置；所述丝杠（1）同轴固定安装在所述步进电机（3）的转轴输出端上；所述丝杠螺母（2）与所述丝杠（1）啮合在一起，所述丝杠螺母（2）与所述滑块组的后端相连；所述前限位开关（11）以及所述后限位开关（12）固定在所述底板（8）上，所述编码器传动套件连接所述丝杠（1）和所述编码器（4）的转轴。
2.一种如权利要求1所述的一种应用于水下机器海豚的重心调节装置，其特征是，所述前限位开关（11）和所述后限位开关（12）为红外对射管。
3.一种如权利要求1或2所述的一种应用于水下机器海豚的重心调节装置，其特征是，所述滑块组中的铜块(15)数量为两个或两个以上，所述铜块（15）的个数与所述左固定楔（16）和所述右固定楔（17）的个数相同。
4.一种如权利要求1或2所述的一种应用于水下机器海豚的重心调节装置，其特征是，所述编码器传动套件包括：皮带齿轮（18），主动皮带齿轮（19）和从动皮带齿轮（20）；所述主动皮带齿轮（19）固定在所述丝杠（1）上并与所述皮带齿轮（18）啮合，所述从动皮带齿轮（20）固定在所述编码器（4）的转轴上并与所述皮带齿轮（18）啮合。
5.一种如权利要求3所述的一种应用于水下机器海豚的重心调节装置，其特征是，所述编码器传动套件包括：皮带齿轮（18），主动皮带齿轮（19）和从动皮带齿轮（20）；所述主动皮带齿轮（19）固定在所述丝杠（1）上并与所述皮带齿轮（18）啮合，所述从动皮带齿轮（20）固定在所述编码器（4）的转轴上并与所述皮带齿轮（18）啮合。
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