CN104443318A - 一种水下机器人平衡控制运动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下机器人平衡控制运动机构。它包括定位安装模块、箱体模块、浮力球模块，所述定位安装模块固定在箱体模块的下面，浮力球模块安装在箱体模块的两端壁上；所述箱体模块内装有一个步进电机经一个齿轮齿条传动装置的传动而左右运动，从而改变浮力球模块中的两个浮力球的体积大小。本运动机构安装方便，适用性强，响应快，能实时根据机器人状态改变其浮心，增强器稳定性和抗干扰性，而且能实现主动倾斜并保持平衡。

Description

一种水下机器人平衡控制运动机构
技术领域
本发明涉及一种水下机器人的平衡控制，特别是一种水下机器人平衡控制运动机构，属于机器人技术领域。
背景技术
水下机器人在水下环境中工作过程中，其平衡以及抗干扰性极其重要，直接影响到工作的效率和效果。目前已经有很多对水下机器人的平衡控制的研究，主要有：通过加大机器人的标心距增强其抗干扰性，即增大机器人的重心和浮心的举例；通过机器人内部重力块的移动改变重心位置，形成回复力矩。但是，对于超小型水下机器人而言，其本身体积较小，所以其标心距的最大范围和重力块在其内部的移动距离都受到限制，无法形成较大的回复力矩。本自平衡系统采用机器人两侧浮力大小变化的方法，形成对机器人的回复力矩，以增强其抗干扰性，具有回复力矩大，通用型强的优点。
发明内容
本发明的目的在于增强超小型水下机器人在水下工作过程中的稳定性和抗干扰性，提供一种水下机器人平衡控制运动机构，能根据水下机器人实时平衡状态状态做出反应，使其恢复平衡。
为达到上述目的，本发明的构思是：在水下机器人上安装一个角度传感器，两侧分别安装一个浮力球，通过读取传感器的数据，控制两球体积的大小形成不同的浮力差，从而形成一个对机器人的扭转力矩，使倾斜的机器人回复平衡。
根据上述构思，本发明采用如下技术方案：
一种水下机器人平衡控制运动机构，包括定位安装模块、箱体模块和浮力球模块，其特征在于：所述定位安装模块固定在箱体模块的下面，浮力球模块安装在箱体模块的两端壁上；所述箱体模块内装有一个步进电机经一个齿轮齿条传动装置的传动而左右运动，从而改变浮力球模块中的两个浮力球的体积大小。
所述箱体模块通过螺钉固定在定位安装模块上，浮力球模块通过螺钉固定在箱体模块上；所述定位安装模块包括底板、底板定位块、调节螺钉、锁紧块和定位螺钉；所述底板定位模块通过螺钉紧固在底板上；调节螺钉与底板定位模块通过螺纹配合，锁紧块通过定位螺钉通过间隙配合固定于调节螺钉上。
所述箱体模块包括防水箱、步进电机、步进电机安装座、中间轴、齿条套、两个轴承座，两个铜套；所述防水箱通过螺钉固定在定位安装模块的底板上，步进电机通过螺钉固定在步进电机安装座上，步进电机安装座通过螺钉安装在防水箱底面上；两个铜套分别通过过盈配合安装在两个轴承座上，两个轴承座通过螺纹连接固定在防水箱的两个侧面上；齿条套通过紧定螺钉固定在中间轴上，中间轴与铜套间隙配合。
所述浮力球模块包括两个浮力球，两个浮力球端盖，两个内压紧片，两个外压紧片和若干O型圈；两个浮力球分别通过螺钉连接安装于所述中间轴的两端；浮力球端盖通过所述防水箱侧壁与轴承座螺纹连接，然后与浮力球密封配合；内、外压紧片分别位于浮力球外端的内侧和外侧，通过螺钉和螺母压紧；压紧片上有与O型圈对应的槽，O型圈分别安装于两个压紧片的槽内。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
本系统为超小型水下机器人的辅助系统，安装方便，不用改变机器人本身系统，适用性高；该系统能实时根据机器人状态改变其浮心，增强器稳定性和抗干扰性，而且能实现主动倾斜并保持平衡。
附图说明
图1是本机构的总体示意图
图2是定位安装模块、箱体模块、浮力球模块示意图
图3是定位安装模块示意图
图4是箱体模块示意图
图5是浮力球模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
参见图1-图5，本水下机器人平衡控制运动机构，包括定位安装模块1、箱体模块2和浮力球模块3，其特征在于：所述定位安装模块1固定在箱体模块2的下面，浮力球模块3安装在箱体模块2的两端壁上；所述箱体模块2内装有一个步进电机11经一个齿轮齿条传动装置的传动而左右运动，从而改变浮力球模块3中的两个浮力球17的体积大小。
实施例一：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：所述安装模块1包括底板4、底板定位块5、调节螺钉6、锁紧块7、定位螺钉8、八个螺钉9；所述锁紧块7通过定位螺钉8和调节螺钉6固定在地板定位块5上，底板定位块5通过八个螺钉9固定在底板4上。所述箱体模块2由防水箱10、步进电机11、步进电机安装座12、中间轴13、齿条套14、两个轴承座15，两个铜套16；所述防水箱10固定在定位安装模块1的底板4上，步进电机11固定在步进电机安装座12上，步进电机安装座12安装在防水箱10上；步进电机11的输出轴上固定一个齿轮与一个齿条套14上的齿条啮合，构成所述齿轮齿条传动装置；两个铜套16分别安装在两个轴承座15上，两个轴承座15连接固定在防水箱10的两个侧面上；齿条套14固定在中间轴13上，中间轴13与铜套16间隙配合。所述浮力球模块3包括两个浮力球17，两个浮力球端盖18，两个内压紧片19，两个外压紧片20、若干O型圈21、若干螺钉22和若干螺母23；两个浮力球17分别安装于所述中间轴13的两端；浮力球端盖18通过所述防水箱10侧壁与轴承座15螺纹连接，然后与浮力球17密封配合；内压紧片19、外压紧片20分别位于浮力球17外端的内侧和外侧，通过螺钉22和螺母23压紧；压紧片上有与O型圈21对应的槽，O型圈21分别安装于两个压紧片19、20的槽内。
实施例三：
如图1-图5所示，一种水下机器人平衡控制运动机构，包括定位安装模块1、箱体模块2和浮力球模块3；所述定位安装模块1包括底板4、底板定位块5、调节螺钉6、锁紧块7、定位螺钉8、八个螺钉9；所述锁紧块7通过定位螺钉8和调节螺钉6固定在地板定位块5上，底板定位块5通过八个螺钉9固定在底板4上；所述箱体模块2防水箱10、步进电机11、步进电机安装座12、中间轴13、齿条套14、两个轴承座15，两个铜套16；所述防水箱10通过螺钉固定在定位安装模块1的底板4上，步进电机11固定在步进电机安装座12上，步进电机安装座12安装在防水箱10上；两个铜套16分别安装在两个轴承座15上，两个轴承座15连接固定在防水箱10的两个侧面上；齿条套14固定在中间轴13上，中间轴13与铜套16间隙配合；所述浮力球模块3包括两个浮力球17，两个浮力球端盖18，两个内压紧片19，两个外压紧片20、若干O型圈21、若干螺钉22和若干螺母23；两个浮力球17分别安装于所述中间轴13的两端；浮力球端盖18通过所述防水箱10侧壁与轴承座15螺纹连接，然后与浮力球17密封配合；内压紧片19、外压紧片20分别位于浮力球17外端的内侧和外侧，通过螺钉22和螺母23压紧；压紧片上有与O型圈21对应的槽，O型圈21分别安装于两个压紧片19、20的槽内。
本发明工作原理：机械和硬件平台搭建完成后，利用单片机应用系统及步进电机驱动电路板，编制控制程序，不断采集倾斜传感器的数据，并以此控制步进电机的启停，正传，反转，改变系统浮心位置。机器人的姿态实时通过传感器采集数据，显示在单片机系统的数码管上，并通过无线模块发送给上位机，以表格和曲线的形式表示其姿态变化过程，以便分析。

Claims (4)

1.一种水下机器人平衡控制运动机构，包括定位安装模块（1）、箱体模块（2）和浮力球模块（3），其特征在于：所述定位安装模块（1）固定在箱体模块（2）的下面，浮力球模块（3）安装在箱体模块（2）的两端壁上；所述箱体模块（2）内装有一个步进电机（11）经一个齿轮齿条传动装置的传动而左右运动，从而改变浮力球模块（3）中的两个浮力球（17）的体积大小。
2.根据权利要求1所述的水下机器人平衡控制运动机构，其特征在于：所述安装模块（1）包括底板（4）、底板定位块（5）、调节螺钉（6）、锁紧块（7）、定位螺钉（8）、八个螺钉（9）；所述锁紧块（7）通过定位螺钉（8）和调节螺钉（6）固定在地板定位块（5）上，底板定位块（5）通过八个螺钉（9）固定在底板（4）上。
3.根据权利要求2所述的水下机器人平衡控制运动机构，其特征在于：所述箱体模块（2）由防水箱（10）、步进电机（11）、步进电机安装座（12）、中间轴（13）、齿条套（14）、两个轴承座（15），两个铜套（16）；所述防水箱（10）固定在定位安装模块（1）的底板（4）上，步进电机（11）固定在步进电机安装座（12）上，步进电机安装座（12）安装在防水箱（10）上；步进电机（11）的输出轴上固定一个齿轮与一个齿条套（14）上的齿条啮合，构成所述齿轮齿条传动装置；两个铜套（16）分别安装在两个轴承座（15）上，两个轴承座（15）连接固定在防水箱（10）的两个侧面上；齿条套（14）固定在中间轴（13）上，中间轴（13）与铜套（16）间隙配合。
4.根据权利要求3所述的水下机器人平衡控制运动机构，其特征在于：所述浮力球模块（3）包括两个浮力球（17），两个浮力球端盖（18），两个内压紧片（19），两个外压紧片（20）、若干O型圈（21）、若干螺钉（22）和若干螺母（23）；两个浮力球（17）分别安装于所述中间轴（13）的两端；浮力球端盖（18）通过所述防水箱（10）侧壁与轴承座（15）螺纹连接，然后与浮力球（17）密封配合；内压紧片（19）、外压紧片（20）分别位于浮力球（17）外端的内侧和外侧，通过螺钉（22）和螺母（23）压紧；压紧片上有与O型圈（21）对应的槽，O型圈（21）分别安装于两个压紧片（19）、(20)的槽内。
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