CN104554677B - 一种稳定下潜装置及具有该装置的水下无人潜航器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水中兵器与海洋工程技术领域，具体涉及一种水下无人潜航器用稳定下潜装置，其包括电机、直线滑轨、移动压载、前端光电限位开关、后端光电限位开关和电机控制板；电机与直线滑轨连接，移动压载安装于直线滑轨上，并可在直线滑轨上前后滑动；直线滑轨前后两端分别设置有前端光电限位开关和后端光电限位开关，移动压载位于前端光电限位开关和后端光电限位开关之间；电机、直线滑轨与前端光电限位开关或后端光电限位开关构成闭环控制回路。本发明适用于解决水下无人潜航器稳定下潜装置的设计和工程应用问题，通过沿潜航器轴线移动压载的方式，实现潜航器俯仰姿态的调整，进而实现预定航速潜航器的下潜。
Description
技术领域
本发明属于水中兵器与海洋工程技术领域，具体地说，涉及一种稳定下潜装置及具有该装置的水下无人潜航器，适用于解决水下无人潜航器稳定下潜装置的设计和工程应用问题。
背景技术
我国已进入大规模、多方式开发利用海洋，并推进海洋经济发展方式转变的新时期，科技兴海已经进入新的历史阶段，海洋环境观探测是我国科技兴海和巩固海防过程中的重要研究内容。
水下无人潜航器是海洋环境观探测的重要手段，与传统的海洋研究调查与观测作业方式相比，有着测量成本低、扩展性能强、测量范围大、受海况影响小、探测数据保真效果好等特点，是能源、推进、通信、导航、控制、流体、机械等多学科的综合应用成果。下潜是水下无人潜航器工作的首要动作，是水下无人潜航器工作流程的重要环节，也是水下无人潜航器研究内容的重要组成部分。国内外主要利用前置舵、后舵、矢量推进、压载水舱、垂直推进等方法解决水下无人潜航器的稳定下潜问题。在实际应用中，上述方法尚不能满足现有的设计使用需求，主要体现在上述方法中压载水舱适用于大型潜航器，不适用于小型潜航器；垂直推进、前置舵、后舵、矢量推进等方法需要增加复杂的机构，不适用于小型潜航器。所以需要寻求一种不增加舵机、不改变水下无人潜航器总体布局前提下的稳定下潜方法及装置，用于解决上述问题。
发明内容
为解决上述技术问题，设计了一种稳定下潜装置和下潜方法，及具有该装置的水下无人潜航器，可实现水下无人潜航器的稳定下潜，可直接应用于水下无人潜航器的设计和工程实现。
本发明所述的一种稳定下潜装置，包括电机、直线滑轨、移动压载、前端光电限位开关、后端光电限位开关和电机控制板；电机与直线滑轨连接，电机转轴通过平键与直线滑轨的转轴连接，所述移动压载安装于直线滑轨上，并可在直线滑轨上前后滑动；直线滑轨前后两端分别设置有前端光电限位开关和后端光电限位开关，移动压载位于前端光电限位开关和后端光电限位开关之间；电机、直线滑轨与前端光电限位开关或后端光电限位开关分别构成闭环控制回路；电机控制板安装于直线滑轨上，实现对电机的驱动与控制。
进一步地，所述移动压载包括移动滑块、压载安装座和可调移动压载，移动滑块与直线滑轨连接，压载安装座与移动滑块固定连接，可调移动压载安装在压载安装座上。通过可调移动压载可以调节移动压载的重量，调整其稳定下潜效果。
本发明同时提供了一种水下无人潜航器，具有：潜航器主体，安装于潜航器主体的上述的稳定下潜装置。
进一步地，水下无人潜航器具有位于潜航器内部的用于安装稳定下潜装置的安装架，稳定下潜装置固定于潜航器内部安装架上，直线滑轨平行于潜航器轴线方向。
再进一步地，所述直线滑轨上还安装有航空接插件，航空接插件提供稳定下潜装置与外部控制单元的连接。
本发明进一步提供了稳定下潜装置的下潜方法：水下无人潜航器通过速度控制在水面运行，至预设下潜速度Vx后，潜航器控制移动压载前向运动，无人潜航器下俯潜水；潜水至预定深度后，无人潜航器发送控制命令至电机控制板，控制稳定下潜装置后向运动，无人动力平台平衡后，下潜控制流程结束。
移动压载安装在潜航器内部，可以沿潜航器轴线前后移动，可用于实现潜航器俯仰姿态的调整。潜航器在非下潜状态下时，移动压载位于沿轴线位置后端；潜航器实现下潜时，潜航器首先预航行至一定速度后，稳定下潜装置自动调整移动压载至沿轴线位置前端，实现潜航器俯仰姿态变化，实现稳定下潜。
本发明稳定下潜装置采用模块化设计，通过螺栓安装于水下无人潜航器控制舱体内，通过电机控制板控制并驱动电机运行，电机带动移动压载沿直线滑轨运动，通过前端光电限位开关、后端光电限位开关实现移动压载运行位置检测。由电机、直线滑轨、前端光电限位开关或后端光电限位开关构成闭环控制回路，完成移动压载位置的准确调整，实现潜航器俯仰姿态控制，进而实现潜航器稳定下潜。
本发明区别其他下潜方法及相关装置的特点为：通过沿潜航器轴线移动压载的方式，实现潜航器俯仰姿态的调整，进而实现预定航速潜航器的下潜。可应用于水下无人潜航器下潜操控及相关场合。
在实际应用过程中，水下无人潜航器需预先航行至预设稳定航速，稳定下潜装置接收水下无人潜航器指令后动作实现下潜，同时，可通过调整移动压载重量和前端光电限位开关、后端光电限位开关位置，将水下无人潜航器在下潜过程中的俯角调整至合适状态，以满足不同的应用场合需求。
附图说明
图1为本发明水下无人潜航器用稳定下潜装置的结构示意图；
图2为图1的A向视图；
图3为稳定下潜装置在水下无人潜航器中的布置图；
图4为本发明水下无人潜航器的下潜控制流程框图。
其中：1、潜航器主体；2、稳定下潜装置；3、安装架；4、螺栓；5、电机；6、前端光电限位开关；7、移动滑块；8、压载安装座；9、可调移动压载；10、固定件；11、直线滑轨；12、后端光电限位开关；13、电机控制板；14、航空接插件。
具体实施方式
以下结合附图和实施例具体说明本发明。
实施例1
本发明一种稳定下潜装置，包括电机5、电机控制板13、直线滑轨11、移动压载，以及用于极限位置检测的前端光电限位开关6和后端光电限位开关12；电机5由电机控制板13驱动与控制，电机5与直线滑轨11连接，移动压载安装于直线滑轨11上，并可在直线滑轨11上前后滑动；直线滑轨前后两端分别设置有前端光电限位开关6和后端光电限位开关12，移动压载位于前端光电限位开关6和后端光电限位开关12之间；电机5、直线滑轨11与前端光电限位开关6或后端光电限位开关12分别构成闭环控制回路。
其中：移动压载包括移动滑块7、压载安装座8和可调移动压载9，移动滑块7与直线滑轨11连接，压载安装座8与移动滑块7固定连接，可调移动压载9安装在压载安装座8上。
实施例2
如图1-3所示，一种水下无人潜航器，具有：潜航器主体1，位于潜航器内部的用于安装稳定下潜装置的安装架3，通过螺栓4固定于安装架3上的稳定下潜装置2，稳定下潜装置2包括电机5、电机控制板13、直线滑轨11、移动压载，以及用于极限位置检测的前端光电限位开关6和后端光电限位开关12；直线滑轨11平行于潜航器主体轴线方向；电机5由电机控制板13驱动与控制，电机5与直线滑轨11连接，移动压载安装于直线滑轨11上，并可在直线滑轨11上前后滑动；直线滑轨前后两端分别设置有前端光电限位开关6和后端光电限位开关12，移动压载位于前端光电限位开关6和后端光电限位开关12之间；电机5、直线滑轨11与前端光电限位开关6或后端光电限位开关12分别构成闭环控制回路。其中：移动压载包括移动滑块7、压载安装座8和可调移动压载9，移动滑块7与直线滑轨11连接，压载安装座8与移动滑块7固定连接，可调移动压载9安装在压载安装座8上。
水下无人潜航器下潜控制流程为：如图4所示，水下无人潜航器通过调整主推电机控制器调整电机转速，并通过惯性导航系统检测水下无人潜航器航速，潜航器航行至预设速度后，潜航器自主控制稳定下潜装置的移动压载前向运动至前端，潜航器下俯潜水；潜水至预定深度后，无人潜航器发送控制命令至电机控制板，控制稳定下潜装置后向运动，无人动力平台平衡后，下潜控制流程结束。水下无人潜航器稳定下潜装置2可由电机5提供动力，直线滑轨11提供传动与导向，实现移动压载沿水下无人潜航器1轴线方向前后运动，并由前端光电限位开关6、后端光电限位开关12实现前端、后端限位。移动压载沿水下无人潜航器1轴线方向的移动，可实现水下无人潜航器1俯仰姿态的调整，水下无人潜航器1在非下潜状态下时，移动压载位于沿轴线位置后端(附图1中位置C)，水下无人潜航器1处于平衡状态；潜航器实现下潜时，潜航器首先预航行至一定速度后，稳定下潜装置自动调整移动压载至沿轴线位置前端(附图1中位置B)，水下无人潜航器1向下俯冲，实现稳定下潜。
此外，直线滑轨11上设有航空接插件14，航空接插件14提供稳定下潜装置2与外部控制单元的连接。
以上所述仅为发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种稳定下潜装置，其特征在于，包括电机(5)、电机控制板(13)、直线滑轨(11)、移动压载，以及用于极限位置检测的前端光电限位开关(6)和后端光电限位开关(12)；所述电机(5)由电机控制板(13)驱动与控制，所述电机(5)与直线滑轨(11)连接，所述移动压载安装于直线滑轨(11)上，并可在直线滑轨(11)上前后滑动；所述移动压载包括移动滑块(7)、压载安装座(8)和可调移动压载(9)，所述移动滑块(7)与直线滑轨(11)连接，所述压载安装座(8)与移动滑块(7)固定连接，所述可调移动压载(9)安装在压载安装座(8)上；所述直线滑轨前后两端分别设置有前端光电限位开关(6)和后端光电限位开关(12)，所述移动压载位于前端光电限位开关(6)和后端光电限位开关(12)之间；所述电机(5)、直线滑轨(11)与前端光电限位开关(6)或后端光电限位开关(12)分别构成闭环控制回路；所述稳定下潜装置安装于水下无人潜航器内部；
所述水下无人潜航器通过速度控制在水面运行，至预设下潜速度Vx后，潜航器控制稳定下潜装置的移动压载前向运动，无人潜航器下俯潜水；
潜水至预定深度Hx后，无人潜航器发送控制命令至电机控制板，控制稳定下潜装置后向运动，无人动力平台平衡后，下潜控制流程结束。
2.一种水下无人潜航器，其特征在于，具有：潜航器主体，安装 于潜航器主体的权利要求1所述的稳定下潜装置；安装架(3)，位于潜航器内部用于固定所述稳定下潜装置；所述直线滑轨(11)平行于潜航器轴线方向，所述直线滑轨(11)上安装有航空接插件(14)，所述航空接插件(14)与外部控制单元连接；
所述水下无人潜航器通过速度控制在水面运行，至预设下潜速度Vx后，潜航器控制稳定下潜装置的移动压载前向运动，无人潜航器下俯潜水；
潜水至预定深度Hx后，无人潜航器发送控制命令至电机控制板，控制稳定下潜装置后向运动，无人动力平台平衡后，下潜控制流程结束。
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