CN104773272B - 一种作业型水下机器人重心调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种作业型水下机器人重心调节装置，涉及水下机器人应用领域，旨在为水下机器人系统提供一种可靠的有效的重心调节装置，以平衡水下机器人系统作业时因机械手展开而产生的倾覆力矩或调节水下机器人的运动姿态，通过步进电机经一级锥齿轮传动，利用丝杠螺母传动原理调节重块的位置，位置检测传感器随重块一同运动，可以实时检测重块在密封筒体内的位置。本发明充分利用了水下机器人本体内部的有效空间，可以用于控制水下机器人的作业平衡与运动姿态，实现水下机器人的俯仰姿态控制或横滚姿态控制，且具有体积小，结构紧凑、可靠，调节精度高的优点，适用于作业型水下机器人作业平衡与姿态控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种重心调节装置，尤其涉及一种作业型水下机器人重心调节装置。
背景技术
水下机器人是现代海洋环境监测及资源开发的重要工具；随着对其工作范围，作业要求的不断提高，对其作业性能也提出了更高的要求。用于作业过程中机械手的运动变化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不能保持稳定的姿态，影响其作业能力。另外，水下机器人在运动过程中往往需要调节自身的俯仰姿态和横滚姿态，这些都可以通过调节水下机器人的重心位置来实现。
目前水下机器人重心位置的调节主要有调拨液体方式和移动重块两种方式，其本质均为改变水下机器人内部的质量分布，达到调节其重心位置的目的，调拨液体方式主要是在水下机器人艏艉或者左右舷布置压载水舱，占用体积较大，需用重量较重的换向阀门，目前主要应用在较大型水下机器人或潜艇上。移动重块方式是通过改变机器人内部重块的位置达到改变重心位置的目的，本专利亦是采用上述方式，在中国专利“一种水下机器人重心调节装置(公开号CN102145740A)”中提到了一种用于观测型水下机器人姿态调节重心调节装置，其特点是将重心调节的纵倾调节与横倾调节设计成一套装置，这种设计增加了调节系统的复杂程度同时降低了系统的可靠性，同时该设计应用于观测型水下机器人，横滚调节范围要求不高的场合，对于作业型水下机器人有必要研制分别调节俯仰、横滚姿态调节的重心调节装置，且需要考虑到装置的体积。
发明内容
本发明的目的是为了实现水下机器人在俯仰和横滚两个方向上的重心调节，平衡水下作业机械手展开运动过程中造成的系统重心变化，调节水下机器人的运动姿态，为水下机器人提高作业性能提供条件而提供一种作业型水下机器人重心调节装置。
本发明的目的是这样实现的：包括密封前端盖、密封后端盖和设置在密封前端盖与密封后端盖之间的密封桶体，密封桶体内部设置底板，底板的两端分别设置前轴承座支撑架和后轴承座支撑架，前轴承座支撑架上安装前轴承座，后轴承支撑架上安装后轴承座，在前轴承座和后轴承座之间安装有滚珠丝杠，滚珠丝杠上套装有丝杠螺母，滚珠丝杠的前端套装有轴套，轴套上套装有第一锥齿轮，所述底板上还安装有电机固定架，电机固定架上安装有步进电机，步进电机的输出轴上套装有第二锥齿轮，且第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，所述丝杠螺母上固连有主重块，主重块通过紧固件与托架相连，托架下端固连有滑块，所述底板上还设置有直线导轨，滑块安装在直线导轨上，托架的端面上还设置有检测传感器读数头，所述底板的端面设置有度数尺，且所述度数尺位于检测传感器读数头的正下方。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述密封桶体与密封前端盖的连接方式是：密封前端盖的侧面与密封筒体的内壁间隙配合，且密封前端盖与密封桶体的之间设置O型密封圈，密封前端盖的侧面开有V型槽，密封筒体在对应位置开螺纹孔，在所述螺纹孔与V型槽内设置有用于轴向定位的顶丝，密封前端盖的端面开螺纹孔并加装水密连接器，密封桶体与密封后端盖的连接方式与密封桶体与密封前端盖的连接方式相同。
2.所述主重块的两端还分别设置有第一附加重块和第二附加重块。
3.所述密封前端盖和密封后端盖的外部分别设置有便于拆卸的吊环螺丝。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用1:1直角锥齿传动，最大程度上利用了有限空间，使被调重块的行程增大，同时调节速度快。采用滚珠丝杠螺母副移动重块，传动效率高，定位精度高，使用寿命长，无侧隙。本发明使重块与丝杆浮动连接，重量承载在直线导轨上，避免因滚珠丝杆承载重量发生形变影响传动，同时也降低了滚珠丝杆的直径，减轻了系统重量。附加重块可拆卸，使用时可视具体情况决定是否加装，调节范围、单位距离调节能力灵活可变。本发明可以通过在作业型水下机器人上的安装位置的不同，实现俯仰、横滚姿态的调整。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明密封桶体内部的结构示意图；
图3是图1中I部分的局部放大图；
图4是重图1中II部分的局部放大图；
图5是本发明的主重块的主视图；
图6是本发明的重块部分及位置检测部分结构示意图(主重块与附加重块沿图5中截面A-A剖开)。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图6，本发明包括密封前端盖1、密封后端盖22和设置在密封前端盖1与密封后端盖22之间的密封桶体4，密封桶体4内部设置底板26，底板26的两端分别设置前轴承座支撑架40和后轴承座支撑架24，前轴承座支撑架40上安装前轴承座13，后轴承支撑架24上安装后轴承座18，在前轴承座13和后轴承座18之间安装有滚珠丝杠14，滚珠丝杠14上套装有丝杠螺母32，滚珠丝杠14的前端套装有轴套12，轴套12上套装有第一锥齿轮10，所述底板26上还安装有电机固定架8，电机固定架8上安装有步进电机7，步进电机7的输出轴上套装有第二锥齿轮9，且第一锥齿轮10与第二锥齿轮9啮合，所述丝杠螺母32上固连有主重块16，主重块16通过紧固件33与托架31相连，托架31下端固连有滑块30，所述底板上26还设置有直线导轨27，滑块30安装在直线导轨27上，托架31的端面上还设置有检测传感器读数头29，所述底板26的端面设置有度数尺35，且所述度数尺35位于检测传感器读数头29的正下方。
所述密封桶体4与密封前端盖1的连接方式是：密封前端盖1的侧面与密封筒体4的内壁间隙配合，且密封前端盖1与密封桶体4的之间设置O型密封圈3，密封前端盖1的侧面开有V型槽，密封筒体4在对应位置开螺纹孔，在所述螺纹孔与V型槽内设置有用于轴向定位的顶丝2，密封前端盖1的端面开螺纹孔并加装水密连接器5，密封桶体4与密封后端盖22的连接方式与密封桶体4与密封前端盖1的连接方式相同。
所述主重块16的两端还分别设置有第一附加重块15和第二附加重块17。
所述密封前端盖1和密封后端盖22的外部分别设置有便于拆卸的吊环螺丝21。
本发明还可以按部分进行划分，具体如下：包括密封外壳部分，承载部分、电机传动部分、重块部分和位置检测部分，密封外壳采用径向密封，电机传动部分采用丝杠螺母机构，重块部分径向浮动可调节，位置检测部分磁头与重块固连。
所述装置密封外壳部分，密封前端盖1侧面与密封筒体4内壁间隙配合，密封前端盖1侧面开凹型槽，利用O型密封圈3径向密封，密封前端盖1侧面开V型槽，密封筒体4在对应位置开螺纹孔，利用顶丝2使密封前端盖1轴向限位，密封前端盖1端面开螺纹孔加装水密连接器5用于装置与外界电气连接，密封后端盖22侧面与密封筒体内壁4间隙配合，密封后端盖22上开凹型槽，利用O型密封圈19径向密封，密封后端盖22侧面开V型槽，密封筒体4在对应位置开螺纹孔，利用顶丝20使密封后端盖22轴向限位，密封后端盖22端面加装吊环螺丝21以便于拆卸。
所述装置的承载部分，五个底支架25、28、34、36、43依次纵向排列，作为承载支架与底板26固连，也即在底板26与密封桶体4之间设置有五个用于支撑的底支架25、28、34、36、43，其中位于两侧底支架25与底支架43与密封筒体4材料相同，均为6061铝合金，焊接固连。底支架25、底支架43通过螺钉与底板固连，位于中部的三个底支座28、34、D6不与底板焊接，直接通过螺钉与底板26相连。
所述装置的电机传动部分，步进电机7通过固定螺钉6与电机固定架8固连，同时电机固定架8通过螺栓组与底板26固连，步进电机7轴端安装有第二锥齿轮9，第二锥齿轮9与安装在滚珠丝杠14轴端的轴套12上的第一锥齿轮10啮合，构成锥齿轮传动机构，轴承座支撑架40、24的底部分别通过螺栓与底板26固连、顶部通过螺栓分别与前后轴承座13、18固连，滚珠丝杠14分别与前轴承座13内的角接触球轴承38、39，后轴承座18内的深沟球轴承23配合，滚珠丝杠14的轴向位置由轴套37、螺母42限定，角接触球轴承38的内圈由轴套37限定、外圈由对应的轴承座内孔凸缘限位，角接触球轴承39内圈由轴套41限位、外圈由透盖44限定，透盖44与前轴承座13固连，第一锥齿轮10通过锁紧螺钉11顶紧滚珠丝杠14轴端D型槽轴向固定，依靠与螺母42端面顶紧的轴套12的左侧凸缘轴向定位。
所述的装置的重块部分，主重块16与两个附加重块15、17通过连接件可拆性固连，使用时可视具体情况决定是否安装附加重块，主重块16上内孔径大于丝杠螺母32外径，连接处被连接件的孔径包括主重块连接孔、螺母安装孔亦大于连接螺栓大径，主重块16的径向位置浮动可调节，重量不撑载在滚珠丝杠14上，此外主重块16通过紧固件33与托架31固连，托架31通过螺钉与滑块30固连，直线导轨27通过螺钉与底板26固连。
所述装置的位置检测部分，位置检测传感器读数头29通过螺钉与托架31固连，在底板26相应位置读数头正下方开槽加装度数尺35，当主重块16移动时，位置检测读数头29也随之在度数尺35的正上方移动，进而检测到主重块16的位置。
本发明的工作原理为：当步进电机7输出转速时，经过两个锥齿轮9和10，带动滚珠丝杠14旋转，由于于托架31与直线导轨副限制了主重块16绕滚珠丝杠14的转动，主重块16通过螺栓组与丝杠螺母32轴向固连可沿中心轴线45上移动，达到调节重心的目的。此外，本发明可以通过在作业型水下机器人上的安装位置的不同，实现俯仰、横滚姿态的调整，具体的说将本发明水平方向安装在作业型水下机器人上，可以实现对横滚姿态的调整，将本发明纵向安装在作业型水下机器人上，可以实现对俯仰姿态的调整。
Claims (5)
1.一种作业型水下机器人重心调节装置，包括密封前端盖、密封后端盖和设置在密封前端盖与密封后端盖之间的密封桶体，密封桶体内部设置底板，底板的两端分别设置前轴承座支撑架和后轴承座支撑架，前轴承座支撑架上安装前轴承座，后轴承支撑架上安装后轴承座，在前轴承座和后轴承座之间安装有滚珠丝杠，滚珠丝杠上套装有丝杠螺母，其特征在于：滚珠丝杠的前端套装有轴套，轴套上套装有第一锥齿轮，所述底板上还安装有电机固定架，电机固定架上安装有步进电机，步进电机的输出轴上套装有第二锥齿轮，且第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，所述丝杠螺母的轴向的侧面通过螺栓组固连有主重块，且主重块的内孔径大于丝杠螺母的外径，在丝杠螺母与主重块的连接处的孔径包括主重块的连接孔、丝杠螺母的安装孔，主重块的连接孔、丝杠螺母的安装孔的孔径大于螺栓组的大径，主重块通过紧固件与托架相连，托架下端固连有滑块，所述底板上还设置有直线导轨，滑块安装在直线导轨上，托架的端面上还设置有检测传感器读数头，所述底板的端面设置有度数尺，且所述度数尺位于检测传感器读数头的正下方。
2.根据权利要求1所述的一种作业型水下机器人重心调节装置，其特征在于：所述密封桶体与密封前端盖的连接方式是：密封前端盖的侧面与密封筒体的内壁间隙配合，且密封前端盖与密封桶体的之间设置O型密封圈，密封前端盖的侧面开有V型槽，密封筒体在对应位置开螺纹孔，在所述螺纹孔与V型槽内设置有用于轴向定位的顶丝，密封前端盖的端面开螺纹孔并加装水密连接器，密封桶体与密封后端盖的连接方式与密封桶体与密封前端盖的连接方式相同。
3.根据权利要求1或2所述的一种作业型水下机器人重心调节装置，其特征在于：所述主重块的两端还分别设置有第一附加重块和第二附加重块。
4.根据权利要求1或2所述的一种作业型水下机器人重心调节装置，其特征在于：所述密封前端盖和密封后端盖的外部分别设置有便于拆卸的吊环螺丝。
5.根据权利要求3所述的一种作业型水下机器人重心调节装置，其特征在于：所述密封前端盖和密封后端盖的外部分别设置有便于拆卸的吊环螺丝。
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