CN106005328A - 用于机器水母的三维重心调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水下机器人领域，具体提供一种用于机器水母的三维重心调节装置。本发明旨在解决现有技术中的重心调节结构不能实现三维自由调节重心的问题。本发明的用于机器水母的三维重心调节装置包括一根导轨、两条悬臂和两个配重块，悬臂的一端可滑动地安装在导轨上，并且该悬臂可自由的绕导轨旋转，悬臂的另一端与配重块固定连接。由驱动装置驱动导轨实现上述动作，以实现本发明的用于机器水母的三维重心调节装置能够在三维立体空间内任意改变重心的位置。

Description

用于机器水母的三维重心调节装置
技术领域
本发明属于水下机器人领域，具体提供一种用于机器水母的三维重心调节装置。
背景技术
在现有技术中，大部分水下机器人都是通过外部推动机构实现其姿态的改变。但是，此方法不能实现对水下机器人自身姿态的精准控制，也无法进行精细操作。所以设计一款三维重心调节机构成为需要。目前已有的重心调节机构结构十分简单，即，通过在一条导轨上安装一至两个配重块来实现重心调节，调节能力十分有限，并不能真正实现重心在三维封闭面上的自由变化。
相应地，本领域需要一种新的重心调节机构来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中的重心调节结构不能实现重心三维自由调节的问题，本发明提供了一种用于机器水母的三维重心调节装置，该三维重心调节装置包括导轨、至少两条悬臂和至少两个配重块，所述悬臂的一端与所述导轨可滑动地连接，所述悬臂的另一端与所述配重块连接，并且所述悬臂能够绕所述导轨延伸方向滑动。
在上述用于机器水母的三维重心调节装置的优选技术方案中，所述悬臂包括第一悬臂和第二悬臂，并且所述第一悬臂与所述第二悬臂能够绕所述导轨相对转动。
在上述用于机器水母的三维重心调节装置的优选技术方案中，所述配重块包括第一配重块和第二配重块，所述第一配重块与所述第一悬臂固定连接，所述第二配重块与所述第二悬臂固定连接。
在上述用于机器水母的三维重心调节装置的优选技术方案中，所述三维重心调节装置还包括驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述第一悬臂和第二悬臂沿所述导轨延伸方向滑动，并且所述驱动装置用于驱动所述第一悬臂与所述第二悬臂绕所述导轨相对转动。
在上述用于机器水母的三维重心调节装置的优选技术方案中，所述驱动装置包括第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述第一悬臂绕所述导轨转动，所述第二驱动装置用于驱动所述第二悬臂绕所述导轨转动，所述第三驱动装置用于驱动所述第一悬臂和所述第二悬臂沿所述导轨的延伸方向滑动。
在上述用于机器水母的三维重心调节装置的优选技术方案中，所述第一驱动装置包括第一电机、第一蜗杆和第一蜗轮，所述第一蜗杆同时连接到所述第一电机和所述第一蜗轮，用于将所述第一电机的转动传递给所述第一蜗轮，所述第一蜗轮进而驱动所述第一悬臂绕所述导轨转动。
在上述用于机器水母的三维重心调节装置的优选技术方案中，所述第二驱动装置包括第二电机、第二蜗杆和第二蜗轮，所述第二蜗杆同时连接到所述第二电机和所述第二蜗轮，用于将所述第二电机的转动传递给所述第二蜗轮，所述第二蜗轮进而驱动所述第二悬臂绕所述导轨转动。
在上述用于机器水母的三维重心调节装置的优选技术方案中，所述第三驱动装置包括第三电机、第三蜗杆、第三蜗轮、齿轮和齿条，所述齿条与所述导轨固定连接，所述第三蜗杆同时连接到所述第三电机和所述第三蜗轮，用于将所述第三电机的转动传递给所述第三蜗轮，所述第三蜗轮进而驱动所述齿轮转动，所述齿轮又驱动所述齿条并因此使所述第一悬臂和所述第二悬臂沿所述导轨的延伸方向滑动。
在上述用于机器水母的三维重心调节装置的优选技术方案中，所述第三驱动装置还包括齿轮轴和齿轮架，所述齿轮轴安装在齿轮架上，所述齿轮轴同时与所述齿轮和所述第三蜗轮连接以便将所述蜗轮的转动传递给所述齿轮。
在上述用于机器水母的三维重心调节装置的优选技术方案中，所述第三驱动装置还包括两个轴承，所述轴承用于将所述齿轮轴可转动地安装到所述齿轮架上。
本领域技术人员能够理解的是，根据本发明的技术方案，用于机器水母的三维重心调节装置设置两条悬臂和两个配重块，悬臂的一端可竖向滑动地安装在导轨上，并且该悬臂可自由地绕导轨旋转，悬臂的另一端与配重块固定连接。由驱动装置驱动导轨实现上述旋转和滑动，使得本发明的用于机器水母的三维重心调节装置能够在三维立体空间内任意改变重心的位置。
附图说明
图1是本发明的重心调节机构整体结构的效果示意图。
图2是本发明的重心调节机构整体结构的另一视角的效果示意图。
图3是本发明的重心调节机构转动轴的示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，虽然附图的各元件之间的位置关系以及各元件的大小是按一定比例绘制的，但这种比例关系非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，用于机器水母的三维重心调节装置主要包括导轨1、第一悬臂12、第二悬臂16以及固定到第一悬臂12上的第一配重块13和固定到第二悬臂16上的第二配重块15。第一悬臂12和第二悬臂16的一端分别连接到导轨1上，并且第一悬臂12和第二悬臂16可绕导轨1相对旋转。第一悬臂12绕导轨1的旋转运动由设置在三维重心调节装置上的第一驱动装置控制，第二悬臂16绕导轨1的旋转运动由设置在三维重心调节装置上的第二驱动装置控制。
继续参阅图1和图2，用于机器水母的三维重心调节装置还包括上压板8、下压板19和固定在下压板19上的滑块33，滑块33上设置有一个孔，用于固定导轨1。另外，第一驱动装置包括：第一电机9、电机转接板10、上压板电机座11、第一蜗杆24和第一蜗轮14。第一电机9通过电机转接板10和上压板电机座11固定在上压板8上，这里优选地通过螺栓固定，本领域技术人员也可以根据需要改用其他的固定形式，例如焊接。第一蜗杆24套在第一电机9的输出轴上，并通过销钉定位，或者在第一蜗杆24上设置有与第一电机9的输出轴匹配的键槽，通过平键对第一蜗杆24和第一电机9的输出轴进行固定，或者本领域人员可以根据具体情况采用其他的固定形式，例如，第一蜗杆24与第一电机9的输出轴之间过盈配合。第一蜗轮14套覆在导轨1上并与第一悬臂12固定连接，其连接可以通过焊接、螺栓连接、套接等连接方式来实现。
继续参阅图1和图2，第二驱动装置包括：第二电机27、电机转接板26、下压板电机座25、第二蜗杆18和第二蜗轮17。第一电机9通过电机转接板10和下压板电机座11固定在下压板19上，这里优选地通过螺栓固定，本领域技术人员也可以根据需要改用其他的固定形式，例如焊接。第二蜗杆18套在第二电机27的输出轴上，并通过销钉定位，或者在第二蜗杆18上设置与第二电机27的输出轴匹配的键槽，通过平键对第二蜗杆18和第二电机27的输出轴进行固定，或者本领域人员可以根据具体情况采用其他的固定形式，例如，第二蜗杆18与第二电机27的输出轴之间过盈配合。第二蜗轮17套覆在导轨1上并与第二悬臂16固定连接，其连接可以通过焊接、螺栓连接、套接等连接方式来实现。
如图3所示，导轨1上设置有齿条2并通过螺丝将其固定。导轨1上还设置有套覆在其上的圆筒30，并且导轨1与圆筒30之间无接触。圆筒30的外面套有两个固体润滑轴承31，第一悬臂12和第二悬臂16分别套到固体润滑轴承31上。固体润滑轴承31与圆筒30和悬臂12、16之间优选地采用过盈配合，并且在圆筒30和悬臂12、16上分别设置有对固体润滑轴承31限位的挡圈，用以限定固体润滑轴承31轴向上的移动。上压板8和下压板19分别通过销钉固定到圆筒30的上端和下端，并且导轨1通过固定在下压板19上的滑块33进行周向固定。本领域技术人员能够理解的是，上下压板与圆筒30之间的固定方式除了采用销钉外还可以有其他的固定方式，例如通过螺栓、螺纹等。
下面继续参阅图1和图2，在上压板8的上方设置有第三驱动装置，第三驱动装置包括步进第三电机23、上压板电机座7、第三蜗轮20、第三蜗杆21、齿轮轴22、齿轮架6、齿条2、轴承5和28、齿轮架盖板3和齿轮4。齿轮4与轴承5和28之间设置有连接件29。步进第三电机23通过上压板电机座7固定在上压板8上，步进第三电机23的输出轴通过键槽与第三蜗杆21固定连接。与第三蜗杆21啮合的第三蜗轮20和与齿条2啮合的齿轮4固定地套接到齿轮轴22上，齿轮轴22通过轴承5和28安装在齿轮架6上。为了防止轴承8滑出，在齿轮架6的侧面还安装有齿轮架盖板3。进一步，还可以在安装轴承的齿轮架6上设置轴承挡圈，以便限定轴承5和轴承28的轴向位置。上压板8上设置有滑块33，用于与位于下压板19的滑块33共同对导轨1起到周向限位的作用。
优选地，第一电机9、第二电机27和第三电机23均采用步进电机；第一驱动装置和第二驱动装置均选用减速比为53:1的蜗轮蜗杆机构，第三驱动装置选用减速比为31:1的蜗轮蜗杆机构，或者本领域技术人员可以根据具体情况对减速比进行具体设计、选择。在保证水下机器人的灵活性的前提下，为了提高重心三维调节装置的重心变化的灵敏度，需尽量将第一配重块13和第二配重块15的质量做得大些。
本发明的三维重心调节装置工作时，通过第一驱动装置驱动第一悬臂，第二驱动装置驱动第二悬臂，改变第一悬臂和第二悬臂之间的夹角，从而使第一配重块13和第二配重块15的整体重心在水平面上(图1中所示，与上压板8平行的面)发生变化。通过第三驱动装置驱动除导轨1和齿条2外的其他部件沿导轨1的延伸方向移动，即沿竖直方向移动，从而驱动除导轨1和齿条2外的其他部件的整体重心在竖直方向上发生改变，以此来实现用于机器水母的三维重心调节装置的重心在三维立体空间中的自由变化。
本领域技术人员可以理解的是，用于机器水母的三维重心调节装置可以只设置一条悬臂和一个配重块，此时，配重块可以沿悬臂的延伸方向自由移动。该装置还分别设置有驱动悬臂绕导轨1旋转的第四驱动装置、驱动配重块沿悬臂延伸方向滑动的第五驱动装置和驱动悬臂沿导轨1延伸方向滑动的第六驱动装置。需要说明的是，导轨1既可以与悬臂的中心固定连接，也可以与悬臂的一端固定连接，但是无论哪种连接形式，配重块移动到该连接处时，该装置的重心都与该连接处重合。该实施方式通过配重块在悬臂上的滑动来改变装置在水平面上的重心位置，通过悬臂在导轨1上的滑动来改变装置在竖直方向上的重心位置，以此来实现用于机器水母的三维重心调节装置的重心在三维立体空间中的自由变化。
本领域技术人员还能够理解的是，用于机器水母的三维重心调节装置可以设置多条悬臂和多个配重块，通过多条悬臂的移动和转动共同实现机器水母的重心位置的改变。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于机器水母的三维重心调节装置，其特征在于，所述三维重心调节装置包括导轨、至两条悬臂和至少两个配重块，所述悬臂的一端与所述导轨可滑动地连接，所述悬臂的另一端与所述配重块固定连接，并且所述悬臂能够绕所述导轨转动。
2.根据权利要求1所述的用于机器水母的三维重心调节装置，其特征在于，所述悬臂包括第一悬臂和第二悬臂，所述第一悬臂与所述第二悬臂能够绕所述导轨相对转动。
3.根据权利要求2所述的用于机器水母的三维重心调节装置，其特征在于，所述配重块包括第一配重块和第二配重块，所述第一配重块与所述第一悬臂固定连接，所述第二配重块与所述第二悬臂固定连接。
4.根据权利要求3所述的用于机器水母的三维重心调节装置，其特征在于，所述三维重心调节装置还包括驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述第一悬臂和第二悬臂沿所述导轨的延伸方向滑动并且驱动所述第一悬臂与所述第二悬臂绕所述导轨相对转动。
5.根据权利要求4所述的用于机器水母的三维重心调节装置，其特征在于，所述驱动装置包括第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置，
所述第一驱动装置用于驱动所述第一悬臂绕所述导轨转动，
所述第二驱动装置用于驱动所述第二悬臂绕所述导轨转动，
所述第三驱动装置用于驱动所述第一悬臂和所述第二悬臂沿所述导轨的延伸方向滑动。
6.根据权利要求5所述的用于机器水母的三维重心调节装置，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一电机、第一蜗杆和第一蜗轮，所述第一蜗杆同时连接到所述第一电机和所述第一蜗轮，用于将所述第一电机的转动传递给所述第一蜗轮，所述第一蜗轮进而驱动所述第一悬臂绕所述导轨转动。
7.根据权利要求5或6所述的用于机器水母的三维重心调节装置，其特征在于，所述第二驱动装置包括第二电机、第二蜗杆和第二蜗轮，所述第二蜗杆同时连接到所述第二电机和所述第二蜗轮，用于将所述第二电机的转动传递给所述第二蜗轮，所述第二蜗轮进而驱动所述第二悬臂绕所述导轨转动。
8.根据权利要求7所述的用于机器水母的三维重心调节装置，其特征在于，所述第三驱动装置包括第三电机、第三蜗杆、第三蜗轮、齿轮和齿条，所述齿条与所述导轨固定连接，所述第三蜗杆同时连接到所述第三电机和所述第三蜗轮，用于将所述第三电机的转动传递给所述第三蜗轮，所述第三蜗轮进而驱动所述齿轮转动，所述齿轮又驱动所述齿条并因此使所述第一悬臂和所述第二悬臂沿所述导轨的延伸方向滑动。
9.根据权利要求8所述的用于机器水母的三维重心调节装置，其特征在于，所述第三驱动装置还包括齿轮轴和齿轮架，所述齿轮轴安装在齿轮架上，所述齿轮轴同时与所述齿轮和所述第三蜗轮连接以便将所述蜗轮的转动传递给所述齿轮。
10.根据权利要求9所述的用于机器水母的三维重心调节装置，其特征在于，所述第三驱动装置还包括两个轴承，所述轴承用于将所述齿轮轴可转动地安装到所述齿轮架上。
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