CN108163166B - 一种伞式可升降平移的水下稳定装置 - Google Patents

一种伞式可升降平移的水下稳定装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种伞式可升降平移的水下稳定装置，包括由展翼机构、下降机构、水底稳定机构和平移辅助上升机构组成；展翼机构控制装置的不同姿态、下降机构辅助推力，保证装置达到水中任一位置、水底稳定机构解决水底淤泥等多种恶劣情况时装置的晃动问题、平移辅助上升机构解决装置回收的问题、水面装置运动和上升推力的问题。本发明将复杂的垂直升降水下装置结构以简单实用的方式组建而成，并赋予其灵活的控制功能，是对水下机器装置结构设计的有益补充，具有较好的市场价值和应用前景。

Description

一种伞式可升降平移的水下稳定装置
技术领域
本发明属于水下稳定装置，特别涉及一种伞式可升降平移的水下稳定装置。
背景技术
水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人，其分为有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种。有缆遥控潜水器的工作方式是由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的脐带电缆提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业。无缆遥控潜水器即不通过电缆由外部提供控制信息且自备动力的无人潜水器。
水下探险成为很多科学家的研究的重要领域之一，机器人在水中受到的力主要有重力、浮力、水动力、推力、脐带电缆引起的干扰力、机械手作业形成的绕动力，此外还收到与这些力有关的力矩的作用，因此水下机器人通常结构复杂，控制难度高，需要建立完善的空间运动的数学模型，研究成本大大提高。
为了解决结构复杂、控制难度高、研究成本大等问题，本发明将复杂的垂直升降水下装置结构以简单实用的方式组建而成，并赋予其灵活的控制功能，仅通过控制三个电机即可实现水下机器人的动作，此外还具有展翼、下降、水底稳定和平移辅助上升等功能，是对水下机器装置结构设计的有益补充，具有较好的市场价值和应用前景。
发明内容
本发明为实现可升降平移的水下稳定装置，采用如下具体方案：
本发明一种伞式可升降平移的水下稳定装置，包括下降螺旋桨，下降电机，扇形杆，电源，展翼电机，展翼丝杠，滑块，支撑杆，稳定电机，稳定丝杠，稳定钉，外圆筒，左电机，左螺旋桨，右电机，右螺旋桨，上电机，上螺旋桨，下电机，下螺旋桨及铰接件；所述支撑杆呈四周对称分布，个数3~6个；所述扇形杆呈伞面扇形对称分布，个数3~6个；在所述扇形杆上面固联有扇形状覆盖物，所述扇形状覆盖物为布料或者丝绸面料；所述下降螺旋桨与所述下降电机铰接，所述支撑杆与所述扇形杆铰接，所述支撑杆与所述滑块铰接，在所述外圆筒内，从上到下依次分布所述下降电机、所述电源、所述展翼电机、所述展翼丝杠、所述稳定电机、所述稳定丝杠、所述稳定钉；所述稳定装置由展翼机构、下降机构、水底稳定机构和平移上升辅助机构组成。
所述展翼机构由所述扇形杆、所述电源、所述展翼电机、所述展翼丝杠、所述滑块和所述支撑杆组成；其中所述滑块与所述展翼丝杠为螺旋副连接，所述展翼电机与所述展翼丝杠铰接；所述扇形杆与所述支撑杆铰接，所述支撑杆与所述滑块铰接；所述滑块与所述外圆筒形成移动副。
所述下降机构由所述下降螺旋桨、所述下降电机、所述电源、所述外圆筒组成；其中所述下降电机和所述电源分别与所述外圆筒固联，所述下降螺旋桨与所述下降电机输出轴固联。
所述水底稳定机构由所述电源、所述稳定电机、所述稳定丝杠、所述稳定钉和所述外圆筒组成；其中所述稳定电机与所述外圆筒固联，所述电源与所述外圆筒固联，所述稳定电机与所述稳定丝杠铰接、所述稳定钉与所述稳定丝杠形成螺旋副，并与所述外圆筒形成移动副。
所述平移上升辅助机构由所述扇形杆、所述滑块、所述支撑杆、所述外圆筒、所述左电机、所述左螺旋桨、所述右电机、所述右螺旋桨、所述上电机、所述上螺旋桨、所述下电机和所述下螺旋桨组成；所述左电机、所述右电机、所述上电机、所述下电机呈对称分布，个数为4~6个，所述左螺旋桨、所述右螺旋桨、所述上螺旋桨、所述下螺旋桨呈对称分布，个数为4~6个；所述左电机输出轴与所述左螺旋桨固联，所述右电机输出轴与所述右螺旋桨固联，所述上电机输出轴与所述上螺旋桨固联，所述下电机输出轴与所述下螺旋桨固联。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1.本发明具有结构简单，尺寸紧凑，成本较低的特点。本装置主要由常规电机、连杆、丝杆、螺旋桨、电池等零件组成。
2.本发明中采用的展翼机构可以使整个装置漂浮在水面上，可以较好地保持姿态。展翼电机带动滑块上移，通过支撑杆来增加扇形杆与外圆筒的角度，达到扇形杆外扩的动作，整体达到展翼的目的；在水面上，展翼后的装置可以达到漂浮状态，在水面上更加稳定地保持姿态；在上升过程中，展翼电机工作，带动扇形杆工作，实现装置的上浮。
3.本发明中采用的下降机构辅助推力机构，具有稳定下降的优点。下降机构辅助推力，保证装置达到水中任一位置。下降机构工作时，展翼机构调整姿态，展翼电机带动滑块，使滑块达到相对最低位置，扇形杆与外圆筒壁贴近，保证装置的流线型姿态；下降电机带动下降螺旋桨工作，这时产生向下的推力，促使整体装置向下运动，达到下降的目的。
4.本发明中采用的水底稳定机构，具有使得本装置在水下底部出现淤泥或者湍流等恶劣条件下保持稳定的优点。水底稳定机构工作时，在外圆筒最低端达到水底时，稳定电机工作，带动稳定钉向下运动；水底可能会是淤泥层，稳定钉可以部分进入淤泥层，装置在水底保持更稳定的姿态。
5.本发明中平移上升辅助机构，在装置上升时能保持姿态平稳。平移上升辅助机构解决装置回收、水面装置运动和上升推力问题。平移上升辅助机构工作时，分为两个状态；其中辅助上升机构工作时，上、下、左、右电机同时工作，垂直于所述外圆筒的横向力两两互相抵消，合力平行于所述外圆筒，最后达到辅助推进的目的；其中辅助平移机构工作时，此时所述左螺旋桨、所述右螺旋桨、所述上螺旋桨和所述下螺旋桨分别工作，达到整体稳定装置分别向右、左、下和上平移的目的。
附图说明
图1 为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的装置在水面的俯视图。
图中：1-下降螺旋桨，2-下降电机，3-扇形杆，4-电源，5-展翼电机，6-展翼丝杠，7-滑块，8-支撑杆，9-稳定电机，10-稳定丝杠，11-稳定钉，12-外圆筒，13-左电机，14-左螺旋桨，15-右电机，16-右螺旋桨，17-上电机，18-上螺旋桨，19-下电机，20-下螺旋桨。
具体实施方式
结合一种伞式可升降平移的水下稳定装置的具体工作实施例，说明该装置的具体实施方式。
下降机构工作方式：在伞式可升降平移的水下稳定装置垂直进入水面后，电源4开启，下降机构工作，展翼机构调整姿态，展翼电机5通过展翼丝杠6带动滑块，使滑块7达到相对最低位置，滑块7通过支撑杆8带动扇形杆3与外圆筒12壁贴近，保证装置的流线型姿态；下降电机2带动下降螺旋桨1工作，这时产生向下的推力，促使整体装置向下运动，达到下降的目的。
水底稳定机构工作方式：在伞式可升降平移的水下稳定装置即将接触水底时，电源4开启，水底稳定机构工作，在外圆筒12最低端达到水底时，稳定电机9工作，通过稳定丝杠10带动稳定钉11向下运动；水底可能会是淤泥层，稳定钉11可以部分进入淤泥层，装置在水底保持更稳定的姿态，方便其他功能的运行。
平移上升辅助机构工作方式。分为辅助上升和辅助平移两种工作模式。
辅助上升工作模式：在伞式可升降平移的水下稳定装置返回水面阶段，在上升过程中，电源4开启，展翼电机5工作，通过支撑杆8带动扇形杆3工作，使得扇形杆3与外圆筒12呈30°夹角，外形保持流线型；平移上升辅助机构工作，分为两个状态；其中辅助上升机构工作时，上电机17、下电机19、左电机13、右电机15同时工作，垂直于所述外圆筒12的横向力两两互相抵消，合力平行于所述外圆筒12，最后达到辅助推进的目的。
辅助平移工作模式：在伞式可升降平移的水下稳定装置于水面保持姿态时，电源4开启，展翼电机5工作，带动扇形杆3工作，使得扇形杆3与外圆筒12呈90°夹角，此时所述左螺旋桨14、所述右螺旋桨16、所述上螺旋桨18和所述下螺旋桨20分别工作，可实现装置分别向右、左、下和上的动作。

Claims (5)

1.一种伞式可升降平移的水下稳定装置，包括下降螺旋桨（1），下降电机（2），扇形杆（3），电源（4），展翼电机（5），展翼丝杠（6），滑块（7），支撑杆（8），稳定电机（9），稳定丝杠（10），稳定钉（11），外圆筒（12），左电机（13），左螺旋桨（14），右电机（15），右螺旋桨（16），上电机（17），上螺旋桨（18），下电机（19），下螺旋桨（20）及铰接件；所述支撑杆（8）呈四周对称分布，个数3~6个；所述扇形杆（3）呈伞面扇形对称分布，个数3~6个；在所述扇形杆（3）上面固联有扇形状覆盖物，所述扇形状覆盖物为布料或者丝绸面料；所述下降螺旋桨（1）与所述下降电机（2）铰接，所述支撑杆（8）与所述扇形杆（3）铰接，所述支撑杆（8）与所述滑块（7）铰接，在所述外圆筒（12）内，从上到下依次分布所述下降电机（2）、所述电源（4）、所述展翼电机（5）、所述展翼丝杠（6）、所述稳定电机（9）、所述稳定丝杠（10）、所述稳定钉（11）；其特征还在于所述稳定装置由展翼机构、下降机构、水底稳定机构和平移上升辅助机构组成。
2.根据权利要求1所述的一种伞式可升降平移的水下稳定装置，其特征在于所述展翼机构由所述扇形杆（3）、所述电源（4）、所述展翼电机（5）、所述展翼丝杠（6）、所述滑块（7）和所述支撑杆（8）组成；其中所述滑块（7）与所述展翼丝杠（6）为螺旋副连接，所述展翼电机（5）与所述展翼丝杠（6）铰接；所述扇形杆（3）与所述支撑杆（8）铰接，所述支撑杆（8）与所述滑块（7）铰接；所述滑块（7）与所述外圆筒（12）形成移动副。
3.根据权利要求1所述的一种伞式可升降平移的水下稳定装置，其特征在于所述下降机构由所述下降螺旋桨（1）、所述下降电机（2）、所述电源（4）、所述外圆筒（12）组成；其中所述下降电机（2）和所述电源（4）分别与所述外圆筒（12）固联，所述下降螺旋桨（1）与所述下降电机（2）输出轴固联。
4.根据权利要求1所述的一种伞式可升降平移的水下稳定装置，其特征在于所述水底稳定机构由所述电源（4）、所述稳定电机（9）、所述稳定丝杠（10）、所述稳定钉（11）和所述外圆筒（12）组成；其中所述稳定电机（9）与所述外圆筒（12）固联，所述电源（4）与所述外圆筒（12）固联，所述稳定电机（9）与所述稳定丝杠（10）铰接、所述稳定钉（11）与所述稳定丝杠（10）形成螺旋副，并与所述外圆筒（12）形成移动副。
5.根据权利要求1所述的一种伞式可升降平移的水下稳定装置，其特征在于所述平移上升辅助机构由所述扇形杆（3）、所述滑块（7）、所述支撑杆（8）、所述外圆筒（12）、所述左电机（13）、所述左螺旋桨（14）、所述右电机（15）、所述右螺旋桨（16）、所述上电机（17）、所述上螺旋桨（18）、所述下电机（19）和所述下螺旋桨（20）组成；所述左电机（13）、所述右电机（15）、所述上电机（17）、所述下电机（19）呈对称分布，个数为4~6个，所述左螺旋桨（14）、所述右螺旋桨（16）、所述上螺旋桨（18）、所述下螺旋桨（20）呈对称分布，个数为4~6个；所述左电机（13）输出轴与所述左螺旋桨（14）固联，所述右电机（15）输出轴与所述右螺旋桨（16）固联，所述上电机（17）输出轴与所述上螺旋桨（18）固联，所述下电机（19）输出轴与所述下螺旋桨（20）固联。
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