CN110588929B - 一种仿生水下滑翔机的质心调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生水下滑翔机的质心调节机构；由丝杠、前板、质量块、后板、底座、光轴、俯仰推进减速电机和横滚推进减速电机组成；质心调节机构安装在滑翔机舱体内，俯仰、横滚推进减速电机与L形支撑件固连。丝杠一端与俯仰推进减速电机输出轴固连，另一端安装在前板中心位置的轴承中，丝杠螺纹段与质量块的内螺纹配合；横滚推进减速电机输出端与主动齿轮固连，主动齿轮与被动齿轮啮合，被动齿轮安装在L形支撑件上。两根光轴分别穿过质量块的两侧通孔，光轴另一端位于前板上的圆弧形限位槽中，带动质量块绕丝杠转动。通过控制质量块的位置和角度实现所述功能，质心调节机构具有结构简单、控制精准，可靠性高的特点。

Description

一种仿生水下滑翔机的质心调节机构

技术领域

本发明涉及水下航行器推进技术领域，具体地说，涉及一种基于仿生水下滑翔机质心调节机构。

背景技术

水下航行器作为一种对海洋进行探索和开发的工具，在人类对海洋的探索过程中有着重要的角色，近些年来，随着人类对海洋资源的越发重视，水下航行器的作用越来越明显，具有广阔的应用前景。

水下滑翔机作为一种新型的水下无人潜航器，具有能耗小，续航强，制造及维护成本低等特点，满足了现阶段人们对海洋进行长航时、大范围探测的需求；而相比于传统外形设计方案的水下滑翔机，模仿海洋生物外形的水下滑翔机能在效率、隐蔽性及稳定性方面发挥出特有的优势。然而，面对海流、波浪等复杂海况，要想使得仿生水下滑翔机正常作业，便要要求其能够控制自身俯仰、横滚等姿态。目前，国内外研制成型的众多水下滑翔机，基本采用仅质心调节法和在此基础上增加控制尾舵的两种方法，实现对水下滑翔机姿态的调控。

仅质心调节法目前是应用最多的方法，国外的spray，slocum，seaglider，deepglider等滑翔机均采用该方法进行姿态控制。质心调节机构主要由俯仰调节机构和横滚调节机构组成，其中俯仰调节机构通过控制质量块在仿生水下滑翔机弦长方向移动，实现按照设定的俯仰角偏转；横滚调节机构则通过调节偏心质量块在周向转动，从而控制仿生水下滑翔机的横滚姿态。

增加控制尾舵法能够使得水下滑翔机结构更加简单，运动更加灵活，更适合在环境更加复杂的浅水区域作业的航行器，如电能驱动的slocum UG和海翼号便采用了上述方法。然而，增加尾舵的方式使得水下滑翔机在外形上不再与生物相近，因此不适合作为仿生水下滑翔机的控制机构。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于仿生水下滑翔机质心调节机构。该质心调节机构通过控制质量块的位置和角度，实现质心位置调节控制水下滑翔机俯仰及横滚的功能；具有结构简单紧凑，控制精准，可靠性高，适于推广的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括丝杠、前板、质量块、从动齿轮、后板、底座、L形支撑件、主动齿轮、光轴、俯仰推进减速电机和横滚推进减速电机，其特征在于所述底座与前板为一体结构，底座表面成弧形与舱体底面固定连接，前板位于底座的前端部，前板中心安装有轴承，后板固定在底座的中间部位，后板一侧分别固定有俯仰推进减速电机和横滚推进减速电机，后板另一侧固连L形支撑件，质量块位于前板与后板之间，俯仰推进减速电机输出轴与丝杠一端通过联轴器固定连接，丝杠另一端与前板内轴承配合安装，丝杠中间部位螺纹段与质量块的内螺纹配合，俯仰推进减速电机驱动质量块沿丝杠轴向运动，主动齿轮与横滚推进减速电机输出轴固连，主动齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮中心位于L形支撑件的轴承上，从动齿轮与光轴端部固连，两根光轴分别穿过质量块两侧的通孔，光轴另一端位于前板的圆弧形限位槽中，带动质量块绕丝杠转动。

所述丝杠与两根光轴位于同一平面，且相互平行安装。

有益效果

本发明提出的一种基于仿生水下滑翔机质心调节机构，由丝杠、前板、质量块、后板，俯仰、横滚推进减速电机、底座和光轴组成；质心调节机构安装在滑翔机舱体内，俯仰、横滚推进减速电机与L形支撑件固连。丝杠一端与俯仰推进减速电机输出轴固连，另一端安装在前板中心位置的轴承中，螺纹段与质量块内的螺纹相配合；横滚推进减速电机输出端与所述主动齿轮固连，主动齿轮与被动齿轮相配合，被动齿轮安装在L形支撑件上，两根光轴分别穿过质量块两侧的通孔，光轴另一端位于前板的圆弧形限位槽中，带动质量块绕丝杠转动。

质心调节机构通过控制质量块的位置和角度，实现质心位置调节控制水下滑翔机俯仰及横滚的功能；具有结构简单紧凑，控制精准，可靠性高，适于推广的特点。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种基于仿生水下滑翔机质心调节机构作进一步详细说明。

图1为本发明基于仿生水下滑翔机质心调节机构示意图。

图2为本发明基于仿生水下滑翔机质心调节机构左视图。

图3为本发明基于仿生水下滑翔机质心调节机构右视图。

图中

1.丝杠 2.前板 3.质量块 4.从动齿轮 5.后板 6.俯仰推进减速电机 7.横滚推进减速电机 8.底座 9.L形支撑件 10.主动齿轮 11.光轴

具体实施方式

本实施例是一种基于仿生水下滑翔机质心调节机构。

参阅图1、图2、图3，本实施例基于仿生水下滑翔机质心调节机构，由丝杠1，前板2，质量块3，从动齿轮4，后板5，俯仰推进减速电机6，横滚推进减速电机7，底座8，L形支撑件9，主动齿轮10和光轴11组成；其中，底座8与前板2为一体结构，底座8表面成弧形与舱体底面固定连接，前板2位于底座8的前端，前板1中心安装有轴承，后板5固定在底座8的中间部位，后板5一侧分别固定有俯仰推进减速电机6和横滚推进减速电机7，后板5另一侧固连L形支撑件9，质量块3位于前板2与后板5之间，俯仰推进减速电机6输出轴与丝杠1一端通过联轴器固定连接，丝杠1另一端与前板2内轴承配合安装，丝杠1中间部位螺纹段与质量块3的内螺纹配合，驱动其沿丝杠1轴向运动，横滚推进减速电机7的输出轴与主动齿轮10固连，主动齿轮10与从动齿轮4相啮合，从动齿轮4中心位于L形支撑件9的轴承上，从动齿轮4两端分别与光轴11一端固连，两根光轴11分别穿过质量块3两侧的通孔，带动质量块3绕丝杠转动，光轴11另一端位于前板2的圆弧形限位槽中，带动质量块3绕丝杠转动，保证旋转按照预定的轨迹进行。丝杠1与两根光轴11位于同一平面且与平行安装。

本实施例安装及使用过程:

以仿生水下滑翔机需要保持水平姿态为初始状态，在质心调节机构的工作过程，此时质量块3位于初始位置，并保持水平，仿生水下滑翔机整体重心和浮心位于同一垂线上。当仿生水下滑翔机需要下潜时，即需要做低头姿态，此时质心调节机构需要将质量块3前移，使得仿生水下滑翔机整体重心前移。具体过程为:在俯仰推进减速电机6的驱动下，丝杠1开始转动，同时由于从动齿轮4被锁死，因此在丝杠1螺纹段和质量块内螺纹的配合下，质量块3前移，到达指定位置后，俯仰推进减速电机6停止工作，质量块3停止运动。当仿生水下滑翔机需要上浮时，即需要做抬头姿态，此时质心调节机构需要将质量块3后移，使得仿生水下滑翔机整体重心后移。具体过程与质量块3前移类似，不同点为此时丝杠1反转，从而使得质量块3后移，同样，到达指定位置后俯仰推进减速电机6停止工作，质量块3停止运动。当仿生水下滑翔机需要转弯时，即需要做横滚运动，此时需要质量块3旋转，使得仿生水下滑翔机整体重心侧移。具体过程为:在横滚推进减速电机7的驱动下，主动齿轮10带动从动齿轮4转动，此时，固连与从动齿轮4上的光轴11将带动质量块3做旋转运动。由于质量块3本身为一拱形结构，因此旋转运动将使得质心向侧边移动，到达指定位置后横滚推进减速电机7停止工作，质量块3停止旋转。重心的侧移将使得仿生水下滑翔机产生横滚运动，在来流的作用下使得仿生水下滑翔机实现机动转弯。

Claims (2)

1.一种仿生水下滑翔机的质心调节机构，包括丝杠、前板、质量块、从动齿轮、后板、底座、L形支撑件、主动齿轮、光轴、俯仰推进减速电机和横滚推进减速电机，其特征在于:所述底座与前板为一体结构，底座表面成弧形与舱体底面固定连接，前板位于底座的前端部，前板中心安装有轴承，后板固定在底座的中间部位，后板一侧固定有俯仰推进减速电机和横滚推进减速电机，后板另一侧固连L形支撑件，质量块位于前板与后板之间，俯仰推进减速电机输出轴与丝杠一端通过联轴器固定连接，丝杠另一端与前板内轴承配合安装，丝杠中间部位螺纹段与质量块的内螺纹配合，俯仰推进减速电机驱动质量块沿丝杠轴向运动，主动齿轮与横滚推进减速电机输出轴固连，主动齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮中心位于L形支撑件的轴承上，从动齿轮与光轴端部固连，两根光轴分别穿过质量块两侧的通孔，光轴另一端位于前板的圆弧形限位槽中，带动质量块绕丝杠转动；所述从动齿轮为不完全齿轮，两侧有凸耳，从动齿轮的轮体下部有轮齿，凸耳中心圆孔与光轴配合。

2.根据权利要求1所述一种仿生水下滑翔机的质心调节机构，其特征在于：所述丝杠与两根光轴位于同一平面，且相互平行安装。

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