CN110758688B - 轴径向混合安装的水下机器人电子舱结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴径向混合安装的水下机器人电子舱结构，包括密封舱壳体，所述密封舱壳体内设置有电子固定架，所述电子固定架包括端面板和中间板，所述端面板和中间板之间通过螺杆连接，所述中间板通过U型槽安装在螺杆上，所述端面板和中间板均安装有插拔式接线端子。本发明既有效的利用了电子舱内部的弧形空间，也节约了电子舱的轴向空间，提高了电子舱内部空间利用率，从而减小电子舱整体尺寸，为水下机器人更多的功能模块提供了安装空间；有利于迅速找出发生故障的电路模块，节约维修时间，本发明安装拆卸方便，提高了电子模块的重复利用率。

Description

轴径向混合安装的水下机器人电子舱结构

技术领域

本发明涉及水下机器人部件，具体涉及一种轴径向混合安装的水下机器人电子舱结构。

背景技术

随着海洋资源开发及利用力度的加大，水下机器人应用越来越广泛。水下机器人电子舱作为整个水下机器人的“大脑”，控制着机器人所有的活动。电子舱内部装载着各种电子模块。由于电子舱内部空间有限，所以需要对各电子模块进行合理布置。中国专利200610134453.9公开了一种水下电子舱，各电子模块平行固定在电子舱中间横板上，电子模块安装方便。但是由于中间横板的法向与电子舱的径向平行，使得各电子模块的法向也平行于电子舱径向，在电子舱内径较小的情况下，该种结构方式不利于利用电子舱内部的圆形空间。

现有水下电子舱，各个电子模块需要根据电子舱内径进行定制，开发调试周期长，且当电子舱内径发生变化时，所定制的电子模块难以直接应用，且电子模块故障时维修不便。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种轴径向混合安装的水下机器人电子舱结构，解决不能有效利用电子舱内空间，布线简洁，拆卸维修不便的问题。

技术方案：本发明所述的轴径向混合安装的水下机器人电子舱结构，包括密封舱壳体，所述密封舱壳体内设置有电子固定架，所述电子固定架包括端面板和中间板，所述端面板和中间板之间通过螺杆连接，所述中间板通过U型槽安装在螺杆上，所述端面板和中间板均安装有插拔式接线端子。

所述端面板包括左端面板和右端面板，所述左端面板和右端面板均对应开设有四个通孔，所述通孔与螺杆适配。

所述的中间板上设置有三个槽口方向一致的U型通槽和一个通孔，U型通槽和通孔均与螺杆适配。

所述端面板和中间板与螺杆之间均通过螺母和弹簧垫片固定。

所述端面板和中间板均与密封舱壳体内径适配。

有益效果：本发明既有效的利用了电子舱内部的弧形空间，也节约了电子舱的轴向空间，提高了电子舱内部空间利用率，从而减小电子舱整体尺寸，为水下机器人更多的功能模块提供了安装空间；有利于迅速找出发生故障的电路模块，节约维修时间，本发明安装拆卸方便，提高了电子模块的重复利用率。

附图说明

图1为水下机器人电子舱整体三维结构示意图；

图2为水下机器人电子舱整体结构主视图；

图3为密封舱壳体结构示意图；

图4为电子固定架结构示意图；

图5为电子固定架轴测图；

图6为端面板结构示意图；

图7为中间板结构示意图；

图8为PC104主控电路模块结构示意图；

图9为A-PWM电路模块主视结构示意图；

图10为A-PWM电路模块左视结构示意图；

图11为PWM功率放大器模块结构示意图；

图12为供电模块结构示意图；

图13为本发明专利水下机器人系统框图；

图14为电子舱安装方式示意图；

图15为电子舱安装步骤简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1-7所示，水下机器人电子舱包括密封舱壳体、电子固定架和电路模块。密封舱壳体由左水密头1、密封舱左固定环3、密封舱左舱盖4、密封舱左法兰5、密封圈6、亚克力管23、密封舱右法兰19、密封舱右舱盖20、密封舱右固定环21、右水密头22组成，密封舱左舱盖4和密封舱右舱盖20上均开有圆形通孔，分别用于安装左水密头1和右水密头22，左水密头1和右水密头22分别通过螺栓固定在密封舱左舱盖4和密封舱右舱盖20上。密封舱左固定环3与密封舱左舱盖4通过螺栓2与密封舱左法兰5连接，密封舱右舱盖20与密封舱右固定环21通过螺栓2固定在密封舱右法兰19上。密封舱左法兰5和密封舱右法兰19上均套有密封圈6，在套入密封圈6后压入亚克力管23中。电子固定架包括左端面板12、右端面板18、中间板13、螺杆8、弹簧垫圈24以及若干螺母9，其中左端面板12和右端面板18上均开有四个长方形通孔，用于安装插拔式接线端子7，同时，在左端面板12上还开有圆形通孔A和圆形通孔B，圆形通孔A用于约束螺杆8，通过旋紧圆形通孔A两侧的螺母9，实现螺杆8与左端面板12和右端面板18的相对位置固定，圆形通孔B用于约束螺杆10，通过旋紧圆形通孔B两侧的螺母11，实现螺杆10在左端面板12上的固定。螺杆10连接电子固定架与密封舱左法兰5。如图7所示，中间板13上开有三个U型通槽和一个圆型通孔，三个U型通槽的槽口方向一致，且中间板13上的三个U型通槽和一个圆型通孔与左端面板12上的四个圆形通孔A一一对应。

电路模块包括PC104主控电路模块14、A-PWM电路模块15、PWM功率放大器模块16以及供电模块17。所述PC104主控电路模块14包括PC104电路板1402、ART2004主用电路板1403、ART2004备用电路板1404、ART2010主用电路板1405、ART2010备用电路板1406以及信号转换电路板1407，各电路板之间通过铜柱1401进行连接。所述A-PWM电路模块15包括A-PWM电路板1501、L型角码1502和接线端子1505。如图9-13所示，L型角码1502用于连接中间板13和A-PWM电路板1501，通过拧紧连接螺栓1506上的螺母1507实现A-PWM电路板1501在中间板13法向上的固定，通过拧紧连接螺栓1504上的螺母1503，实现A-PWM电路板1501在中间板13径向上的固定。PWM功率放大器模块16如图11所示，PWM功率放大器模块16由PWM功率放大器电路板1601、L型角码1602构成，通过螺栓1603和螺母1604实现PWM功率放大器电路板1601在中间板径向上的固定，通过连接螺栓1605实现PWM功率放大器电路板1601在中间板法向上的固定。所述供电模块17由电压转换电路板1701、继电器电路板1702和升压模块1704构成，利用铜柱2203连接各电子模块，实现其在中间板13法向上的固定。

而在本发明中，先将两端的端面板固定在螺杆8上，然后安装各中间板13。如图14所示，安装中间板13时，将三个U型槽槽口对准三个螺杆8，将中间板13插入，直至三个螺杆8到达三个U型槽的槽底，然后，中间板13两侧被安装在螺杆8上的螺母和弹簧垫片24夹紧，从而实现中间板13在电子固定架基体中的固定。采用第四根螺杆8依次穿过左侧端面板12、中间板13、右侧端面板18上剩余的圆形通孔，然后将第四根螺杆8与两侧端面板通过螺母和弹簧垫片24固定。在左端面板12、右端面板18和中间板13上均开有长方形通孔，用于安装插拔式接线端子7。由于电子舱内电路模块复杂，若采用传统的接线方式，接线会比较混乱，不利于线路故障的检查，因此，在各电路板上设有插拔式接线端子7，插拔式接线端子7的插座安装在中间板13上，中间板13上的电子模块的进线和出线只与插拔式接线端子的插座13进行连接。插拔式接线端子7的插头与外部排线相连。各电路模块通过插拔式接线端子7的插头相连，保证了走线的简洁整齐，也有利于检查线路的故障，方便了线路的维修。在本发明中，由于电路板的尺寸不同，为了合理利用电子舱的空间，选用不同的安装方式，如图8所示的PC104主控电路模块14，采用的是轴向安装，使电路板法向与密封舱壳体轴向平行，充分利用了电子舱的圆形空间，而如图11所示的PWM功率放大器模块15，采用的是径向安装，通过L型角码1502实现PWM功率放大器15在中间板13上的固定，电路板法向与密封舱壳体径向平行，保证了密封舱轴向空间的高利用率，有利于电子舱功能的拓展。在本发明中，水下机器人推进器的系统框图如图13所示，该机器人以PC104主控电路模块14作为整个下位机控制的核心，PC104电路板1402大量的I/O口可满足控制数据的输入输出并配有ISA、PCI总线，同时可接高分辨率的视频显示器。PC104电路板1402通过插针连接ART2004主用电路板1403、ART2004备用电路板1404、ART2010主用电路板1405和ART2010备用电路板1406，ART2004和ART2010模板均是PC104总线兼容的数据采集板，用于信号的发送与采集。供电模块17为PC104主控电路模块14供电，ART2004主用电路板1403用于产生模拟电压信号，发送给A-PWM电路模块15，ART2010主用电路板1405用于发送数字信号给PWM功率放大器模块16，其中，模拟电压信号用于调节推进器的速度，数字信号用于控制推进器的正反转。

如图15所示，电子舱内部安装时，将左端面板12、右端面板18以及中间板13两侧的螺母和弹簧垫片24拧至螺杆8上的指定位置，将三根螺杆8分别穿过端面板上对应的三个圆形通孔A，拧紧端面板两侧的螺母9，通过压紧弹簧垫片24，实现端面板的固定，构成电子固定架基体。接着制作各电路模块，将各电路模块内部的线路连接，制作完所需的电路模块后，将电路模块固定在中间板13上，分别根据电路模块的形状和尺寸选用径向或者轴向安装。将安装好的中间板13上的三个U型通槽对准三个螺杆8，将中间板13插入，直至三个螺杆8到达三个U型槽的槽底，然后，中间板13两侧被安装在螺杆8上的螺母和弹簧垫片24夹紧，从而实现中间板13在电子固定架基体中的固定。在安装完所有的中间板13后，采用第四根螺杆8依次穿过左侧端面板12、中间板13、右侧端面板18上剩余的圆形通孔，然后将第四根螺杆8与两侧端面板通过螺母9和弹簧垫片24固定，这样电子舱内部就完成搭建了。

本发明的端面板、中间板的直径均与电子舱内径相一致，且在中间板上，各电子模块根据自身的形状和尺寸，选用轴向或径向安装，使得整个电路模块的外形与电子舱内部空间相一致。既有效的利用了电子舱内部的弧形空间，也节约了电子舱的轴向空间，提高了电子舱内部空间利用率，从而减小电子舱整体尺寸，为水下机器人更多的功能模块提供了安装空间。

各中间板上均设有插拔式接线端子，其中，插拔式接线端子的插座安装在中间板上，中间板上的电子模块的进线和出线只与插拔式接线端子的插座进行连接。插拔式接线端子的插头与外部排线相连。各电路模块与电路模块之间、电路模块与端面板之间通过带有插头的排线进行连接。在加工中间板时可根据中间板实际使用空间，切去多余部分，用于走线。这种方式可在有限的舱体直径中划分出更多空间用于走线，且尽可能的呈直线布局，使得走线更加整齐。

本发明中，中间板上的各个电子模块只与插拔式接线端子的插座进行连接，使得中间板及中间板上的电子模块共同构成了一个独立的电路模块。每一电路模块对应一种特定功能，当调试出现问题时，有利于迅速找出发生故障的电路模块，再在该电路模块中找出发生故障的电子模块，从而有利于快速找出故障源，节约维修时间。同时，各模块之间相对独立，互不干涉，在增加或减少某一模块时，对其他模块不会产生影响，有利于水下机器人功能的拓展。

本发明中，中间板上开有三个U型通槽与一个圆型通孔，中间板的圆形通孔中穿有螺杆，中间板的两侧设有螺栓和垫片，当出现故障需要维修时，将圆型通孔中的螺杆抽出，再将固定在U型槽两侧的螺母松开，从而可以抽出该电路模块。同时，在各电路模块上均设有插拔式接线端子，安装与拆卸时，可以将插拔式接线端的插头整体插入或拔出，接通或分离该电路模块与其他电路模块的连接，使得电气连接安装与拆卸更加方便。

在传统的电子模块连接过程中，根据电子舱需要实现的功能依次制作各电路模块，制作完还需要按顺序进行连接，各个电路模块与电路模块之间相互影响。而在本专利中，中间板上的各个电路模块只与插拔式接线端子的插座进行连接，插拔式接线端子的插头与其他中间板上的插拔式接线端子的插头相连，因此各个电路模块之间是相互独立的，连接时将插拔式接线端子的插头整体插入，而且在制作电路模块的过程中，可以多个电路模块同时制作，只需要将各中间板上的电路模块内部连线接通，外部连线通过中间板上的插拔式接线端子来实现。这种连接方式简化了电路模块的接线，方便了各电路模块的制作，进而提高了工作效率。

本发明中，电子舱内部的电路模块的制作不需要使用形状和尺寸统一的电子模块，因此电子舱中各电路模块不受定制的限制，可以直接使用市场上成熟的电子模块进行搭建，开发周期短，此外当电子舱内径发生变化时，只需要更换中间板，根据电子舱改变后的内径将电子模块进行重新布置即可，即原电子舱中的各个电子模块仍然可用，将各电路模块重新布局，与各中间板重新连接，减少了电子模块的浪费，提高了电子模块的重复利用率，降低了开发成本。

Claims (3)

1.一种轴径向混合安装的水下机器人电子舱结构，其特征在于，包括密封舱壳体，所述密封舱壳体内设置有电子固定架，所述电子固定架包括端面板和中间板(13)，所述端面板和中间板(13)之间通过螺杆(8)连接，所述中间板(13)通过U型槽安装在螺杆(8)上，所述端面板和中间板(13)均安装有插拔式接线端子(7)，所述的中间板(13)上设置有槽向一致的三个U型通槽和一个通孔，U型通槽和通孔均与螺杆适配，所述端面板和中间板均与密封舱壳体内径适配，所述中间板上轴向或径向安装电子模块使得整个电路模块的外形与电子舱内部空间相一致。

2.根据权利要求1所述的轴径向混合安装的水下机器人电子舱结构，其特征在于，所述端面板包括左端面板(12)和右端面板(18)，所述左端面板(12)和右端面板(18)对应开设有四个通孔，所述通孔与螺杆(8)适配。

3.根据权利要求1所述的轴径向混合安装的水下机器人电子舱结构，其特征在于，所述端面板和中间板(13)与螺杆(8)之间均通过螺母和弹簧垫片固定。

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