CN112018488A - 一种用于auv的折叠天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于AUV的折叠天线装置。本发明为解决AUV在水下航行时，传统的AUV的天线仍保持直立状态，而成为AUV航行阻力从而降低航行距离的问题。本方案使用滑块连杆机构实现折叠天线功能，整体结构设计新颖，装置活动体积小且水下航行时无多余附体，能完全减去附体阻力；改进设计后的AUV最大化降低水中航行阻力，可以作为长航程AUV的创新机构设计。

Description

一种用于AUV的折叠天线装置

技术领域

本发明涉及海洋与水文调查仪器设备领域，具体涉及一种用于AUV的折叠天线装置。

背景技术

自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)是人们探索开发海洋的主要工具。AUV的航程长短对AUV的应用至关重要。要实现此目标，应最小化航行阻力和最大化电池容量。与有缆水下航行器不同，AUV利用无线通信技术与岸上技术人员交互需要一个非金属的天线。在AUV水下航行时，无线电衰减很快，基本无法传播，但传统的AUV的天线仍保持直立状态，暂时“多余”的附体这势必成为AUV航行阻力，从而影响航行距离。

为了解决这一问题，王广耀等人设计了“一种可升放式的天线装置”，虽然能有效降低附体迎风面积从而降低阻力，但天线体积小、仍有附体阻力；申洪彬等人利用双摇杆机构实现折叠天线，方案有效可行，但存在双摇杆机构运动空间大的缺点，在不宽裕的AUV空间内占据较大的空间。

针对现有AUV折叠天线设计上存在的缺陷，亟待提出一种用于AUV的折叠天线装置，以增加AUV的航行距离，并同时提升其航行性能。

发明内容

本发明提出一种用于AUV的折叠天线装置,使得AUV增加作业能力，降低航行阻力，增加AUV的安全性，增长航行距离并提升航行性能。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种用于AUV的折叠天线装置，包括天线和支杆，深沟球轴承A和深沟球轴承B深沟球轴承C，天线盖板，穿线螺栓，穿线螺母，滑块，滑轨，密封盖板，丝杆，联轴器，步进电机，舱体，轴承压盖，浮力块，O型密封圈A，O型密封圈B，O型密封圈C，天线转轴；

其特征在于：所述舱体为一个有一定壁厚的类圆筒状物体，顶部前端有一平台，所述平台上有两个凸台和若干个滑轨安装孔，所述凸台中间有转轴中心孔，所述转轴中心孔是整个天线模块的旋转中心，用于安装天线转轴，所述滑轨安装孔是螺纹孔，用于安装滑轨；

所述天线是一个空心密闭壳体，用于装载水下航行器的通讯传感器，天线底部有1个密封圈安装槽和4个盖板安装螺纹孔，天线中前端和中部分别有2个转轴轴承安装孔和1个支杆轴承安装孔，所述密封圈安装槽用于安装O型密封圈，所述转轴轴承安装孔用于安装深沟球轴承B并与天线转轴同轴配合，所述杆轴承安装孔用于安装深沟球轴承A并与支杆的前端凸台同轴配合，所述盖板安装螺纹孔用于安装天线盖板，所述天线盖板是一块外形与天线底部形状相同，中间有一个通孔的铝板，天线盖板内侧连接O型密封圈和穿线螺栓，天线盖板外侧连接O型密封圈和穿线螺母，在天线盖板内外侧设置有穿线螺栓及穿线螺母，目的是将天线内的通信模块的电源线及信号线在保证整体水密的情况下引到舱体内；

所述支杆为一根两端有凸台的铝条，支杆前端与天线中部的支杆轴承安装孔同轴配合，支杆尾端凸台与滑块上的安装孔同轴配合，所述滑块底端与滑轨配合，滑块可以在滑轨上前后移动，滑块顶端有一个与丝杆配合的螺纹孔；

所述联轴器前端和尾端分别与丝杆尾端和步进电机连接，目的是将步进电机的转动同步传递到丝杆上，所述丝杆是一根由丝牙，密封圈安装段，轴承安装段和丝杆尾端组成的阶梯轴，所述密封圈安装段与O型密封圈配合，并安装在密封盖板内，形成密封层，所述轴承安装段和深沟球轴承C配合，并安装在密封盖板内，所述密封盖板是一个类“凸”型回转体，密封盖板大端有一个与轴承压盖配合的沉孔，沉孔内有一个与O型密封圈C配合的密封槽，所述轴承压盖是一个圆形回转体，内端有个顶住深沟球轴承C外圈的凸台。

所述浮力块(14)外形大体与舱体(12)互补，安装在舱体上增加整体浮力。

根据权利要求1所述的一种用于AUV的折叠天线装置，其特征在于：所述天前端曲面采用和舱体相同半径的圆面，且采用POM材料制作而成。

根据权利要求1所述的一种用于AUV的折叠天线装置，其特征在于：所述步进电机转动，在联轴器(10)的作用下丝杆(9)同步转动，与丝杆配合的滑块(6)在滑轨(7)的限制下前后水平移动，同时安装在滑块(6)上的支杆(2) 前后移动，受转轴中心孔(12e)的限制，天线(1)绕转轴中心孔(12e)转动。

进一步的，所述天线(1)的工作行程为绕转轴中心孔(12e)旋转90°，其极限位置分别是天线(1)的尾部朝后并与自主水下机器人整体平行。

进一步的，所述浮力块(14)是由耐腐蚀耐高压吸水率低的深海浮力材料制成。

进一步的，舱体(12)内外多处设置有圆角，防止应力集中，增强水下耐压性能。

进一步的，所述通信传感器包括GPS定位模块、无线电台模块、WIFI模块和4G模块。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案针对AUV的天线附体提出了全新的设计思路，将天线附体在水下工作的时候折叠隐藏，降低航行阻力，同时最小化机构的物理空间和运动空间；

另外，在AUV的表面使用浮力材料，材料轻盈，加工简单、替换方便，增加整体的浮力以降低整体装置所带来的重量之余，外形更加圆润，最小化水下航行器的阻力；改进设计后的AUV在增加其作业能力的同时提升其航行性能，保证功能实现同时最大化降低水中航行阻力。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为图1中舱体的结构示意图；

图3为图1中天线模块的结构爆炸图；

图4为图1中折叠伸缩机构的结构示意图；

图5为图1中丝杆的结构示意图；

图6为图1中驱动模块的结构爆炸图；

图7为安装在AUV上的整体示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

水下机器人系统一般由AUV和岸上控制单元组成，AUV可以进行水面及水下航行，水面航行时机器人实时的与岸上的控制单元通信，AUV会升起天线到水面以上，航行的同时向岸基发送实时位置信息，其他传感器收集的信息等；在水下航行时，天线折叠收起，AUV正常行驶工作。

具体的，本实施例中提出一种用于AUV的折叠天线装置，如图1所示，一种用于AUV的折叠天线装置，由舱体(12)，天线模块，折叠伸缩机构，驱动模块组成。包括天线(1)和支杆(2)，深沟球轴承A(3a)和深沟球轴承B(3b) 深沟球轴承C(3c)，天线盖板(4)，穿线螺栓(5a)，穿线螺母(5b)，滑块(6)，滑轨(7)，密封盖板(8)，丝杆(9)，联轴器(10)，步进电机(11)，舱体(12)，轴承压盖(13)，浮力块(14)，O型密封圈A(15a)，O型密封圈B(15b)，O 型密封圈C(15c)，天线转轴(16)；

舱体(12)如图2所示，所述舱体(12)为一个有一定壁厚的类圆筒状物体，顶部前端有一平台(12d)，所述平台(12d)上有两个凸台(12a)和若干个滑轨安装孔(12b)，所述凸台(12a)中间有转轴中心孔(12e)，所述转轴中心孔(12e) 是整个天线模块的旋转中心，用于安装天线转轴(16)，所述滑轨安装孔(12b) 是螺纹孔，用于安装滑轨(7)，舱体(12)内外多处设置有圆角，防止应力集中，增强水下耐压性能；

天线模块如图3所示，所述天线(1)是一个空心密闭壳体，天线(1)前端曲面采用和舱体(12)相同半径的圆面，且采用POM材料制作而成，用于装载水下航行器的通讯传感器，所述通信传感器包括GPS定位模块、无线电台模块、 WIFI模块和4G模块，天线(1)底部有1个密封圈安装槽(1a)和4个盖板安装螺纹孔(1b)，天线(1)中前端和中部分别有2个转轴轴承安装孔(1c)和1 个支杆轴承安装孔(1d)，所述密封圈安装槽(1a)用于安装O型密封圈，所述转轴轴承安装孔(1c)用于安装深沟球轴承B(3b)并与天线转轴(16)同轴配合，所述杆轴承安装孔(1d)用于安装深沟球轴承A(3a)并与支杆(2)的前端凸台同轴配合，所述盖板安装螺纹孔(1b)用于安装天线盖板(4)，所述天线盖板(4)是一块外形与天线(1)底部形状相同，中间有一个通孔的铝板，天线盖板(4)内侧连接O型密封圈和穿线螺栓(5a)，天线盖板(4)外侧连接O型密封圈和穿线螺母(5b)，在天线盖板(4)内外侧设置有穿线螺栓(5a)及穿线螺母(5b)，目的是将天线(1)内的通信模块的电源线及信号线在保证整体水密的情况下引到舱体(12)内；

本方案创新性地提出了使用“滚珠丝杆-滑块滑轨机构”的折叠伸缩机构设计理念，如图4所示，所述支杆(2)为一根两端有凸台的铝条，支杆(2)前端与天线(1)中部的支杆轴承安装孔(1d)同轴配合，支杆(2)尾端凸台与滑块 (6)上的安装孔同轴配合，所述滑块(6)底端与滑轨(7)配合，滑块(6)可以在滑轨(7)上前后移动，滑块(6)顶端有一个与丝杆(9)配合的螺纹孔；

驱动机构如图6所示，所述联轴器(10)前端和尾端分别与丝杆尾端(9d) 和步进电机(11)连接，目的是将步进电机(11)的转动同步传递到丝杆(9) 上，所述步进电机和联轴器为市场成熟产品；如图5所示，所述丝杆(9)是一根由丝牙(9a)，密封圈安装段(9c)，轴承安装段(9b)和丝杆尾端(9d)组成的阶梯轴，所述密封圈安装段(9c)与O型密封圈(15b)配合，并安装在密封盖板(8)内，形成密封层，所述轴承安装段(9b)和深沟球轴承C(3c)配合，并安装在密封盖板(8)内，所述密封盖板(8)是一个类“凸”型回转体，密封盖板(8)大端有一个与轴承压盖(13)配合的沉孔，沉孔内有一个与O型密封圈C(15c)配合的密封槽，所述轴承压盖(13)是一个圆形回转体，内端有个顶住深沟球轴承C(3c)外圈的凸台。

AUV整体如图7所示，所述浮力块(14)是由耐腐蚀耐高压吸水率低的深海浮力材料制成，外形大体与舱体(12)互补，安装在舱体上增加整体浮力；同时装好后整体AUV的外形规整，最小化航行阻力。

继续参考图1，当步进电机(11)正向转动，在联轴器(10)的作用下丝杆 (9)同步正向转动，与丝杆配合的滑块(6)在滑轨(7)的限制下水平向前移动，同时安装在滑块(6)上的支杆(2)向前移动，受转轴中心孔(12e)的限制，天线(1)绕转轴中心孔(12e)转动，天线(1)伸出；反之步进电机(11) 反向转动，在联轴器(10)的作用下丝杆(9)同步反向转动，与丝杆配合的滑块(6)在滑轨(7)的限制下水平向后移动，同时安装在滑块(6)上的支杆(2) 向后移动，受转轴中心孔(12e)的限制，天线(1)绕转轴中心孔(12e)转动，天线(1)折叠收起。工作行程为绕转轴中心孔(12e)旋转90°，其极限位置分别是天线(1)的尾部朝后并与自主水下机器人整体平行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于AUV的折叠天线装置，包括天线（1）和支杆（2），深沟球轴承A（3a）和深沟球轴承B（3b）深沟球轴承C（3c），天线盖板（4），穿线螺栓（5a），穿线螺母（5b），滑块（6），滑轨（7），密封盖板（8），丝杆（9），联轴器（10），步进电机（11），舱体（12），轴承压盖（13），浮力块（14），O型密封圈A（15a），O型密封圈B（15b），O型密封圈C（15c），天线转轴（16）；

其特征在于：所述舱体（12）为一个有一定壁厚的类圆筒状物体，顶部前端有一平台（12d），所述平台（12d）上有两个凸台（12a）和若干个滑轨安装孔（12b），所述凸台（12a）中间有转轴中心孔（12e），所述转轴中心孔（12e）是整个天线模块的旋转中心，用于安装天线转轴（16），所述滑轨安装孔（12b）是螺纹孔，用于安装滑轨（7）；

所述天线（1）是一个空心密闭壳体，用于装载水下航行器的通讯传感器，天线（1）底部有1个密封圈安装槽（1a）和4个盖板安装螺纹孔（1b），天线（1）中前端和中部分别有2个转轴轴承安装孔（1c）和1个支杆轴承安装孔（1d），所述密封圈安装槽（1a）用于安装O型密封圈，所述转轴轴承安装孔（1c）用于安装深沟球轴承B（3b）并与天线转轴（16）同轴配合，所述杆轴承安装孔（1d）用于安装深沟球轴承A（3a）并与支杆（2）的前端凸台同轴配合，所述盖板安装螺纹孔（1b）用于安装天线盖板（4），所述天线盖板（4）是一块外形与天线（1）底部形状相同，中间有一个通孔的铝板，天线盖板（4）内侧连接O型密封圈和穿线螺栓（5a），天线盖板（4）外侧连接O型密封圈和穿线螺母（5b），在天线盖板（4）内外侧设置有穿线螺栓（5a）及穿线螺母（5b），目的是将天线（1）内的通信模块的电源线及信号线在保证整体水密的情况下引到舱体（12）内；

所述支杆（2）为一根两端有凸台的铝条，支杆（2）前端与天线（1）中部的支杆轴承安装孔（1d）同轴配合，支杆（2）尾端凸台与滑块（6）上的安装孔同轴配合，所述滑块（6）底端与滑轨（7）配合，滑块（6）可以在滑轨（7）上前后移动，滑块（6）顶端有一个与丝杆（9）配合的螺纹孔；

所述联轴器（10）前端和尾端分别与丝杆尾端（9d）和步进电机（11）连接，目的是将步进电机（11）的转动同步传递到丝杆（9）上，所述丝杆（9）是一根由丝牙（9a），密封圈安装段（9c），轴承安装段（9b）和丝杆尾端（9d）组成的阶梯轴，所述密封圈安装段（9c）与O型密封圈（15b）配合，并安装在密封盖板（8）内，形成密封层，所述轴承安装段（9b）和深沟球轴承C（3c）配合，并安装在密封盖板（8）内，所述密封盖板（8）是一个类“凸”型回转体，密封盖板（8）大端有一个与轴承压盖（13）配合的沉孔，沉孔内有一个与O型密封圈C（15c）配合的密封槽，所述轴承压盖（13）是一个圆形回转体，内端有个顶住深沟球轴承C（3c）外圈的凸台；

所述浮力块（14）外形大体与舱体（12）互补，安装在舱体上增加整体浮力。

2.根据权利要求1所述的一种用于AUV的折叠天线装置，其特征在于：所述天线（1）前端曲面采用和舱体（12）相同半径的圆面，且采用POM材料制作而成。

3.根据权利要求1所述的一种用于AUV的折叠天线装置，其特征在于：所述步进电机（11）转动，在联轴器（10）的作用下丝杆（9）同步转动，与丝杆配合的滑块（6）在滑轨（7）的限制下前后水平移动，同时安装在滑块（6）上的支杆（2）前后移动，受转轴中心孔（12e）的限制，天线（1）绕转轴中心孔（12e）转动。

4.根据权利要求1所述的一种用于AUV的折叠天线装置，其特征在于：所述天线（1）的工作行程为绕转轴中心孔（12e）旋转90°，其极限位置分别是天线（1）的尾部朝后并与自主水下机器人整体平行。

5.根据权利要求1所述的一种用于AUV的折叠天线装置，其特征在于：所述浮力块（14）是由耐腐蚀耐高压吸水率低的深海浮力材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种用于AUV的折叠天线装置，其特征在于：舱体（12）内外多处设置有圆角，防止应力集中，增强水下耐压性能。

7.根据权利要求1所述的一种用于AUV的折叠天线装置，其特征在于：所述通信传感器包括GPS定位模块、无线电台模块、WIFI模块和4G模块。

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