CN112265623A - 一种水下机器人重心及浮沉调节装置 - Google Patents

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葛卓
林辉
周冠泽
熊文
李俊舟
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    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B63G8/22—Adjustment of buoyancy by water ballasting; Emptying equipment for ballast tanks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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Abstract

本发明公开了一种水下机器人重心及浮沉调节装置，其特征在于：包括调节运动机构和运行轨道；所述调节运动机构包括驱动电机、外置滚轮；所述的外置滚轮与所述运行轨道配合运动；还包括与驱动电机连接的压载水舱，所述压载水舱由驱动电机和外置滚轮等带动在所述运行轨道中往复运动，利用压载水舱充满或排出压载水以调节水下机器人等水下航行器的自身重力以实现下沉或上浮运动的同时，将压载水作为重心调整用的质量块，通过驱动电机、外置滚轮等组成的一体式驱动机构在运行轨道中往复运动，可以稳定、快速调节水下机器人的重心位置。本发明具有布置方式多样、结构紧凑、附加重量低、运行稳定以及可适用范围广等特点。

Description

一种水下机器人重心及浮沉调节装置
技术领域
本发明涉及一种水下机器人重心及浮沉调节装置，属于水下机器人技术领域。
背景技术
目前，水下机器人等水下航行器调节自身浮沉的方式通常重物法、变排水体积法或改变重心位置法。其中改变重心位置法不仅作为浮沉调节，也可作为调节水下机器人俯仰和横倾姿态的方法。
重物法利用加设重物实现下沉，抛弃重物实现上浮。这种方法很难控制下沉或上浮的速度与位置，并且重物抛弃后则无法回收再次使用。
变排水体积法通过调整机器人的排水体积以调节浮力，实现水下机器人的上浮和下沉。这种方法需要改变机器人整体体积，破坏了机器人水动力外形，仅适用于低速运行的水下机器人等。
重心位置法是在水下机器人体内安装活动的配重物，通过调整配重物的位置，改变水下机器人的重心位置，当机器人重心偏离后会产生偏转力矩，使得机器人推进器不再处于原工作水平面，发生俯仰或者横倾。当推进器的推进力方向改变后，得到垂直于水平面的分力，进而实现机器人的上浮和下沉运动。这种方法通常采用在水下机器人内部布置质量块以及配套的驱动电机和驱动机构，体积大，并且运动范围有限。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种重心及浮沉调节装置，可在利用压载水增大水下机器人等水下航行器的自身重力以实现下沉运动的同时，将压载水作为重心调整用的质量块，通过一体式驱动机构，可以稳定、快速调节水下机器人的重心位置。
本发明具有布置方式多样、结构紧凑、附加重量低、运行稳定、可适用范围广等特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于水下机器人等水下航行器的重心及浮沉调节装置，包括调节运动机构和运行轨道；
所述运行轨道为圆柱形，可为封闭的完整圆柱形，也可根据需要设计为开放式，典型实施例中的运行轨道内壁为螺旋式传动结构；所述运行轨道可根据需要设计为直线式轨道、环形轨道等多种形式；所述调节运动机构包括一体式驱动机构及附件和压载水舱及附件；所述一体式驱动机构包括内置的驱动电机、外置滚轮及附件；所述的外置滚轮外表面是与运行轨道内壁相配合的螺旋式传动结构；所述压载水舱为小型密闭耐压舱，与一体式驱动机构连接，由一体式驱动机构带动在运行轨道中往复运动。
其中，所述压载水舱的附件包括进出水口、进出水管道、压载水泵、压缩气瓶以及气泵。
可选的，所述调节运动机构可包括一对一体式驱动机构及附件和一个压载水舱及附件；也可仅包含一个一体式驱动机构及附件和一个压载水舱及附件，另一端可仅使用被动式外置滚轮，主要起到支撑作用。
可选的，所述一体式驱动机构的外置滚轮可与驱动电机转子直接连接，也可根据配置需要与减速器输出轴相连接。
可选的，所述一体式驱动机构的附件可根据需要包括小型减速器、电池、外置电缆接头。
有益效果
本发明提出的一种重心及浮沉调节装置，将水下机器人等水下航行器所需的浮沉调节功能和重心调节功能融合为一体，同时将调节运动机构和驱动机构融合为一体，避免了机构过多、过重，占用浮力储备，影响水下机器人携带有效载荷能力。本发明具有布置方式多样、结构紧凑、附加重量低、运行稳定、可适用范围广等特点。
附图说明
图1为本发明一种典型实施例(直线式)的结构示意图；
图2为本发明一种典型实施例(直线式)中调节运动机构的结构示意图；
图3为本发明一种典型实施例(直线式)中运行轨道的结构示意图。
图中：1为调节运动机构；2为运行轨道；101为驱动电机；102为外置滚轮；103为电池；104为压载水舱；105为一体式驱动机构的附件电缆接头；106为压载水舱的附件进出水口；201为运行轨道开槽，作为进出水口106的运动槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个典型实施例(直线式)作进一步详述。
可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明直接关联的部分而非实现设计功能的全部所需结构。
实施例
本实施例中，可应用水下机器人等水下航行器的重心及浮沉调节装置为直线式，运行轨道为封闭式圆柱形轨道，轨道内壁为螺旋式传动结构。
参见图1至图3，本实施例中，重心及浮沉调节装置包括调节运动机构1和运行轨道2，其中调节运动机构1主要由驱动电机101、外置滚轮102、电池103和压载水舱104构成，电缆接头105和进出水口106分别是驱动电机101和压载水舱104的附件。
所述压载水舱104的两端分别与驱动电机101的定子连接，外置滚轮102固定在驱动电机101的转子上，滚轮外表面具有与运行轨道2内壁相配合的螺旋式传动结构。电池103通过电池壳与驱动电机101定子固定在一起给电机供电。压载水舱104的进出水口106穿过运行轨道开槽201与水下机器人所配置的进出水管道、压载水泵、压缩气瓶以及气泵等连接，进出水口为集成式多管道式设计。
所述调节运动机构1通过外置滚轮102布置在运行轨道2中，当驱动电机101带动外置滚轮102旋转时，通过螺旋式传动实现调节运动机构1在运行轨道2中的往复运动。由于调节运动机构1自身具备一定重量，当压载水舱104内未填充压载水时，同样具备重心调节功能。
所述压载水舱104通过进出水口106充满或排出压载水，可调节水下机器人自身重量，进而实现浮沉调节功能；同时，可以结合重心调节功能，通过调节机器人俯仰角改变，使得水下机器人或航行器的推进角度在竖直方向发生改变，实现加速下沉或者加速上浮动作。
所述调节运动机构1配置有电池103时，驱动电机101中带有驱动控制器，通过无线或蓝牙等方式接受水下机器人主控制系统发送的运动控制信号，进而按照需要进行重心的调整。当不配置有电池103时，驱动电机101为带缆式工作。
以上所述为以直线型为典型实施例，并非对本发明进行任何形式上限制，即可根据需要实施诸如环形轨道等各类形式；同时，本发明对水下机器人或航行器重心调节的功能根据轨道的配置形式而发生改变，可通过前后运动调节机器人抬艏等运动，也可调节机器人绕中心轴的横滚运动等。

Claims (5)

1.一种水下机器人重心及浮沉调节装置，其特征在于：包括调节运动机构和运行轨道；所述调节运动机构包括驱动电机、外置滚轮；所述的外置滚轮与所述运行轨道配合运动；还包括与驱动电机连接的压载水舱，所述压载水舱由驱动电机和外置滚轮等带动在所述运行轨道中往复运动。
2.根据权利要求1所述的一种水下机器人重心及浮沉调节装置，其特征在于，所述运行轨道为直线式轨道或环形轨道。
3.根据权利要求1所述的一种水下机器人重心及浮沉调节装置，其特征在于，所述压载水舱为小型密闭耐压舱。
4.根据权利要求1所述的一种水下机器人重心及浮沉调节装置，其特征在于，所述压载水舱上设有进出水口。
5.根据权利要求4所述的一种水下机器人重心及浮沉调节装置，其特征在于，所述压载水舱充满或排出压载水，可调节水下机器人自身重量，进而实现浮沉调节功能，当压载水舱充满压载水时，作为质量块配重。
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