CN114248881B - 一种纵横两自由度复合运动水下航行器控制机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水下航行器试验流场测量技术领域，具体涉及一种纵横两自由度复合运动水下航行器控制机构。本发明整体易拆卸组装，并设有存放架，方便使用及存放。由于一般的水下航行器实验装置整体易与水面接触，造成设备腐蚀，缩短设备使用寿命，本发明整体易触水部件均采用耐腐蚀材料，入水部分线缆等做防水航插接口，大大减慢了设备腐蚀的速度。本发明中设备配备上位机可编程软件，可实现预定运动函数编辑，具有更强的实验适配性。本发明具备闭环控制，通过数据的反馈实现精准的运动性质的控制，可实现水下航行器纵横两自由度运动。

Description

一种纵横两自由度复合运动水下航行器控制机构
技术领域
本发明属于水下航行器试验流场测量技术领域，具体涉及一种纵横两自由度复合运动水下航行器控制机构。
背景技术
近年来，除了水下航行器的弱机动巡航状态外，水下航行器的大攻角上浮下潜、满舵偏转及全速回转等强机动航态下的性能也受到越来越多的关注。强机动航态下，艇体及附体表面更易发生边界层脱落，引起更为严重的流动分离现象，加之强机动航态下通常会存在较大的来流攻角，同时伴随有方向和大小均难以预估的侧向力/力矩的产生，从而严重影响水下航行器机动航态下的操纵性能，此外，由于分离涡强度高，耗散弱，当分离涡传播至水下航行器尾部附体处时，与附体尾涡发生相互作用，加剧了水下航行器周围流场的湍流脉动、粘性效应和漩涡运动，导致其表面压力变化及激励力特性变得更加复杂。国内外在水下航行器绕流场及其表面的激励力的测试方面的研究主要是针对直航，少有考虑回转等机动航态的，但机动航态下航行器本身和附体产生的大量分离涡流相互耦合，是水下航行器噪声性能的关键因素。因此实现回转机动航态下流场及激励力的测量尤为重要。
目前，回转机动航态下流场及激励力的测量相关实验并不完善，测量方案也并不成熟，水下航行器的相关控制机构无法实现纵横两自由度平面运动和回转运动。因此形成一套完整的测试系统迫在眉睫，而水下航行器纵横两自由度平面控制装置的发明也必不可少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纵横两自由度复合运动水下航行器控制机构。
一种纵横两自由度复合运动水下航行器控制机构，包括固定托架1、水平滑台2、空中转台3、吊臂机构4、数控模块7、所述的水平滑台2通过轻质导轨与固定托架1相连，所述空中转台3通过传动轴承14安装在水平滑台2上；所述吊臂机构4置于空中转台3下方，吊臂机构4整体防水且加装防水航插接口线缆，吊臂机构4通过线缆与伺服控制单元11与水下航行器5的尾部连接；所述的数控模块7包括主控计算机8、图像处理模块9、数据采集模块10、伺服控制单元11、天平15；所述吊臂机构4与空中转台3的线路，综合布线接入数控模块7；通过调节在固定托架1上的位置，带动中空转台3横向移动；所述主控计算机8发出电信号，通过工业以太网进行传输，由伺服控制单元11进行接收，接收到信号的伺服控制单元11控制吊臂机构4进行摆动；所述天平15将采集到的角度信息，传输给数据采集模块10，通过工业以太网，传入主控计算机8进行存储，为实验的后处理提供数据支撑；所述图像处理模块9通过高速摄像机不断获得水下航行器5运动情况，并将获取到的图像信息传输到主控计算机8中进行存储，同时不断调节吊臂机构4进行摆动的幅度和角度，实现闭环控制。
本发明的有益效果在于：
本发明整体易拆卸组装，并设有存放架，方便使用及存放。由于一般的水下航行器实验装置整体易与水面接触，造成设备腐蚀，缩短设备使用寿命，本发明整体易触水部件均采用耐腐蚀材料，入水部分线缆等做防水航插接口，大大减慢了设备腐蚀的速度。本发明中设备配备上位机可编程软件，可实现预定运动函数编辑，具有更强的实验适配性。本发明具备闭环控制，通过数据的反馈实现精准的运动性质的控制，可实现水下航行器纵横两自由度运动。
附图说明
图1是本发明的整体示意图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明中数控模块的示意图。
图4是本发明中空中转台的左侧局部三视图。
图5是本发明中空中转台的右侧电机示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明涉及一种水下航行器试验流场测量技术领域，属于一种纵横两自由度复合运动水下航行器控制机构，包括固定托架1、水平滑台2、大型空中转台3、吊臂4、水下航行器5、伺服电机6、数控模块7、主控计算机8、图像处理模块9、数据采集10、伺服控制单元11、减速器12、支杆13、传动轴承14、天平15；所述的固定托架1，位于拖车侧桥，与水平滑台2主体相连，使水下航行器5可固定在水面附近，所述的水平滑台2通过轻型滑轨与固定托架1相连，通过调节在固定托架1上的位置，实现带动大型中空转台3受控横向移动。所述的大型中空转台3包括电机、减速器12、传动轴承14，通过丝杠、轻质导轨安装于固定托架1上并可进行横向移动。大型空中转台3通过传动轴承14安装在水平滑台2上，安装完成后通过旋转传动轴承14，将机构旋转90°，放下螺栓，将机构固定。当水下航行器5需进行回转运动时，由电机、减速器12带动传动轴承14进行转动，配合吊臂4以及支杆13带动水下航行器5进行回转运动，调节转台的位置和角度可实现吊臂360°受控转动。所述的吊臂4，通过缆线分别连接着大型空中转台3与水下航行器5尾部，且吊臂整体防水且加装32针以上的防水航插接口线缆，用于线路的传输。所述的轻型滑轨放置于待测水下航行器5正上方位置，用于提供水平滑台2的滑动轨道。本发明实现了水下航行器两自由度复合运动，提高了水下航行器流场测试实验的精度。
所述的数控模块由主控计算机、图像处理、数据采集、伺服控制单元组成，通过数据线进行连接，控制整个主体按照给定运动函数运动，并设有限位报警装置保证主体的安全。吊臂机构4置于大型空中转台3下方，通过电缆与伺服控制单元11相连。远程主控计算机8发出电信号，通过工业以太网进行传输，由伺服控制单元11进行接收。接收到信号的伺服控制单元11以电信号的形式，让电机进行运动带动编码器进行编码。编码完成后，控制吊臂4进行摆动，同时编码器会将机构的绝对位置角度信号进行反馈，将信号再次输入伺服驱动器，高速摄像机会将实测角度返回主控计算机8对角度进行校准，调节吊臂进行摆动的幅度和角度。吊臂4的另一端由于与水下航行器5相连，实验前必须进行防腐蚀处理，采用316耐腐蚀级别材料进行制作，入水线缆部分用防水航插接口，经过防腐处理后，降低了实验误差，提高测量的精度。
将吊臂4与大型空中转台3的线路，综合布线接入数控模块7，所诉数控模块7由主控计算机8、图像处理模块9、数据采集模块10以及伺服控制单元11组成。图像处理模块9通过高速摄像机不断获得水下航行器5运动情况，并将获取到的图像信息传输到主控计算机8中进行存储，同时不断的对角度进行校准，实现闭环控制。天平15将采集到的角度信息，传输给数据采集模块10，通过工业以太网，传入主控计算机8进行存储，为实验的后处理提供数据支撑。主控计算机8上可编程软件提供，编写运动函数方程，经由工业以太网传入伺服运动控制单元11，控制吊臂摆动的幅度及吊臂的位移。
本发明整体易拆卸组装，并设有存放架，方便使用及存放。由于一般的水下航行器实验装置整体易与水面接触，造成设备腐蚀，缩短设备使用寿命，本发明整体易触水部件均采用316耐腐蚀级别或以上材料，入水部分线缆等做防水航插接口，大大减慢了设备腐蚀的速度。本发明中设备配备上位机可编程软件，可实现预定运动函数编辑，具有更强的实验适配性。本发明具备闭环控制，通过数据的反馈实现精准的运动性质的控制，可实现水下航行器纵横两自由度运动。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种纵横两自由度复合运动水下航行器控制机构，其特征在于：包括固定托架(1)、水平滑台(2)、空中转台(3)、吊臂机构(4)、数控模块(7)、所述的水平滑台(2)通过轻质导轨与固定托架(1)相连，所述空中转台(3)通过传动轴承(14)安装在水平滑台(2)上；所述吊臂机构(4)置于空中转台(3)下方，吊臂机构(4)整体防水且加装防水航插接口线缆，吊臂机构(4)通过线缆与伺服控制单元(11)与水下航行器(5)的尾部连接；所述的数控模块(7)包括主控计算机(8)、图像处理模块(9)、数据采集模块(10)、伺服控制单元(11)、天平(15)；所述吊臂机构(4)与空中转台(3)的线路，综合布线接入数控模块(7)；通过调节在固定托架(1)上的位置，带动中空转台(3)横向移动；所述主控计算机(8)发出电信号，通过工业以太网进行传输，由伺服控制单元(11)进行接收，接收到信号的伺服控制单元(11)控制吊臂机构(4)进行摆动；所述天平(15)将采集到的角度信息，传输给数据采集模块(10)，通过工业以太网，传入主控计算机(8)进行存储，为实验的后处理提供数据支撑；所述图像处理模块(9)通过高速摄像机不断获得水下航行器(5)运动情况，并将获取到的图像信息传输到主控计算机(8)中进行存储，同时不断调节吊臂机构(4)进行摆动的幅度和角度，实现闭环控制。
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