CN115848581B - 一种可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台 - Google Patents
一种可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台 Download PDFInfo
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Abstract
本发明具体涉及一种可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台，包括架设在水槽上的主体框架、通过运动平台安装在主体框架内的旋转直筒和连接在旋转直筒上的航行器；主体框架包括固定在水槽四角上的立柱，四根立柱上垂直连接有两条平行设置的导轨，运动平台包括两根导杆，两根导杆均滑动安装在两条导轨之间，两根导杆通过两根连接杆连接；旋转直筒包括上壳体和直筒本体，直筒本体转动连接在上壳体底部，上壳体内安装有伺服电机，伺服电机用于驱动直筒本体转动，上壳体通过滑动组件滑动安装在两根导杆上，直筒本体内设有多根伸缩杆，伸缩杆与航行器连接。本发明可使航行器实现多种姿态运动，便于研究航行器多姿态运动的物理特性。
Description
技术领域
本发明涉及航行器实验技术领域，具体涉及一种可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台。
背景技术
随着船舶工业和水下航行器的发展，为了进一步提高水下航行器的性能以及更好地对航行器进行动态测试，就需要对实现动态航行器的实验平台进行研究。由于水下航行器的工作场景十分广泛，如用于水下探测，水下捕捞等，而且水下航行器的工作环境比较复杂，存在很多不确定性因素，因此对于水下航行器的实验测试显得十分重要，通过实验测试测得航行器的各项参数，便于研究航行器的性能。目前对于航行器的测试方法有通过拖曳水池进行实验，但是该方式不能主动控制调整姿态，若能够实现主动控制调整姿态，并在运动过程中测量运动状态，则对航行器的参数优化具有重要的意义，目前提出这种水下的实验平台的方案较少，对于进行这种实验的实验平台还有提升的空间。
在现有的研究中，大多数实验平台不能多姿态控制航行器或者航行器是固定式的，不能主动控制调整航行器姿态，不能实现航行器的多姿态运动，也无法在动态过程中测量不同姿态下的航行器运动参数。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供了一种可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台，该航行器实验平台使得航行器可进行纵向运动、横向运动、垂向运动、纵摇运动、横摇运动、艏摇运动以及多姿态混合运动，便于研究航行器在不同姿态、水位高度和航速下的运动的动态物理特性。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台，包括架设在水槽上的主体框架、通过运动平台安装在主体框架内的旋转直筒和连接在旋转直筒上的航行器；主体框架包括固定在水槽四角上的立柱，四根立柱上垂直连接有两条平行设置的导轨，运动平台包括两根导杆，两根导杆均滑动安装在两条导轨之间，两根导杆通过两根连接杆连接；旋转直筒包括上壳体和直筒本体，直筒本体转动连接在上壳体底部，上壳体内安装有伺服电机，伺服电机用于驱动直筒本体转动，上壳体通过滑动组件滑动安装在两根导杆上，直筒本体内设有多根伸缩杆，伸缩杆的一端与直筒本体连接，伸缩杆的另一端与航行器连接。
进一步地，滑动组件包括多根滑动杆，多根滑动杆对称设置在上壳体的两侧壁上，滑动杆的端部连接有弧形滑轮，弧形滑轮滑动安装在导杆上。
进一步地，伸缩杆与直筒本体连接的一端设有连接块，直筒本体的顶端开设有通孔，伸缩杆穿过通孔并通过连接块架设在直筒本体的顶端，连接块通过螺栓连接在直筒本体顶端。
进一步地，通孔为长条状通孔，通孔的两侧开设有长条状通槽，连接块的两端对应开设有螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔和通槽将连接块的两端活动连接在直筒本体的顶端。
进一步地，伸缩杆与航行器连接的一端设有球形块，伸缩杆通过球形块与航行器铰接。
进一步地，伺服电机的输出轴通过联轴器与直筒本体的顶端连接。
进一步地，直筒本体的顶端设有液压组件，伸缩杆通过液压组件控制。
进一步地，导杆的两端连接有滑轮，滑轮滑动安装在导轨内。
进一步地，航行器内设有姿态传感器。
进一步地，运动平台上设有位移传感器和压力传感器。
总的说来，本发明具有如下优点：
一、本发明的导轨、运动平台、旋转直筒和伸缩杆可使航行器实现纵向运动、横向运动、垂向运动、纵摇运动、横摇运动、艏摇运动以及多姿态混合运动，便于研究航行器在不同姿态、水位高度和航速下的运动的动态物理特性。
二、本发明可以调节伸缩杆的紧固位置，使得伸缩杆可以适用于不同的航行器，进而使得本航行器实验平台可适用于各种航行器，便于更好地研究不同航行器在流体中的特性，以便更全面地进行试验对比。
三、本发明集成多个物理量的传感器，可以实现对航行器的运动参数进行实时监测。
附图说明
图1是本发明的可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台的结构示意图；
图2是本发明的可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台的俯视图；
图3是本发明的旋转直筒的结构示意图；
图4是本发明的旋转直筒的透视图；
图5是本发明的旋转直筒的局部放大图；
图6是本发明的伸缩杆的结构示意图；
其中：1：主体框架，11：立柱，12：导轨，2：运动平台，21：导杆，22：滑轮，23：连接杆，3：旋转直筒，31：上壳体，32：直筒本体，321：通孔，322：通槽，33：伸缩杆，34：连接块，341：螺栓孔，35：球形块，36：伺服电机，37：联轴器，38：液压组件，39：滑动组件，391：滑动杆，392：弧形滑轮，4：航行器，5：水槽。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
如图1至图3所示，一种可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台，包括架设在水槽上的主体框架、通过运动平台安装在主体框架内的旋转直筒和连接在旋转直筒上的航行器；主体框架包括固定在水槽四角上的立柱，四根立柱上垂直连接有两条平行设置的导轨，运动平台包括两根导杆，两根导杆均滑动安装在两条导轨之间，两根导杆通过两根连接杆连接；旋转直筒包括上壳体和直筒本体，直筒本体转动连接在上壳体底部，上壳体内安装有伺服电机，伺服电机用于驱动直筒本体转动，上壳体通过滑动组件滑动安装在两根导杆上，直筒本体内设有多根伸缩杆，伸缩杆的一端与直筒本体连接，伸缩杆的另一端与航行器连接。
如图1和图2所示，导杆的两端连接有滑轮，滑轮滑动安装在导轨内。在本实施例中，运动平台通过外部直流电机驱动，直流电机驱动导杆上的滑轮在导轨内横向滑动，进而带动旋转直筒在主体框架上左右往复运动，实现航行器在水槽中的横向运动。由于航行器实验平台需要进行速度控制，采用直流电机能够更好地实现调速性能，实现恒速运动和变速运动。
如图2和图3所示，滑动组件包括多根滑动杆，多根滑动杆对称设置在上壳体的两侧壁上，滑动杆的端部连接有弧形滑轮，弧形滑轮滑动安装在导杆上。在本实施例中，滑动组件通过外部电机驱动，电机驱动滑动杆上的弧形滑轮在导杆上纵向滑动，进而带动旋转直筒在运动平台上前后往复运动，实现航行器在水槽中的纵向运动。
如图4至图6所示，伸缩杆与直筒本体连接的一端设有连接块，直筒本体的顶端开设有通孔，伸缩杆穿过通孔并通过连接块架设在直筒本体的顶端，连接块通过螺栓连接在直筒本体顶端。具体的，通孔为长条状通孔，通孔的两侧开设有长条状通槽，连接块的两端对应开设有螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔和通槽将连接块的两端活动连接在直筒本体的顶端。使用时，可拧松连接块上的螺栓，将伸缩杆移动到所需位置后，拧紧螺栓，将连接块的两端紧固在直筒本体的顶端，可以调节伸缩杆的紧固位置，使得伸缩杆可以适用于不同的航行器，进而使得本航行器实验平台可适用于各种航行器，使用更广泛。
如图5所示，伺服电机的输出轴通过联轴器与直筒本体的顶端连接。伺服电机固定在上壳体内，伺服电机通过输出轴和联轴器向直筒本体输出驱动力，驱动直筒本体和伸缩杆转动，进而控制航行器实现艏摇运动。
如图4所示，直筒本体的顶端设有液压组件，伸缩杆通过液压组件控制。通过液压组件可以控制伸缩杆伸长或缩短，进而带动航行器上下运动，实现航行器的垂向运动。在本实施例中，伸缩杆的数量为四根，通过控制四根伸缩杆伸长与缩短，可以调整航行器的倾斜角度，调整航行器的姿态，可实现航行器的纵摇运动和横摇运动。
如图6所示，伸缩杆与航行器连接的一端设有球形块，伸缩杆通过球形块与航行器铰接。球铰接具有控制灵活和扭转角度大的特点，使得伸缩杆可以灵活地控制航行器实现多姿态运动。
在本实施例中，航行器内设有姿态传感器。运动平台上设有位移传感器和压力传感器。姿态传感器、位移传感器和压力传感器可以监测航行器的航速、所受阻力、倾角、运动距离和水下深度等参数。
本发明的工作原理如下：
外部直流电机驱动导杆上的滑轮沿导轨左右滑动，进而带动旋转直筒和航行器左右运动，实现航行器的横向运动；外部电机驱动滑动杆上的弧形滑轮沿导杆前后滑动，进而带动旋转直筒和航行器前后运动，实现航行器的纵向运动；液压组件控制伸缩杆上下伸缩，进而带动伸缩杆上的航行器上下运动，实现航行器的垂向运动；液压组件控制前侧两根伸缩杆伸长、同时配合后侧两根伸缩杆缩短，然后控制前侧两根伸缩杆缩短、同时配合后侧两根伸缩杆伸长，进而带动伸缩杆上的航行器前后摇摆，实现航行器的纵摇运动；液压组件控制左侧两根伸缩杆伸长、同时配合右侧两根伸缩杆缩短，然后控制左侧两根伸缩杆缩短、同时配合右侧两根伸缩杆伸长，进而带动伸缩杆上的航行器左右摇摆，实现航行器的横摇运动；伺服电机驱动直筒本体和伸缩杆转动，进而带动航行器旋转运动，实现航行器的艏摇运动。
在航行器正常运动过程中，俯视于水槽时可观察到航行器运动呈现正弦函数的运动路径，同时可通过伺服电机控制直筒本体转动，调整航行器的运动方向，还可通过伸缩杆控制航行器的倾斜角度，调整航行器的姿态，便于测量不同姿态下的航行器运动参数，全部动作都可在运动过程中调整与实时监测。
总的说来，本发明的导轨、运动平台、旋转直筒和伸缩杆可使航行器实现纵向运动、横向运动、垂向运动、纵摇运动、横摇运动、艏摇运动以及多姿态混合运动，便于研究航行器在不同姿态、水位高度和航速下的运动的动态物理特性。本发明可以调节伸缩杆的紧固位置，使得伸缩杆可以适用于不同的航行器，进而使得本航行器实验平台可适用于各种航行器，便于更好地研究不同航行器在流体中的特性，以便更全面地进行试验对比。本发明集成多个物理量的传感器，可以实现对航行器的运动参数进行实时监测。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台，其特征在于：包括架设在水槽上的主体框架、通过运动平台安装在主体框架内的旋转直筒和连接在旋转直筒上的航行器；
主体框架包括固定在水槽四角上的立柱，四根立柱上垂直连接有两条平行设置的导轨，运动平台包括两根导杆，两根导杆均滑动安装在两条导轨之间，两根导杆通过两根连接杆连接；
旋转直筒包括上壳体和直筒本体，直筒本体转动连接在上壳体底部，上壳体内安装有伺服电机，伺服电机用于驱动直筒本体转动，上壳体通过滑动组件滑动安装在两根导杆上，直筒本体内设有多根伸缩杆，伸缩杆的一端与直筒本体连接，伸缩杆的另一端与航行器连接；
滑动组件包括多根滑动杆，多根滑动杆对称设置在上壳体的两侧壁上，滑动杆的端部连接有弧形滑轮，弧形滑轮滑动安装在导杆上；
导杆的两端连接有滑轮，滑轮滑动安装在导轨内；
伸缩杆与直筒本体连接的一端设有连接块，直筒本体的顶端开设有通孔，伸缩杆穿过通孔并通过连接块架设在直筒本体的顶端，连接块通过螺栓连接在直筒本体顶端；
通孔为长条状通孔，通孔的两侧开设有长条状通槽，连接块的两端对应开设有螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔和通槽将连接块的两端活动连接在直筒本体的顶端；
伸缩杆与航行器连接的一端设有球形块，伸缩杆通过球形块与航行器铰接；
直筒本体的顶端设有液压组件，伸缩杆通过液压组件控制；
航行器内设有姿态传感器。
2.根据权利要求1所述的一种可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台，其特征在于：伺服电机的输出轴通过联轴器与直筒本体的顶端连接。
3.根据权利要求1所述的一种可实现航行器多姿态运动的航行器实验平台，其特征在于：运动平台上设有位移传感器和压力传感器。
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