CN211844861U

CN211844861U - 一种水下潜航器的姿态调节机构

Info

Publication number: CN211844861U
Application number: CN201921902898.6U
Authority: CN
Inventors: 赵龙; 吴国俊; 李亚辉
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS; Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Development Center
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS; Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Development Center
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2029-11-06

Abstract

本实用新型提供了一种水下潜航器的姿态调节机构,包括壳体、位于壳体内的重心位移调节结构，所述水下潜航器的浮心位于所述水下潜航器的重心的上方，所述重心位移调节结构具有可移动的调节块、用于驱动所述调节块移动以调整重心位置的磁耦合电机、用于将所述电机的驱动力传递到所述调节块的传递轴。本实用新型提供的水下潜航器，通过设置所述水下潜航器的浮心位于所述水下潜航器的重心的上方，在需要调整水下潜航器的俯仰姿态时，可以根据需要调整的角度，将调整水下潜航器的重心调整相应的距离，实现水下潜航器角度的调整，有利于水下潜航器俯仰姿态的精准调节；通过设置调节块和电机，便于调节块的移动，有利于提高重心调节的速度。

Description

一种水下潜航器的姿态调节机构

技术领域

本实用新型属于水下潜航器技术领域，具体涉及一种水下潜航器的姿态调节机构。

背景技术

水下潜航器以其运动和作业范围大，操控机动灵活等特点已成为各国在水下海洋装备领域研究的热点。它可以进行海洋环境探测、地震和海啸预报以及情报收集等工作。由于海洋环境的复杂多变，水下潜航器的发展需要其具有更强的自主性，能够有效识别和探测水下目标，并通过自主分析，快速机动，快速抵达目标区域。这就要求水下潜航器应具有精准度高、响应快的姿态调节机构以进行快速机动。

目前水下潜航器常用的姿态调节方式有两种，一种是利用浮力调节，在水下潜航器的两端分别装有油囊、油泵和储油罐，通过两端的油泵分别改变水下潜航器两端油囊体积的大小来改变水下潜航器两端的不平衡浮力，以实现姿态的调节，这种调节方式结构形式简单，但其机动性较差、响应速度较慢，占用体积较大，且成本比较高；另一种是通过电机驱动改变尾部水平鳍和垂直鳍中舵的转角来实现姿态的调节，该调节方式依靠其在水下航行过程中，水动力对偏转舵的作用而改变水下潜航器的航向姿态，水下潜航器航行速度越快，其姿态调整越迅速，具有较快的响应，但其姿态调节精度较低，调节距离较长，需要根据姿态的反馈不断的修正舵角，以闭环的方式进行调控；

除此之外，还有通过动密封电机驱动电池包的移动来改变重心位置使重心与浮心偏离以达到改变姿态的目的，由于该调节方式的重心和浮心处于同一中轴线上，重心和浮心偏离之后，姿态倾向于90°的旋转，导致调节精准度较差，且调节机构的驱动功耗、噪音都较大。

发明内容

本实用新型针对现有技术中存在的上述问题，提供一种水下潜航器姿态调节机构,通过设置重心位移调节结构，可实现姿态的快速调整。

为达到上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种水下潜航器的姿态调节机构,包括壳体、位于壳体内的重心位移调节结构，其特征在于，所述水下潜航器的浮心位于所述水下潜航器的重心的上方，所述重心位移调节结构具有可移动的调节块、用于驱动所述调节块移动以调整重心位置的磁耦合电机、用于将所述电机的驱动力传递到所述调节块的传递轴。

进一步的，所述重心位移调节结构还具有与所述壳体固定设置的支撑架，所述电机固定在所述支撑架上。

进一步的，所述电机为磁耦合电机

进一步的，所述传递轴为丝杠，在所述调节块上开设有与所述丝杠相匹配的螺纹孔，所述调节块套装在所述丝杠上。

进一步的，所述传递轴可将所述电机的扭矩转化为所述调节块的推力。

进一步的，所述传递轴与所述壳体的中轴线平行。

进一步的，在所述支撑架上设有多个与所述传递轴平行的、用于限定所述调节块移动方向的导杆。

进一步的，在所述调节块上开设有与所述导杆相匹配的导槽，所述导杆位于所述导槽内。

进一步的，所述支撑架具有平行设置的第一支撑板和第二支撑板，所述调节块可移动的设在所述第一支撑板和第二支撑板之间。

进一步的，所述导杆的两端分别固定在所述第一支撑板和第二支撑板上。

进一步的，在所述支撑架设有与所述传递轴同轴设置的姿态传感器。

进一步的，所述调节块下部的厚度大于其上部的厚度。

本实用新型提供的水下潜航器，通过设置所述水下潜航器的浮心位于所述水下潜航器的重心的上方，在需要调整水下潜航器的俯仰姿态时，可以根据需要调整的角度和姿态传感器的反馈角度，将调整水下潜航器的重心调整相应的距离，实现水下潜航器角度的调整，有利于水下潜航器俯仰姿态的精准调节；通过设置调节块和电机，便于调节块的移动，有利于提高重心调节的速度。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本实用新型所提出的水下潜航器的一个实施例的结构示意图；

图2为图1中A区域的放大结构示意图;

图3为图1中水下潜航器调整角度后的结构示意图;

图4为图3中B区域的放大结构示意图;

图5为图1剖视后重心位移调节结构处的放大结构示意图;

图6为图5中电机处的放大结构示意图；

图7为图5中调节块的结构示意图；

图8为图5中重心位移调节结构的立体结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “内”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，以正常使用状态下靠近用户的一侧为“前”，远离用户的一侧为“后”。术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参阅图1-图8，是本实用新型所提出的水下潜航器姿态调节机构的一个实施例，一种水下潜航器姿态调节机构用于调整水下潜航器的姿态调整，水下潜航器包括壳体10，壳体10围绕形成密封腔，在密封腔内设有重心位移调节结构20、浮力平衡结构、浮力补偿结构、推进装置，设置水下潜航器的浮心位于水下潜航器的重心的上方。水下潜航器在水下潜航时一般为水平航行姿态，壳体10内的载荷对称布置方式，其整体的浮心0位于壳体10的中轴线上，图1中的水平线为壳体10的中轴线；此时水下潜航器的重心G0位于水下潜航器的浮心0的正下方，水下潜航器的重心G0与水下潜航器的浮心0位于同一垂线上，如图1所示，水下潜航器的浮心0与重心G0之间的距离为L1，水下潜航器的重心位于G0位置时，无论水下潜航器水下初始处于何种姿态，都会恢复保持水平的姿态。当有机动需求时，如图2所示，水下潜航器需要具有仰角α的俯仰姿态，通过重心位移调节结构20将重心位置由G0点移动距离L2到G1点，则在浮力和重力两相对反作用力的作用下，水下潜航器顺时针转动α角进行了姿态的快速转变，使浮心0与重心G1处于同一垂线上，在推进装置的推力作用下快速运动致目标区域。通过设置水下潜航器的浮心位于其重心的上方，在需要调整水下潜航器的俯仰姿态时，可以根据需要调整的角度，将调整水下潜航器的重心调整相应的距离，实现水下潜航器角度的调整，有利于水下潜航器俯仰姿态的精准调节。

参见图2-图8所示，说明重心位移调节结构20的结构，重心位移调节结构20具有可移动的调节块21、用于驱动调节块21移动的电机22、与电机22同轴设置的传递轴23，电机22将驱动力通过传递轴23传递到调节块21，推动调节块21移动，实现重心位置的移动。通过设置调节块21和电机22，便于调节块21的移动，有利于提高重心调节的速度。

重心位移调节结构20还具有与壳体10固定设置的支撑架24，电机22固定在支撑架24上；支撑架24具有平行设置的第一支撑板241和第二支撑板242，调节块21可移动的设在第一支撑板241和第二支撑板242之间。电机22固定在第一支撑板241上，在第二支撑板242上设有姿态传感器30，电机22、姿态传感器30、传递轴23三者同轴设置。

本实施中，传递轴23为丝杠，在调节块21上开设有与丝杠相匹配的螺纹孔212，调节块21套装在传递轴23上。调节块21在传递轴23的轴线方向移动，传递轴与壳体10的中轴线平行。在支撑架24上设有多个与传递轴23平行的导杆25，导杆25用于限定调节块21移动方向。导杆26的两端分别固定在第一支撑板241和第二支撑板242上。在重心位置调整时，电机22启动，驱动传递轴23旋转，为了避免调节块21跟随传递轴23旋转，设置导杆25用于挡止调节块21的旋转，使得调节块21在传递轴23上移动，导杆25还具有保证调节块21平稳移动的作用。

优选的，设有周向均布的四个导杆25，在调节块21上开设有与导杆25相匹配的导槽211，导杆25位于导槽211内。调节块21下部的厚度大于其上部的厚度，也就是调节块21的重心位于调节块21中心的下方，有利于防止调节块21的旋转。

在其他实施例中，也可以将传递轴23设为可沿电机22的轴向伸缩的推杆，调节块21与推杆固定。

参见图6所示，电机22的驱动采用磁耦合的方式，电机22包括水密接插件221、后端盖222、密封圈223、中间筒225、步进电机224、隔离套226和内磁转子227组合成一个密闭腔体，内磁转子227一端与步进电机224的输出转子相连接，另一端通过滚动陶瓷轴承安装在隔离套226内，外磁转子228通过两个滚动陶瓷轴承安装在隔离套226外侧，外磁转子228可绕隔离套226自由转动；磁耦合传动原理为：利用内磁转子227、外磁转子228上安装的永磁材料间的吸引力和排斥力，实现动力的非接触式传递，利用密封圈223实现静密封，实现了密封舱的零渗漏；外磁转子228通过联轴器229与传递轴23固定连接，并带动传递轴23转动。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，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。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型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，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims

1.一种水下潜航器的姿态调节机构,包括壳体、位于壳体内的重心位移调节结构，其特征在于，所述水下潜航器的浮心位于所述水下潜航器的重心的上方，所述重心位移调节结构具有可移动的调节块、用于驱动所述调节块移动以调整重心位置的磁耦合电机、用于将所述电机的驱动力传递到所述调节块的传递轴。

2. 根据权利要求1所述的水下潜航器的姿态调节机构, 其特征在于，所述重心位移调节结构还具有与所述壳体固定设置的支撑架，所述电机固定在所述支撑架上。

3.根据权利要求1所述的水下潜航器的姿态调节机构, 其特征在于，所述磁耦合电机包括步进电机、与所述步进电机的输出轴连接的内磁转子、套设置所述内磁转子外侧的外磁转子、设置在所述内磁转子和外磁转子之间的且用于密封的隔离套。

4. 根据权利要求1所述的水下潜航器的姿态调节机构, 其特征在于，所述传递轴为丝杠，在所述调节块上开设有与所述丝杠相匹配的螺纹孔，所述调节块套装在所述传递轴上。

5.根据权利要求2所述的水下潜航器的姿态调节机构, 其特征在于，在所述支撑架上设有多个与所述传递轴平行的、用于限定所述调节块周向转动的导杆。

6. 根据权利要求5所述的水下潜航器的姿态调节机构, 其特征在于，在所述调节块上开设有与所述导杆相匹配的导槽，所述导杆位于所述导槽内。

7. 根据权利要求5所述的水下潜航器的姿态调节机构, 其特征在于，所述支撑架具有平行设置的第一支撑板和第二支撑板，所述调节块可移动的设在所述第一支撑板和第二支撑板之间。

8. 根据权利要求7所述的水下潜航器的姿态调节机构, 其特征在于，所述导杆的两端分别固定在所述第一支撑板和第二支撑板上。

9. 根据权利要求2或5或6或7或8任一项所述的水下潜航器的姿态调节机构, 其特征在于，在所述支撑架设有与所述传递轴同轴设置的姿态传感器。

10. 根据权利要求1至8任一项所述的水下潜航器的姿态调节机构, 其特征在于，所述调节块下部的厚度大于其上部的厚度。