CN219619366U - 水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，包括电机、蜗轮蜗杆、曲柄连杆、轴承、固定板、支架、负载电池组、电池组拉杆和弹簧等。其中，动力单元和电池组均置于俯仰调节舱壳内，其中动力单元安装在调节舱段前端固定板上，由电机驱动蜗轮蜗杆带动曲柄转动；负载电池组前后两端分别安装三个辅助滑行装置，该装置由轴承与支架组合而成，轴承外圈与舱段内壁相接触，支架固定在电池组拉杆两端；并且以拉杆为轴，在支架与电池组端板之间安装合适刚度的弹簧。本实用新型具有安装简单，维护方便，可使水下机器人俯仰运动响应更及时的特点。

Description

水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置

技术领域

本实用新型属于水下机器人用俯仰调节装置，具体涉及一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置。

背景技术

随着科学技术的快速发展，水下机器人已在海洋环境观测、深海矿产资源开发、海底地貌绘制、极地海冰三维结构重建等民用方面发挥着重要的作用。不仅如此，水下机器人作为目标探测等任务的有力武器装备，在军事领域也扮演着重要的角色。

俯仰运动是水下机器人的常规运动之一，实现水下机器人俯仰运动的方法可分为两类。第一类是通过外部的操纵装置与周围流体的相互作用来实现，如航行中的水下机器人通过水平舵角度的改变实现俯仰运动。第二类是通过内部的俯仰调节装置改变水下机器人重心的前后位置来实现。俯仰调节装置可在水下机器人低速或悬浮过程中完成俯仰运动，对低速水下机器人的运动控制具有重要意义。

CN201511017744.5公开了一种水下机器人用质心调节装置，利用水下机器人的偏心电池组作为本实用新型的质量块，通过俯仰驱动装置的俯仰蜗轮、俯仰蜗杆及齿轮齿条做啮合传动，使偏心电池组在方管轴上滑动，从而实现质心调节装置调节质心在沿其轴线方向运动；通过横倾调节装置的横倾蜗轮与横倾蜗杆做啮合转动，带动方管轴及偏心电池组做旋转运动，由于偏心电池组的质心与方管轴的轴线存在偏心，从而实现了整个质心调节装置质心绕其轴线的回转运动，这样实现了整个水下机器人系统的俯仰与横倾调节功能。本实用新型满足水下机器人结构紧凑，能耗小，工作可靠等需求。

CN201811392367.7 公开了一种水下机器人近海床运动的全方位追踪定位装置，属于水下机器人追踪技术领域，包括位于水下机器人上的信号发生系统和与海底观测网通讯连接的海底基站；信号发生系统包括用于感知激光方向的位置探测器、用于产生光信号的三个发光体以及第一控制器，第一控制器根据位置探测器感知到的激光方向对发光体进行姿态调整；海底基站包括固定在海床上的底座、活动安装在底座上的激光发生器、用于拍摄发光体的摄像头以及第二控制器，摄像头的拍摄方向与激光发生器的激光发射方向相同，第二控制器控制激光发生器和摄像头的姿态并根据摄像头拍摄的发光体的图像计算水下机器人的位置和姿态。

现有技术中，俯仰调节装置通常依靠电机驱动重量较大的负载电池在方管轴上平移，从而实现水下机器人重心的前后移动。传统的俯仰调节装置是与负载电池固定连接，通过电机带动齿轮旋转，利用齿轮与固定在方管轴上的齿条啮合实现负载电池在方管轴上的前后滑动。然而，负载电池与方管轴的滑动设计往往伴随着零件间的接触和摩擦，随着运行时间变长，润滑油脂容易变干，对长期作业的水下机器人十分不利，存在安全隐患。

此外，由于方管轴固定于俯仰调节舱段的中心，割裂了该舱段的内部空间，导致无法布置更多的电池和体积较大的传感器、部件等，给水下机器人的续航能力和作业能力的提升带来了一定的限制。

不仅如此，因为传统俯仰调节装置对水下机器人重心的调节速度为定值，导致对水下机器人俯仰运动的响应往往不及时。在水下机器人俯仰角度较小时，需要重心前后移动的速度更快才能实现俯仰运动的快速启动以改变静止状态；而当水下机器人俯仰较大时，需要重心前后移动的速度较慢以避免俯仰运动的过度响应。因此，匀速改变重心的俯仰调节装置不利于水下机器人及时动态响应的实现，为水下机器人良好操纵的实现带来一定的困难。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型的目的在于提供一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的高效调节装置。该俯仰调节装置安装简单，维护方便，能够在水下机器人俯仰角度较小时快速前后移动重心以实现俯仰运动的快速启动；在水下机器人俯仰角度较大时低速前后移动重心以避免俯仰运动的过度响应，使水下机器人俯仰运动响应更及时。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，包括动力单元固定板、动力单元、俯仰调节舱壳、曲柄连杆机构和负载电池；所述动力单元固定在动力单元固定板上；

动力单元固定板固定安装在所述俯仰调节舱壳的一端，所述曲柄连杆机构的一端与动力单元的输出端相连接，另一端与负载电池相固定；所述负载电池滑动设置在俯仰调节舱壳内部。

通过上述技术方案，动力单元根据控制要求输出转动角度，曲柄连杆机构将旋转运动转化为推动负载电池通过滑轮装置在俯仰调节舱壳内的前后平移运动，从而实现重心的调整，进而达到控制水下机器人俯仰角度的目的。

可选的，所述负载电池的两端均设置有滑轮装置，且负载电池通过滑轮装置滑动设置在俯仰调节舱壳内部。

通过上述技术方案，可以利用滑轮装置在俯仰调节舱壳内部稳定滑动，保证了负载电池的整体性和稳定性。

可选的，所述动力单元包括电机、底座、蜗轮、蜗杆、蜗轮轴，所述电机固定于底座上，电机的输出端与蜗杆连接，所述蜗轮轴的一端与底座转动连接，所述蜗轮固定安装于蜗轮轴侧部，且与蜗杆相配合，蜗轮轴与曲柄连杆机构连接。

通过上述技术方案，采用电机与蜗轮蜗杆配合进行运动和力矩的输出，其单级速比大、噪声低、振动小而且还可以利用其自锁原理提升运行的可靠性。

可选的，所述曲柄连杆机构包括曲柄和连杆；所述曲柄和连杆转动连接，且曲柄的另一端与蜗轮轴的输出端转动连接，所述连杆的另一端与负载电池转动连接。

通过上述技术方案，采用曲柄滑块结构运动原理，耗能低，反应速度快，有效运行时间更长。

可选的，所述曲柄与动力单元连接处和连杆与负载电池连接处存在离心距。

可选的，所述滑轮装置包括两个支架一、支架二、三个轴承固定杆，所述支架一呈羊角状，两个所述支架一安装在负载电池端部上方的两侧，其中两个所述轴承固定杆均固定安装于相应支架一外侧，所述支架二安装于负载电池端部的下方，所述支架二断面呈A型，另一个所述轴承固定杆固定安装在支架二底端，所述支架一外侧和支架二外侧均转动设置有一组轴承，且轴承外圈与俯仰调节舱壳内壁相抵。

通过上述技术方案，采用滚动摩擦，可以极大程度地减小摩擦带来的影响。

可选的，所述负载电池包括若干电池单元，所述电池单元包括单体电池、两个电池组端板、四个电池组拉杆及若干电池护管，所述单体电池设置在两个电池组端板之间，四个电池组拉杆水平安装两个电池组端板之间，且端部贯穿至电池组端板外侧，若干四个电池组拉杆安装在两个电池组端板之间的外边。

可选的，所述支架二分别固定在相应的两个电池组拉杆上；位于底部的支架二由构成A形的三个杆体组成，其中两个杆体分别固定在负载电池底部的两个电池组拉杆上，第三个杆体连接在上述两个杆体中部，且其中一个轴承固定杆安装在上述两个杆体底端。

可选的，所述曲柄连杆机构与负载电池之间通过一横梁进行连接，所述横梁两端均固定在相应的电池组拉杆上，所述横梁中间通过轴套、连杆轴与连杆连接。

可选的，所述电池组端板与横梁之间安装有弹簧。

通过上述技术方案，缓冲负载电池在俯仰调节舱壳内移动产生的震动。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1．本实用新型整体采用曲柄滑块结构运动原理，耗能低，反应速度快，安装拆卸更方便，有效运行时间更长。

2．本实用新型采用电机与蜗轮蜗杆配合进行运动和力矩的输出，其单级速比大、噪声低、振动小而且还可以利用其自锁原理提升运行的可靠性。

3．本实用新型负载电池无需打孔，保持整体性，以便携带更多的能源。

4．本实用新型动态响应功能更强，可以变速调控重心位置，实现水下机器人更快速、高效的俯仰调节功能。

5. 本实用新型的移动滑轮机构改滑动摩擦为滚动摩擦，可以极大程度地减小摩擦带来的影响，并且固定在负载电池组拉杆上增加了其的使用功能，机架和缓冲弹簧提升了整个结构的稳定性。

6. 本实用新型可以用于海洋环境观测、深海矿产资源开发、海底地貌绘制、极地海冰三维结构重建等功能的水下机器人上。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型的整体结构图；

图2为本实用新型的俯仰调节位置变化参考图；

图3为本实用新型的动力单元结构图；

图4为本实用新型的曲柄连杆结构图；

图5为本实用新型的滑轮装置结构图；

图6为本实用新型的负载电池结构图；

其中：1为动力单元固定板，2为动力单元，3为俯仰调节舱壳，4为曲柄连杆机构，5为负载电池，6为滑轮装置，7为固定架，8为电机，9为底座，10为联轴器，11为蜗杆，12为蜗杆轴轴承，13为蜗轮，14为蜗轮轴轴承，15为蜗轮轴，16为端盖，17为曲柄固定销，18为曲柄，19为销轴，20为固定螺母，21为连杆，22为轴套，23为连杆轴，24为横梁，25为支架一，26为轴承固定杆，27为轴承，28为电池组拉杆，29为支架二，30为电池组端板，31为单体电池，32为电池护管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详述。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，包括动力单元固定板1、动力单元2、俯仰调节舱壳3、曲柄连杆机构4和负载电池5；所述动力单元2固定在动力单元固定板1上，动力单元固定板1固定安装在所述俯仰调节舱壳3的一端，所述曲柄连杆机构4的一端与动力单元2的输出端相连接，另一端与负载电池5相固定；所述负载电池5滑动设置在俯仰调节舱壳3内部。

具体地，所述负载电池5的两端均设置有滑轮装置6，且负载电池5通过滑轮装置6滑动设置在俯仰调节舱壳3内部，两组滑轮装置6对称设置。

具体地，所述动力单元2包括电机8、底座9、蜗轮13、蜗杆11和蜗轮轴15；所述电机8固定在底座9上，电机8的输出端与蜗杆11连接，所述蜗轮轴15的一端与底座9转动连接；所述蜗轮13固定安装于蜗轮轴15侧部，且与蜗杆11相配合，蜗轮轴15与曲柄连杆机构4连接。

具体地，所述曲柄连杆机构4包括曲柄18和连杆21；所述曲柄18和连杆21转动连接，曲柄18与蜗轮轴15的输出端转动连接，所述连杆21与负载电池5转动连接。所述曲柄18与动力单元2的连接处和连杆21与负载电池5的连接处存在离心距。

具体地，所述滑轮装置6包括支架一25、支架二29和轴承固定杆26；所述支架一25呈羊角状，两个所述支架一25安装在负载电池5端部上方的两侧，两个所述轴承固定杆26均固定安装于相应支架一25外侧，所述支架二29安装于负载电池5端部的下方，所述支架二29断面呈A型，一个所述轴承固定杆26固定安装在支架二29底端，所述支架一25外侧和支架二29外侧均转动设置有一组轴承27，且轴承27外圈与俯仰调节舱壳3内壁相抵。

具体地，所述负载电池5包括若干电池单元，所述电池单元包括单体电池31、电池组端板30、电池组拉杆28及若干电池护管32，所述单体电池31设置在两个电池组端板30之间，四个电池组拉杆28水平安装两个电池组端板30之间，且端部贯穿至电池组端板30外侧，若干四个电池组拉杆28安装在两个电池组端板30之间的外边。

具体地，两个所述支架一25分别固定在相应的两个电池组拉杆28上；位于底部的支架二29由构成A形的三个杆体组成，其中两个杆体分别固定在负载电池5底部的两个电池组拉杆28上，其中一个轴承固定杆26安装在上述两个杆体底端，第三个杆体连接在上述两个杆体中部。

具体地，所述曲柄连杆机构4与负载电池5之间通过一横梁24进行连接，所述横梁24两端均固定在相应的电池组拉杆28上，所述横梁24中间通过轴套22、连杆轴23与连杆21连接。所述电池组端板30与横梁24之间安装有弹簧33。

实施例

如图1和图2所示，一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，包括动力单元固定板1、动力单元2、俯仰调节舱壳3、曲柄连杆机构4、负载电池5，动力单元固定板1通过螺钉固定在俯仰调节舱壳3的一端，动力单元2安装在动力单元固定板1上，曲柄连杆机构4的一端与动力单元2的输出端相连接，另一端与负载电池5相固定，负载电池5滑动设置在俯仰调节舱壳3内部。

整体采用曲柄滑块结构运动原理，采用动力单元2为驱动力，转动曲柄连杆机构4，使负载电池5在俯仰调节舱壳3滑动，实现转动和移动的相互转换，耗能低，反应速度快，安装拆卸更方便。

实施例

如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于：

负载电池5的两端均设置有滑轮装置6，且负载电池5通过滑轮装置6滑动设置在俯仰调节舱壳3内部，两组滑轮装置6对称设置。

滑轮装置6包括两个支架一25、支架二29、三个轴承固定杆26，支架一25呈羊角状，两个支架一25安装在负载电池5端部上方的两侧，其中两个轴承固定杆26均固定安装在相应支架一15外侧，支架二29安装在负载电池5端部的下方，支架二29呈A型，另一个轴承固定杆26固定安装在支架二29底端，支架一25外侧和支架二29外侧均转动设置有一组轴承27，每组轴承27为两个，在相应的轴承固定杆26上呈对称设置，且轴承27外圈与俯仰调节舱壳3内壁相抵。

本实施例在实施例1的基础上采用滑轮装置6，利用轴承27抵住俯仰调节舱壳3内壁，从而可以极大程度地减小负载电池5滑动时，因摩擦带来的影响。

实施例

如图3所示，本实施例与实施例2的区别在于：

本实施例的动力单元2整体形状为长方体，包括电机8、底座9、蜗轮13、蜗杆11、蜗轮轴15、端盖16，电机8为旋转驱动电机，电机8利用固定架7通过螺钉连接安装在底座9上，并且电机8输出轴通过联轴器10与蜗杆11进行连接，蜗杆11另一端固定在处于端盖16中的蜗杆轴轴承12中，蜗杆11与蜗轮13啮合，将旋转运动通过蜗轮轴15输出，该蜗轮轴15固定在由底座9和端盖16配合固定的蜗轮轴轴承14上。

如图4所示，曲柄连杆机构4包括曲柄18和连杆21，曲柄18和连杆21通过销轴19和固定螺母20连接在一起，且曲柄18的另一端通过圆柱销17与蜗轮轴15的输出端转动连接，连杆21的另一端与负载电池5转动连接。

曲柄18与动力单元2连接处和连杆21与负载电池5连接处存在离心距。

本实施例采用电机8与蜗轮13、蜗杆11配合进行运动和力矩的输出，其单级速比大、噪声低、振动小而且还可以利用其自锁原理提升运行的可靠性。

实施例

如图4和图6所示，本实施例与实施例3的区别在于：

负载电池5包括若干电池单元，电池单元包括单体电池31、两个电池组端板30、四个电池组拉杆28及若干电池护管32，单体电池31设置在两个电池组端板30之间，四个电池组拉杆28水平安装两个电池组端板30之间，且端部贯穿至电池组端板30外侧，若干四个电池组拉杆28安装在两个电池组端板30之间的外边，其中每两个电池单元的相邻一侧，可共用一个电池组端板30。

支架二29分别固定在相应的两个电池组拉杆28上；位于底部的支架二29由构成A形的三个杆体组成，其中两个杆体分别固定在负载电池5底部的两个电池组拉杆28上，第三个杆体连接在上述两个杆体中部，且其中一个轴承固定杆26安装在上述两个杆体底端。

支架一25通过螺母固定在相应电池组拉杆28的端部（电池组拉杆28的端部具有螺纹，通过螺纹实现与螺母的连接）。

支架二29中的两个杆体过螺母固定在相应电池组拉杆28的端部。

曲柄连杆机构4与负载电池5之间通过一横梁24进行连接，横梁24两端均固定在相应的电池组拉杆28上，横梁24中间设置有连杆轴23，连杆轴23外侧转动设置有轴套22，且轴套与连杆21连接。

电池组端板30与横梁24之间安装有弹簧33，且弹簧33以相应的电池组拉杆28为中心。

弹簧33可用于缓冲负载电池5在俯仰调节舱壳3内移动产生的震动。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易变化或替换，都属于本实用新型保护范围之内。因此本实用新型的保护范围内所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，其特征在于：包括动力单元固定板(1)、动力单元(2)、俯仰调节舱壳(3)、曲柄连杆机构(4)和负载电池(5)；所述动力单元(2)固定在动力单元固定板(1)上；动力单元固定板(1)固定安装在所述俯仰调节舱壳(3)的一端，所述曲柄连杆机构(4)的一端与动力单元(2)的输出端相连接，另一端与负载电池(5)相固定；所述负载电池(5)滑动设置在俯仰调节舱壳(3)内部；

所述负载电池(5)的两端均设置有滑轮装置(6)，负载电池(5)通过滑轮装置(6)滑动设置在俯仰调节舱壳(3)内部；

所述动力单元(2)包括电机(8)、底座(9)、蜗轮(13)、蜗杆(11)和蜗轮轴(15)；所述电机(8)固定于底座(9)上，电机(8)的输出端与蜗杆(11)连接，所述蜗轮轴(15)的一端与底座(9)转动连接；所述蜗轮(13)固定安装于蜗轮轴(15)侧部，且与蜗杆(11)相配合，蜗轮轴(15)与曲柄连杆机构(4)连接；

所述曲柄连杆机构(4)包括曲柄(18)和连杆(21)；所述曲柄(18)和连杆(21)转动连接，曲柄(18)与蜗轮轴(15)的输出端转动连接，所述连杆(21)与负载电池(5)转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，其特征在于：所述曲柄(18)与动力单元(2)的连接处和连杆(21)与负载电池(5)的连接处存在离心距。

3.根据权利要求1所述的一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，其特征在于：所述滑轮装置(6)包括支架一(25)、支架二(29)和轴承固定杆(26)；所述支架一(25)呈羊角状，两个所述支架一(25)安装在负载电池(5)端部上方的两侧，两个所述轴承固定杆(26)均固定安装于相应支架一(25)外侧，所述支架二(29)安装于负载电池(5)端部的下方，所述支架二(29)断面呈A型，一个所述轴承固定杆(26)固定安装在支架二(29)底端，所述支架一(25)外侧和支架二(29)外侧均转动设置有一组轴承(27)，且轴承(27)外圈与俯仰调节舱壳(3)内壁相抵。

4.根据权利要求3所述的一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，其特征在于：所述负载电池(5)包括若干电池单元，所述电池单元包括单体电池(31)、电池组端板(30)、电池组拉杆(28)及若干电池护管(32)，所述单体电池(31)设置在两个电池组端板(30)之间，四个电池组拉杆(28)水平安装两个电池组端板(30)之间，且端部贯穿至电池组端板(30)外侧，若干四个电池组拉杆(28)安装在两个电池组端板(30)之间的外边。

5.根据权利要求4所述的一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，其特征在于：两个所述支架一(25)分别固定在相应的两个电池组拉杆(28)上；位于底部的支架二(29)由构成A形的三个杆体组成，其中两个杆体分别固定在负载电池(5)底部的两个电池组拉杆(28)上，其中一个轴承固定杆(26)安装在上述两个杆体底端，第三个杆体连接在上述两个杆体中部。

6.根据权利要求5所述的一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，其特征在于：所述曲柄连杆机构(4)与负载电池(5)之间通过一横梁(24)进行连接，所述横梁(24)两端均固定在相应的电池组拉杆(28)上，所述横梁(24)中间通过轴套(22)、连杆轴(23)与连杆(21)连接。

7.根据权利要求6所述的一种水下机器人用由曲柄连杆机构传动的俯仰调节装置，其特征在于：所述电池组端板(30)与横梁(24)之间安装有弹簧(33)。