CN114379750B - 一种水下滑翔机的姿态调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下滑翔机的姿态调节装置，包括前肋环、前挡圈、前舱导轨、滚转调节机构和配重机构，前舱导轨的两端分别安装在前肋环和前挡圈上，配重机构包括偏心安装在前舱导轨上的偏心重块以及驱动该偏心重块沿所述前舱导轨轴向移动的俯仰调节机构，所述偏心重块为电池组；所述滚转调节机构安装在所述前挡圈上、且与前舱导轨的一端连接以驱动所述配重机构绕所述前舱导轨的中轴线转动；本申请偏心重块既为俯仰调节机构的配重，又为滚转调节机构的配重，偏心重块偏心安装，通过俯仰调节机构和滚转调节机构配合，在水下滑翔机内部空间有限的情况下，大大增加水下滑翔机俯仰角调节范围，使得搭载的天通/北斗天线具有更好的通讯效果。

Description

一种水下滑翔机的姿态调节装置

技术领域

本发明涉及海洋探测装备技术领域，具体涉及一种水下滑翔机的姿态调节装置。

背景技术

水下滑翔机是一种新型的海洋探测设备，因为其体积小、长时序、大范围且高自治性的特点，而被广泛的应用于海洋信息观测以及海洋开发利用之中。水下滑翔机通过改变自身体积来实现浮力变化，进而实现水下滑翔机的升沉运动，通过两侧水平机翼产生升力，再调节内部重块的前后位置改变自身的重心位置，实现整体姿态的调节，实现低头下潜与抬头上浮的“锯齿状”滑翔运动。

目前水下滑翔机一般通过俯仰调节结构前后移动重块，改变整体重心在轴向方向的位置来实现通讯姿态的调整，而俯仰调节结构的运动行程受整体结构限制无法太大，使得目前水下滑翔机的俯仰角调节范围在±60°之间，无法实现垂直姿态。然而天通天线、北斗天线对于天线姿态角度要求较高，过小的俯仰角调节范围限制了天通/北斗天线在水下滑翔机上的应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种俯仰角调节范围更大的水下滑翔机的姿态调节装置。

本发明所采用的技术方案是：

一种水下滑翔机的姿态调节装置，包括前肋环、前挡圈、前舱导轨、滚转调节机构和配重机构，所述前舱导轨的两端分别安装在所述前肋环和前挡圈上，所述配重机构包括偏心安装在前舱导轨上的偏心重块以及驱动该偏心重块沿所述前舱导轨轴向移动的俯仰调节机构，所述偏心重块为电池组；所述滚转调节机构安装在所述前挡圈上、且与前舱导轨的一端连接以驱动所述配重机构绕所述前舱导轨的中轴线转动。

进一步，所述配重机构的重心至中轴线的纵向距离与滑翔机其他结构的重心至中轴线的纵向距离相等。

进一步，所述俯仰调节机构包括直线导轨、俯仰电机、丝杆和滑块；所述俯仰电机的输出轴与所述丝杆连接、并驱动所述丝杆转动；所述直线导轨沿所述前舱导轨轴向安装，所述滑块滑动安装在直线导轨上、并由所述丝杆驱动沿所述直线导轨滑动；所述偏心重块止转安装在所述滑块上。

进一步，所述滑块上固定设有支撑架，所述偏心重块可拆卸安装在所述支撑架上。

进一步，所述前舱导轨具有方形段，沿所述偏心重块轴向设有与所述前舱导轨方形段配合的方形开口，所述方形段配合在所述方形开口内，所述偏心重块的方形开口两侧分别可拆卸安装在所述支撑架上。

进一步，所述俯仰调节机构还包括拉线传感器，该拉线传感器固定安装在靠近所述俯仰电机的位置，所述拉线传感器的拉线端固定在前肋环上。

进一步，所述俯仰调节机构还包括丝杆保护罩，该丝杆保护罩的一端固定在前肋环上，另一端与丝杆螺纹配合。

进一步，所述滚转调节机构包括滚转电机、大齿轮和小齿轮，所述滚转电机固定安装在所述前挡圈上、且其输出轴与所述小齿轮连接，所述大齿轮固定安装在所述前舱导轨上、且与所述小齿轮啮合。

进一步，所述滚转调节机构还包括角度传感器和旋变齿轮，所述旋变齿轮与所述大齿轮啮合，所述角度传感器的检测轴与所述旋变齿轮连接。

进一步，所述前舱导轨为中空结构，所述俯仰调节机构的控制线由所述前舱导轨内穿过。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请实施例所提供的水下滑翔机的姿态调节装置爆炸图；

图2为本申请实施例所提供的水下滑翔机的姿态调节装置结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的俯仰调节机构与滚转调节机构结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的滚转调节机构一侧面结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的滚转调节机构另一侧面结构示意图。

其中，前舱导轨1、直线导轨2、支撑架3、俯仰电机驱动器4、俯仰电机5、拉线传感器6、滑块7、丝杆8、小齿轮9、旋变齿轮10、丝杠保护罩11、俯仰限位块12、俯仰固定架13、前肋环14、偏心重块15、大齿轮16、前挡圈17、滚转电机18、角度传感器19、轴承20、滚转电机驱动器21、滚转电机座22、角度传感器固定座23。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

参见图1～图5，本申请一种水下滑翔机的姿态调节装置，包括前肋环14、前挡圈17、前舱导轨1、滚转调节机构和配重机构，所述前舱导轨1的两端分别安装在所述前肋环14和前挡圈17上，所述配重机构包括偏心安装在前舱导轨1上的偏心重块15以及驱动该偏心重块15沿所述前舱导轨1轴向移动的俯仰调节机构，所述偏心重块15为电池组；所述滚转调节机构安装在所述前挡圈17上、且与前舱导轨1的一端连接以驱动所述配重机构绕所述前舱导轨1的中轴线转动。

本申请通过将俯仰调节机构和电池组作为滚转调节机构的配重机构，电池组设置为偏心重块15结构，该偏心重块15偏心安装在前舱导轨1上、且由俯仰调节机构驱动沿前舱导轨1轴向移动，以调节水下滑翔机的俯仰姿态；滚转调节机构安装在前挡圈17上、且与前舱导轨1的一端连接，以驱动配重机构绕前舱导轨1的中轴线转动，以调节水下滑翔机的滚转姿态。

由于俯仰调节机构的重量大大小于电池组的重量，配重机构的重量主要由偏心重块15(也即电池组)提供，偏心重块15既为俯仰调节机构的配重，又为滚转调节机构的配重，偏心重块15偏心安装，通过俯仰调节机构和滚转调节机构配合，可综合调节水下滑翔机的重心在轴向和径向上的位置，在水下滑翔机内部空间有限的情况下，大大增加水下滑翔机俯仰角调节范围，使得搭载的天通/北斗天线具有更好的通讯效果，整个姿态调节装置结构更加紧凑、简单可靠。

优选的，所述配重机构的重心至中轴线的纵向距离与滑翔机其他结构的重心至中轴线的纵向距离相等。

滑翔机其他结构为除开配重机构之外的其他结构，主要为除开偏心重块15之外的其他结构。中轴线为前舱导轨1的轴线，或与前舱导轨1的轴线重合。

假设配重机构的重心至中轴线的纵向距离与滑翔机其他结构的重心至中轴线的纵向距离均为d，当配重机构的重心在纵向方向位于中轴线正下方时，滚转角度为0°，此时水下滑翔机的整体重心至中轴线的纵向距离为2d；当配重机构转动180°时，配重机构重心位于中轴线正上方，正好与水下滑翔机其他结构的重心方向相反，此时水下滑翔机的整体重心位于中轴线上，重心高度为0mm；此时，俯仰调节机构再将偏心重块15沿轴线方向前移较小的距离，水下滑翔机便可以实现垂直姿态。

通过将配重机构的重心与滑翔机其他结构的重心设置为在纵向方向相等，通过滚转调节机构驱动配重机构实现360°转动，可实现水下滑翔机整体重心在最大与最小之间转换，同时配合偏心重块15的前后移动，使得水下滑翔机可达到垂直姿态，当水下滑翔机在水面时，垂直姿态下可以提高天通天线的通讯质量；在水下按照垂直姿态下潜与上浮就变为剖面浮标运动模式。

俯仰调节机构包括直线导轨2、俯仰电机5、丝杆8和滑块7；所述俯仰电机5的输出轴与所述丝杆8连接、并驱动所述丝杆8转动；所述直线导轨2沿所述前舱导轨1轴向安装，所述滑块7滑动安装在直线导轨2上、并由所述丝杆8驱动沿所述直线导轨2滑动；所述偏心重块15止转安装在所述滑块7上。

俯仰调节时，由俯仰电机5驱动丝杆8转动，从而驱动滑块7沿直线导轨2前后移动，进而驱动偏心重块15沿滑块7前后移动，调节水下滑翔机的重心在轴向上的位置，产生俯仰角。

直线导轨2采用滚动直线导轨2，其在摩擦特性方面具有突出的有点，其摩擦阻力远小于滑动摩擦导轨，从而减小偏心重块15在直线导轨2上移动过程中的摩擦阻力，进而减小了俯仰电机5的负载，降低了功耗。

滑块7为三个，三个滑块7沿直线导轨2间隔设置。在每个滑块7上固定设有支撑架3，所述偏心重块15可拆卸安装在所述支撑架3上。

优选的，所述前舱导轨1具有方形段，沿所述偏心重块15轴向设有与所述前舱导轨1方形段配合的方形开口，使偏心重块15的截面为C型结构，所述方形段配合在所述方形开口内，所述偏心重块15的方形开口两侧分别可拆卸安装在所述支撑架3上。

水下滑翔机为了追求单次续航能力，一般采用能量密度更高的一次性锂电池，这也就决定了水下滑翔机需要频繁的进行电池组的更换维护，本申请通过将电池组设置为具有方形开口的C型结构，俯仰调节机构可以从电池组的方向开口位置装入，并采用螺栓紧固，一方便保证了电池组与前舱导轨1的止转配合，另一方便便于安装或拆卸电池组，方便电池组的更换，大大提高了水下滑翔机的可维修性。

优选的，所述俯仰调节机构还包括丝杆8保护罩，该丝杆8保护罩的一端固定在前肋环14上，另一端与丝杆8螺纹配合。

具体的，前舱导轨1的一端通过轴承20与前挡圈17转动配合，另一端通过轴承20与前肋环14转动配合。在前舱导轨1的另一端固定安装有俯仰固定架13，该俯仰固定架13在前舱导轨1转动时随之转动。俯仰固定架13的一端向上延伸，形成延伸部。俯仰电机5固定安装在中间滑块7的支撑架3上，其输出轴由支撑架3穿过，并与丝杆8的一端连接。丝杆8保护罩的一端通过俯仰限位块12固定安装在俯仰固定架13的延伸部上，另一端穿过靠近前肋环一端的滑块7的支撑架3、并丝杆8螺纹配合。俯仰电机5的俯仰电机驱动器4安装在远离前肋环一端的滑块7的支撑架3上。偏心重块15止转配合在前舱导轨1的方形段，其方向开口两侧分别通过螺栓固定在对应滑块7的支撑架3上。通过俯仰电机5正转或反转，驱动丝杆8的另一端旋入或旋出丝杆8保护罩，以调节俯仰电机5与前肋环之间的距离，从而驱动三个滑块7沿直线导轨2滑动，以调节偏心重块15在轴向上的位置，实现俯仰角调节。

为了实时检测偏心重块15在轴向上的位置，所述俯仰调节机构还包括拉线传感器6，该拉线传感器6固定安装在靠近所述俯仰电机5的位置，所述拉线传感器6的拉线端固定在前肋环14上。

具体的，拉线传感器6安装在中间滑块7的支撑架3上，其拉线端拉出并固定在俯仰固定架13的延伸部，当滑块7沿直线导轨2滑动时，拉线传感器6同步移动，拉线长度随之变化，从而根据拉线长度变化检测出偏心重块15在直线导轨2上的位置。

滚转调节机构包括滚转电机18、大齿轮16和小齿轮9，所述滚转电机18固定安装在所述前挡圈17上、且其输出轴与所述小齿轮9连接，所述大齿轮16固定安装在所述前舱导轨1上、且与所述小齿轮9啮合。

具体的，滚转电机18通过滚转电机座22固定安装在前挡圈17上，用于驱动滚转电机18的滚转电机18驱动器固定在前挡圈17上。滚转电机18的输出轴与小齿轮9连接，其扭矩通过小齿轮9传递给与之啮合的大齿轮16，从而驱动前舱导轨1转动，带动安装在前舱导轨1上的配重机构(俯仰调节机构和偏心重块15)转动，实现水下滑翔机的滚转调节。

滚转电机18采用带涡轮蜗杆减速器的直流有刷电机，蜗轮蜗杆减速使得滚转电机18具有自锁功能，滚转电机18断电后滚转结构保持位置不变。

通过上述结构，大齿轮16、俯仰调节机构及偏心重块15可在滚转电机18驱动下进行360°转动，并且滚转调节机构与俯仰调节机构可以并行工作，互不影响。

为了对滚转角度进行检测，所述滚转调节机构还包括角度传感器19和旋变齿轮10，所述旋变齿轮10与所述大齿轮16啮合，所述角度传感器19的检测轴与所述旋变齿轮10连接。

具体的，角度传感器19通过角度传感器固定座23固定安装在前挡圈17上，其检测轴与旋变齿轮10连接。

当滚转电机18驱动大齿轮16转动时，与大齿轮16啮合的旋变齿轮10同步转动，从而由与旋变齿轮10连接的角度传感器19检测其转动角度。

为了避免姿态调节机构运转时对线束的影响，所述前舱导轨1为中空结构，所述俯仰调节机构的控制线由所述前舱导轨1内穿过。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、系统和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、系统、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、系统、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种水下滑翔机的姿态调节装置，包括前肋环、前挡圈、前舱导轨、滚转调节机构和配重机构，所述前舱导轨的两端分别安装在所述前肋环和前挡圈上，其特征在于，所述配重机构包括偏心安装在前舱导轨上的偏心重块以及驱动该偏心重块沿所述前舱导轨轴向移动的俯仰调节机构，所述偏心重块为电池组；所述滚转调节机构安装在所述前挡圈上、且与前舱导轨的一端连接以驱动所述配重机构绕所述前舱导轨的中轴线转动；

所述俯仰调节机构包括直线导轨、俯仰电机、丝杆、滑块和丝杆保护罩；所述俯仰电机的输出轴与所述丝杆连接、并驱动所述丝杆转动；所述直线导轨沿所述前舱导轨轴向安装，所述滑块滑动安装在直线导轨上、并由所述丝杆驱动沿所述直线导轨滑动，该丝杆保护罩的一端固定在前肋环上，另一端与丝杆螺纹配合；

所述滑块为三个，三个滑块沿直线导轨间隔设置，在每个滑块上固定设有支撑架，偏心重块可拆卸安装在支撑架上；

所述前舱导轨具有方形段，沿所述偏心重块轴向设有与所述前舱导轨方形段配合的方形开口，所述方形段配合在所述方形开口内，所述偏心重块的方形开口两侧分别可拆卸安装在所述支撑架上；

前舱导轨的一端通过轴承与前挡圈转动配合，另一端通过轴承与前肋环转动配合；在前舱导轨的另一端固定安装有俯仰固定架，该俯仰固定架在前舱导轨转动时随之转动；俯仰固定架的一端向上延伸，形成延伸部；俯仰电机固定安装在中间滑块的支撑架上，其输出轴由支撑架穿过，并与丝杆的一端连接；丝杆保护罩的一端通过俯仰限位块固定安装在俯仰固定架的延伸部上，另一端穿过靠近前肋环一端的滑块的支撑架、并与丝杆螺纹配合。

2.根据权利要求1所述的水下滑翔机的姿态调节装置，其特征在于，所述配重机构的重心至中轴线的纵向距离与滑翔机其他结构的重心至中轴线的纵向距离相等。

3.根据权利要求1所述的水下滑翔机的姿态调节装置，其特征在于，所述俯仰调节机构还包括拉线传感器，该拉线传感器固定安装在靠近所述俯仰电机的位置，所述拉线传感器的拉线端固定在前肋环上。

4.根据权利要求1所述的水下滑翔机的姿态调节装置，其特征在于，所述滚转调节机构包括滚转电机、大齿轮和小齿轮，所述滚转电机固定安装在所述前挡圈上、且其输出轴与所述小齿轮连接，所述大齿轮固定安装在所述前舱导轨上、且与所述小齿轮啮合。

5.根据权利要求4所述的水下滑翔机的姿态调节装置，其特征在于，所述滚转调节机构还包括角度传感器和旋变齿轮，所述旋变齿轮与所述大齿轮啮合，所述角度传感器的检测轴与所述旋变齿轮连接。

6.根据权利要求1所述的水下滑翔机的姿态调节装置，其特征在于，所述前舱导轨为中空结构，所述俯仰调节机构的控制线由所述前舱导轨内穿过。