一种用于AUV的自锁式重心调节机构

一种用于auv的自锁式重心调节机构
技术领域
1.本发明专利涉及水下航行器领域，具体而言，涉及一种结构紧凑、模块化设计，不仅可以同时实现在轴向上和径向上对重心快速调节，也能实现自锁的重心调节机构。


背景技术：

2.随着陆地上不可再生资源的日益减少，海洋资源的开发利用受到世界各国的广泛关注。作为海洋开发的重要载体，水下机器人在海底地形地貌勘察、海洋资源及地质勘探、生物考察等方面有着不可替代的作用。新型的水下机器人相对传统的类型，对机器本体自身的运动灵活性、操纵性、快速性等方面都有更高的需求。水下机器人在水中的上浮或下潜运动，除了利用推进器带来的辅助推进效果以外，也可以通过改变重心与浮心之间的相对位置来实现，故配置重心调节机构对于提高水下机器人的机动性和运行效率具有重要意义。
3.传统的重心调节机构通常采用以下两种方式：一是通过液压系统进行液体的抽送，通过该液体在机器人两端的来回转移，实现其重心位置的改变。虽然这种方法能很快地改变重心的位置，但大量的工作溶液势必造成机器人的重量和体积的增加，导致水下机器人所受的阻力增大。二是通过丝杠机构或同步带等传动方式驱动重块移动来改变重心位置。虽然这种方式能够大大减小整个机构设计的复杂度，同时也能减小机器的体积，但传统的重心调节机构往往只实现了在一个方向上重心的调节。
4.所以设计一种结构紧凑、模块化设计，不仅可以同时实现在轴向上和径向上快速调节重心，也能实现自锁的重心调节机构对于提高水下机器人的机动性、运行效率和模块化程度具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决现有auv的重心调节机构存在的结构复杂、调节范围太过局限的问题，创新设计一种用于auv的自锁式重心调节机构，体积小、结构紧凑、不仅可以同时实现在轴向上和径向上快速调节重心，也能够实现自锁；
6.本发明的一种用于auv的自锁式重心调节机构，包括偏心电池组、轴向调节模块和径向调节模块；
7.所述径向调节模块包括具有十字支撑架结构的环形齿轮i和环形齿轮ii、固定连接于所述环形齿轮i和环形齿轮ii之间的若干连接杆、分别通过曲柄i和曲柄ii连接并与所述环形齿轮i和环形齿轮ii对应啮合的小齿轮i和小齿轮ii、以及用于驱动小齿轮i绕环形齿轮i轴线转动的驱动自锁机构；所述驱动自锁机构包括固定于十字支撑架结构中部的蜗杆电机和相互啮合的大蜗杆和小蜗杆；所述蜗杆电机用于驱动大蜗杆和曲柄i同步转动；所述小蜗杆同轴固定连接于小齿轮i；
8.所述轴向调节模块包括由小蜗杆和小齿轮ii共同支承的载物台、固定安装有所述偏心电池组的滑块、以及用于驱动所述滑块沿轴向往复滑动的丝杠螺母机构；
9.进一步的，所述大蜗杆固定连接于蜗杆电机的输出轴；所述小蜗杆与大蜗杆啮合并与小齿轮同轴固定连接；所述曲柄i一端固定连接于大蜗杆的驱动轴，另一端空套于小蜗杆与小齿轮i之间的连接轴；所述小蜗杆内装有轴承并与载物台一侧的连接轴相连接；所述环形齿轮ii的十字支撑架内装有轴承和转动轴；所述曲柄ii同时连接小齿轮ii和所述转动轴；所述小齿轮ii与载物台另一侧的连接轴相连接。
10.进一步的，所述环形齿轮i和环形齿轮ii底部设有用于固定于舱体耐压外筒内部的卡座。
11.进一步的，所述丝杠螺母机构上安装有用于当丝杠电机断电时使整个机构实现自锁的限位块。
12.采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
13.1.本发明的设计结构紧凑、体积小，将电池作为可移动的重物块，提高舱内的空间利用率。
14.2.本发明采用蜗杆齿轮组和丝杠螺母机构相结合，结构简单，在断电的情况下，蜗杆齿轮组和丝杠电机能够自动实现自锁，故在实现对重心快速调节的同时也能实现自锁，大大提高了调节效率和速度。
15.3.本发明能够同时对轴向和径向上进行重心调节，调节范围更大，能更大提高auv的机动性。
16.4.本发明对轴向和径向调节均进行了单独模块化设计和整体模块化设计，能够快速将整个重心调节机构安装入auv舱体内，提高了auv的模块化程度和重构性。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
18.图1为本发明的用于auv的自锁式重心调节机构的结构图；
19.图2为本发明的轴向调节模块的结构图；
20.图3为本发明的径向调节模块的结构图一。
21.图4为本发明的径向调节模块的结构图二。
22.附图标记:1-轴向调节模块、2-径向调节模块、3-偏心电池组、4-卡座、5-连接杆、6-滑块、7-限位块、8-电机驱动器、9-丝杠螺母机构、10-载物台、11-丝杠电机、12-环形齿轮i、13-蜗杆电机、14-大蜗杆、15-小蜗杆、16-曲柄i、17-小齿轮i、18-转动轴、19-环形齿轮ii、20-小齿轮ii、21-曲柄ii、22-电池包、23-滑块连接板、24-电池固定座。
具体实施方式
23.一种用于auv的自锁式重心调节机构，如图1所示，包括轴向调节模块1、径向调节模块2、偏心电池组3、卡座4、连接杆5。所述径向调节模块1包括具有十字支承架结构的环形齿轮i12与环形齿轮ii19，所述环形齿轮i12与环形齿轮ii19通过连接杆5进行固定连接并通过卡座4固定于舱体耐压外筒内部；所述偏心电池组3包括电池包22、电池固定座24与滑块连接板23；所述滑块连接板23与滑块6连接。
24.如图2所示，所述轴向调节模块1包括载物台10、丝杠螺母机构9、滑块6、丝杠电机11、限位块7、电机驱动器8；所述载物台10上通过螺栓固定安装丝杠螺母机构9；所述丝杠螺
母机构9上安装有滑块6和限位块7，当丝杠电机11断电时限位块7能使整个机构实现自锁；所述滑块6上通过螺栓固定偏心电池组3；所述丝杠电机11驱动丝杠螺母机构9运动使滑块6在轴向上进行移动，从而带动偏心电池组3移动，实现重心在轴向上的改变；所述载物台10一侧的连接轴与所述径向调节模块2的小蜗杆15内的轴承相连接，另一侧连接轴与所述径向调节模块2的小齿轮ii20连接轴内的轴承相连接，使得载物台10在保持水平的同时进行相对转动。
25.如图3、图4所示，所述径向调节模块2包括蜗杆电机13、大蜗杆14、小蜗杆15、曲柄i16、曲柄ii21、小齿轮i17、小齿轮ii20、转动轴18、具有十字支撑架结构的环形齿轮i12和环形齿轮ii19；所述蜗杆电机13安装于所述环形齿轮i12的十字支撑架内并驱动大蜗杆14和曲柄i16同步转动，由于曲柄i16的外端空套于小齿轮i17和小蜗杆15之间的驱动轴，使得曲柄i16可以带动小齿轮i17沿着环形齿轮i12的内轮齿运动，同时，由于小齿轮i17和小蜗杆15同轴固定，小齿轮i17的自转可以带动小蜗杆15同步转动；所述小蜗杆15内装有轴承并与载物台10进行连接；所述载物台10另一侧与小齿轮ii20连接，因此，小齿轮i17和小齿轮ii20的同步转动可带动调节模块1的载物台10绕着轴向转动，从而实现将轴向调节模块1的重心进行了改变，即实现了径向上的重心改变。由于大蜗杆14和小蜗杆15的头数比是2：1，小齿轮和环形齿轮的齿数比也为2：1，在重心调节的过程中，大蜗杆14和小蜗杆15分别由蜗杆电机13和小齿轮i17驱动转动，因此，大蜗杆14和小蜗杆15的相互啮合不会阻碍载物台10径向位置的调节。当载物台10移动到位后，蜗杆电机13停止转动，此时，由于小蜗杆15无法直接带动大蜗杆14转动，因此，大蜗杆14将阻碍小蜗杆15转动，而与小蜗杆15同轴连接的小齿轮i17也无法转动，从而实现了小齿轮i17和小齿轮ii20位置的锁定，最终实现本中心调节机构径向重心位置的自锁。
26.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。