一种全角度俯仰角调节的水下滑翔机姿态调节机构

1.本发明属于水下滑翔机领域，具体地说是一种具备全角度俯仰角调节能力的水下滑翔机姿态调节机构。


背景技术：

2.水下滑翔机是一种新型海洋探测监测装备，具有续航时间长、巡航范围广、成本低、操作简便与智能化程度高等特点，通过搭载不同的任务传感器，可以高效完成多种海洋环境探测与信息收集任务。其工作原理是利用浮力调节系统进行微小浮力调节并通过姿态调节机构改变重心位置进而实现锯齿形升沉运动，其中，姿态角度调节由滑翔机内部位置可变的偏心质量块来控制。随着对水下滑翔机技术的深入研究，已经有很多较为成熟的姿态调节机构设计形式。比如：1.利用两个压载质量块分别作纵向移动和横向移动，以完成对水下滑翔机俯仰角及横滚角的控制；2.利用两个压载质量块分别作纵向移动和周向转动，以完成对水下滑翔机俯仰角及横滚角的控制；3.仅用一个压载质量块同时进行轴向移动和周向转动来控制水下滑翔机俯仰角及横滚角；此外，上述的压载质量块在设计时普遍替换成电池组，在对水下滑翔机进行姿态调节的同时提供机体运动所需能源。
3.然而，水下滑翔机舱段长度有限，以上这些较为成熟的姿态调节机构通过轴向移动电池包无法在有限舱段长度下进行大范围的俯仰角度调整。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可以使水下滑翔机具备全角度俯仰角调节能力的姿态调节机构。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种全角度俯仰角调节的水下滑翔机姿态调节机构，包括前固定座、前支撑板、俯仰限位板、摆杆、摆杆固定件、丝杠固定罩、丝杠螺母、六角细牙螺母、梯形丝杠、俯仰电机、前偏心质量块、自润滑轴承、后偏心质量块、后齿轮轴承端盖、后固定板、后固定滑块、支撑方管、后支撑板、后固定座、前横滚电机、前固定滑块、前固定板、前齿轮轴承端盖、拉线传感器、后角度传感器、后横滚电机、前角度传感器、摆杆调心球轴承、前调心球轴承、圆形套管、后调心球轴承、拉紧杆；所述的姿态调节机构设置于水下滑翔机舱体内部，通过俯仰电机驱动前偏心质量块、后偏心质量块沿轴线前后移动或横滚电机驱动前偏心质量块、后偏心质量块周向转动来改变水下滑翔机本体的重心位置，配合浮力控制系统回排油实现水下滑翔机姿态调节；
7.所述前支撑板、后支撑板分别通过前固定座、后固定座安装在支撑方管的前、后两端；
8.所述摆杆固定件焊接在支撑方管的一端，摆杆通过摆杆调心球轴承活动套接在摆杆固定件上，摆杆调心球轴承通过轴承挡圈安装在摆杆中，摆杆能够随着丝杠固定罩、梯形丝杠、俯仰电机等一起进行周向转动；
9.丝杠固定罩的一端与摆杆连接；丝杠固定罩的另一端固定有丝杠螺母，丝杠螺母的外螺纹与丝杠固定罩的内螺纹相连，所述六角细牙螺母固定在丝杠螺母外螺纹上，防止丝杠螺母与丝杠固定罩连接松动；所述梯形丝杠的一端与丝杠螺母内螺纹相连，丝杠螺母将梯形丝杠的运动限制在丝杠固定罩内；所述梯形丝杠的另一端与俯仰电机的输出轴连接；
10.所述俯仰电机固定在前偏心质量块上方，运行时，俯仰电机驱动梯形丝杠旋转，梯形丝杠与丝杠螺母产生相对运动，进而带动前偏心质量块和后偏心质量块进行轴向移动；
11.所述前偏心质量块和后偏心质量块安装在圆形套管上，前偏心质量块和后偏心质量块之间装有自润滑轴承；
12.所述前固定板和后固定板分别安装于所述前偏心质量块的前端和后偏心质量块的后端；
13.所述前固定滑块与后固定滑块在横截面视图下的内表面为正方形，外表面为圆形，前固定滑块与后固定滑块的一端均设有正方形翼缘，前固定滑块与后固定滑块套接在支撑方管上，能够在支撑方管上进行轴向移动，无法进行周向转动；
14.所述前固定板、后固定板分别与前固定滑块和后固定滑块连接，前固定滑块的一部分伸入到前固定板中间的圆形通孔中，另一部分通过正方形翼缘和螺钉与前固定板固定；后固定滑块的一部分伸入到后固定板中间的圆形通孔中，另一部分通过正方形翼缘和螺钉与后固定板固定；
15.所述圆形套管的两端分别嵌套在前固定板与前固定滑块以及后固定板与后固定滑块之间的缝隙中并通过螺钉固定；
16.所述前角度传感器、前横滚电机安装在前固定板上，后角度传感器、后横滚电机安装在后固定板上，前横滚电机与后横滚电机的输出轴均安装有齿轮，分别与前齿轮轴承端盖和后齿轮轴承端盖上的齿轮部分进行啮合，各角度传感器用于检测姿态调节机构周向转动角度，拉线传感器安装在前偏心质量块一端未装有电池的空隙中，用于检测姿态调节机构轴向移动距离，各横滚电机为姿态调节机构周向转动提供动力；
17.所述前调心球轴承和后调心球轴承通过轴承挡圈分别安装在前齿轮轴承端盖和后齿轮轴承端盖中，前齿轮轴承端盖、后齿轮轴承端盖分别固定在前偏心质量块和后偏心质量块的一端，前、后齿轮轴承端盖一端均有齿轮部分用于啮合传动，前调心球轴承和后调心球轴承均套接在圆形套管上，便于前、后偏心质量块进行周向转动；
18.所述拉紧杆穿过中空的支撑方管，拉紧杆两端通过螺母与前固定座、后固定座连接。作用是防止前、后固定座与支撑方管产生轴向相对移动。
19.进一步的，所述摆杆上设置有圆孔，所述丝杠固定罩上设有与所述圆孔相匹配的凹槽，丝杠固定罩的端部设有凸台，所述摆杆上连接有俯仰限位板，所述俯仰限位板上设有横向挡板，所述俯仰限位板与所述丝杠固定罩以及凸台与横向挡板之间均存在间隙之间存在间隙，用于限制丝杠固定罩的轴向移动和周向转动，避免结构间出现卡死情况。
20.进一步的，所述自润滑轴承由黄铜和石墨制作而成，安装在前偏心质量块和后偏心质量块之间用于传递轴向力并起到自润滑作用。
21.进一步的，所述前偏心质量块、后偏心质量块由若干块锂亚电池组成，通过俯仰电机和横滚电机分别驱动偏心质量块沿轴线前后移动和周向转动来改变水下滑翔机重心位
置，实现姿态调节，同时为机体提供能源。
22.进一步的，所述固定滑块由聚四氟乙烯构成。
23.与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
24.1.与以往姿态调节机构不同的是，本发明以前、后两个偏心质量块作为姿态调节机构的主体，两个偏心质量块均安装在圆形套管上，既可以跟随圆形套管一起进行轴向移动，也可以同时同向旋转或者同时反向旋转；该机构可以实现以往姿态调节机构的所有功能，同时由于可以单独控制两个偏心质量块的旋转方向，丰富了水下滑翔机机体重心的调节位置，便于实现大范围俯仰角度调节。
25.2.本发明姿态调节机构可以实现两个偏心质量块同时向相反方向旋转，以实现水下滑翔机重心与浮心距离的稳定调节，当两个偏心质量块同时向相反方向旋转时，水下滑翔机机体重心位置会随之升高，由于浮心位置不变，故机体稳心高度变小，此时如果将两个偏心质量块进行轴向移动，即能保证在水下滑翔机机体不发生横滚翻转的同时实现大范围俯仰角度调节，最大范围为
‑
90
°
～+90
°
。
26.3.前支撑板、后支撑板分别通过前固定座、后固定座安装在支撑方管的前、后两端，对整个姿态调节机构起支撑作用且便于将该机构安装在水下滑翔机舱体中。
27.4.本发明设计前、后固定滑块，将前、后固定滑块套接在支撑方管上，通过前、后固定滑块将前、后固定板与圆形套管巧妙连接在一起，由于前横滚电机、前角度传感器与后横滚电机、后角度传感器分别安装在前、后固定板上，前、后偏心质量块均套接在圆形套管上，俯仰电机安装在前偏心质量块上方，拉线传感器安装在前偏心质量块一端未装有电池的空隙中，故通过前、后固定滑块将姿态调节机构的主体以及所有用电器件联系在一起，这样设计使各结构更加紧凑，便于水下滑翔机舱段的安装与拆卸。
28.4.本发明设计的摆杆通过调心球轴承活动套接在摆杆固定件上，摆杆固定件焊接在支撑方管的一端，因此摆杆可以周向转动而不能轴向移动，故摆杆可以随着两个偏心质量块一起进行周向转动，且在周向转动时可以稳定传递轴向力。
29.5.固定滑块由聚四氟乙烯制成，聚四氟乙烯稳定性高且摩擦系数低，在保证强度的同时起到了一定的润滑作用，有利于姿态调节机构的轴向移动。
30.6.自润滑轴承由黄铜和石墨制作而成，安装在前偏心质量块和后偏心质量块之间用于传递轴向力并起到自润滑作用。
附图说明
31.图1至图3是本发明的结构示意图；
32.图4是本发明的剖面结构示意图；
33.图5是图4中局部a的放大示意图；
34.图6是图4中局部b的放大示意图；
35.图7是图4中局部c的放大示意图；
36.图8是图4中局部d的放大示意图；
37.图9是图4中局部e的放大示意图；
38.图10是实施例中固定滑块的结构示意图；
39.图11是实施例中固定板的结构示意图。
40.附图标记:1
‑
前固定座；2
‑
前支撑板；3
‑
前偏心质量块；4
‑
后偏心质量块；5
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支撑方管；6
‑
后支撑板；7
‑
摆杆固定件；8
‑
俯仰限位板；9
‑
摆杆；10
‑
丝杠固定罩；11
‑
丝杠螺母；12
‑
六角细牙螺母；13
‑
拉线传感器；14
‑
梯形丝杠；15
‑
俯仰电机；16
‑
前固定板；17
‑
前角度传感器；18
‑
前固定滑块；19
‑
前横滚电机；20
‑
后固定座；21
‑
后固定滑块；22
‑
后固定板；23
‑
后角度传感器；24
‑
后横滚电机；25
‑
摆杆调心球轴承；26
‑
前齿轮轴承端盖；27
‑
前调心球轴承；28
‑
圆形套管；29
‑
自润滑轴承；30
‑
后齿轮轴承端盖；31
‑
后调心球轴承；32
‑
拉紧杆。
具体实施方式
41.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
42.如图1～11所示，本发明的具备全角度俯仰角调节能力的水下滑翔机姿态调节机构，包括前固定座1、前支撑板2、前偏心质量块3、后偏心质量块4、支撑方管5、后支撑板6、摆杆固定件7、俯仰限位板8、摆杆9、丝杠固定罩10、丝杠螺母11、六角细牙螺母12、拉线传感器13、梯形丝杠14、俯仰电机15、前固定板16、前角度传感器17、前固定滑块18、前横滚电机19、后固定座20、后固定滑块21、后固定板22、后角度传感器23、后横滚电机24、摆杆调心球轴承25、前齿轮轴承端盖26、前调心球轴承27、圆形套管28、自润滑轴承29、后齿轮轴承端盖30、后调心球轴承31、拉紧杆32。姿态调节机构设置于水下滑翔机舱体内部，通过俯仰电机15驱动前偏心质量块3、后偏心质量块4沿轴线前后移动或横滚电机驱动前偏心质量块、后偏心质量块周向转动来改变水下滑翔机本体的重心位置，配合浮力控制系统回排油实现水下滑翔机姿态调节；
43.前支撑板2、后支撑板6分别通过前固定座1、后固定座20安装在支撑方管5的前、后两端；
44.摆杆固定件7焊接在支撑方管5的一端，摆杆9通过摆杆调心球轴承活动套接在摆杆固定件7上，摆杆调心球轴承通过轴承挡圈安装在摆杆9中，摆杆9能够随着丝杠固定罩10、梯形丝杠14、俯仰电机15等一起进行周向转动；摆杆上设置有圆孔，丝杠固定罩上设有与所述圆孔相匹配的凹槽，丝杠固定罩的端部设有凸台，摆杆上连接有俯仰限位板，所述俯仰限位板上设有横向挡板，俯仰限位板与丝杠固定罩以及凸台与横向挡板之间均存在间隙，用于限制丝杠固定罩的轴向移动和周向转动，避免结构间出现卡死情况。
45.丝杠固定罩10的一端与摆杆9连接；丝杠固定罩10的另一端固定有丝杠螺母11，丝杠螺母11的外螺纹与丝杠固定罩10的内螺纹相连，六角细牙螺母12固定在丝杠螺母11外螺纹上，防止丝杠螺母11与丝杠固定罩10连接松动；梯形丝杠14的一端与丝杠螺母11内螺纹相连，丝杠螺母11将梯形丝杠的运动限制在丝杠固定罩10内；所述梯形丝杠的另一端与俯仰电机的输出轴连接；
46.俯仰电机15固定在前偏心质量块上方，运行时，俯仰电机15驱动梯形丝杠14旋转，梯形丝杠与丝杠螺母产生相对运动，进而带动前偏心质量块3和后偏心质量块4进行轴向移动；前偏心质量块3和后偏心质量块4安装在圆形套管28上，前偏心质量块和后偏心质量块之间装有自润滑轴承29；
47.前固定板16安装于前偏心质量块3的前端，后固定板22安装于后偏心质量块4的后端；前固定滑块18与后固定滑块21在横截面视图下的内表面为正方形，外表面为圆形，前固
定滑块18与后固定滑块21的一端均设有正方形翼缘，前固定滑块与后固定滑块套接在支撑方管5上，能够在支撑方管5上进行轴向移动，无法进行周向转动；本实施例中所有固定滑块由聚四氟乙烯构成。
48.前固定板16与前固定滑块18连接，后固定板22和后固定滑块21连接，前固定滑块18的一部分伸入到前固定板中间的圆形通孔中，另一部分通过正方形翼缘和螺钉与前固定板固定；后固定滑块的一部分伸入到后固定板中间的圆形通孔中，另一部分通过正方形翼缘和螺钉与后固定板固定；
49.圆形套管的两端分别嵌套在前固定板16与前固定滑块18以及后固定板22与后固定滑块21之间的缝隙中并通过螺钉固定；固定板、固定滑块及圆形套管上均相对应的设置有螺栓孔。
50.前角度传感器17、前横滚电机19安装在前固定板16上，后角度传感器23、后横滚电机24安装在后固定板22上，前横滚电机与后横滚电机的输出轴均安装有齿轮，分别与前齿轮轴承端盖26和后齿轮轴承端盖30上的齿轮部分进行啮合，各角度传感器用于检测姿态调节机构周向转动角度，拉线传感器13安装在前偏心质量块一端未装有电池的空隙中，用于检测姿态调节机构轴向移动距离，各横滚电机为姿态调节机构周向转动提供动力；
51.前调心球轴承27和后调心球轴承31通过轴承挡圈分别安装在前齿轮轴承端盖26和后齿轮轴承端盖30中，前齿轮轴承端盖、后齿轮轴承端盖分别固定在前偏心质量块3和后偏心质量块4的一端，前、后齿轮轴承端盖一端均有齿轮部分用于啮合传动，前调心球轴承和后调心球轴承均套接在圆形套管上，便于前、后偏心质量块进行周向转动；
52.拉紧杆32穿过中空的支撑方管5，拉紧杆两端通过螺母与前固定座、后固定座连接。作用是防止前、后固定座与支撑方管产生轴向相对移动。
53.具体的，自润滑轴承29由黄铜和石墨制作而成，安装在前偏心质量块和后偏心质量块之间用于传递轴向力并起到自润滑作用。前偏心质量块、后偏心质量块由若干块锂亚电池组成，通过俯仰电机和横滚电机分别驱动偏心质量块沿轴线前后移动和周向转动来改变水下滑翔机重心位置，实现姿态调节，同时为机体提供能源。
54.姿态调节机构位于水下滑翔机舱体内部，前偏心质量块3和后偏心质量块4作为姿态调节机构的主体，通过俯仰电机15、前横滚电机19以及后横滚电机24驱动其沿轴线前后移动和周向转动可以改变水下滑翔机本体的重心位置，配合浮力控制系统回排油进而实现水下滑翔机姿态调节。
55.本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。