專利名稱:一種小型水下航行器沉浮裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種小型水下航行器沉浮裝置，該裝置采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠與螺母配合帶動(dòng)中間支板移動(dòng)，中間支板帶動(dòng)兩個(gè)活塞機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)同步吸水或排水，使兩個(gè)活塞筒內(nèi)的水量改變?；钊驳奈潘芸诳趶叫?，活塞桿與橡膠活塞作用使活塞筒內(nèi)水量快速吸入或排出改變航行器的重量；吸排水時(shí)產(chǎn)生作用力并控制航行器的姿態(tài)調(diào)節(jié)和沉浮的速度,改變航行器的重量使航行器產(chǎn)生向下或向上的加速度來實(shí)現(xiàn)航行器沉浮。航行器沉浮裝置結(jié)構(gòu)尺寸小、質(zhì)量輕，可精確控制吸排水量，增強(qiáng)了無人水下航行器在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和作業(yè)能力。沉浮裝置拓展性強(qiáng)，還可用于小型水下機(jī)器人及其它小型水下運(yùn)載裝置。
【專利說明】
一種小型水下航行器沉浮裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及水下航行器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種小型水下航行器沉浮
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，無人水下航行器技術(shù)發(fā)展迅速，各種類型的水下航行器已廣泛用于海洋環(huán)境檢測、堤壩勘探以及其它勘察海洋礦藏、保護(hù)海洋資源領(lǐng)域。水下航行器的研究發(fā)展，尤其是小型水下航行器在多數(shù)情況下其作業(yè)下潛深度不深，可以廣泛應(yīng)用于管道檢測、水下攝像、安全搜救、娛樂教學(xué)以及水下考古工作。
[0003]水下航行器的沉浮實(shí)現(xiàn)包括增加航行器自身重力和航行器姿態(tài)傾斜，沉浮調(diào)節(jié)裝置包括重力調(diào)節(jié)和重心調(diào)節(jié)，是水下航行器沉浮裝置的重要組成部分。沉浮調(diào)節(jié)裝置安裝在航行器內(nèi)部，通過改變航行器的質(zhì)量以及航行器重心的前后姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)航行器的下沉和上浮?，F(xiàn)有的沉浮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)多為單一的重心或重力調(diào)節(jié)裝置，或者重心、重力調(diào)節(jié)兩個(gè)裝置同時(shí)工作，重心調(diào)節(jié)多采用電機(jī)帶動(dòng)，通過改變絲杠上配重塊的前后位置實(shí)現(xiàn)，重力調(diào)節(jié)多采用高壓水栗向水倉吸排水或活塞推動(dòng)缸體吸排水改變航行器質(zhì)量的方式，從而改變航行器重力?，F(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用在水下航行器上的沉浮機(jī)構(gòu)大多質(zhì)量過重、尺寸較大。專利CN2868840Y中提出一種由電機(jī)和活塞筒組成的沉浮調(diào)節(jié)裝置，僅通過調(diào)節(jié)航行器重力改變航行器姿態(tài)，效果較差，而且航行器游動(dòng)不靈活。發(fā)明專利CN104044717A中公開了“一種用于水下航行器的沉浮裝置”，該裝置采用齒輪傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過活塞給排水，但由于齒輪傳動(dòng)的限制，采用四級減速，齒輪軸摩擦大，功率損失大，減速比大造成給排水速度慢，并且該裝置不能精確控制給排水量。在專利CN202429333U中涉及“一種沉浮裝置”，該裝置通過壓力調(diào)節(jié)內(nèi)部壓縮液體或氣體流動(dòng)改變主動(dòng)活塞兩端所受壓力，推動(dòng)活塞改變?nèi)萸惑w積實(shí)現(xiàn)浮力的改變。但是機(jī)構(gòu)過于復(fù)雜導(dǎo)致總尺寸增大，且控制難度增加。這種沉浮裝置對于要求精確控制沉浮、沉浮給排水量與自重比值大，對用于堤壩探傷、管道探測的小型無人水下航行器或小型水下機(jī)器人來說并不適用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型提出一種小型水下航行器沉浮裝置，該沉浮裝置結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕，且可精確控制給排水量，增強(qiáng)無人水下航行器在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和作業(yè)能力。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括步進(jìn)電機(jī)、絲杠、聯(lián)軸器、兩個(gè)活塞筒、兩個(gè)活塞桿、支板、底板，其特征在于:所述步進(jìn)電機(jī)通過電機(jī)座固定在底板上靠近第一支板內(nèi)側(cè)中間部位，所述絲杠一端穿過第一軸承座通過聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)輸出軸連接，絲杠另一端穿過中間支板與螺母配合，且與第二軸承座連接，第二軸承座固定在第二支板內(nèi)側(cè)壁中間部位，螺母與中間支板固連，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)螺母與中間支板移動(dòng)；所述第一活塞筒與所述第二活塞筒結(jié)構(gòu)相同，活塞筒敞口端與活塞桿配合，活塞筒密封端部中間有吸排水管口，第一活塞筒與第二活塞筒分別位于步進(jìn)電機(jī)的兩側(cè)對稱安裝，且通過第一支座和第二支座固定在底板上，兩個(gè)活塞筒端部的吸排水管口分別穿過第一支板通向外部;所述第一活塞桿與所述第二活塞桿結(jié)構(gòu)相同，活塞桿為四塊薄板焊接成十字形狀，活塞桿一端與橡膠活塞固連位于活塞筒內(nèi)，活塞桿另一端通過端部安裝板固定在中間支板上。
[0006]所述絲杠與第一活塞桿、第二活塞桿位于同一平面平行安裝。
[0007]所述絲杠的導(dǎo)程為1mm，螺距為1mm。
[0008]所述步進(jìn)電機(jī)采用42BYGH3401型電機(jī)。
[0009]有益效果
[0010]本實(shí)用新型提出的小型水下航行器沉浮裝置，采用兩個(gè)活塞機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)吸水或者排水，使兩個(gè)活塞筒中的水量改變，從而改變航行器重力。在航行器運(yùn)行過程中，重力和姿態(tài)的改變會(huì)使航行器產(chǎn)生向下或者向上的速度分量，從而實(shí)現(xiàn)航行器的沉浮。
[0011]本實(shí)用新型小型水下航行器沉浮裝置初始狀態(tài)為活塞位于活塞筒的中間部位，活塞筒中已經(jīng)存有一半的水量，步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)、帶動(dòng)螺母向前運(yùn)動(dòng)，中間支板帶動(dòng)第一活塞桿、第二活塞桿運(yùn)動(dòng)，活塞筒吸水重力增加，產(chǎn)生下沉的速度。航行器重心向前傾斜，產(chǎn)生負(fù)攻角，從而產(chǎn)生向下的力。吸排水管口吸水，由于壓強(qiáng)差的作用，航行器整體受到向下的壓差力，三重作用效果可使航行器加速下沉。反之步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、三重作用效果促進(jìn)步進(jìn)電機(jī)快速上浮。
[0012]本實(shí)用新型小型水下航行器沉浮裝置采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，絲杠的螺距和導(dǎo)程均為1mm。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠的旋轉(zhuǎn)，確定第一活塞和第二活塞的位置，從而更加精確的控制沉浮的速度以及航行器的姿態(tài)。
[0013]本實(shí)用新型小型水下航行器沉浮裝置結(jié)構(gòu)尺寸小、質(zhì)量輕，可精確控制給排水量，增強(qiáng)了無人水下航行器在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)能力和作業(yè)能力。沉浮裝置的吸排水管口口徑小，水流經(jīng)橡膠活塞作用從活塞筒中快速吸入或排出，吸水、排水時(shí)產(chǎn)生作用力促進(jìn)航行器的姿態(tài)調(diào)節(jié)。
[0014]本實(shí)用新型小型水下航行器沉浮裝置拓展性強(qiáng)，可應(yīng)用于小型水下機(jī)器人及其它小型水下載運(yùn)裝置。
【附圖說明】

[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本實(shí)用新型一種小型水下航行器沉浮裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]圖1為本實(shí)用新型水下航行器沉浮裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本實(shí)用新型水下航行器沉浮裝置軸測圖。
[0018]圖3為本實(shí)用新型水下航行器沉浮裝置的第一活塞示意圖。
[0019]圖4為本實(shí)用新型水下航行器沉浮裝置的絲杠、螺母安裝部位示意圖。
[0020]圖中:
[0021]1.第二支座2.第二活塞筒3.第一軸承座4.絲杠5.第二活塞桿6.底板7.螺母8.第二軸承座9.第二支板10.中間支板11.第一活塞桿12.第一支座13.第一活塞筒14.第一支板15.電機(jī)座16.步進(jìn)電機(jī)17.聯(lián)軸器18.吸排水管口
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)施例是一種小型水下航行器沉浮裝置。
[0023]參閱圖1?圖4，本實(shí)施例小型水下航行器沉浮裝置由底板6、第一支板14、第二支板9、中間支板10、第一支座12、第二支座1、第一軸承座3、第二軸承座8和絲杠4、螺母7、第二活塞桿5、第二活塞筒2、第一活塞桿11、第一活塞筒13、電機(jī)座15、步進(jìn)電機(jī)16、聯(lián)軸器17、吸排水管口 18組成;第一支板14與第二支板分別垂直固定在底板6上部兩端，且第一支板14與第二支板9平行安裝。步進(jìn)電機(jī)16通過電機(jī)座15固定在底板6上靠近第一支板14內(nèi)側(cè)中間部位。絲杠4 一端穿過第一軸承座3通過聯(lián)軸器17與步進(jìn)電機(jī)16輸出軸連接，絲杠4另一端穿過中間支板10與螺母7配合，且與第二軸承座8連接;第二軸承座8通過螺栓安裝在第二支板9的內(nèi)側(cè)壁上中間部位，螺母7與中間支板10通過螺栓固定連接，步進(jìn)電機(jī)16驅(qū)動(dòng)絲杠4轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠4與螺母7配合帶動(dòng)中間支板10移動(dòng)。本實(shí)施例中杠4的導(dǎo)程為Imm，螺距為Imm。步進(jìn)電機(jī)16采用42BYGH3401型電機(jī)。
[0024]本實(shí)施例中，第一活塞筒13與第二活塞筒2結(jié)構(gòu)相同，活塞筒敞口端與活塞桿配合，活塞筒密封端部中間有吸排水管口 18，第一活塞筒13與第二活塞筒2分別位于步進(jìn)電機(jī)16的兩側(cè)對稱安裝，且通過第一支座12和第二支座I固定在底板6上，兩個(gè)活塞筒端部的吸排水管口 18分別穿過第一支板14通向外部;第一活塞桿11與第二活塞桿5結(jié)構(gòu)相同，活塞桿為四塊長方薄板焊接成十字形狀，活塞桿一端與橡膠活塞固連位于活塞筒內(nèi)，且橡膠活塞與活塞筒內(nèi)壁為過盈配合，以保證密封效果;活塞桿另一端通過端部安裝板固定在中間支板10上。絲杠4與第一活塞桿11、第二活塞桿5位于同一平面平行安裝。
[0025]水下航行器沉浮裝置工作時(shí)，螺母7處在絲杠4的中間位置。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)16驅(qū)動(dòng)絲杠4轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠4與螺母7配合帶動(dòng)中間支板10移動(dòng)靠向第一支板14時(shí)，第一活塞桿11和橡膠活塞與第一活塞筒13配合，第二活塞桿5和橡膠活塞與第二活塞筒2配合，第一活塞桿11與第二活塞桿5同步移動(dòng)，推動(dòng)第一活塞筒13與第二活塞筒2內(nèi)的水排出，從而使水下航行器獲得正浮力，實(shí)現(xiàn)航行器上浮。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)16驅(qū)動(dòng)絲杠4轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠4與螺母7配合帶動(dòng)中間支板10移動(dòng)靠向第二支板9時(shí)，第一活塞桿11和橡膠活塞與第一活塞筒13配合，第二活塞桿5和橡膠活塞與第二活塞筒2配合，第一活塞桿11與第二活塞桿5同步移動(dòng)，促使第一活塞筒13與第二活塞筒2內(nèi)進(jìn)行吸水，使水下航行器獲得負(fù)浮力，實(shí)現(xiàn)航行器下沉。
[0026]工作流程:步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠與螺母配合帶動(dòng)中間支板移動(dòng)，中間支板帶動(dòng)兩個(gè)活塞機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)活塞機(jī)構(gòu)分別通過各自的吸排水管口同步進(jìn)行吸水或排水，使兩個(gè)活塞筒中的儲(chǔ)水量改變。兩個(gè)活塞筒內(nèi)的橡膠活塞與活塞筒為過盈配合實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封?；钊驳奈潘芸诳趶叫?，活塞桿帶動(dòng)橡膠活塞作用使活塞筒內(nèi)水量快速吸入或排出，改變航行器重力；吸排水時(shí)產(chǎn)生作用力并控制航行器的上浮下沉姿態(tài)調(diào)節(jié)和沉浮的速度，改變航行器的重力使航行器產(chǎn)生向下或向上的加速度來實(shí)現(xiàn)航行器上浮下沉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小型水下航行器沉浮裝置，包括步進(jìn)電機(jī)、絲杠、聯(lián)軸器、兩個(gè)活塞筒、兩個(gè)活塞桿、支板、底板，其特征在于:所述步進(jìn)電機(jī)通過電機(jī)座固定在底板上靠近第一支板內(nèi)側(cè)中間部位，所述絲杠一端穿過第一軸承座通過聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)輸出軸連接，絲杠另一端穿過中間支板與螺母配合，且與第二軸承座連接，第二軸承座固定在第二支板內(nèi)側(cè)壁中間部位，螺母與中間支板固連，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)螺母與中間支板移動(dòng);第一活塞筒與第二活塞筒結(jié)構(gòu)相同，活塞筒敞口端與活塞桿配合，活塞筒密封端部中間有吸排水管口，第一活塞筒與第二活塞筒分別位于步進(jìn)電機(jī)的兩側(cè)對稱安裝，且通過第一支座和第二支座固定在底板上，兩個(gè)活塞筒端部的吸排水管口分別穿過第一支板通向外部;第一活塞桿與第二活塞桿結(jié)構(gòu)相同，活塞桿為四塊薄板焊接成十字形狀，活塞桿一端與橡膠活塞固連位于活塞筒內(nèi)，活塞桿另一端通過端部安裝板固定在中間支板上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器沉浮裝置，其特征在于:所述絲杠與第一活塞桿、第二活塞桿位于同一平面平行安裝。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器沉浮裝置，其特征在于:所述絲杠的導(dǎo)程為1_，螺距為Imm ο4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器沉浮裝置，其特征在于:所述步進(jìn)電機(jī)采用42BYGH3401 型電機(jī)。
【文檔編號】B63G8/14GK205707252SQ201620333586
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】王鵬, 馮飛, 陳濤, 王朋彬, 張恒
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)