阅读说明：本技术 一种仿生柔性水下航行器质心调节机构 (Bionic flexible mass center adjusting mechanism for underwater vehicle ) 是由 黄桥高 潘光 赵嘉祯 张泽宇 马云龙 曹勇 曹永辉 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种仿生柔性水下航行器质心调节机构,由电位器旋钮、支架、配重块、光轴、丝杠、俯仰电机和横滚电机组成；支架为L形结构,支架底部成弧形与舱体底面固连,俯仰电机、横滚电机固定在支架中间的机架上。丝杠安装在支架上并与俯仰电机连接。丝杠另一端穿过配重块与支架前端部的电位器旋钮连接。光轴支架与从动齿轮安装在配重块侧端丝杠上。齿轮与横滚电机输出轴固连,齿轮与从动齿轮啮合,从动齿轮与光轴端部固连,两光轴另一端分别穿过配重块的通孔与光轴支架两端连接,丝杠滑块位于丝杠上并带动配重块绕丝杠转动。通过控制配重块的位置和角度实现所述功能；质心调节机构具有结构简单、控制精准,可靠性高的特点。(The invention discloses a bionic flexible underwater vehicle mass center adjusting mechanism which comprises a potentiometer knob, a support, a balancing weight, an optical axis, a lead screw, a pitching motor and a rolling motor, wherein the potentiometer knob is connected with the support; the bracket is of an L-shaped structure, the bottom of the bracket is in an arc shape and is fixedly connected with the bottom surface of the cabin body, and the pitching motor and the rolling motor are fixed on the frame in the middle of the bracket. The lead screw is arranged on the bracket and is connected with the pitching motor. The other end of the screw rod penetrates through the balancing weight to be connected with a potentiometer knob at the front end part of the bracket. The optical axis support and the driven gear are arranged on a screw rod at the side end of the balancing weight. The gear is fixedly connected with an output shaft of the roll motor, the gear is meshed with the driven gear, the driven gear is fixedly connected with the end part of the optical axis, the other ends of the two optical axes respectively penetrate through holes of the balancing weights to be connected with the two ends of the optical axis support, and the screw rod sliding block is positioned on the screw rod and drives the balancing weights to rotate around the screw rod. The function is realized by controlling the position and the angle of the balancing weight; the mass center adjusting mechanism has the characteristics of simple structure, accurate control and high reliability.)

一种仿生柔性水下航行器质心调节机构

技术领域

本发明涉及水下航行器技术领域，具体地说，涉及一种仿生柔性水下航行器质心调节机构。

背景技术

水下滑翔机是一种新型的，通过调整姿态角和利用净浮力运动的水下航行器。在调整姿态角和改变净浮力的过程中消耗能源较少，因此效率较高和续航持久。尽管航行速度较慢，但制造和维修成本低，且可以重复使用，大量大面积投放工作等，很大程度上能较好满足海洋工作的长时间和大范围的工作特点。基于以上特点以及目前国内外应用情况，可以发现水下滑翔机在军用和民用方面都具有很重要的研究意义。

现有的水下航行器质心调节机构多为单一的重心或重力调节装置，或者重心、重力调节两个装置同时工作，重心调节多采用电机带动，通过改变丝杠上配重块的前后位置实现，重力调节多采用高压水泵向水仓吸排水或活塞推动缸体吸排水改变航行器质量的方式，从而改变航行器重力。

水下滑翔机主要通过调整重心与浮心的相对位置，使水下滑翔机呈现头重脚轻或头轻脚重的状况，从表现出不同的姿态角，再改变浮力大小，从而做出上浮和下潜的动作。

水下滑翔机上述的类似机构众多，大多通过丝杠传动，令电池组在耐压仓中进行滑动，而改变重心位置，即需要在耐压仓设计中留出多余空间供电池组运动。耐压仓体积的变大不仅会带来成本上的压力，而且耐压仓越长其密封性越差，也难以保证电池组不会越位顶破耐压仓。

发明专利CN109305313A公开了一种水下潜航器用重心调节装置，转变思路，不改变耐压仓的大小，在整个装置中构建一段轨道将耐压仓的滑动改造为滚动，耐压仓的两端通过线绳连接电机来控制位置，这样控制了成本和安全性，调节重心的同时使得轴承上的受力更加均匀，但难以保证耐压仓多次磨损甚至意外碰撞前后挡板后，密封性不会出现问题；而且重心相对较高。

专利CN206885307U提出的水下滑翔机纵横姿态综合调节装置中，通过丝杠调节电池仓的位置，但是丝杠的一段直接与电机相连，丝杠稳定性有待提升，总体重心同样较高。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种仿生柔性水下航行器质心调节机构，该质心调节机构可在不增大耐压仓体积的前提下，实现质心的调节，还可提高丝杠的稳定性和降低质心调节机构的质心；该结构简单、质量轻，且可精确控制在复杂环境下的适应性和作业能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括电位器旋钮、支架、轴承、光轴支架、配重块、光轴、丝杠、从动齿轮、齿轮、丝杠滑块、俯仰电机和横滚电机，其特征在于所述支架为L形结构，支架轴向底部截面为弧形且与舱体内底面固定连接，俯仰电机和横滚电机分别固定在支架中间部位的机架上，丝杠通过轴承安装在支架上，丝杠一端与俯仰电机通过联轴器连接，丝杠另一端穿过配重块、光轴支架与电位器旋钮连接，电位器旋钮位于支架前端部；光轴支架位于配重块的前部，光轴支架与从动齿轮通过轴承安装在配重块两侧端丝杠上，各部件间均采用过盈配合；齿轮与横滚电机输出轴固连，齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮中心位于机架的轴承上，从动齿轮两侧凸耳分别与两根光轴端部固连，两根光轴另一端分别穿过配重块两侧的通孔与光轴支架两端连接，丝杠滑块安装在丝杠上与配重块配合，并带动配重块绕丝杠转动。

所述从动齿轮为不完全齿轮，两侧有凸耳，轮体下部有轮齿，凸耳中心圆孔与光轴配合。

有益效果

本发明提出的一种仿生柔性水下航行器质心调节机构，由电位器旋钮、支架、配重块、光轴、丝杠、俯仰电机和横滚电机组成；支架为L形结构,支架底部成弧形与舱体底面固连，俯仰电机、横滚电机固定在支架中间的机架上。丝杠安装在支架上并与俯仰电机连接，丝杠另一端穿过配重块与支架前端部的电位器旋钮连接。光轴支架与从动齿轮安装在配重块侧端丝杠上。齿轮与横滚电机输出轴固连，齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮与光轴端部固连，两光轴另一端分别穿过配重块的通孔与光轴支架两端连接，丝杠滑块位于丝杠上并带动配重块绕丝杠转动。通过控制配重块的位置和角度实现所述功能；质心调节机构具有结构简单、控制精准，可靠性高的特点。

与现有技术相比有如下特点：

1.利用丝杠和配重块实现俯仰质心调节，结构简单，控制性好，不需要对耐压仓进行修改，不存在安全隐患。移动配重块，移动质量大，改变重心效果明显，不会造成内部碰撞而损害其它部件，可靠安全。

2.利用齿轮啮合与光轴配合实现横滚质心调节，与丝杠和配重块结合实现滑翔机质心调节，结构简单，体积小，效率高。

3.利用固定丝杠的轴承分离俯仰质心调节和横滚质心调节两种运动，使得两种功能互不影响，也可以相互结合，调节能力较强。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种仿生柔性水下航行器质心调节机构作进一步详细说明。

图1为本发明仿生柔性水下航行器质心调节机构示意图。

图2为本发明水下航行器质心调节机构的配重块与丝杠滑块装配图。

图3为本发明水下航行器质心调节机构的从动齿轮结构示意图。

图4为本发明水下航行器质心调节机构的支架结构示意图。

图中

1.电位器旋钮 2.支架 3.轴承 4.光轴支架 5.配重块 6.光轴 7.丝杠 8.从动齿轮 9.俯仰电机 10.横滚电机 11.电机轴承齿轮 12.丝杠滑块

具体实施方式

本实施例是一种仿生柔性水下航行器质心调节机构。

参阅图1～图4，本实施例仿生柔性水下航行器质心调节机构，由电位器旋钮1、支架2、轴承3、光轴支架4、配重块5、光轴6、丝杠7、从动齿轮8、俯仰电机9、横滚电机10、齿轮11和丝杠滑块12组成；其中，支架2为L形结构,支架2底部成弧形并与舱体内底面固定连接，俯仰电机9和横滚电机10分别固定在支架2中间部位的机架上。丝杠7通过轴承3安装在支架2上，丝杠7一端与俯仰电机9通过联轴器连接，丝杠7另一端穿过配重块5与电位器旋钮1连接，电位器旋钮1位于支架前端部。光轴支架4位于配重块5的前部，光轴支架4与从动齿轮8通过轴承3安装在配重块5侧端丝杠7上，各部件间均采用过盈配合。横滚电机10输出轴与齿轮11固连，齿轮11与从动齿轮8相啮合，从动齿轮8中心位于机架的轴承上，从动齿轮8两端分别与两根光轴6端部固连，两根光轴6另一端分别穿过配重块5两侧的通孔与光轴支架4两端连接，丝杠滑块12安装在丝杠7上，丝杠滑块12与丝杠7配合带动配重块5绕丝杠7转动。

本实施例中，从动齿轮8为不完全齿轮,两侧有凸耳，轮体下部有轮齿，凸耳中心圆孔与光轴6配合。

安装及使用过程

将俯仰电机9和横滚电机10分别通过四对螺栓固定在旋转固定机架上，并上紧八组螺栓。电机均为小型电机，足以保证连接强度。丝杠7通过一对轴承3安装在支架2上，并通过联轴器与俯仰电机9连接，通过联轴器与电位器旋钮1连接。以此保证丝杠7传动的连贯性。光轴支架4和从动齿轮8均由轴承3安装在丝杠7上，并通过两根光轴6连接采用过盈配合，以保证横滚质心调整能顺利进行，不会出现较大延迟。丝杠滑块12与配重块5配合，避免工作时出现相对滑动，也可使得重心相对较低，并整体安装在丝杠7上。此外，整个机构固定在一个相应的圆筒内，首先能隔开滑翔机内其它机构的干扰，其次方便安装和拆卸。

俯仰电机9与丝杠7相连，配重块5通过丝杠滑块12与丝杠7相接触，运行时，俯仰电机9依次带动丝杠7和丝杠滑块12的运动，实现配重块5沿丝杠7轴向运动。其中，俯仰电机9顺时针转动会引起配重块5向前运动，逆时针则向后运动。横滚电机10与齿轮11相连接，齿轮11作为主动轮带动从动齿轮8转动，并通过光轴6带动光轴支架4做与从动齿轮8同步的转动，配重块5为不规则的圆柱体，因此，实现质心在航行器纵对称面上的偏移。同样的，横滚电机分别通过顺时针和逆时针实现两种不同的横滚运动。

质心调节机构通过丝杠和配重块实现俯仰质心调节，通过齿轮啮合与光轴配合实现横滚质心调节，通过固定丝杠的轴承，分离俯仰质心调节和横滚质心调节两种运动。通过控制配重块的位置和角度实现所述功能；质心调节机构具有结构简单、控制精准，可靠性高的特点；不会对耐压仓产生任何额外的安全隐患。其中，俯仰电机带动丝杠转动，经丝杠滑块的作用使得配重块沿丝杠轴向运动。横滚电机带动电机轴承齿轮，电机轴承齿轮与从动轮相作用，通过丝杠和两条光轴，使配重块质心偏离滑翔机纵对称面。两种情况相结合达到调节水下滑翔机质心的效果。

本实施例中，两个电机的运转可以分开进行，即本机构俯仰质心调节和横滚质心调节两种运动互不干扰，也可以相互结合使用。