專利名稱：一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種重心調(diào)節(jié)裝置。特別是一種水下機(jī)器人的重心調(diào)節(jié)裝置。用 于調(diào)節(jié)水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。
背景技術(shù)：
在水下機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，由于裝配過程中增加或減少某個(gè)零器件，往往會(huì)改 變水下機(jī)器人的重心和浮心的位置，造成水下機(jī)器人在水中不能保持穩(wěn)定的姿態(tài)，影響其 運(yùn)動(dòng)控制效果。另外，水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中往往需要調(diào)節(jié)自身的俯仰姿態(tài)和橫滾姿態(tài)，這 些都可以通過對(duì)水下機(jī)器人的重心位置進(jìn)行調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，包括軸向位置調(diào)節(jié)和橫滾位置調(diào) 節(jié)。目前對(duì)這兩個(gè)方向的重心調(diào)節(jié)主要是通過改變機(jī)器人內(nèi)部重塊的位置來實(shí)現(xiàn)。公開號(hào) 為CN101062714、名稱為“一種依靠浮力驅(qū)動(dòng)滑行的水下機(jī)器人”的專利文件中，提到了用于 水下機(jī)器人姿態(tài)調(diào)節(jié)的重心調(diào)節(jié)裝置的技術(shù)方案，但是該技術(shù)方案將重心的軸向調(diào)節(jié)和橫 滾調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)成兩套完全獨(dú)立的裝置。這種設(shè)計(jì)增加了系統(tǒng)的零部件個(gè)數(shù)，需要的安裝空間 比較大，對(duì)于減小機(jī)器人的整體體積不利。而且，該設(shè)計(jì)的橫滾調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用專門的偏心重 塊作為調(diào)節(jié)對(duì)象，增加了機(jī)器人的重量，對(duì)水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制和搭載有效載荷的能力 有不利影響。所以需要設(shè)計(jì)一種新型高效的重心調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用于水下機(jī)器人姿態(tài)調(diào)節(jié)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人兩個(gè)方向的重心調(diào)節(jié)，即調(diào) 節(jié)水下機(jī)器人重心的軸向位置和橫滾位置；提高機(jī)器人內(nèi)部空間的使用效率，為減輕機(jī)器 人重量和提高機(jī)器人搭載有效設(shè)備的能力提供條件的水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在兩個(gè)端蓋之間固定中心軸，在中心軸上設(shè)置可以 繞中心軸自由旋轉(zhuǎn)的左支撐盤與右支撐盤，中心軸上設(shè)置偏心電池塊，左右支撐盤之間設(shè) 置有絲杠，絲杠上有滾珠螺母，滾珠螺母通過連接件與偏心電池塊固連，右支撐盤上裝有軸 向調(diào)節(jié)電機(jī)，軸向調(diào)節(jié)電機(jī)輸出軸與滾珠絲杠之間有軸向位置調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，左支撐盤上 安裝有橫滾電機(jī)，橫滾電機(jī)輸出軸與中心軸之間有橫滾位置調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明還可以包括所述軸向位置調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由安裝在軸向調(diào)節(jié)電機(jī)輸出軸上的第一齒輪與安 裝在滾珠絲杠上的第二齒輪形成的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述橫滾位置調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由固定在中心軸左端的中心輪和安裝在橫滾電機(jī)輸 出軸上的行星齒輪構(gòu)成。所述軸向調(diào)節(jié)電機(jī)帶有具有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速箱。所述的橫滾電機(jī)帶有具有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速箱。將軸向調(diào)節(jié)系統(tǒng)、橫滾調(diào)節(jié)系統(tǒng)和被調(diào)重塊三部分集成到同一個(gè)重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 中。所述軸向調(diào)節(jié)系統(tǒng)和橫滾調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)和行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。所述 被調(diào)重塊由偏心電池塊構(gòu)成，與軸向調(diào)節(jié)電機(jī)、軸向傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠共同構(gòu)成重心軸向調(diào)節(jié)系統(tǒng)。偏心電池塊與滾珠螺母固連，滾珠絲杠兩端分別與兩支撐盤上安裝的軸承 座通過軸承連接。當(dāng)與支撐盤固連的軸向調(diào)節(jié)電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，與 機(jī)器人兩端蓋固連的中心軸限制了偏心電池塊繞滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以偏心電池塊只 能隨滾珠螺母一起沿滾珠絲杠做軸向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了重心的軸向調(diào)節(jié)。所述橫滾調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，中心輪與中心軸固連，相對(duì)于機(jī)器人本體固定不動(dòng)。橫滾 調(diào)節(jié)電機(jī)安裝在支撐盤上。兩支撐盤由中心軸和滾珠絲杠通過軸承和軸承座進(jìn)行相互定 位，使兩支撐盤以及與支撐盤連接的橫滾調(diào)節(jié)電機(jī)、滾珠絲杠、滾珠螺母、偏心電池、軸承和 軸承座、軸向傳動(dòng)齒輪、軸向調(diào)節(jié)電機(jī)等構(gòu)成一個(gè)偏心機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以繞中心軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)。當(dāng)橫滾調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)行星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于中心輪固定不動(dòng)，所以行星齒輪會(huì)繞 中心輪做行星運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)偏心機(jī)構(gòu)繞中心軸旋轉(zhuǎn)，改變重心的橫滾位置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有1.利用電池作為被調(diào)重塊，一方面避免了搭載額外的重塊，減輕了機(jī)器人的重量， 另一方面可以使水下機(jī)器人搭載更多的能源，有利于提高水下機(jī)器人的續(xù)航能力；2.將電池設(shè)計(jì)成偏心結(jié)構(gòu)，并利用機(jī)器人內(nèi)部其它零部件共同構(gòu)成偏心機(jī)構(gòu)，避 免了增加專門的偏心重塊，提高了機(jī)器人零部件及內(nèi)部空間的使用效率。3.將橫滾調(diào)節(jié)功能和軸向調(diào)節(jié)功能集成到一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，減少了機(jī)器人重心調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)零部件的個(gè)數(shù)，提高了機(jī)器人內(nèi)部空間的使用效率，為水下機(jī)器人搭載其它科研設(shè)備 節(jié)省了空間。


圖1是本發(fā)明的重心調(diào)節(jié)裝置主視圖；圖2是本發(fā)明的重心調(diào)節(jié)裝置軸測(cè)圖；圖3是中心軸連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是軸向調(diào)節(jié)傳動(dòng)部分示意圖；圖5矩形偏心電池塊結(jié)構(gòu)圖；圖6是同步齒形帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖；圖7是圓形偏心電池結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要實(shí)現(xiàn)重心的軸向調(diào)節(jié)功能和橫滾調(diào)節(jié)功能，下面將結(jié)合圖1-圖5對(duì)具 體實(shí)施方式進(jìn)行介紹。
具體實(shí)施方式
1 結(jié)合圖1、圖2、圖4和圖5，支撐盤20、30上分別安裝有絲杠軸承支座6、13，支座 內(nèi)裝有角接觸球軸承7、12，滾珠絲杠8兩端分別與角接觸球軸承7、12連接，滾珠絲杠8可 以自由旋轉(zhuǎn)。滾珠絲杠8右端與齒輪15固連。滾珠絲杠8上裝有滾珠螺母10。偏心電池 塊M通過連接件9、11與滾珠螺母10固連。偏心電池塊M左右兩端裝有直線軸承23、25， 與中心軸沈進(jìn)行配合，使偏心電池塊M可以沿中心軸沈做直線運(yùn)動(dòng)。支撐盤20上裝有 帶蝸輪蝸桿減速器的軸向調(diào)節(jié)電機(jī)22，齒輪18通過鍵19與電機(jī)輸出軸固連。齒輪18與齒 輪15構(gòu)成一對(duì)齒輪副，當(dāng)軸向調(diào)節(jié)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速時(shí)，經(jīng)過齒輪18、15帶動(dòng)滾珠絲杠8旋轉(zhuǎn)。由于中心軸沈限制了偏心電池塊M繞滾珠絲杠8的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)原理，滾 珠絲杠8旋轉(zhuǎn)時(shí)，與滾珠螺母10固連的偏心電池塊M會(huì)隨滾珠螺母10 —起沿滾珠絲杠8 做直線運(yùn)動(dòng)，通過控制軸向調(diào)節(jié)電機(jī)22輸出軸轉(zhuǎn)過的角度，實(shí)現(xiàn)軸心的軸向位置調(diào)節(jié)。結(jié)合圖1和圖3，端蓋1、16分別裝有中心軸支撐法蘭2、17，中心軸支撐法蘭2內(nèi) 開有螺紋孔，中心軸沈左端與中心軸支撐法蘭2的螺紋孔進(jìn)行螺紋連接，形成螺紋副，并利 用緊定螺釘3進(jìn)行防松處理，限制中心軸沈的轉(zhuǎn)動(dòng)。中心軸沈上裝有中心輪4，并通過鍵 33限制中心輪4的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)套筒5兩端分別與中心輪4和角接觸球軸承27接觸，實(shí)現(xiàn) 中心輪4的軸向定位。這樣中心輪4、中心軸沈與兩端蓋1、16實(shí)現(xiàn)了固定連接，相對(duì)于機(jī) 器人本體固定不動(dòng)。支撐盤20、30中心處分別裝有中心軸軸承支座21、28，支座內(nèi)裝有角接 觸球軸承27、34，并分別與中心軸沈連接，使兩支撐盤20、30可以繞中心軸沈自由旋轉(zhuǎn)。 橫滾調(diào)節(jié)電機(jī)四與支撐盤30固連。橫滾調(diào)節(jié)電機(jī)四輸出軸上裝有行星齒輪31，并通過鍵 32進(jìn)行的定位。當(dāng)橫滾調(diào)節(jié)電機(jī)四輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，由于中心軸沈固定不動(dòng)，行星齒輪31帶 動(dòng)支撐盤30繞中心軸沈做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。兩支撐盤20、30由滾珠絲杠8通過角接觸球軸承7、12和軸承座6、13進(jìn)行連接， 使兩支撐盤20、30構(gòu)成一個(gè)整體一起繞中心軸旋轉(zhuǎn)。這樣兩支撐盤20、30，以及與兩支撐盤 固連的軸承支座6、13、21、28、角接觸球軸承7、12、27、34、軸向調(diào)節(jié)電機(jī)21、橫滾調(diào)節(jié)電機(jī) 29和滾珠螺母10、滾珠絲杠8、偏心電池塊對(duì)、連接件9、11、直線軸承23、25、齒輪15、18共 同組成一個(gè)偏心機(jī)構(gòu)，該偏心機(jī)構(gòu)可以隨支撐盤20、30 —起繞中心軸沈旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)橫 滾調(diào)節(jié)電機(jī)四輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度，就可以實(shí)現(xiàn)重心的橫滾位置調(diào)節(jié)。
具體實(shí)施方式
2 結(jié)合圖1、圖4和圖6，實(shí)施方式1中所述的由齒輪(18)、(15)組成的軸向調(diào)節(jié)齒 輪傳動(dòng)以及由中心輪(4)和行星齒輪(31)組成的橫滾調(diào)節(jié)齒輪傳動(dòng)可以改用由同步帶輪 (35)、(37)和同步帶(36)組成的同步帶傳動(dòng)，使傳動(dòng)更加平穩(wěn)，減小傳動(dòng)過程中的噪聲。
具體實(shí)施方式
3 結(jié)合圖7，由于機(jī)器人的截面為圓形結(jié)構(gòu)，所以為了最大限度的利用機(jī)器人內(nèi)部空 間，可以將實(shí)施方式1所述的偏心電池塊04)改成圓形偏心電池塊(38)的結(jié)構(gòu)，增大電池 的容量，有利于提高水下機(jī)器人的續(xù)航能力。
權(quán)利要求
1.一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是在兩個(gè)端蓋之間固定中心軸，在中心軸 上設(shè)置可以繞中心軸自由旋轉(zhuǎn)的左支撐盤與右支撐盤，中心軸上設(shè)置偏心電池塊，左右支 撐盤之間設(shè)置有絲杠，絲杠上有滾珠螺母，滾珠螺母通過連接件與偏心電池塊固連，右支撐 盤上裝有軸向調(diào)節(jié)電機(jī)，軸向調(diào)節(jié)電機(jī)輸出軸與滾珠絲杠之間有軸向位置調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 左支撐盤上安裝有橫滾電機(jī)，橫滾電機(jī)輸出軸與中心軸之間有橫滾位置調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述軸向位置調(diào) 節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由安裝在軸向調(diào)節(jié)電機(jī)輸出軸上的第一齒輪與安裝在滾珠絲杠上的第二齒 輪形成的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或所述的一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述橫滾位置 調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由固定在中心軸左端的中心輪和安裝在橫滾電機(jī)輸出軸上的行星齒輪構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述軸向調(diào) 節(jié)電機(jī)帶有具有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速箱。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述軸向調(diào)節(jié)電 機(jī)帶有具有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速箱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述的橫滾 電機(jī)帶有具有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速箱。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述的橫滾電機(jī) 帶有具有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速箱。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述的橫滾電機(jī) 帶有具有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速箱。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述的橫滾電機(jī) 帶有具有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速箱。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種水下機(jī)器人重心調(diào)節(jié)裝置。在兩個(gè)端蓋之間固定中心軸，在中心軸上設(shè)置可以繞中心軸自由旋轉(zhuǎn)的左支撐盤與右支撐盤，中心軸上設(shè)置偏心電池塊，左右支撐盤之間設(shè)置有絲杠，絲杠上有滾珠螺母，滾珠螺母通過連接件與偏心電池塊固連，右支撐盤上裝有軸向調(diào)節(jié)電機(jī)，軸向調(diào)節(jié)電機(jī)輸出軸與滾珠絲杠之間有軸向位置調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，左支撐盤上安裝有橫滾電機(jī)，橫滾電機(jī)輸出軸與中心軸之間有橫滾位置調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人兩個(gè)方向的重心調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)水下機(jī)器人重心的軸向位置和橫滾位置。提高機(jī)器人內(nèi)部空間的使用效率，為減輕機(jī)器人重量和提高機(jī)器人搭載有效設(shè)備的能力提供條件。
文檔編號(hào)B63C11/00GK102145740SQ20111006497
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者宋煒胥, 張銘鈞, 徐建安, 王玉甲, 蘇浩, 趙文德 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)