一种水下航行器用姿态调节机构

本发明涉及水下航行器，具体讲是指一种水下航行器用姿态调节机构。

背景技术：

1、水下航行器在水下执行任务时需要根据任务需求进行俯仰角度或横滚角度调节，如航行器在下潜过程中需要将航行器俯仰角调节为负值，便于以头部向下姿势下潜；再如航行器需要转弯时，需要调节航行器的横滚角，使航行器顺利转弯，或航行器在遇到侧向流时，需要调节横滚角度来抵消侧向流对航向角的影响。

2、目前常用的方法是采用一个高密度的铅块在密封舱体内前后移动进行航行器俯仰角度的调节，同时利用铅块的左右摆动进行航行器横滚角度的调节。但是由于水下航行器内部空间有限，同时为提高续航能力，一方面需要将大部分空间预留给能源系统，同时要求姿态调节系统在内的其他系统的能耗较低。

3、目前铅块的摆动动作大多采用两级正齿轮传动，而仅采用正齿轮二级传动的方式，由于各级齿轮均是沿轴向方向分布，导致调节机构的轴向尺寸大大增加，同时为了满足结构紧凑要求，目前多采用高质量的铅块，所以驱动电机功率及传动件尺寸均要增大，从而导致尺寸和能耗难以兼得，而且由于空间的限制，齿轮之间磨损也较为严重。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水下航行器用姿态调节机构，以解决现有技术中水下航行器姿态调节机构的尺寸与能耗难以兼得的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种水下航行器用姿态调节机构，包括密封筒体、第一支撑板、第二支撑板、铅块、横滚角度调节组件和俯仰角度调节组件，密封筒体呈两端贯通的筒状结构，第一支撑板和第二支撑板分别连接密封筒体两端，横滚角度调节组件包括横滚电机、蜗杆、蜗轮、第一转盘、第二转盘、滑杆和第一传动组件，第一转盘与第一支撑板转动连接，第二转盘与第二支撑板转动连接，第一转盘和第二转盘转动轴线均水平设置且同轴转动，滑杆两端分别连接第一转盘和第二转盘，铅块滑动连接在滑杆上，横滚电机沿密封筒体径向设置并连接第一支撑板，横滚电机输出轴通过蜗杆连接蜗轮，蜗轮与第一支撑板转动连接并通过第一传动组件带动第一转盘转动，俯仰角度调节组件包括俯仰电机、第二传动组件、滚珠丝杆和丝杆螺母，俯仰电机连接第二转盘，俯仰电机输出轴通过第二传动组件驱动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆两端分别与第一转盘和第二转盘转动连接，铅块通过丝杆螺母连接滚珠丝杆。

3、采用上述结构后，本发明一种水下航行器用姿态调节机构具有以下优点：将横滚电机及其相关的传动结构布置在第一支撑板一侧，将俯仰电机及其相关的传动结构布置在第二支撑板一侧，合理布局密封筒体内空间，并且通过蜗轮蜗杆以及第一传动组件两级传动方式驱动铅块摆动，提高了空间的利用率，使得整体结构更加紧凑，体积更小，而且蜗轮蜗杆能够改变传动方向，使得横滚电机、蜗轮蜗杆以及第一传动组件能够不全部沿着轴向分布，而横滚电机、蜗轮蜗杆沿径向分布仅仅只是占用了密封筒体内本身所具有的径向空间，不需要额外扩大径向尺寸，因此使得调节机构整体体积更小，同时利用蜗轮蜗杆的自锁能力，避免横滚电机为保持特定横滚角需要一直带电，利用滚珠丝杆和丝杆螺母也能避免俯仰电机为保持特定俯仰角需要一直带电，降低了能耗，使得本发明兼顾了尺寸与能耗。

4、作为改进，第一传动组件包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮与第一支撑板转动连接，第一齿轮与蜗轮同轴设置且同步转动，第二齿轮与第一支撑板转动连接，第二齿轮连接第一转盘；采用此种结构，通过蜗轮蜗杆以及第一齿轮带动第二齿轮转动，再由第二齿轮带动第一转盘转动，保证第一转盘与第二齿轮同步转动，而且密封筒体内的各个结构布局更加合理，可以选择模数更大的齿轮，减小齿轮之间的磨损。

5、作为改进，第一齿轮和第二齿轮均为斜齿轮；采用此种结构，斜齿轮啮合长度较长，过渡较为平滑，相同尺寸下能够承受更大的扭矩。

6、作为改进，第一支撑板转动连接有第一转轴，第二齿轮与第一转轴同轴设置且同步转动，第一支撑板连接有编码器，编码器的转轴与第一转轴连接且同步转动，编码器与横滚电机电连接；采用此种结构，利用编码器能够读出第二齿轮以及铅块转过的角度，便于精确控制铅块转动角度从而控制横滚角度。

7、作为改进，第二支撑板连接有第一限位开关和第二限位开关，第一限位开关和第二限位开关沿周向分布，第二转盘上连接有触针且触针位于第一限位开关和第二限位开关之间，第一限位开关和第二限位开关均位于触针的移动路径上，第一限位开关和第二限位开关均与横滚电机电连接；采用此种结构，利用第一限位开关和第二限位开关配合触针对铅块的摆动角度进行限位，防止铅块过度偏转。

8、作为改进，第二传动组件包括相互啮合的第三齿轮和第四齿轮，俯仰电机输出轴连接第三齿轮，第四齿轮与滚珠丝杆同轴设置并同步转动；采用此种结构，同样利用两级传动使得整体结构更加紧凑。

9、作为改进，铅块连接有激光器，激光器的激光输出端朝向第一转盘或第二转盘，激光器与俯仰电机电连接；采用此种结构，利用激光器测量其与第一转盘或第二转盘的距离，从而判断铅块的移动距离，控制俯仰角度。

10、作为改进，第一转盘上连接有第三限位开关，第二转盘上连接有第四限位开关，第三限位开关和第四限位开关均位于铅块的移动路径上，第三限位开关和第四限位开关均与俯仰电机电连接；采用此种结构，通过第三限位开关和第四限位开关对铅块的移动进行限位，防止铅块过度移动而与第一转盘或第二转盘碰撞。

技术特征：

1.一种水下航行器用姿态调节机构，其特征在于，包括密封筒体(1)、第一支撑板(2)、第二支撑板(3)、铅块(4)、横滚角度调节组件和俯仰角度调节组件，所述密封筒体(1)呈两端贯通的筒状结构，所述第一支撑板(2)和所述第二支撑板(3)分别连接所述密封筒体(1)两端，所述横滚角度调节组件包括横滚电机(5)、蜗杆(6)、蜗轮(7)、第一转盘(8)、第二转盘(9)、滑杆(10)和第一传动组件(11)，所述第一转盘(8)与所述第一支撑板(2)转动连接，所述第二转盘(9)与所述第二支撑板(3)转动连接，所述第一转盘(8)和所述第二转盘(9)转动轴线均水平设置且同轴转动，所述滑杆(10)两端分别连接所述第一转盘(8)和所述第二转盘(9)，所述铅块(4)滑动连接在所述滑杆(10)上，所述横滚电机(5)沿所述密封筒体(1)径向设置并连接所述第一支撑板(2)，所述横滚电机(5)输出轴通过所述蜗杆(6)连接所述蜗轮(7)，所述蜗轮(7)与所述第一支撑板(2)转动连接并通过所述第一传动组件(11)带动所述第一转盘(8)转动，所述俯仰角度调节组件包括俯仰电机(12)、第二传动组件(13)、滚珠丝杆(14)和丝杆螺母(15)，所述俯仰电机(12)连接所述第二转盘(9)，所述俯仰电机(12)输出轴通过所述第二传动组件(13)驱动所述滚珠丝杆(14)转动，所述滚珠丝杆(14)两端分别与所述第一转盘(8)和所述第二转盘(9)转动连接，所述铅块(4)通过所述丝杆螺母(15)连接所述滚珠丝杆(14)。

2.根据权利要求1所述的水下航行器用姿态调节机构，其特征在于，所述第一传动组件(11)包括相互啮合的第一齿轮(111)和第二齿轮(112)，所述第一齿轮(111)与所述第一支撑板(2)转动连接，所述第一齿轮(111)与所述蜗轮(7)同轴设置且同步转动，所述第二齿轮(112)与所述第一支撑板(2)转动连接，所述第二齿轮(112)连接所述第一转盘(8)。

3.根据权利要求2所述的水下航行器用姿态调节机构，其特征在于，所述第一齿轮(111)和所述第二齿轮(112)均为斜齿轮。

4.根据权利要求2所述的水下航行器用姿态调节机构，其特征在于，所述第一支撑板(2)转动连接有第一转轴(16)，所述第二齿轮(112)与所述第一转轴(16)同轴设置且同步转动，所述第一支撑板(2)连接有编码器(17)，所述编码器(17)的转轴与所述第一转轴(16)连接且同步转动，所述编码器(17)与所述横滚电机(5)电连接。

5.根据权利要求1所述的水下航行器用姿态调节机构，其特征在于，所述第二支撑板(3)连接有第一限位开关(18)和第二限位开关(19)，所述第一限位开关(18)和所述第二限位开关(19)沿周向分布，所述第二转盘(9)上连接有触针(20)且所述触针(20)位于所述第一限位开关(18)和所述第二限位开关(19)之间，所述第一限位开关(18)和所述第二限位开关(19)均位于所述触针(20)的移动路径上，所述第一限位开关(18)和所述第二限位开关(19)均与所述横滚电机(5)电连接。

6.根据权利要求1所述的水下航行器用姿态调节机构，其特征在于，所述第二传动组件(13)包括相互啮合的第三齿轮(131)和第四齿轮(132)，所述俯仰电机(12)输出轴连接所述第三齿轮(131)，所述第四齿轮(132)与所述滚珠丝杆(14)同轴设置并同步转动。

7.根据权利要求1所述的水下航行器用姿态调节机构，其特征在于，所述铅块(4)连接有激光器(21)，所述激光器(21)的激光输出端朝向所述第一转盘(8)或所述第二转盘(9)，所述激光器(21)与所述俯仰电机(12)电连接。

8.根据权利要求1或7所述的水下航行器用姿态调节机构，其特征在于，所述第一转盘(8)上连接有第三限位开关(22)，所述第二转盘(9)上连接有第四限位开关(23)，所述第三限位开关(22)和所述第四限位开关(23)均位于所述铅块(4)的移动路径上，所述第三限位开关(22)和所述第四限位开关(23)均与所述俯仰电机(12)电连接。

技术总结本发明涉及一种水下航行器用姿态调节机构，第一支撑板和第二支撑板分别连接密封筒体两端，横滚角度调节组件包括横滚电机、蜗杆、蜗轮、第一转盘、第二转盘、滑杆和第一传动组件，第一转盘与第一支撑板转动连接，第二转盘与第二支撑板转动连接，滑杆两端分别连接第一转盘和第二转盘，铅块滑动连接在滑杆上，横滚电机通过蜗杆蜗轮和第一传动组件带动第一转盘转动，俯仰角度调节组件包括俯仰电机、第二传动组件、滚珠丝杆和丝杆螺母，俯仰电机通过第二传动组件驱动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆两端分别与第一转盘和第二转盘转动连接，铅块通过丝杆螺母连接滚珠丝杆；以解决现有技术中水下航行器姿态调节机构的尺寸与能耗难以兼得的技术问题。技术研发人员：曹永辉,余应明,曹勇,李博,郝艺伟,潘光受保护的技术使用者：西北工业大学宁波研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/26