專利名稱：應(yīng)用于水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下仿生機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種重心調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
水下仿生機器人已經(jīng)成為機器人學(xué)的研究熱點。由于海豚在游動性能、減阻機制和探測等方面具有比魚類更為卓越的性能，使它更適于成為研究對象。東京工業(yè)大學(xué)開發(fā)了兩關(guān)節(jié)機器海豚，第一關(guān)節(jié)由電機驅(qū)動，第二關(guān)節(jié)與第一關(guān)節(jié)通過彈簧連接，無動力驅(qū)動。伊斯坦布爾科技大學(xué)研發(fā)了一種氣動驅(qū)動的四關(guān)節(jié)機器海豚。北京大學(xué)研制了一種裝配有機械鰭肢的機器海豚。中國科學(xué)院自動化研究所研發(fā)了一種小型機器海豚，通過安裝于上殼的舵機帶動擺錘運動的機器海豚重心改變方式實現(xiàn)三維運動；還研發(fā)了一種水面運動能夠在線檢測水質(zhì)狀況的機器海豚。從目前的現(xiàn)狀來看，機器海豚三維運動研究較少，現(xiàn)有的通過舵機帶動擺錘進行重心調(diào)整進而在尾部拍動運動的配合下實現(xiàn)三維運動的方式，舵機的轉(zhuǎn)軸完全承受擺錘的重量，其承受力有限，所用擺錘的重量受到局限，隨著機器海豚重量體積的增加，這種方式已經(jīng)無法滿足要求。為此，需要更加深入的研究簡便易行、適合較大機器海豚三維運動需求的機器海豚重心調(diào)節(jié)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置，能夠滿足較大機器海豚三維運動重心調(diào)整的需求。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種應(yīng)用于水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置，它包括絲杠、絲杠螺母、滑塊組、步進電機、編碼器、編碼器傳動套件、L型固定架、左軸承桿、右軸承桿、底板、前立板、后立板、前限位開關(guān)以及后限位開關(guān)；其中，所述滑塊組包括左直線軸承、右直線軸承、銅塊、左固定楔和右固定楔；所述銅塊通過所述左固定楔、右固定楔卡緊在所述左直線軸承和所述右直線軸承上；其連接關(guān)系為所述前立板和所述后立板豎直固定在水平放置的所述底板的前后兩端，所述左軸承桿和所述右軸承桿的前后兩端分別平行且水平固定在所述前立板和所述后立板上，所述滑塊組中的所述左直線軸承、所述右直線軸承分別套裝在所述左軸承桿和所述右軸承桿上；所述步進電機和所述編碼器通過所述L型固定架固定在所述底板上，所述步進電機水平設(shè)置；所述絲杠同軸固定安裝在所述步進電機的轉(zhuǎn)軸輸出端上；所述絲桿螺母與所述絲杠嚙合在一起，所述絲杠螺母與所述滑塊組的后端相連；所述前限位開關(guān)以及后所述限位開關(guān)固定在所述底板上，所述編碼器傳動套件連接所述絲杠和所述編碼器的轉(zhuǎn)軸。機器海豚重心的前移，是步進電機通過正向轉(zhuǎn)動，帶動絲杠正向轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的絲杠螺母前移，拖動滑塊組前移實現(xiàn)的；其重心的后移，是步進電機通過反向轉(zhuǎn)動，帶動絲杠反向轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的絲杠螺母后移，拖動滑塊組后移實現(xiàn)的。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的重心調(diào)節(jié)裝置的絲杠和步進電機所受徑向負荷小，該裝置制作簡單，控制方便，能夠適應(yīng)較大機器海豚三維運動重心調(diào)整的需求，在水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測、水下設(shè)備檢查等任務(wù)中具有重要的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明主視圖；圖2為本發(fā)明俯視圖；圖3為本發(fā)明的剖視圖。其中，I-絲杠、2-絲杠螺母、3-步進電機、4-編碼器、5-L型固定架、6_左軸承桿、
7-右軸承桿、8-底板、9-前立板、10后立板、11-前限位開關(guān)、12-后限位開關(guān)、13-左直線軸承、14-右直線軸承、15-銅塊、16-左固定楔、17-右固定楔、18-皮帶、19-主動皮帶齒輪、20-從動皮帶齒輪。
具體實施例方式參見附圖1、2、3，一種應(yīng)用于水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置，它包括絲杠I、絲杠螺母2、滑塊組、步進電機3、編碼器4、編碼器傳動套件、L型固定架5、左軸承桿6、右軸承桿7、底板8、前立板9、后立板10、前限位開關(guān)11以及后限位開關(guān)12 ；其中滑塊組包括左直線軸承13、右直線軸承14、銅塊15、左固定楔16和右固定楔17 ;編碼器傳動套件包括皮帶18，主動皮帶齒輪19和從動皮帶齒輪20。左軸承桿6、右軸承桿7的前后兩端分別固定在前立板9、后立板上10，前立板9和后立板10固定在平直的底板8的前后兩端；步進電機3和編碼器4通過L型固定架5固定在底板8上，步進電機3軸向水平設(shè)置；絲杠I同軸固定安裝在步進電機3的轉(zhuǎn)軸輸出端上；絲桿螺母2與絲杠I嚙合在一起，絲杠螺母2與滑塊組的后端相連。由上述結(jié)構(gòu)，機器海豚重心的前移，是步進電機3通過正向轉(zhuǎn)動，帶動絲杠I正向轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的絲杠螺母2前移，拖動滑塊組前移實現(xiàn)的；其重心的后移，是步進電機3通過反向轉(zhuǎn)動，帶動絲杠I反向轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的絲杠螺母2后移，拖動滑塊組后移實現(xiàn)的。編碼器4的轉(zhuǎn)軸通過編碼器傳動套件和絲桿I連接，前限位開關(guān)11以及后限位開關(guān)12固定在底板8上；編碼器傳動套件的主動皮帶齒輪19固定在絲杠I上并與皮帶18嚙合，從動皮帶齒輪20固定在編碼器4的轉(zhuǎn)軸上并與皮帶18嚙合。由上述結(jié)構(gòu)，編碼器傳動套件的主動皮帶齒輪19隨絲杠I轉(zhuǎn)動，帶動與之嚙合的皮帶18運動，進而帶動與皮帶18嚙合的從動皮帶齒輪20轉(zhuǎn)動，使編碼器4的轉(zhuǎn)軸隨之轉(zhuǎn)動，通過這樣的方式，編碼器4記錄絲杠I的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和角速度，這些信息可以推算出滑塊組的位置和平移速度。前限位開關(guān)11、后限位開關(guān)12用于實現(xiàn)滑塊組的初始位置復(fù)位。所述滑塊組有多數(shù)個銅塊15，銅塊15的個數(shù)與左固定楔16和右固定楔17的個數(shù)相同，銅塊15通過左固定楔16、右固定楔17卡緊在左直線軸承13和右直線軸承14上；左 直線軸承13、右直線軸承14分別套在左軸承桿6和右軸承桿7上?？梢钥闯觯瑝K組的重力完全壓在了左軸承桿6和右軸承桿7上，使得絲杠I和步進電機3所受的徑向負荷小，且借助左直線軸承13和右直線軸承14的滑動，滑塊組移動時所受摩擦阻力較小。采用本發(fā)明所提供的方法設(shè)計了應(yīng)用于水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置。L型固定架5、底板8、前立板9、后立板10以及滑塊組的左固定楔16和右固定楔17由鋁合金制成；滑塊組的銅塊15由黃銅制成，左軸承桿6和右軸承桿7由IOmm軸承鋼棒截斷而成；絲杠I為8mm直徑、2mm螺距4線頭的鋼質(zhì)絲杠，絲桿螺母2為與之配套的銅質(zhì)零 件；滑塊組的左直線軸承13和右直線軸承14均LMlOUU加長型滾珠直線軸承；步進電機3的型號為42BYG250A-SASSML，編碼器4型號為KSWL-RD3806_1000BZ3/5_24，前限位開關(guān)11和后限位開關(guān)12均為OMRON EE-SX671紅外對射管。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是，它包括絲杠(I)、絲杠螺母(2)、滑塊組、步進電機(3)、編碼器(4)、編碼器傳動套件、L型固定架(5)、左軸承桿(6)、右軸承桿(7)、底板(8)、前立板(9)、后立板(10)、前限位開關(guān)(11)以及后限位開關(guān)(12)； 其中，所述滑塊組包括左直線軸承(13)、右直線軸承(14)、銅塊(15)、左固定楔(16)和右固定楔(17);所述銅塊(15)通過所述左固定楔(16)、右固定楔(17)卡緊在所述左直線軸承(13)和所述右直線軸承(14)上； 其連接關(guān)系為所述前立板(9)和所述后立板(10)豎直固定在水平放置的所述底板(8)的前后兩端，所述左軸承桿(6)和所述右軸承桿(7)的前后兩端分別平行且水平固定在所述前立板(9)和所述后立板(10)上，所述滑塊組中的所述左直線軸承(13)、所述右直線軸承(14)分別套裝在所述左軸承桿(6)和所述右軸承桿(7)上；所述步進電機(3)和所述 編碼器(4)通過所述L型固定架(5)固定在所述底板(8)上，所述步進電機(3)水平設(shè)置；所述絲杠(I)同軸固定安裝在所述步進電機(3)的轉(zhuǎn)軸輸出端上；所述絲桿螺母(2)與所述絲杠(I)嚙合在一起，所述絲杠螺母(2 )與所述滑塊組的后端相連；所述前限位開關(guān)(11)以及后所述限位開關(guān)(12)固定在所述底板(8)上，所述編碼器傳動套件連接所述絲杠(I)和所述編碼器(4)的轉(zhuǎn)軸。
2.一種如權(quán)利要求I所述的一種應(yīng)用于水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是，所述前限位開關(guān)(11)和后所述限位開關(guān)(12)為紅外對射管。
3.—種如權(quán)利要求I或2所述的一種應(yīng)用于水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是，所述滑塊組中的銅塊(15)數(shù)量為兩個或兩個以上，所述銅塊(15)的個數(shù)與所述左固定楔(16)和所述右固定楔(17)的個數(shù)相同。
4.一種如權(quán)利要求I或2所述的一種應(yīng)用于水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是，所述編碼器傳動套件包括皮帶齒輪(18)，主動皮帶齒輪(19)和從動皮帶齒輪(20);所述主動皮帶齒輪(19)固定在所述絲杠(I)上并與所述皮帶齒輪(18)嚙合，所述從動皮帶齒輪(20)固定在所述編碼器(4)的轉(zhuǎn)軸上并與所述皮帶齒輪(18)嚙合。
5.一種如權(quán)利要求3所述的一種應(yīng)用于水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置，其特征是，所述編碼器傳動套件包括皮帶齒輪(18)，主動皮帶齒輪(19)和從動皮帶齒輪(20);所述主動皮帶齒輪(19)固定在所述絲杠(I)上并與所述皮帶齒輪(18)嚙合，所述從動皮帶齒輪(20)固定在所述編碼器(4)的轉(zhuǎn)軸上并與所述皮帶齒輪(18)嚙合。
全文摘要
本發(fā)明涉及水下仿生機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種重心調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于水下機器海豚的重心調(diào)節(jié)裝置，利用步進電機(3)正向及反向的轉(zhuǎn)動，帶動絲杠(1)轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的絲杠螺母2移動，拖動滑塊組前移實現(xiàn)重心的移動；編碼器(4)記錄絲杠(1)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和角速度，推算出滑塊組的位置和平移速度。前限位開關(guān)(11)、后限位開關(guān)(12)用于實現(xiàn)滑塊組的初始位置復(fù)位。本發(fā)明的重心調(diào)節(jié)裝置的絲杠(1)和步進電機(3)所受徑向負荷小，且本發(fā)明制作簡單，控制方便，能夠適應(yīng)較大機器海豚三維運動重心調(diào)整的需求，在水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測、水下設(shè)備檢查等任務(wù)中具有重要的應(yīng)用前景。
文檔編號B63C11/52GK102632978SQ20121014261
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者任光, 戴亞平, 曹志強, 沈飛, 趙鵬 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所, 北京理工大學(xué)