一種用于水下航行器三自由度姿態(tài)模擬裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋裝置領域，更具體地，涉及一種用于水下航行器三自由度姿態(tài)模擬裝置。
【背景技術】
[0002]水下航行器是一種水下航行的載體，主要包括無人自主航行器(AUV)、無人水下航行器(UUV)、遠程操作航行器(ROV)等，它們能夠完成水下勘探、偵測甚至是軍事上的進攻防守等任務，得到了各國的日益重視。舉例來說，在水下航行器中，有一種新型無人自主航行器一一水下滑翔機，引起世界各國的廣泛關注和研宄。如今，在國內，水下滑翔機的工作才剛剛開始起步，針對水下滑翔機的設計和實驗很多，但是相對的輔助設備很少。
[0003]水下航行器在深海完成預定的任務過程中，其橫滾、俯仰及偏航等姿態(tài)角會根據(jù)控制系統(tǒng)指令或洋流等外部干擾產生實時地發(fā)生變化。通過磁羅盤采集的姿態(tài)信息是水下航行器控制系統(tǒng)進行導航控制的依據(jù)。磁羅盤將采集的信息實時反饋給控制系統(tǒng)，經過預定的算法，控制系統(tǒng)再發(fā)出指令控制航行器下一步的動作。但針對現(xiàn)有的技術，實驗者往往缺乏輔助裝置來模擬在復雜海況下水下航行器姿態(tài)的變化情況，從而判斷控制算法是否合理性。再者，水下航行器研制成本很高，主要體現(xiàn)在研制周期長，需要投入大量的人力物力；每次出海實驗費用昂貴，盡管如此，只有多次實驗才能發(fā)現(xiàn)缺陷，完善性能，這無疑增加了成本。
[0004]為了模擬水下航行器航行時姿態(tài)變化從而判斷控制系統(tǒng)是否能夠有效可靠運行，并最大限度降低成本，縮短研制周期，完善水下航行器的控制算法，避免因為控制系統(tǒng)而帶來的不必要的成本增加和時間消耗，迫切需要一種姿態(tài)模擬裝置來彌補此類測試系統(tǒng)輔助手段的不足。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有的技術缺陷和改進需求，本發(fā)明的目的在于提供一種用于水下航行器三自由度姿態(tài)模擬裝置，其中通過對關鍵組件的結構及其驅動方式等進行改進，能夠實現(xiàn)對水下航行器在深海三自由度運動的模擬，直觀有效模擬出水下航行器深海中姿態(tài)變化情況，進一步的可以進行運動分析、建立相應的算法，設計制作控制和執(zhí)行單元，從而判斷控制算法是否合理性，確保了在深海試驗前，水下航行器的姿態(tài)控制能夠滿足試驗需要。本發(fā)明的目的在于提供了一種結構簡單，經濟實用，操作方便，精度優(yōu)良，安全可靠，動態(tài)性能好的水下航行器三自由度姿態(tài)模擬裝置；更為重要的是該發(fā)明彌補了現(xiàn)在水下機器人模擬操控方面的空白。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種水下航行器三自由度姿態(tài)模擬裝置，其特征在于，由下而上依次包括基座、偏航機構、俯仰機構和橫滾機構，其中，
[0007]所述偏航機構包括第一電機、第一減速箱和第一轉軸，用于模擬偏航運動；所述第一電機與所述基座連接，并通過所述第一減速箱與所述第一轉軸連接，用于驅動所述第一轉軸；
[0008]所述俯仰機構包括第二電機、第二減速箱、轉動座和電機座，用于模擬俯仰運動；所述第二電機固定在所述電機座上，并通過所述第二減速箱與所述轉動座連接，用于驅動所述轉動座的轉動；
[0009]所述橫滾機構包括第三電機、第三減速箱、聯(lián)軸器、第二轉軸、安裝板和磁羅盤，用于模擬橫滾運動，所述第三電機與所述第三減速箱連接，所述第三減速箱通過所述聯(lián)軸器驅動所述第二轉軸；所述第二轉軸與所述安裝板連接；所述磁羅盤固定在所述安裝板上；
[0010]此外，所述偏航機構中的第一轉軸與所述俯仰機構連接，用于驅動所述磁羅盤的偏航運動；所述俯仰機構中的轉動座與所述橫滾機構連接，用于驅動所述磁羅盤的俯仰運動；所述橫滾機構中的第二轉軸用于驅動所述磁羅盤的橫滾運動。
[0011 ] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述偏航機構還包括蝸輪、蝸桿，所述第一電機通過所述第一減速箱與所述蝸桿連接，所述蝸桿通過所述蝸輪驅動所述第一轉軸。
[0012]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述偏航機構還包括第一齒輪和第二齒輪；所述第一電機通過所述第一減速箱與所述第一齒輪連接；所述第二齒輪與所述第一轉軸連接，并與所述第一齒輪嚙合；所述第一齒輪與第二齒輪的齒輪軸相互平行或者呈90°相交。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述偏航機構還包括第一帶輪、第二帶輪和傳動帶；所述第一電機通過所述第一減速箱與所述第一帶輪連接；所述第二帶輪與所述第一轉軸連接；所述第一帶輪與第二帶輪通過所述傳動帶連接。
[0014]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述俯仰機構中的第二電機具有第二電機輸出軸，用于驅動所述轉動座的轉動。
[0015]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述偏航機構中的第一轉軸能夠以其中心線為軸線旋轉 0° 至 360°。
[0016]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述俯仰機構中的轉動座能夠以所述第二電機的輸出軸為軸線旋轉-90°至90°。
[0017]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述橫滾機構中的第二轉軸能夠以其中心線為軸線旋轉-90° 至 90°。
[0018]通過本發(fā)明所構思的以上技術方案，與現(xiàn)有技術相比，能夠取得以下有益的效果:
[0019]1.本發(fā)明中的姿態(tài)模擬裝置其偏航、俯仰以及橫滾運動均由電機直接驅動的，相對其他的模擬裝置，減小了傳動環(huán)節(jié)，因此提高了傳動的精度以及姿態(tài)模擬的可靠性。
[0020]2.能夠準確模擬單一自由度的運動，由于上述姿態(tài)模擬裝置各環(huán)節(jié)工作是獨立的，例如偏航、俯仰和橫滾三者運動方向可以互相正交，各個自由度方向上的運動互不影響；并且，磁羅盤的姿態(tài)受到偏航運動、俯仰運動和橫滾運動共同影響，為三者運動的矢量和，即三自由度串聯(lián)，模擬效果好。
[0021]3.行程范圍大，橫滾和俯仰的角度范圍是-90°到90° (即0°到180° )，而偏航的范圍是0°至360°，能夠適用所有使用磁羅盤的水下航行器，如水下滑翔機、AUV、魚雷和ROV等，行程范圍大。
[0022]4.尺寸小，上述姿態(tài)模擬裝置構想巧妙、結構簡單，裝置可以實現(xiàn)小型化、輕型化，另外，由于只需要將磁羅盤安裝在所述橫滾機構上，而非整條航行器樣機，不但極大提高了操作性和安全性，更使姿態(tài)調整更加靈活、模擬數(shù)據(jù)更加可靠。
[0023]5.本發(fā)明裝置可以廣泛運用在各類需要攜帶磁羅盤的水下航行器中，例如AUV、ROV、魚雷，幫助實驗者模擬水下航行器的姿態(tài)變化的情況。
【附圖說明】
[0024]圖1是水下航行器三自由度姿態(tài)模擬裝置的三維立體示意圖；
[0025]圖2是水下航行器三自由度姿態(tài)模擬裝置的沿D-D方向的剖面示意圖；
[0026]圖3是水下航行器三自由度姿態(tài)模擬裝置的沿A-A方向的剖面示意圖；
[0027]圖4是水下航行器三自由度姿態(tài)模擬裝置模擬工作時的三維立體示意圖。
[0028]圖1 一 4中附圖標記的意義如下:1為第一電機；2為第二電機；3為第三電機；4為第二電機的支座；5為第三電機的支座；6為第一電機的支座；7為轉動座；8為磁羅盤；9為安裝板；10為聯(lián)軸器；11為蝸輪；12為蝸桿；13為第一轉軸；14為支架臺；15為三個控制電路盒；16為齒輪減速器，包括第一減速器、第二減速器和第三減速器；17為軸承座；18為軸支撐座；19為第二轉軸；20為轉臺基座；21為俯仰運動工作臺；22為橫滾運動工作臺。
【具體實施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，以下所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0030]實施例1
[0031]如圖1所示，整個姿態(tài)模擬裝置由三層組成，即基座20、俯仰裝置臺21和橫滾裝置臺22。各裝置臺之間有連接件進行連接，且各連接件均可以繞其軸心進行大范圍的旋