[发明专利]一种小型水下航行器沉浮装置

说明书

技术领域

本发明涉及水下航行器技术领域，具体地说,涉及一种小型水下航行器沉浮装置。

背景技术

近年来，无人水下航行器技术发展迅速，各种类型的水下航行器已广泛用于海洋环境检测、堤坝勘探以及其它勘察海洋矿藏、保护海洋资源领域。水下航行器的研究发展，尤其是小型水下航行器在多数情况下其作业下潜深度不深，可以广泛应用于管道检测、水下摄像、安全搜救、娱乐教学以及水下考古工作。

水下航行器的沉浮实现包括增加航行器自身重力和航行器姿态倾斜，沉浮调节装置包括重力调节和重心调节，是水下航行器沉浮装置的重要组成部分。沉浮调节装置安装在航行器内部，通过改变航行器的质量以及航行器重心来调节重力和姿态，实现航行器的下沉和上浮。现有的沉浮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。现有技术中应用在水下航行器上的沉浮机构大多质量过重、尺寸较大。专利CN2868840Y中提出了一种由电机和活塞筒组成的沉浮调节装置，仅通过调节航行器重力改变航行器姿态，效果较差，而且航行器游动不灵活。发明专利CN104044717A中公开了“一种用于水下航行器的沉浮装置”，该装置采用齿轮传动、齿轮齿条传动机构通过活塞给排水，但由于齿轮传动的限制，采用四级减速，齿轮轴摩擦大，功率损失大，减速比大造成给排水速度慢，并且该装置不能精确控制给排水量。在专利CN202429333U中涉及“一种沉浮装置”，该装置通过压力调节内部压缩液体或气体流动改变主动活塞两端所受压力，推动活塞改变容腔体积实现浮力的改变。但是机构过于复杂导致总尺寸增大，且控制难度增加。这种沉浮装置对于要求精确控制沉浮、沉浮给排水量与自重比值大，对用于堤坝探伤、管道探测的小型无人水下航行器或小型水下机器人来说并不适用。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种小型水下航行器沉浮装置，该沉浮装置结构简单、质量轻，且可精确控制给排水量，增强无人水下航行器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:包括步进电机、丝杠、联轴器、两个活塞筒、两个活塞杆、支板、底板，其特征在于:所述步进电机通过电机座固定在底板上靠近第一支板内侧中间部位，所述丝杠一端穿过第一轴承座通过联轴器与步进电机输出轴连接，丝杠另一端穿过中间支板与螺母配合，且与第二轴承座连接，第二轴承座固定在第二支板内侧壁中间部位，螺母与中间支板固连,步进电机驱动丝杠带动螺母与中间支板移动；所述第一活塞筒与所述第二活塞筒结构相同，活塞筒敞口端与活塞杆配合，活塞筒密封端部中间有吸排水管口,第一活塞筒与第二活塞筒分别位于步进电机的两侧对称安装，且通过第一支座和第二支座固定在底板上，两个活塞筒端部的吸排水管口分别穿过第一支板通向外部；所述第一活塞杆与所述第二活塞杆结构相同，活塞杆为四块薄板焊接成十字形状,活塞杆一端与橡胶活塞固连位于活塞筒内，活塞杆另一端通过端部安装板固定在中间支板上。

所述丝杠与第一活塞杆、第二活塞杆位于同一平面平行安装。

所述丝杠的导程为1mm，螺距为1mm。

所述步进电机采用42BYGH3401型电机。

有益效果

本发明提出的小型水下航行器沉浮装置，采用两个活塞机构运动时吸水或者排水，使两个活塞筒中的水量改变，从而改变航行器重力。改变航行器的重力使航行器产生向下或向上的加速度；在航行器运行过程中，姿态的改变会使航行器产生向下或者向上的速度分量，从而实现航行器的沉浮。

本发明小型水下航行器沉浮装置初始状态为活塞位于活塞筒的中间部位，活塞筒中已经存有一半的水量，步进电机顺时针转动时、带动螺母向前运动，中间支板带动第一活塞杆、第二活塞杆运动，活塞筒吸水重力增加，产生下沉的速度。其次航行器重心向前倾斜，产生负攻角，从而产生向下的力。吸排水管口吸水，由于压强差的作用，航行器整体受到向下的压差力，三重作用效果可使航行器加速下沉。反之步进电机正转、三重作用效果促进步进电机快速上浮。

本发明小型水下航行器沉浮装置采用步进电机作为驱动机构，丝杠的螺距和导程均为1mm。步进电机转动带动丝杠的旋转,确定第一活塞和第二活塞的位置，从而更加精确的控制沉浮的速度以及航行器的姿态。