一种质心调节机构

1.本发明属于水下滑翔机技术领域，具体涉及一种质心调节机构。


背景技术：

2.随着我国对海洋领域探索的不断深入，水下滑翔机这类自主式水下航行器也得到了广泛的应用。水下滑翔机具有使用方便、灵活、可遥控、可重复使用的优点，续航能力强，活动范围比常规无人潜航器广。水下滑翔机是通过调节自身浮力大小和质心位置来实现无动力水下航行的，质心位置(轴向位置和径向质偏)的控制，对于提高水下滑翔机航行的稳定性和可控性等方面具有重要作用。
3.专利cn110588929a公开了一种基于仿生水下滑翔机质心调节机构，由丝杠、前板、质量块、后板、底座、光轴、俯仰推进减速电机和横滚推进减速电机组成，该质心调节机构通过控制质量块的位置和角度，实现质心位置调节控制水下滑翔机俯仰及横滚的功能，其质量块可运动的范围较小，无法满足大型滑翔机质心调节的需求；在海水压力下构件会发生变形，从而挤压齿轮发生错位，导致卡死现象的发生，并且传统姿态系统的在线路布局上大多裸露在外部，容易导致漏电现象的发生。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题：
5.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种质心调节机构，该质心调节机构通过控制内部电池组的位置以达到调整整体质心的目的，电池组承载了质心调节机构的主要重量，代替配重块进行移动，增加了设备的能源储备；具有结构简单、控制精准、可靠性高的特点。
6.本发明的技术方案是：一种质心调节机构，包括壳体、传动机构和电池组；所述壳体用于安装固定质心调节机构各组件；所述传动机构包括驱动模块、轴承和丝杠，所述丝杠两端分别通过轴承与壳体转动连接；所述电池组通过丝杠螺母与丝杠连接；通过所述驱动模块控制丝杠旋转，由丝杠螺母将旋转运动转化为直线运动，同时带动作为配重块的电池组沿丝杠轴移动，达到改变滑翔机整体质心的目的。
7.本发明的进一步技术方案是：所述驱动模块包括外部电机和减速机构，所述减速机构为蜗轮蜗杆减速机；所述外部电机的输出轴与蜗轮蜗杆减速机的输入端连接，蜗轮蜗杆减速机的输出端与丝杠输入端连接；通过外部电机和蜗轮蜗杆减速机实现对丝杠旋转的驱动和速度调整。
8.本发明的进一步技术方案是：所述壳体包括前端板、后端板和支撑机构，所述前端板和后端板通过支撑机构固定连接。
9.本发明的进一步技术方案是：所述支撑机构包括导向光杠和滑轨光杠，所述导向光杠和滑轨光杠的两端分别与前、后端板固定连接，导向光杠和滑轨光杠中间分别通过无油导套穿过电池组上设置的通孔；所述支撑机构为电池组的移动起导向和负载作用。
10.本发明的进一步技术方案是：所述导向光杠、滑轨光杠与丝杠的中心轴线在同一平面，且相互平行安装。
11.本发明的进一步技术方案是：所述前端板上开有不规则开口，在不规则开口区域安装电路板控制内部电池组，通过仪表线路与电池相接，开口区域外部安装保护罩；所述后端板设置保护罩，保护罩内置减速机构，后端板上开有半圆形缺口，并设有两个凸台，用于安装散热风扇。
12.本发明的进一步技术方案是：所述前、后端板设有开孔区域，各种线路通过开孔区域布置在舱体内部，且外部加装保护罩，可有效保护布线和内部电池组的安全。
13.本发明的进一步技术方案是：所述电池组包括电池本体、丝杠螺母和无油导套；所述电池本体开有通孔，通孔的两端分别同轴安装有丝杠螺母和无油导套；所述丝杠螺母与丝杠的螺纹部分配合安装，实现旋转运动到直线运动的转化；所述无油导套用于直线运动中的导向作用。
14.本发明的进一步技术方案是：所述丝杠为30
°
梯形丝杠，采用切削加工的方式成型。
15.本发明的进一步技术方案是：所述轴承为圆锥滚子轴承，位于前端板和后端板中心位置。
16.有益效果
17.本发明的有益效果在于：本发明通过电机驱动蜗轮蜗杆减速机，再通过圆锥滚子轴承带动丝杠转动，丝杠螺母将丝杠自身的转动转化为电池组沿丝杠轴向的平动，电池组代替配重块，从而达到改变滑翔机整体质心的目的。
18.本发明结构简单，用电池组代替配重块运动，增加了设备的能源储备，且电池组的移动范围大，能满足大型滑翔机的质心调节需求；通过仿真试验分析，在外部压力下电池组运动到的区域，丝杠的最大变形量不超过2丝，故不容易发生卡死现象，可靠性高；后端板可安装风扇，能保证内部电池组不会出现过热现象；可通过控制电机的转速进而控制电池组的平移速度，达到精确控制的目的。本发明前、后端板设有开孔区域，各种线路通过开孔区域布置在舱体内部，通过外部加装保护罩，可有效保护布线和内部电池组的安全。本发明具有结构简单、能源储备大、不容易卡死、可靠性高、控制精确的优点。
附图说明
19.图1、2为本发明的结构示意图；
20.图3为本发明实施例示意图。
21.图中：1.前端板 2.滑轨光杠3.30
°
梯形丝杠 4.导向光杠 5.无油导套 6.丝杠螺母 7.电池组 8.后端板 9.保护罩 10.凸台 11.电池舱后壳 12.电池舱壳体 13.电池舱前壳。
具体实施方式
22.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.参阅图1、图2，本发明一种质心调节机构主要包括壳体、传动机构和电池组。壳体用于安装固定质心调节机构各组件，传动机构用于提供动力源并传递质心调节的动力，电池组负载重量，代替配重块调解整体的重心。
25.所述壳体包括前端板1、后端板8和支撑机构，前端板1、后端板8通过支撑机构固定连接；后端板上设置保护罩9，保护罩内置蜗轮蜗杆减速机构，前、后端板中心各装有圆锥滚子轴承。
26.所述传动机构包括外部电机、保护罩9内的蜗轮蜗杆减速机构、位于前、后端板中心的圆锥滚子轴承和30
°
梯形丝杠3，30
°
梯形丝杠3一端通过圆锥滚子轴承与保护罩内的蜗轮蜗杆减速机构配合安装，另一端通过圆锥滚子轴承与前端板1配合安装；电池组7通过丝杠螺母6与30
°
梯形丝杠3连接，外部电机的输出轴与蜗轮蜗杆减速机的输入端连接，蜗轮蜗杆减速机的输出端与30
°
梯形丝杠3输入端连接，通过外部电机和蜗轮蜗杆减速机实现对30
°
梯形丝杠3旋转的驱动和速度调整，由丝杠螺母6将旋转运动转化为直线运动，同时带动作为配重块的电池组7沿丝杠轴移动，达到改变整体质心的目的。
27.所述电性组7包括电池本体、丝杠螺母6和无油导套5；所述电池本体开有多个通孔，用于连接30
°
梯形丝杠3和支撑机构；用于连接30
°
梯形丝杠3的通孔两端分别同轴安装有丝杠螺母6和无油导套5；用于连接支撑机构的通孔两端均同轴安装无油导套5。
28.所述电池组7通过丝杠螺母6和无油导套5与30
°
梯形丝杠3连接，丝杠螺母6位于30
°
梯形丝杠3的螺纹端，无油导套5位于30
°
梯形丝杠3的光轴端，30
°
梯形丝杠3的螺纹部与丝杠螺母6的内螺纹配合，通过丝杠螺母6实现旋转运动到直线运动的转化；无油导套用于直线运动中的导向作用；电池组7负载重量，代替配重块调节滑翔机的重心。
29.所述支撑机构包括导向光杠4、滑轨光杠2，导向光杠4和滑轨光杠2分别通过无油导套5穿过电池组7上对应的通孔，导向光杠4和滑轨光杠2两端穿过前端板1、后端板8的通孔并用螺钉和压盖与前端板1、后端板8进行固定，导向光杠4和滑轨光杠2与30
°
梯形丝杠3的光轴位于同一平面，相互平行安装，支撑机构为电池组的移动起导向和负载作用。
30.所述前端板1上开有不规则开口，在不规则开口区域安装电路板控制内部电池组，通过仪表线路与电池相接，开口区域外部安装保护罩；所述后端板8设置保护罩9，保护罩内置减速机构，后端板上开有半圆形缺口，并设有两个凸台10，用于安装散热风扇；前端板1和后端板8设有开孔区域，各种线路通过开孔区域布置在舱体内部，外部加装保护罩，能有效保护布线和内部电池组的安全。
31.使用时，外部电机驱动蜗轮蜗杆减速机，再通过圆锥滚子轴承带动30
°
梯形丝杠3转动，丝杠螺母6将30
°
梯形丝杠3自身的转动转化为电池组7沿丝杠轴向的平动，电池组代替配重块，从而达到改变整体质心的目的。
32.实施例：
33.参阅图3，以本发明质心调节机构应用于水下滑翔机为例，将质心调节机构安装于电池舱内，电池舱固定于水下滑翔机的舱体内部。质心调节机构的后端板8上设置保护罩9，
保护罩9内置蜗轮蜗杆减速机，30
°
梯形丝杠3一端通过圆锥滚子轴承与保护罩9内的蜗轮蜗杆减速机配合安装，另一端通过圆锥滚子轴承与前端板1配合安装，中间穿过电池组7的通孔；30
°
梯形丝杠3材料为gcr 15，采用切削加工的方式成型；前、后端板材料为7075铝合金；30
°
梯形丝杠3为电池组7的主要承载部件，等速传动场合可按照公式t1＝(ta+tpmax+tu)计算选择，其中，t1是等速时的驱动扭矩，ta＝(fa*i)/(2*3.14*n1)，fa为轴向负载，tpmax是丝杠的动态摩擦扭矩上限，tu是支撑轴承等的摩擦扭矩，丝杆的公称直径确定后，丝杠螺纹的长度可根据丝杠型号的技术参数确定；电池组7负载为30公斤，固定在丝杠螺母6上，丝杠螺母6和无油导套5同轴安装在电池组7用于穿过30
°
梯形丝杠3的通孔两端，套在30
°
梯形丝杠上，丝杠螺母的内螺纹与30
°
梯形丝杠螺纹配合，无油导套5与30
°
梯形丝杠3的光轴配合；导向光杠4和滑轨光杠分2别通过无油导套5穿过电池组7上的对应的通孔，无油导套5安装在通孔的两端，导向光杠4和滑轨光杠2的两端穿过前、后端板的通孔并用螺钉和压盖与前、后端板进行固定，导向光杠4和滑轨光杠2材料选择gcr 15；安装时，导向光杠4和滑轨光杠2与30
°
梯形丝杠3位于同一平面，相互平行安装；工作时，外部电机驱动蜗轮蜗杆减速机，蜗轮蜗杆减速机输出端通过后端板8上的圆锥滚子轴承带动30
°
梯形丝杠3转动，由于30
°
梯形丝杠3的螺纹段与丝杠螺母6的内螺纹配合，此时将30
°
梯形丝杠3自身的转动转化为电池组7沿丝杠轴向的平移运动，电机运转带动30
°
梯形丝杠3以2mm/s的速度做平移运动，从而达到改变滑翔机整体质心的目的。由于导向光杠4和滑轨光杠2的支撑作用，即使极限情况下质心调节机构完全竖立，电池组7的重量全部加到30
°
梯形丝杠上时丝杠的变形量较小。在外部压力下，可有效避免卡死现象的发生。后端板8上开有半圆形缺口，设有凸台10可安装风扇支架，用来安装散热风扇，对舱体内部散热降温，防止电机和电池组温度过高而烧坏；后端板8上开有矩形缺口，用以安装限位开关；前端板1设有不规则开口，在不规则开口区域安装电路板控制内部电池组，通过仪表线路与电池相接，开口区域外部安装保护罩，可有效保护布线和内部电池组的安全；前、后端板设有开孔区域，各种线路通过开孔区域布置在舱体内部，且外部加装保护罩，可有效保护布线和内部电池组的安全。
34.本发明质心调节机构应用于水下滑翔机的具体使用过程：
35.以水下滑翔机水平姿态为初始状态，此时电池组位于初始位置。当仿生水下滑翔机需要下潜时，此时需要将质心调节机构的电池组前移，使得仿生水下滑翔机整体重心前移。具体过程为：外部电机的驱动下，保护罩内部的蜗轮蜗杆转动，带动30
°
梯形丝杠开始转动，丝杠螺母将丝杠的转动转化为电池组沿轴向的平移。到达指定位置后，电机停止工作，电池组停止运动。当仿生水下滑翔机需要上浮时，此时质心调节机构需要将电池组后移，使得仿生水下滑翔机整体重心后移。具体过程与滑翔机下潜类似电池组后移，同样在到达指定位置后电机停止工作，电池组停止运动。
36.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种质心调节机构，其特征在于：包括壳体、传动机构和电池组；所述壳体用于安装固定质心调节机构各组件；所述传动机构包括驱动模块、轴承和丝杠，所述丝杠两端分别通过轴承与壳体转动连接；所述电池组通过丝杠螺母与丝杠连接；通过所述驱动模块控制丝杠旋转，由丝杠螺母将旋转运动转化为直线运动，同时带动作为配重块的电池组沿丝杠轴移动，达到改变整体质心的目的。2.根据权利要求1所述质心调节机构，其特征在于：所述驱动模块包括外部电机和减速机构，所述减速机构为蜗轮蜗杆减速机；所述外部电机的输出轴与蜗轮蜗杆减速机的输入端连接，蜗轮蜗杆减速机的输出端与丝杠输入端连接；通过外部电机和蜗轮蜗杆减速机实现对丝杠旋转的驱动和速度调整。3.根据权利要求1所述质心调节机构，其特征在于：所述壳体包括前端板、后端板和支撑机构，所述前端板和后端板通过支撑机构固定连接。4.根据权利要求3所述质心调节机构，其特征在于：所述支撑机构包括导向光杠和滑轨光杠，所述导向光杠和滑轨光杠的两端分别与前、后端板固定连接，导向光杠和滑轨光杠中间分别通过无油导套穿过电池组上设置的通孔；所述支撑机构为电池组的移动起导向和负载作用。5.根据权利要求4所述质心调节机构，其特征在于：所述导向光杠、滑轨光杠与丝杠的中心轴线在同一平面，且相互平行安装。6.根据权利要求3所述质心调节机构，其特征在于：所述前端板上开有不规则开口，在不规则开口区域安装电路板控制内部电池组，通过仪表线路与电池相接，开口区域外部安装保护罩；所述后端板设置保护罩，保护罩内置减速机构，后端板上开有半圆形缺口，并设有两个凸台，用于安装散热风扇。7.根据权利要求3所述质心调节机构，其特征在于：所述前、后端板设有开孔区域，各种线路通过开孔区域布置在舱体内部，外部加装保护罩，能有效保护布线和内部电池组的安全。8.根据权利要求1所述质心调节机构，其特征在于：所述电池组包括电池本体、丝杠螺母和无油导套；所述电池本体开有通孔，通孔的两端分别同轴安装有丝杠螺母和无油导套；所述丝杠螺母与丝杠的螺纹部分配合安装，实现旋转运动到直线运动的转化；所述无油导套用于直线运动中的导向作用。9.根据权利要求1所述质心调节机构，其特征在于：所述丝杠为30
°
梯形丝杠，采用切削加工的方式成型。10.根据权利要求1所述质心调节机构，其特征在于：所述轴承为圆锥滚子轴承，位于前端板和后端板中心位置。

技术总结
本发明一种质心调节机构，属于水下滑翔机技术领域；包括壳体、传动机构和电池组；所述壳体用于安装固定质心调节机构各组件；所述传动机构包括驱动模块、轴承和丝杠，所述丝杠两端分别通过轴承与壳体转动连接；所述电池组通过丝杠螺母与丝杠连接；通过所述驱动模块控制丝杠旋转，由丝杠螺母将旋转运动转化为直线运动，同时带动作为配重块的电池组沿丝杠轴移动，达到改变滑翔机整体质心的目的。本发明中电池组承载了质心调节机构的主要重量，代替配重块进行移动，增加了设备的能源储备，具有结构简单、控制精准、可靠性高的特点。可靠性高的特点。可靠性高的特点。


技术研发人员：曹永辉 王朴 张新虎 潘光 姜军
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2022.10.17
技术公布日：2023/3/9