一种水下机器人重心调节***及方法
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域,更具体地说,本发明涉及一种水下机器人重心调节***及方法。
背景技术
水下机器人有着十分广阔的应用前景,这也是多年来各国都在大力发展水下机器人技术的原因。水下机器人可在高度危险环境、被污染环境以及零可见度的水域代替人工在水下长时间作业,水下机器人上一般配备声呐***、摄像机、照明灯和机械臂等装置,能提供实时视频、声呐图像,机械臂能抓起重物,水下机器人在石油开发、海事执法取证、科学研究和军事等领域得到广泛应用
然而,在执行水下、水面任务时,水流、波浪和涌流扰动,以及包括母船在内的其它附近船只带起的浪涌,水流中的旋转涡流等时常使水下机器人偏离设定航向、摇摆、监控视频模糊、无法保持设定深度等。水下机器人运动稳定性,即受干扰后自行回到初始状态的能力是水下机器人航向控制***和深度控制***精度的前提。若水下机器人自动稳定性能太差,则推进器必须频繁启停、正反转,以改变推力大小和方向来保持设定的航向和深度。不仅会对推进器造成损伤,过多消耗电能,还将增加周围流体的扰动,进一步加剧水下机器人的不稳定,甚至无法保持航向和定深。
现有技术中,专利:航天级球栅检测***,公开了一种全新的空间模拟运动器,但没有公开关于重心的精确调节的技术手段,无法适用于水下机器人。
为此,急需一种水下机器人重心调节***及方法。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种水下机器人重心调节***,以稳定水下机器人在水下的姿态,以利于机器人正常运行,同时可以主动调整机器人的重心和姿态,以满足机器人工作需求,解决了水下机器人重心不易调整的技术问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种水下机器人重心调节***,包括:
底座,其安装在机器人中,所述底座中心凸出设置有一定位转轴,所述定位转轴同心外周的所述底座开设有一圆形凹槽;
支撑座,其中心底部开设一定位圆孔,所述定位圆孔同心外周的所述支撑座上凸出设置有一滑轨,所述滑轨转动设置在所述圆形凹槽中,所述定位转轴转动插设在所述定位圆孔中;
平衡机构,其由若干底部向外倾斜设置在所述支撑座上的弹性件构成,若干所述弹性件对称分布在所述支撑座外周表面上;
转动台,其设置在所述平衡机构上端,所述转动台外周设置有一联动机构,所述转动台外侧设置有一与所述联动机构驱动连接的驱动机构,所述转动台上设置有第一单轴滑台,所述第一单轴滑台设置在所述转动台的一直径上,所述第一单轴滑台两侧的所述转动台上分别开设一滑槽,所述滑槽与所述第一单轴滑台平行设置;
承重台,其滑动安装在所述第一单轴滑台上的第一滑块上,所述承重台底部平行设置有一对支撑臂,所述支撑臂滑动设置在所述滑槽中;
重心微调机构,其设置在所述承重台顶部,所述重心微调机构上设置有一第二滑块,所述第二滑块上设置一升降机构;
若干载重块,其以可滑动的方式设置在所述承重台上端,且所述载重块架设在所述重心微调机构上端,所述载重块中心贯穿开设一贯穿孔,所述贯穿孔的内径不小于所述升降机构升降端的外径,所述升降机构的升降端选择性伸入至所述贯穿孔中;以及
控制机构,其分别与所述第一单轴滑台、伸缩机构和重心微调机构连接。
优选的,所述平衡机构包括:
四个连接座,其对称分布在所述支撑座上表面外周,所述连接座内侧倾斜设置有一第一卡接口;
四个弹性件,所述弹性件为压簧,所述压簧的两头分别设置有一卡扣,所述压簧底部通过所述卡扣连接在所述第一卡接口中;
其中,所述压簧的倾斜角度在10°~50°之间。
优选的,所述转动台下表面外周对应设置有四个第二卡接口,所述压簧顶部通过所述卡扣连接在所述第二卡接口中;其中,所述转动台与所述支撑座为一圆盘结构,所述转动台与所述支撑座平行间隔设置,且所述转动台中心、支撑座中心和四个所述连接座的对称中心处于一直线上。
优选的,所述联动机构为一环形齿条,所述环形齿条的齿牙朝下设置在所述转动台外周底部,所述转动台外周设置有一圆环形角位移测量尺,所述圆环形角位移测量尺上滑动套设有一第一读数头,所述第一读数头的输出端与所述控制机构连接。
优选的,所述驱动机构固定在所述机器人上,所述驱动机构的驱动轴上设置有一个与所述环形齿条啮合的齿轮,所述第一读数头底部固定在所述驱动机构上。
优选的,所述第一滑块上侧壁上设置有一第一直线位移测量尺,所述第一直线位移测量尺上滑动套设有一第二读数头,所述第二读数头的输出端与所述控制机构连接。
优选的,所述第一单轴滑台过所述转动台上表面中心,且所述第一单轴滑台的长度不小于所述转动台的直径;所述承重台上贯穿设置有若干安装孔。
优选的,所述重心微调机构包括:
第二单轴滑台,其设置在所述承重台上表面,且所述第二单轴滑台过所述承重台中心;
第二直线位移测量尺,其设置在所述第二滑块侧壁上,所述第二直线位移测量尺上滑动套设有一第三读数头,所述第三读数头的输出端与所述控制机构连接;以及
升降机构,其设置在所述第二单轴滑台的第二滑块上,所述第三读数头固定在所述第二滑块上。
优选的,所述第二单轴滑台两侧的所述承重台上分别设置有一支撑架,所述支撑架上纵向间隔设置有若干导向杆,所述导向杆高于所述第二单轴滑台一定距离,所述导向杆与所述第二单轴滑台平行设置,所述第二单轴滑台两侧的导向杆一一对应,若干所述载重块上下堆叠设置,每个所述载重块与同一高度位置的所述导向杆一一对应,且所述载重块两侧分别横向开设一通孔,各个载重块通过所述通孔套设在两侧的所述导向杆上,所述载重块侧壁上设置有一定位凸起,所述第二单轴滑台中心外侧的承重台上垂直设置有一定位座,所述定位座上纵向设置有若干与所述定位凸起配合的定位卡口。
一种水下机器人重心调节方法,包括以下步骤:
步骤一、根据机器人所处姿态与目标姿态的偏离量计算调节***重心的目标偏离位置;
步骤二、根据调节***重心的目标偏离位置依次调整承重台重心的移动方位和移动距离,以此调整承重台重心的摆动力臂;
步骤三、移动承重台重心直到将承重台重心移动至所述目标偏离位置,以此通过调整承重台重心来调整机器人的重心和姿态;
步骤四、对机器人的重心位置进行微调,通过调整参与调整过程的载重块数量和位置,将机器人重心精确调整至目标偏离位置。
本发明至少包括以下有益效果:
1、通过调整承重台的重心偏移,可以方便调整水下机器人的重心,进而调整水下机器人在水下的重心和姿态,调整效率和精度高;
2、有效抵消水流对机器人冲击造成的晃动;
3、通过载重块可以对机器人重心进行微调,进一步提高了对机器人的重心和姿态调整的精确度。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图;
图2为本发明装置的***图;
图3为第一单轴滑台的安装结构示意图;
图4为重心微调机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-4所示,一种水下机器人重心调节***,底座700固定安装在机器人中,优选的,底座700与机器人中心,所述底座700中心凸出设置有一定位转轴710,所述定位转轴710同心外周的所述底座700开设有一圆形凹槽,用于为支撑座500的转动提供导向。
支撑座500中心底部开设一定位圆孔,所述定位圆孔同心外周的所述支撑座500上凸出设置有一滑轨510,所述滑轨510转动设置在所述圆形凹槽中,以便于支撑座500在沿着圆形凹槽转动在底座700上,所述定位转轴710转动插设在所述定位圆孔中,作为转动中心。
平衡机构由若干底部向外倾斜设置在所述支撑座500上的弹性件构成,若干所述弹性件600对称分布在所述支撑座500外周表面上。具体的,所述平衡机构中,四个连接座610对称分布在所述支撑座500上表面外周,所述连接座610内侧倾斜设置有一第一卡接口;四个弹性件600采用的是压簧,所述压簧的两头分别设置有一卡扣,所述压簧底部通过所述卡扣连接在所述第一卡接口中,以便于安装固定。
转动台300设置在所述平衡机构上端,具体的,所述转动台300下表面外周对应设置有四个第二卡接口,所述压簧顶部通过所述卡扣连接在所述第二卡接口中,从而转动台300和支撑座500通过四个压簧连接。本实施例中,所述压簧的倾斜角度在15°,当机器人在水中作业时,水流对机器人造成冲击使得机器人重心偏移而姿态偏移时,由于四个压簧构成的弹性悬架结构,当机器人姿态偏移时,转动台300及安装在上端的结构在惯性作用下保持原位,此时,转动台300及安装在上端结构的重心偏向与机器人重心的偏向相反,施加给机器人本体一复位力,避免机器人本体姿态进一步偏移,且复位力促使机器人本体的姿态复位,从而稳定了机器人的姿态,减小水流对机器人姿态的影响,有效抵消水流对机器人冲击造成的晃动。
其中,所述转动台300与所述支撑座500为一圆盘结构,所述转动台300与所述支撑座500平行间隔设置,静止状态下,所述转动台300中心、支撑座500中心和四个所述连接座610的对称中心处于一直线上。
在压簧的自调整作用下,可以将机器人保持在一个稳定的姿态,同时由于压簧的倾斜角度在15°,正常状态下,转动台300保持在静止状态下,且与支撑座500平行。因此,在外力减小的情况下,转动台300会复位到与支撑座500平行的位置,避免转动台300左右乱晃。
所述转动台300外周设置有一联动机构,所述转动台300外侧设置有一与所述联动机构驱动连接的驱动机构800,以驱动转动台300旋转。具体的,本实施例中,所述联动机构为一环形齿条340,所述环形齿条340的齿牙朝下设置在所述转动台300外周底部,而所述驱动机构800固定在所述机器人上,所述驱动机构800的驱动轴上设置有一个与所述环形齿条340啮合的齿轮810,当驱动机构800转动时,即可通过齿轮810和环形齿条340带动转动台转动,由于转动台通过平衡机构支撑在支撑座上,从而当驱动机构800带动转动台转动时,通过平衡机构带动支撑座在底座700上转动,使得底座700及其以上部分转动。
所述转动台300外周设置有一圆环形角位移测量尺400,所述圆环形角位移测量尺400上滑动套设有一第一读数头820,所述第一读数头820的输出端与控制机构连接。所述第一读数头820底部固定在所述驱动机构800上,本实施例中,角位移测量和直线位置测量机构都采用有源球栅位移测量***,当驱动机构驱动转动台转动时,第一读数头820在圆环形角位移测量尺400滑动,通过第一读数头即可测量出转动台的转动角度,反馈至控制机构中,以反馈控制转动台的转动量和位置。
所述转动台300上设置有第一单轴滑台310,所述第一单轴滑台310设置在所述转动台300的一直径上,也就是说所述第一单轴滑台310过所述转动台上表面中心,且所述第一单轴滑台310的长度不小于所述转动台300的直径,以增加承重台位置的调整距离。
所述第一单轴滑台310两侧的所述转动台300上分别开设一滑槽330,所述滑槽330与所述第一单轴滑台310平行设置。第一单轴滑台310上的第一滑块320侧壁上设置有一第一直线位移测量尺311,所述第一直线位移测量尺311上滑动套设有一第二读数头321,所述第二读数头321的输出端与所述控制机构连接,第一滑块320沿着导向槽312移动,第二读数头321同步移动,以测量第一滑块320的移动距离和位置,以反馈精确调节第一滑块320的移动过程。
承重台100滑动安装在所述第一单轴滑台310上的第一滑块320上,随第一滑块320的移动而移动,所述承重台100底部平行设置有一对支撑臂110,所述支撑臂110滑动设置在所述滑槽330中,承重台100通过支撑臂110支撑滑动在滑槽330中,滑槽330为其提供移动导向,当第一滑块320移动时,即可带动承重台100沿着滑槽330移动,第二读数头321测量和反馈承重台100的移动距离和位置,以对承重台100的移动过程作出精确控制。改变承重台100在调节***的重心位置,及改变整个机器人的重心,也就是改变承重台100重力的力臂,通过改变力臂,即可改变调整力的力矩,以对机器人的重心及姿态做出相应的调整。
重心微调机构设置在所述承重台100顶部,具体的,所述重心微调机构中第二单轴滑台150设置在所述承重台100上表面,且所述第二单轴滑台150过所述承重台100中心,第二单轴滑台150设置在承重台100的一直径上,第二直线位移测量尺151设置在第二单轴滑台150的第二滑块152侧壁上,所述第二直线位移测量尺151上滑动套设有一第三读数头154,所述第三读数头154固定在所述第二滑块上,所述第三读数头154的输出端与所述控制机构连接,第二滑块152沿着第二单轴滑台150上的导向槽155直线移动,随着第二滑块152的移动,带动第三读数头154在第二直线位移测量尺151上同步移动,测出第二滑块的移动距离和位置,反馈至控制机构中,以对第二滑块的移动距离精确控制。
升降机构153设置在所述第二单轴滑台150的第二滑块152上,随着第二滑块152同步移动。
若干载重块200以可滑动的方式设置在所述承重台100上端,且所述载重块200架设在所述重心微调机构上端,所述载重块200中心贯穿开设一贯穿孔210,所述贯穿孔210的内径不小于所述升降机构153升降端的外径,所述升降机构153的升降端选择性伸入至所述贯穿孔210中。
具体的,所述第二单轴滑台150两侧的所述承重台上分别设置有一支撑架160,所述支撑架160上纵向间隔设置有若干导向杆161,所述导向杆161高于所述第二单轴滑台150一定距离,所述导向杆161与所述第二单轴滑台150平行设置,所述第二单轴滑台150两侧的导向杆161一一对应,若干所述载重块200上下堆叠设置,每个所述载重块200与同一高度位置的所述导向杆161一一对应,且所述载重块200两侧分别横向开设一通孔,各个载重块200通过所述通孔套设在两侧的所述导向杆161上。
所述载重块200侧壁上设置有一定位凸起220,所述第二单轴滑台150中心外侧的承重台100上垂直设置有一定位座170,所述定位座170上纵向设置有若干与所述定位凸起220配合的定位卡口,正常状态时,定位凸起220卡设在定位卡口中,使得各个载重块200保持堆叠在承重台的中心,当需要对机器人的姿态做微调时,根据所需调整的幅度和机器人重心的位置,来选择将其中至少一个载重块在承重台上移动一定距离,以完成对承重台重心的微调。
所述承重台100上贯穿设置有若干安装孔,用于安装多块承重台,以调整整个承重台的重量。
控制机构分别与所述第一单轴滑台、伸缩机构和重心微调机构连接,用于控制各个动作机构的运行过程。
具体的,调整机器人的重心需要通过调整整个机器人的重心位置来改变,而调节***的重量是一定的,当机器人重心与目标重心发生偏离时,根据偏离量来计算调节***重心的目标偏离位置,即偏离力臂。
因为整个调节***的重量都集中在承重台100上,因此调整调节***重心也就是调整承重台100的重心。
承重台100重心的调整过程如下:
步骤一、根据机器人所处姿态与目标姿态的偏离量计算调节***重心的目标偏离位置;
步骤二、根据调节***重心的目标偏离位置依次调整承重台重心的移动方位和移动距离,以此调整承重台重心的摆动力臂;具体的,根据计算出的承重台100重心目标偏离位置,首先确定承重台100重心目标位置的方位,通过驱动机构来带动转动台300及承重台转动,第一读数头反馈转动角度,使得第一单轴滑台的方向指向承重台100重心目标位置的方位;
步骤三、移动承重台重心直到将承重台重心移动至所述目标偏离位置,以此通过调整承重台重心来调整机器人的重心和姿态;具体的,控制第一滑块移动,带动承重台100向目标位置移动,也就是改变承重台100的重心位置,第二读数头测量承重台的移动距离和位置,以对移动过程进行精确控制,直到承重台100的重心移动到目标偏离位置,从而对机器人的重心进行调节;
步骤四、对机器人的重心位置进行微调,通过调整参与调整过程的载重块数量和位置,将机器人重心精确调整至目标偏离位置。
当承重台100重心需要作出微调时,也就是对机器人的重心进行微调时,微调方法如下:
调整第二滑块的位置,第三读数头反馈第二滑块的位置,根据所需微调位置来确定参与调整过程的载重块200的重量及其调整位置,随后根据计算出的参与调整过程的载重块200的重量,也即是载重块200的数量,控制第二滑块移动到载重块200原点底部,控制升降机构的升降端上升伸入至所述贯穿孔210中,直到升降机构的升降端高度正好与对应数量的载重块200高度一致,根据载重块200的目标调整位置,驱动第二滑块移动到此目标位置,也即是将确定数量的载重块200移动到第二单轴滑台150上的目标位置,从而对参与调整过程的载重块200重心偏移调整完毕,而其他载重块200保持在载重台中心,以完成对机器人重心的微调,进一步提高了对机器人重心及姿态调整的精确度。
由上所述,本发明通过调整承重台的重心偏移,可以方便调整水下机器人的重心,进而调整水下机器人在水下的重心和姿态,调整效率和精度高;同时,有效抵消水流对机器人冲击造成的晃动;进一步的,通过载重块可以对机器人重心进行微调,进一步提高了对机器人的重心和姿态调整的精确度。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。