一種棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水下機器人領域，特別是涉及一種適用于微小型水下機器人的棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙。棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙，由承壓殼體組件、電子固定架、電子模塊組件三部分組成，承壓殼體安裝在水下機器人上，內(nèi)部加工有突臺；電子固定架采用不銹鋼螺桿、螺母、彈簧墊片將圓形電木板進行固定的方式構成，不銹鋼螺桿在前端面板外部有突出，用于與承壓殼體內(nèi)部突臺進行端面固定；多個電子模塊在電子固定架上采用棧式裝配結(jié)構，模塊電路板法向與承壓殼體軸向平行，其中的推進器電機驅(qū)動器采用模塊化結(jié)構，總線形式電氣連接。結(jié)構緊湊，空間利用率高。對棧式結(jié)構高度的限制小。布線容易。維修更換方便。模塊化設計，互換性好。
【專利說明】一種棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于水下機器人領域，特別是涉及一種適用于微小型水下機器人的棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙。
【背景技術】
[0002]微小型水下機器人作為海洋中的一個重要探測系統(tǒng)，具有體積小、重量輕、噪聲低、隱蔽性好的特點，在海洋權益維護和海洋開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。水下機器人電子艙是水下機器人的重要組成部分，用于承受外部海水壓力、提供干燥的密封艙，以保護其內(nèi)部安裝的主控單元、電機驅(qū)動器、信號轉(zhuǎn)換板等各種電子模塊，不會因為海水的壓力以及海水腐蝕而失效或損壞?；诹黧w運動阻力、內(nèi)部空間利于率、加工制造的難易以及承壓能力等因素，水下機器人電子艙通常選用圓柱形承壓殼體。關于電子艙內(nèi)部電子模塊的安裝方式，傳統(tǒng)的安裝形式是先將各電子模塊組成局部棧結(jié)構，然后將各局部棧安裝在一塊電木板上，最后通過螺釘將電木板固定在電子艙內(nèi)部，如附圖1所示。此種安裝方式能夠?qū)崿F(xiàn)電子艙內(nèi)部各電子模塊的可靠固定和連接，但存在如下問題:局部棧周圍的弧形空間得不到有效利用，而且電子模塊的寬度越接近電子艙內(nèi)徑，局部棧能夠安裝的電子模塊越少，局部棧高度受到限制，且空間利用率低，易導致電子艙內(nèi)部安裝空間不足(如附圖2所示)；電子艙內(nèi)部總體布線困難。由于微小型水下機器人的小型化要求，其電子艙的直徑較小，以致上述問題較為關出。
[0003]專利申請?zhí)枮?00610134453.9，名稱為《一種水下電子艙》的中國專利，發(fā)明了活動式電子架，省去了上述電木板兩端用于固定的空間，且將電木板布置在電子艙的直徑位置，并將所用電子元器件都集中在安裝在該電木板上，在一定程度上提高了電子艙內(nèi)部空間利用率，但弧形空間仍然沒有得到有效利用，上述問題沒有得到本質(zhì)解決；專利申請?zhí)枮?00710158821.8，名稱為《水下電子連接架》的中國專利，發(fā)明了活動式水下電子連接架，將所安裝的電子元器件能夠合理地分布在各側(cè)板及連接板上，提高了電子連接架內(nèi)部的空間利用率，但上述問題也同樣沒有得到本質(zhì)解決。因此，上述專利在電子艙直徑較大的水下機器人上能夠得到良好的應用效果，但在微小型水下機器人上并不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構緊湊、承壓殼體內(nèi)部空間利用率高、布線容易、維修方便，適用于微小型水下機器人的棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙。
[0005]本發(fā)明專利的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙，由承壓殼體組件、電子固定架、電子模塊組件三部分組成，承壓殼體安裝在水下機器人上，內(nèi)部加工有突臺；電子固定架采用不銹鋼螺桿、螺母、彈簧墊片將圓形電木板進行固定的方式構成，不銹鋼螺桿在前端面板外部有突出，用于與承壓殼體內(nèi)部突臺進行端面固定；多個電子模塊在電子固定架上采用棧式裝配結(jié)構，模塊電路板法向與承壓殼體軸向平行，其中的推進器電機驅(qū)動器采用模塊化結(jié)構，總線形式電氣連接，通過驅(qū)動器自身跳線連接的不同實現(xiàn)對不同推進器的轉(zhuǎn)速控制。
[0007]承壓殼體與前密封端蓋以及后密封端蓋之間進行O型圈端面密封，兩個密封端蓋上均加工有通孔，用于安裝不同型號的水密接插件。
[0008]電子固定架，前端面板和后端面板上均安裝有接線端子插座，用于與承壓殼體組件的密封端蓋上的接線端子插頭相連；中間隔板上加工有圓形和方形的通孔，分別用于安裝電子模塊組件以及電氣線路的布局和保護。
[0009]電子模塊組件，驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板、最頂層的電機驅(qū)動器板分別通過銅柱與電子固定架的前端面板、第一隔板固定，中間驅(qū)動器板依靠棧式結(jié)構本身固定。
[0010]電機驅(qū)動器模塊，驅(qū)動器板下面有插頭端子，用于連接到驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板或者前一個電機驅(qū)動器；驅(qū)動器板下面有插座端子，用于為下一塊電機驅(qū)動器提供安裝位置。
[0011]電子模塊組件，電機驅(qū)動器板與驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板通過棧式結(jié)構進行總線式電氣連接，驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板通過排線與核心單元進行總線式連接。
[0012]本發(fā)明專利的有益效果在于:
[0013]1、結(jié)構緊湊，空間利用率聞。
[0014]電子固定架與承壓殼體突臺進行端面固定連接，連接可靠且所占用的空間較小；電子模塊的棧式裝配結(jié)構，有利于有效利用承壓殼體的圓柱形空間的利用率，從而提高電子艙內(nèi)部空間利用率，減小電子艙整體結(jié)構尺寸。
[0015]2、對棧式結(jié)構高度的限制小
[0016]傳統(tǒng)的裝配方式中，棧式結(jié)構的高度受到承壓殼體直徑的限制，而有些主控單元，如PC104及其擴展模塊，就是通過棧式結(jié)構進行連接的，增加相應的模塊，即增加了棧式結(jié)構的高度，傳統(tǒng)的裝配方式中只能通過增加承壓殼體的直徑來解決，造成電子艙體積增大，本發(fā)明專利，電子模塊的法向與承壓殼體軸向平行，可以延電子艙的軸向增加棧式結(jié)構高度，從而減小了對其高度的限制。
[0017]3、布線容易。
[0018]電子模塊的棧式裝配結(jié)構中，方形電子模塊板四周的圓弧形空間可以用來布線，此種布線方式，電氣線路可以盡可能的呈直線布局，不用繞額外的距離，同時由于穿過電子固定架間隔板的方形通孔，能夠避免導線與艙壁的接觸，對電氣線路起到保護作用。水下機器人一般安裝有多個螺旋槳推進器，相應的也就有多個電機驅(qū)動器，傳統(tǒng)的方式是對每個驅(qū)動器的電源線、信號線單獨連接，布線繁瑣，本專利驅(qū)動器的模塊化設計、棧式結(jié)構、以及總線式連接方式，使驅(qū)動器與其它電子模塊不用額外的導線連接，精簡了導線的長度和數(shù)量。
[0019]4、維修更換方便。
[0020]由于驅(qū)動器通過棧式結(jié)構安裝在驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板上，所以當某個驅(qū)動器損壞時，可以直接拔掉，然后換上新的驅(qū)動器模塊，不用任何的接線、布線操作，更換容易。
[0021 ] 5、模塊化設計，互換性好。
[0022]電機驅(qū)動器為模塊化設計，不同推進器電機驅(qū)動器的結(jié)構相同，通過跳線連接的方式來區(qū)分，增強了電機驅(qū)動器模塊的互換性，有利于電機驅(qū)動器的批量制作。
【專利附圖】

【附圖說明】[0023]圖1為水下機器人電子艙傳統(tǒng)布局示意圖。
[0024]圖2為圖1的A-A截面圖。
[0025]圖3為本發(fā)明專利水下機器人系統(tǒng)框圖。
[0026]圖4為推進器電機驅(qū)動器電氣連接示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明專利整體三維結(jié)構簡圖。
[0028]圖6為本發(fā)明專利整體結(jié)構簡圖(主視圖)。
[0029]圖7為承壓殼體組件結(jié)構簡圖。
[0030]圖8為電子固定架結(jié)構簡圖。
[0031]圖9為電機驅(qū)動器棧式結(jié)構裝配示意圖。
[0032]圖10為驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板結(jié)構簡圖。
[0033]圖11為電機驅(qū)動器模塊三維結(jié)構簡圖。
[0034]圖12為電機驅(qū)動器模塊結(jié)構簡圖(俯視圖)。
[0035]圖13為電子艙內(nèi)部其余電子模塊布置示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖1-13對本發(fā)明專利做進一步詳述。
[0037]本發(fā)明專利涉及一種棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙，其主要由承壓殼體組件、電子固定架、電子模塊組件三部分組成。承壓殼體安裝在水下機器人上，內(nèi)部加工有突臺；電子固定架采用不銹鋼螺桿、螺母、彈簧墊片將圓形電木板進行固定的方式構成，不銹鋼螺桿在前端面板外部有突出，用于與承壓殼體內(nèi)部突臺進行端面固定；多個電子模塊在電子固定架上采用棧式裝配結(jié)構，模塊電路板法向與承壓殼體軸向平行，其中的推進器電機驅(qū)動器采用模塊化結(jié)構，總線形式電氣連接，通過驅(qū)動器自身跳線連接的不同實現(xiàn)對不同推進器轉(zhuǎn)速的控制。本發(fā)明專利具有承壓殼體內(nèi)部空間利用率高、布線容易、維修方便，可靠性高等優(yōu)點，特別適合應用于微小型水下機器人，也可應用于其它水下設備。
[0038]一種棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙，其主要由承壓殼體組件、電子固定架、電子模塊組件三部分組成。承壓殼體安裝在水下機器人上，內(nèi)部加工有突臺；電子固定架采用不銹鋼螺桿、螺母、彈簧墊片將圓形電木板進行固定的方式構成，不銹鋼螺桿在前端面板外部有突出，用于與承壓殼體內(nèi)部突臺進行端面固定；多個電子模塊在電子固定架上采用棧式裝配結(jié)構，模塊電路板法向與承壓殼體軸向平行，其中的推進器電機驅(qū)動器采用模塊化結(jié)構，總線形式電氣連接，通過驅(qū)動器自身跳線連接的不同實現(xiàn)對不同驅(qū)動器轉(zhuǎn)速的控制。
[0039]本發(fā)明專利還包括這樣一些結(jié)構特征:
[0040]1、承壓殼體與前密封端蓋以及后密封端蓋之間進行O型圈端面密封，兩個密封端蓋上均加工有通孔，用于安裝不同型號的水密接插件。
[0041]2、電子固定架的前端面板和后端面板上均安裝有接線端子插座，用于與承壓殼體組件的密封端蓋上的接線端子插頭相連；中間隔板上加工有圓形和方形的通孔，分別用于安裝電子模塊以及電氣線路的布局和保護。
[0042]3、推進器電機驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板以及最頂層的驅(qū)動器板分別通過銅柱與電子固定架的前端面板、第一隔板固定，中間驅(qū)動器板依靠棧式結(jié)構本身連接固定。
[0043]4、電機驅(qū)動器模塊，驅(qū)動器板下面有插頭端子，用于連接到驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板或者前一個電機驅(qū)動器；驅(qū)動器板下面有插座端子，用于為下一塊電機驅(qū)動器提供安裝位置。
[0044]5、電機驅(qū)動器板與驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板通過棧式結(jié)構進行總線式電氣連接，驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板通過排線與主控單元進行總線式連接。
[0045]本水下機器人系統(tǒng)框圖如圖3所示，本發(fā)明專利的水下機器人系統(tǒng)核心控制單元由PC104標準CPU模塊及其擴展模塊通過PC104總線連接而成，其中，PC104標準CPU模塊26用于執(zhí)行高速運算以及存儲數(shù)據(jù)，串口擴展模塊27為PC104擴展出4個串口通訊通道，PC104電源模塊28為核心控制單元供電，ADT800擴展模塊29用于產(chǎn)生數(shù)字I/O信號、讀取以及輸出模擬電壓量，PWM擴展模塊用于產(chǎn)生PWM信號；核心控制單元通過電機驅(qū)動器31至36分別控制各個推進器的轉(zhuǎn)速，從而達到控制水下機器人運動的目的；無線通訊模塊25用于實現(xiàn)水下機器人下位機系統(tǒng)與上位機控制臺的無線通訊；繼電器模塊24作為各傳感器以及驅(qū)動器的供電開關，實現(xiàn)按需求供電，有利于節(jié)省電池電量；電源管理模塊23用于將統(tǒng)一的鋰電池組電壓轉(zhuǎn)換為各個傳感器所需要的不同的電壓值，從而為傳感器供電；信號采集與轉(zhuǎn)換模塊22，將各傳感器信號按需要進行轉(zhuǎn)換后傳送給核心控制單元；漏水檢測模塊21對電子艙的健康狀態(tài)進行監(jiān)測。圖3中，虛線框以內(nèi)部分為安裝在水下機器人內(nèi)部的各個電子模塊。
[0046]推進器電機驅(qū)動器電氣連接示意圖如圖4所示，電機驅(qū)動器的電源接線端子連接鋰電池組，電機接線端子連接推進器，PWM接線端子用于接收PWM擴展模塊30產(chǎn)生的PWM信號從而調(diào)節(jié)推進器轉(zhuǎn)速，GND接線端子實現(xiàn)驅(qū)動器與核心控制單元的共地，旋轉(zhuǎn)方向控制端子Al、A2用于接收ADT800擴展模塊29產(chǎn)生的數(shù)字I/O信號，當Al為高、A2為低時，電機正轉(zhuǎn)；當A2為高、Al為低時，電機返轉(zhuǎn)；當Al、A2均為低時，推進器停轉(zhuǎn)；當Al、A2均為高時，為錯誤命令，推進器運行狀態(tài)為前述三種狀態(tài)中的任意一種。
[0047]本發(fā)明專利整體結(jié)構如圖5、圖6所示，其主要由承壓殼體組件、電子固定架、電子模塊組件三部分組成。
[0048]承壓殼體組件結(jié)構如圖7所示，承壓殼體16與前密封端蓋1、后密封端蓋19分別通過螺栓組件2、螺栓組件18進行連接，通過O型圈38以及O型圈20實現(xiàn)端面密封；承壓殼體16的前端加工有突臺，突臺上加工有通孔，用于連接電子固定架；前密封端蓋1、后密封端蓋19上加工有通孔，用于安裝水密接插件。
[0049]電子固定架結(jié)構如圖8所示，前端面板5、第一間隔板11、第二間隔板14、后端面板17的材料均為電木板，通過螺母和彈簧墊片的組合固定在不銹鋼螺桿7上，當調(diào)整好電木板后，同時旋緊螺母9和螺母13，壓緊彈簧墊片10和12，即可完成電木板的固定；前端面板上安裝有接線插座39，通過導線40與接線插頭41相連，接線插頭41用于連接驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板37 ;第一間隔板11、第二間隔板14上額外加工有長方形通孔，用于布線；后端面板上設有長方形通孔，用于安裝相應的接線插座。
[0050]如圖1所示，電子固定架前端突出的螺桿與承壓殼體16的內(nèi)部突臺通過螺母3、彈簧墊片4進行連接。
[0051]如圖1所示，本發(fā)明專利水下機器人系統(tǒng)共有6塊電機驅(qū)動器，其棧式裝配結(jié)構如圖9所示，驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板37通過銅柱9安裝到前端面板5上，電機驅(qū)動器36安裝到驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板37上，電機驅(qū)動器35安裝到電機驅(qū)動器36上，依次類推，直至電機驅(qū)動器31，然后驅(qū)動器31通過銅柱與第一間隔板固定。[0052]驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板結(jié)構簡圖如圖10所示，左右兩邊與電路板平行的接線插座分別作為電池組電壓的輸入以及推進器供電電壓的輸出，與前端面板5上的接線插頭41等相連；驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板前端的插針，用于連接控制信號總線；左右兩邊與電路板垂直的接線插座以及前端的插孔，用于安裝連接電機驅(qū)動器。
[0053]電機驅(qū)動器模塊三維結(jié)構簡圖如圖11所示，電路板下面的插頭部分連接到驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板或者前一個電機驅(qū)動器，電路板上面的插座部分用于為下一塊電機驅(qū)動器提供安裝位置。
[0054]電機驅(qū)動器模塊的俯視圖如圖12所示，其中，Pl至P12通過轉(zhuǎn)接板37與ADT800擴展模塊30的數(shù)字I/O相連，P13至P18通過轉(zhuǎn)接板37與PWM擴展模塊29相連，P19和P20通過轉(zhuǎn)接板37與PWM擴展模塊29共地，P21至P26與鋰電池組的正電位相連，P27至P32與鋰電池組的地電位相連，P33至P38與電機一端相連，P39至P44與電機另一端相連；SI至S44與Pl至P44相對應，對S的短接，即把相應P的接入電路板；如圖12所示，圖中S1、S7、S13、S21、S27、S33、S39短接，則PU P7為轉(zhuǎn)向控制信號Al、A2，P13為PWM調(diào)速信號，P21、P27分別為鋰電池組的正電位、地電位，P33、P39連接電機的兩端。改變短接位置，即可完成對不同推進器轉(zhuǎn)速的控制。
[0055]電子艙內(nèi)部其余電子模塊布置示意圖如圖13所示，各電路板棧式裝配結(jié)構，通過銅柱15安裝固定，前端銅柱15與第二間隔板14相連，后端銅柱與后端面板17相連。
[0056]如圖1所示，驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板37通過總線8與ADT800擴展模塊30以及PWM擴展板29相連。
【權利要求】
1.一種棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙，由承壓殼體組件、電子固定架、電子模塊組件三部分組成，其特征在于:承壓殼體安裝在水下機器人上，內(nèi)部加工有突臺；電子固定架采用不銹鋼螺桿、螺母、彈簧墊片將圓形電木板進行固定的方式構成，不銹鋼螺桿在前端面板外部有突出，用于與承壓殼體內(nèi)部突臺進行端面固定；多個電子模塊在電子固定架上采用棧式裝配結(jié)構，模塊電路板法向與承壓殼體軸向平行，其中的推進器電機驅(qū)動器采用模塊化結(jié)構，總線形式電氣連接，通過驅(qū)動器自身跳線連接的不同實現(xiàn)對不同推進器的轉(zhuǎn)速控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙，其特征在于:所述承壓殼體與前密封端蓋以及后密封端蓋之間進行O型圈端面密封，兩個密封端蓋上均加工有通孔，用于安裝不同型號的水密接插件。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙，其特征在于:所述電子固定架，前端面板和后端面板上均安裝有接線端子插座，用于與承壓殼體組件的密封端蓋上的接線端子插頭相連；中間隔板上加工有圓形和方形的通孔，分別用于安裝電子模塊組件以及電氣線路的布局和保護。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙，其特征在于:所述電子模塊組件，驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板、最頂層的電機驅(qū)動器板分別通過銅柱與電子固定架的前端面板、第一隔板固定，中間驅(qū)動器板依靠棧式結(jié)構本身固定。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙，其特征在于:所述電機驅(qū)動器模塊，驅(qū)動器板下面有插頭端子，用于連接到驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板或者前一個電機驅(qū)動器；驅(qū)動器板下面有插座端子，用于為下一塊電機驅(qū)動器提供安裝位置。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種棧式裝配結(jié)構的水下機器人電子艙，其特征在于:所述電子模塊組件，電機驅(qū)動器板與驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板通過棧式結(jié)構進行總線式電氣連接，驅(qū)動器轉(zhuǎn)接板通過排線與核心單元進行總線式連接。
【文檔編號】B63C11/52GK103979089SQ201410216126
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權日:2014年5月21日
【發(fā)明者】張銘鈞, 殷寶吉, 王玉甲, 郭冠群, 鄧柯 申請人:哈爾濱工程大學