本方案屬于機電一體化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水下二自由度電動云臺結(jié)構(gòu)方案，適用于水下云臺等水下傳動設(shè)備的設(shè)計及研制，特別涉及一種小型化二自由度水下電動云臺。
背景技術(shù)：
針對科技廳統(tǒng)籌創(chuàng)新工程項目“遠程控制自主運動水下機器人”研制中水下機器人攝像頭視角不夠靈活、視野不夠?qū)掗煹膯栴}，提出了以水下云臺為支撐設(shè)備，在其上安裝攝像頭及光源的方法，使攝像頭具有大范圍掃描、監(jiān)視，對移動目標物體進行移動拍攝或跟蹤等功能，從而擴大攝像機的監(jiān)視范圍。現(xiàn)有的水下電動云臺通常只是一個密封的容器，將所需的設(shè)備如攝像頭或燈集成到其內(nèi)部，云臺本身不具有主動旋轉(zhuǎn)功能，此類云臺通常功能固化無法擴展，難以兼容其他設(shè)備。要么只有一個旋轉(zhuǎn)自由度，只能繞豎直軸旋轉(zhuǎn)，無法試驗俯仰運動，難以實現(xiàn)全視野的觀察。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是：解決了較小安裝空間條件下，實現(xiàn)大深度大轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)輸出及整體性的外觀要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種小型化二自由度水下電動云臺，其特征在于，包括第一傳動組件、第二傳動組件、密封端蓋4、控制電路板6、底座21、水平支架15、豎直支架22、水密接插件7、本體8和安裝板10；所述底座21為板狀，底座21與本體8螺紋連接；本體8呈T字狀，水平方向兩端和底端開口，內(nèi)部為空腔體；本體8水平方向一端與密封端蓋4連接，另一端和水平支架15相連，底端和豎直支架22相連；本體8內(nèi)設(shè)有控制電路板6，且控制電路板6與密封端蓋4固連；水密接插件7位于本體8水平方向上，靠近控制電路板6的一端，水密接插件(7)連接水密線纜，傳遞控制信號和供電；所述安裝支架為柱狀體，外壁為階梯狀，內(nèi)部開有階梯狀通孔；第一傳動組件位于水平支架15內(nèi)，第二傳動組件位于豎直支架22內(nèi)；安裝板10與本體8水平方向兩端固連。
本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是：所述第一傳動組件和第二傳動組件結(jié)構(gòu)相同，均包括減速電機9、接近塊11、卡箍12、彈性管聯(lián)軸器13、限位開關(guān)18和軸承；減速電機9輸出端連接彈性管聯(lián)軸器13，彈性管聯(lián)軸器13驅(qū)動水平軸16進行軸向旋轉(zhuǎn)；接近塊11通過卡箍12套在彈性管聯(lián)軸器13上；限位開關(guān)18位于彈性管聯(lián)軸器13兩側(cè)，接近塊11隨彈性管聯(lián)軸器13軸向轉(zhuǎn)動時，限位開關(guān)18感應(yīng)到接近塊11靠近后，使減速電機9反方向軸向轉(zhuǎn)動，從而帶動彈性管聯(lián)軸器13及水平軸16反向軸向轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是：所述接近塊11呈L型，采用電磁純鐵材料制成，當旋轉(zhuǎn)至限位開關(guān)18位置時，給限位開關(guān)18觸發(fā)信號，使減速電機進行反向轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是：所述限位開關(guān)18的觸發(fā)距離為0～3mm。
本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是：所述左耳3和右耳17均為板狀件，板狀件上設(shè)有安裝通孔，分別和安裝板10兩端固連，左耳3和右耳17的軸線和安裝板10軸線相互垂直。
本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是：關(guān)節(jié)軸承2與左耳17上的安裝通孔間隙配合后，插入密封端蓋4的軸上，通過軸承端蓋1對關(guān)節(jié)軸承2外圈定位。
發(fā)明效果
本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)緊湊，易于拆裝、檢測、維修的水下電動云臺，該云臺傳動系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)適用于各類水下傳動裝備，解決了水下傳動系統(tǒng)維修性和工藝性之間的矛盾問題，其中維修性和工藝性是指，設(shè)備出現(xiàn)故障時維修是否方便，易于操作；工藝性是指設(shè)備的加工是否困難。通過“抽屜式”安裝結(jié)構(gòu)，即說明書附圖，將復雜的安裝操作移出在本體之外完成，大大降低了安裝、維修難度和加工難度，并且最大限度的減少了密封環(huán)節(jié)和內(nèi)部線纜的冗余量，保證了產(chǎn)品外形的整體性，從根本上提高了系統(tǒng)整體的可靠性和效率。與類似使用需求的云臺結(jié)構(gòu)相比，本專利云臺結(jié)構(gòu)更加緊湊，傳動效率更高，外觀整體性更好。該云臺結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于水下電動云臺、水下推進器、水下電動機械手等水下傳動裝備的設(shè)計及研制。
附圖說明
圖1二自由度水下電動云臺裝配圖
附圖標記說明：1—軸承端蓋；2—關(guān)節(jié)軸承；3—左耳；4—密封端蓋；5—O形密封圈；6—控制電路板；7—水密接插件；8—本體；9—減速電機；10—安裝板；11—接近塊；12—卡箍；13—彈性管聯(lián)軸器；14—深溝球軸承；15—水平支架；16—水平軸；17—右耳；18—限位開關(guān)；19—立軸；20—角接觸球軸承；21—底座；22—豎直支架。
本裝置的工作過程為，當本云臺安裝攝像機及光源用作水下拍攝時，其工作過程如下：當需要跟拍水平方向移動的物體時，水下云臺的豎直軸進行轉(zhuǎn)動；當需要跟拍豎直方向上運動物體時，水下云臺的水平軸進行轉(zhuǎn)動；當需要跟拍空間中三維運動的物體時，需要豎直軸和水平軸聯(lián)合轉(zhuǎn)動
下面結(jié)合具體實施實例，對本發(fā)明技術(shù)方案進一步說明。
1、本專利結(jié)構(gòu)設(shè)計概況：本專利的結(jié)構(gòu)主要分成以下部分，底座、本體、水平軸、水平支架、彈性管聯(lián)軸器、深溝球軸承、滑動軸承、行星減速電機、角接觸球軸承、卡箍、接近塊、密封端蓋、安裝板、立軸、豎直支架、O形圈、限位開關(guān)、水密接插件、控制電路組成。
圖1為二自由度水下電動云臺裝配圖，云臺具有水平軸和立軸兩個旋轉(zhuǎn)自由度，各軸的傳動部分和限位開關(guān)以水平/豎直支架為安裝基礎(chǔ)。深溝球軸承、水平軸、O形圈安裝在水平支架溝槽內(nèi)，彈性管聯(lián)軸器連接行星減速電機和水平軸，接近塊通過卡箍環(huán)套在彈性管聯(lián)軸器上，限位開關(guān)安裝在水平支架對應(yīng)的安裝槽內(nèi)，接收接近塊的觸發(fā)信號。完成了水平傳動部分安裝后，將整個水平支架安裝到本體安裝孔中，將右耳安裝在水平軸伸出段上。將控制電路板安裝在密封端蓋內(nèi)側(cè)安裝槽內(nèi)，通過螺釘將密封端蓋與本體固連。左耳通過安裝在本體伸出軸上的滑動軸承支撐，最后將安裝板與左、右耳連接。
角接觸球軸承、立軸、O形密封圈安裝在豎直支架溝槽內(nèi)，彈性管聯(lián)軸器連接行星減速電機和水平軸，接近塊通過卡箍環(huán)套在彈性管聯(lián)軸器上，限位開關(guān)安裝在水平支架對應(yīng)的安裝槽內(nèi)，接收接近塊的觸發(fā)信號。完成了豎直傳動部分安裝后，將整個豎直支架安裝到本體安裝孔中。將豎直軸與底座固連，通過與本體固連的減速電機帶動本體旋轉(zhuǎn)。
②安裝支架的設(shè)計
為安裝支架結(jié)構(gòu)圖，ΦA(chǔ)為支架安裝軸外徑并且是O形密封圈的安裝軸，ΦB是旋轉(zhuǎn)軸安裝孔，ΦC是角接觸球軸承安裝孔，要求該孔與旋轉(zhuǎn)軸安裝孔同軸。ΦD是減速器與安裝支架的配合孔，為了保證減速器輸出軸與旋轉(zhuǎn)軸同軸要求該配合孔與ΦC安裝孔同軸。在保證強度和剛度的基礎(chǔ)上，安裝支架做了切邊、挖槽等減重設(shè)計，且方便了零件裝配。
“抽屜式”結(jié)構(gòu)以水平支架15/豎直支架22為基礎(chǔ)，深溝球軸承14/角接觸球軸承20支撐水平軸16/立軸19，彈性管聯(lián)軸器13連接減速電機9和水平軸/立軸。接近塊11通過卡箍12套裝在彈性管聯(lián)軸器上，隨水平軸/立軸旋轉(zhuǎn)，觸發(fā)限位開關(guān)18產(chǎn)生觸發(fā)信號。關(guān)節(jié)軸承2通過軸承端蓋1固定在左耳3的軸承孔中?？刂齐娐钒?通過螺釘固定在密封端蓋4內(nèi)側(cè)的安裝槽內(nèi)，O形密封圈5裝入其溝槽中，密封端蓋的伸出軸段插入到左耳內(nèi)的關(guān)節(jié)軸承孔中，端部螺釘緊固，然后將密封端蓋安裝到本體8左側(cè)安裝孔中?？刂齐娐钒遄饔檬桥c主控裝置進行通信，上傳控制傳感信息，接收控制指令完成各電機的調(diào)速及定位控制。該電路板與密封端蓋4有連接關(guān)系，控制電路板通過螺釘安裝在密封端蓋4上。左耳右耳為板狀件，右耳17在水平軸伸出段，右耳17上的“D”形孔與水平軸16右端的“D”型軸伸小間隙配合連接，通過螺釘緊固方式對右耳進行軸向固定，安裝板10通過螺釘與左、右耳固定。立軸伸出段插入底座21對應(yīng)的安裝孔中，伸出端與安裝孔小間隙配合，通過螺釘與底座緊固。水密接插件7在安裝密封端蓋之前，安裝到本體上對應(yīng)安裝孔中。水密接插件7為現(xiàn)有部件，其連接水密線纜，與水密線纜實現(xiàn)可靠的密封連接，傳遞控制信號和供電，水密線纜通過水密接插件與云臺密封連接，并且傳遞信號與供電。
軸承起支撐作用，通過過渡配合與其他部件連接。限位開關(guān)的觸發(fā)距離為0～3mm，因此接近塊距離開關(guān)的距離在此范圍內(nèi)即可；接近塊材料為電磁純鐵，具有較高的感磁性，能夠給限位開關(guān)產(chǎn)生觸發(fā)信號。關(guān)節(jié)軸承通過小間隙配合套裝在左耳上的安裝孔中，然后插入到密封端蓋4的軸伸上，通軸承端蓋1對關(guān)節(jié)軸承外圈進行定位，軸承端蓋通過螺釘進行緊固。
本發(fā)明設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)緊湊，易于拆裝、檢測、維修的水下電動云臺，該云臺傳動系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)適用于各類水下傳動裝備，解決了水下傳動系統(tǒng)維修性和工藝性之間的矛盾問題。通過“抽屜式”安裝結(jié)構(gòu)，將復雜的安裝操作移出在本體之外完成，大大降低了安裝、維修難度和加工難度，并且最大限度的減少了密封環(huán)節(jié)和內(nèi)部線纜的冗余量，保證了產(chǎn)品外形的整體性，從根本上提高了系統(tǒng)整體的可靠性和效率。與類似使用需求的云臺結(jié)構(gòu)相比，本專利云臺結(jié)構(gòu)更加緊湊，傳動效率更高，外觀整體性更好。該云臺結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于水下電動云臺、水下推進器、水下電動機械手等水下傳動裝備的設(shè)計及研制。
其中，減速電機9選用38GX3865R-3000行星減速電機，限位開關(guān)18選用E2E-C06S02-WC-B1-2M接近式傳感器。本云臺可以輸出5.8N·m轉(zhuǎn)矩，立軸可實現(xiàn)-90°～90的轉(zhuǎn)動，俯仰軸可實現(xiàn)-90°～90°轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動速度：15°/s(2.5rpm)。本發(fā)明在試驗室環(huán)境下得到了測試驗證，取得了良好的效果。