一种可自适应匹配量程的水下推进器测量系统的制作方法

1.本发明涉及水下测量设备技术领域，更具体地说，涉及一种可自适应匹配量程的水下推进器测量系统。


背景技术：

2.作为电动船的主要动力系统，推进器的规格与性能是决定船舶性能的关键一环。随着船舶自动化和无人化的迅速发展，自动驾驶算法对推进器推力的精确控制提出了更高要求，针对各种推进器的推力精度改良进行了大量的研发工作。
3.专利号为：cn201911181392.5，名为“一种有缆水下机器人推进器1综合性能测试平台及测试方法”，提出了一种自动调节测力量程的方案，然而其只能测量推进器的单向推力，如需测量反方向推力，需要手动装卸推进器，此外，通过改变力臂长度改变量程的方案，推进器可能出现高出水面的情况，需要人工调节水面高度，操作不便，测量成本较高。


技术实现要素：

4.本发明提供一种可自适应匹配量程的水下推进器测量系统，通过改变杠杆支点高度实现在不更换推拉力计且无需人为调整的情况下，自适应匹配测量量程，满足正反向推力的测量需求，提升了推进器的测量精度和测量范围，提升测量的便捷性，降低测量成本。
5.本发明提供一种可自适应匹配量程的水下推进器测量系统，包括推进器、杠杆组件和用以连接所述推进器与所述杠杆组件的适配器；还包括测力计组件和自驱式支点调节组件，所述杠杆组件中部设有高度调节槽且位于所述高度调节槽的上部设有槽口，所述自驱式支点调节组件连接于所述高度调节槽，所述自驱式支点调节组件通过自驱方式能够沿所述高度调节槽调节支点位置，所述测力计组件通过所述槽口连接所述杠杆组件。
6.优选的，所述杠杆组件的下部设有用以调节所述适配器连接位置的调节孔位。
7.优选的，所述自驱式支点调节组件包括抬升装置和锁定装置；所述抬升装置设有升降电机、螺杆、升降导轨、升降平台和杠杆轴，所述升降电机的驱动端连接所述螺杆，所述螺杆上安装升降平台，所述升降平台的端部连接杠杆套筒，所述杠杆套筒通过所述杠杆轴与所述高度调节槽转动连接，以实现杠杆支点的上下移动；所述锁定装置安装于锁定支点与所述杠杆组件的相对位置。
8.优选的，所述锁定装置包括设有平面的锁定轮，安装于所述锁定轮中心的锁定轮轴和驱动所述锁定轮旋转的锁定电机，所述锁定电机驱动所述锁定轮旋转以使所述锁定轮的外周面顶紧所述杠杆组件实现锁紧所述杠杆套筒与所述杠杆组件，或者以使所述锁定轮的平面避让所述杠杆组件实现所述杠杆套筒与所述杠杆组件解锁。
9.优选的，所述测力计组件包括推拉力计安装架、安装于所述推拉力计安装架上的推拉力计、固定安装于所述推拉力计安装架的小车轨道和能够沿所述小车轨道移动的滑动小车，所述滑动小车通过连接轴与所述槽口连接。
10.优选的，所述推拉力计安装架包括安装平台、支撑于所述安装平台底部的四个倾
斜支脚、由所述安装平台的前端面朝向所述滑动小车向前凸伸形成的两个连接杆，两个所述连接杆通过锁紧件连接所述小车轨道。
11.优选的，所述滑动小车的驱动轴安装滚珠轴承，通过所述滚珠轴承与所述小车轨道配合，以便降低摩擦阻力。
12.优选的，所述高度调节槽、所述槽口以及所述调节孔位均沿所述杠杆组件的中心线对称布置。
13.优选的，所述推进器、所述测力计组件和所述自驱式支点调节组件通讯连接上位机。
14.优选的，所述锁定轮为橡胶轮或者外周面包覆橡胶套的转轮。
15.本发明所提供的可自适应匹配量程的水下推进器测量系统，采用杠杆原理将推进器推力由杠杆组件传递至测力计组件测量推进器推力，并且能够通过改变杠杆组件的支点高度在不更换推拉力计的情况下改变测力量程，并且无需更换大量程的推力计也可以测量推力范围较大的推进器，实现正反向推力的测量，有效地提高了水下机器人推进器推力的测量精度，提升了测量的便捷性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
17.图1为本发明所提供的可自适应匹配量程的水下推进器测量系统的侧视图；
18.图2为本发明所提供的可自适应匹配量程的水下推进器测量系统的剖视图；
19.图3为图1中的锁定装置的剖视图；
20.图4为图1中的测力计组件的剖视图；
21.图5为图1中的推进器在11.5v电压下的推力与pwm信号之间的关系及拟合曲线；
22.图6为图1中的推进器在12v电压下的推力与pwm信号之间的关系及拟合曲线；
23.图7为图1中的推进器在12.5v电压下的推力与pwm信号之间的关系及拟合曲线；
24.其中，1-推进器、2-适配器、3-杠杆组件、4-升降电机、5-螺杆、6-升降导轨、7-升降平台、8-杠杆轴、9-杠杆套筒、10-锁定轮、11-锁定轮轴、12-锁定电机、13-推拉力计安装架、14-推拉力计、15-小车轨道、16-滑动小车、17-连接轴；
25.31-高度调节槽、32-槽口。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
28.参考图1和图2，图1为本发明所提供的可自适应匹配量程的水下推进器测量系统的侧视图；图2为本发明所提供的可自适应匹配量程的水下推进器测量系统的剖视图。
29.本发明提供一种可自适应匹配量程的水下推进器测量系统，主要包括推进器1、适配器2、杠杆组件3、自驱式支点调节组件和测力计组件。
30.杠杆组件3的下部连接适配器2，适配器2连接被测推进器1，杠杆组件3的中部开设有高度调节槽31，杠杆组件3上位于高度调节槽31的上部设有槽口32，自驱式支点调节组件连接于高度调节槽31，自驱式支点调节组件通过自驱方式沿高度调节槽31调节支点位置，位置调整后进行锁固，并保持在设定高度，测力计组件通过槽口32连接杠杆组件3。
31.测量前，根据测力计组件量程以及推进器1预计推力大小估算出自驱式支点调节组件与高度调节槽31连接的支点位置并进行固定，在锁定的同时将杠杆组件3上抬，使杠杆组件3上部槽口32的上端面与测力计组件分离，因而使得杠杆组件3能够在小范围内自由摆动，记录此时测力计组件读数。
32.当推拉力计14读数即将超过量程时，该平台将自动下调杠杆轴8高度，其步骤为：自驱式支点调节组件解锁，杠杆组件3下滑至上部槽口32上端面与测力计组件相连接，自驱式支点调节组件自驱动向下移动，移动至设定高度后，锁定并抬升杠杆组件3，准备进行下一次测量。
33.本技术的核心在于，通过杠杆原理将推进器1推力由杠杆组件3传递至测力计组件测量推进器1推力，并且能够通过改变杠杆支点高度实现在不更换测力计组件的情况下改变测力量程，测力计组件通过杠杆组件3可以实现反方向推力的测量。
34.本技术中的杠杆组件3具体为呈板条状的杠杆本体，杠杆本体沿竖向长度方向开设高度调节槽31，高度调节槽31的下部设有调节孔位，通过调节孔位调节适配器2连接位置，满足适配器2的安装需求，与此同时可以适配各类型适配器2，高度调节槽31的上部设有槽口32。优选的，高度调节槽31、槽口32以及调节孔位均沿杠杆组件3的中心线对称布置。
35.在一种具体实施例中，自驱式支点调节组件包括抬升装置和锁定装置。其中，抬升装置设有升降电机4、螺杆5、升降导轨6、升降平台7和杠杆轴8，升降电机4的驱动端连接螺杆5，螺杆5上安装升降平台7，升降平台7的端部连接杠杆套筒9，杠杆套筒9通过杠杆轴8与高度调节槽31转动连接，以实现杠杆支点的上下移动，锁定装置安装于锁定支点与杠杆的相对位置。
36.升降电机4通过电机支架及螺栓等紧固件固定在侧部框架上，升降电机4的输出端连接螺杆5，螺杆5的底部螺纹连接底部支架并通过底部支架固定在侧部框架上。此外，螺杆5上安装升降平台7，升降平台7的中部套装升降导轨6，升降平台7在升降导轨6上滑动。升降平台7的端部通过紧固件固定连接杠杆套筒9。杠杆套筒9套装在杠杆本体上，并通过内部的滑道与杠杆本体的配合沿杠杆上下滑动。杠杆套筒9通过杠杆轴8与杠杆本体相连接，并可以杠杆轴8为轴心自由转动。此外，杠杆套筒9的侧端安装平台上固定安装锁定装置，该锁定装置可以采用机械式直线驱动或者旋转驱动方向固定杠杆套筒9与杠杆本体之间的位置，升降电机4通过螺杆5控制，锁定装置将升降平台7移动并保持在设定高度，在杠杆轴8高度移动后锁定杠杆本体与杠杆套筒9之间的相对位置。
37.在本实施例中，通过升降电机4与螺杆5抬升或降低升降平台7，升降平台7通过杠杆轴8与杠杆本体中部的高度调节槽31连接，实现杠杆支点的上下移动调节，锁定装置在支
点移动完成后锁定支点与杠杆本体的相对位置。
38.参照图3，锁定装置安装在杠杆套筒9的侧面，用于锁定杠杆与杠杆套筒9的相对位置。具体地，锁定装置包括设有平面的锁定轮10，安装于锁定轮10中心的锁定轮轴11和驱动锁定轮10旋转的锁定电机12，锁定电机12驱动锁定轮10旋转以使锁定轮10的外周面顶紧杠杆组件3实现锁紧杠杆套筒9与杠杆组件3，或者以使锁定轮10的平面避让杠杆组件3实现杠杆套筒9与杠杆组件3解锁。
39.换言之，锁定装置由锁定轮10、锁定轮轴11和锁定电机12组成。锁定轮10为带有平面的圆柱体，在锁定电机12的带动下可绕锁定轮轴11旋转。在图3所示状态下，锁定轮10平面正对杠杆本体，此时杠杆套筒9可沿杠杆本体自由上下滑动。当锁定轮10转动至一定角度时，锁定轮10圆周部分与杠杆本体的表面相接触，锁定轮10被压缩，使杠杆套筒9与杠杆本体之间的相对滑动被锁紧，此时升降平台7位置已固定，锁定轮10继续转动一定角度，迫使杠杆本体向上移动，使得杠杆本体上端的槽口32与测力计组件相分离，杠杆本体可以以杠杆轴8为轴心自由小幅度转动。
40.锁定轮10应由具有一定的弹性且表面摩擦系数较高的材料制成，例如锁定轮10采用橡胶材料制成，或者为外周面包覆橡胶套的转轮。
41.参考图4，图4为图1中的测力计组件的剖视图。
42.测力计组件包括推拉力计安装架13、推拉力计14、小车轨道15和滑动小车16，推拉力计14安装于推拉力计安装架13上，小车轨道15固定安装于推拉力计安装架13，滑动小车16能够沿小车轨道15移动，滑动小车16通过连接轴17与杠杆组件3上端槽口32连接。
43.推拉力计安装架13包括安装平台、支撑于安装平台底部的四个倾斜支脚以及由安装平台的前端面朝向滑动小车16向前凸伸形成的两个连接杆，两个连接杆通过锁紧件连接小车轨道15的外侧壁。推拉力计安装架13可以为一体成型，以保证安装强度，也可以为可拆卸连接。
44.为了降低滑动小车16的运动阻力，可以在滑动小车16的驱动轮上安装滚珠轴承，通过滚珠轴承与小车轨道15接触平面配合，以降低水平移动的摩擦阻力。
45.本技术中的推进器1、测力计组件和自驱式支点调节组件均可以通讯连接上位机，全过程可以通过电脑控制自动完成，实现自适应匹配量程及全自动测量。
46.本技术中的可自适应匹配量程的水下推进器测量系统的工作流程如下：
47.步骤一、锁定装置解锁，杠杆本体下滑至上部槽口32上端面与滑动小车16的连接轴17接触，将推进器1通过适配器2连接至杠杆下端，并调节适配器2使杠杆本体保持竖直；
48.步骤二、安装推拉力计14，并使得传感器头与滑动小车16上连杆相连接；
49.步骤三、根据推拉力计14量程与推进器1预计推力大小估算出杠杆轴8高度并调节至该高度；锁定装置锁定杠杆本体与杠杆轴8的相对位置，并在锁定同时将杠杆本体上抬，使杠杆本体上部槽口32上端面与滑动小车16的连接轴17分离，由此使得杠杆本体能够在小范围内自由摆动；
50.步骤四、记录此时推拉力计14读数，记为误差δf；
51.步骤五、若推拉力计14读数即将超过量程，该升降平台7将自动下调杠杆轴8高度，进行如下步骤调节：锁定装置解锁，杠杆本体下滑至上部槽口32上端面与连接轴17接触，升降平台7由螺杆5驱动向下移动，移动至设定高度后，锁定装置锁定并抬升杠杆本体，准备进
行下一次测量；
52.步骤六、记录推拉力计14读数，并加上误差δf，记为f1，杠杆本体上部的连接轴17与杠杆轴8之间距离记为l1，杠杆轴8与推进器1之间距离记为l2，推拉力计14测得推力记为f1，实际推力记为f2，根据如下公式得出实际推力：
[0053][0054]
步骤七、数据处理：将上述步骤六中得到的推进器1推力f1与上位机给出的推进器1控制指令(pwm信号)通过多项式拟合获得推进器1推力模型。
[0055]
其拟合公式为：
[0056]
p(x)＝p0x0 p1x1…
p
30
x
30
ꢀꢀ
(2)
[0057]
模型得到如图5～图7所示的图形。
[0058]
综上，本发明由推进器1、适配器2、杠杆组件3、测力计组件和自驱式支点调节组件构成。杠杆组件3底端通过适配器2与被测推进器1连接，中部开有槽口32与自驱式支点调节组件连接，顶部开有槽口32与测力计组件连接。测力计组件由推拉力计14与滑动小车16构成，小车由连接轴17与杠杆组件3上端槽口32连接。自驱式支点调节组件的抬升装置通过升降电机4与螺杆5抬升或降低升降平台7，升降平台7通过杠杆轴8与杠杆本体中部槽口32连接，实现杠杆支点的上下移动，锁定装置在支点移动完成后锁定支点与杠杆本体的相对位置。
[0059]
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0060]
以上对本发明所提供的可自适应匹配量程的水下推进器测量系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。