[发明专利]一种栈式装配结构的水下机器人电子舱

摘要

本发明属于水下机器人领域，特别是涉及一种适用于微小型水下机器人的栈式装配结构的水下机器人电子舱。栈式装配结构的水下机器人电子舱，由承压壳体组件、电子固定架、电子模块组件三部分组成，承压壳体安装在水下机器人上，内部加工有突台；电子固定架采用不锈钢螺杆、螺母、弹簧垫片将圆形电木板进行固定的方式构成，不锈钢螺杆在前端面板外部有突出，用于与承压壳体内部突台进行端面固定；多个电子模块在电子固定架上采用栈式装配结构，模块电路板法向与承压壳体轴向平行，其中的推进器电机驱动器采用模块化结构，总线形式电气连接。结构紧凑，空间利用率高。对栈式结构高度的限制小。布线容易。维修更换方便。模块化设计，互换性好。

主权项

一种栈式装配结构的水下机器人电子舱，由承压壳体组件、电子固定架、电子模块组件三部分组成，其特征在于：承压壳体安装在水下机器人上，内部加工有突台；电子固定架采用不锈钢螺杆、螺母、弹簧垫片将圆形电木板进行固定的方式构成，不锈钢螺杆在前端面板外部有突出，用于与承压壳体内部突台进行端面固定；多个电子模块在电子固定架上采用栈式装配结构，模块电路板法向与承压壳体轴向平行，其中的推进器电机驱动器采用模块化结构，总线形式电气连接，通过驱动器自身跳线连接的不同实现对不同推进器的转速控制；所述承压壳体与前密封端盖以及后密封端盖之间进行O型圈端面密封，两个密封端盖上均加工有通孔，用于安装不同型号的水密接插件；所述电子固定架，前端面板和后端面板上均安装有接线端子插座，用于与承压壳体组件的密封端盖上的接线端子插头相连；中间隔板上加工有圆形和方形的通孔，分别用于安装电子模块组件以及电气线路的布局和保护；所述电子模块组件，驱动器转接板、最顶层的电机驱动器板分别通过铜柱与电子固定架的前端面板、第一隔板固定，中间驱动器板依靠栈式结构本身固定；所述电机驱动器板下面有插头端子，用于连接到驱动器转接板或者前一个电机驱动器；驱动器板下面有插座端子，用于为下一块电机驱动器提供安装位置；所述电子模块组件，电机驱动器板与驱动器转接板通过栈式结构进行总线式电气连接，驱动器转接板通过排线与核心单元进行总线式连接；核心控制单元由PC104标准CPU模块及其扩展模块通过PC104总线连接而成，其中，PC104标准CPU模块(26)用于执行高速运算以及存储数据，串口扩展模块(27)为PC104扩展出4个串口通讯通道，PC104电源模块(28)为核心控制单元供电，ADT800扩展模块(29)用于产生数字I/O信号、读取以及输出模拟电压量，PWM扩展模块用于产生PWM信号；核心控制单元通过第一到第六电机驱动器(31至36)分别控制各个推进器的转速，从而达到控制水下机器人运动的目的；无线通讯模块(25)用于实现水下机器人下位机系统与上位机控制台的无线通讯；继电器模块(24)作为各传感器以及驱动器的供电开关，实现按需求供电，有利于节省电池电量；电源管理模块(23)用于将统一的锂电池组电压转换为各个传感器所需要的不同的电压值，从而为传感器供电；信号采集与转换模块(22)，将各传感器信号按需要进行转换后传送给核心控制单元；漏水检测模块(21)对电子舱的健康状态进行监测；电机驱动器的电源接线端子连接锂电池组，电机接线端子连接推进器，PWM接线端子用于接收PWM扩展模块(30)产生的PWM信号从而调节推进器转速，GND接线端子实现驱动器与核心控制单元的共地，第一旋转方向控制端子(A1)、第二旋转方向控制端子(A2)用于接收ADT800扩展模块(29)产生的数字I/O信号，当第一旋转方向控制端子为高、第二旋转方向控制端子为低时，电机正转；当第二旋转方向控制端子为高、第一旋转方向控制端子为低时，电机返转；当第一旋转方向控制端子、第二旋转方向控制端子均为低时，推进器停转；当第一旋转方向控制端子、第二旋转方向控制端子均为高时，为错误命令，推进器运行状态为前述三种状态中的任意一种；承压壳体(16)与前密封端盖(1)、后密封端盖(19)分别通过螺栓组件(2)、螺栓组件(18)进行连接，通过第一O型圈(38)以及第二O型圈(20)实现端面密封；承压壳体(16)的前端加工有突台，突台上加工有通孔，用于连接电子固定架；前密封端盖(1)、后密封端盖(19)上加工有通孔，用于安装水密接插件；电子固定架结构前端面板(5)、第一间隔板(11)、第二间隔板(14)、后端面板(17)的材料均为电木板，通过螺母和弹簧垫片的组合固定在不锈钢螺杆(7)上，当调整好电木板后，同时旋紧螺母(9，13)，压紧弹簧垫片(10，12)，即可完成电木板的固定；前端面板上安装有接线插座(39)，通过导线(40)与接线插头(41)相连，接线插头(41)用于连接驱动器转接板(37)；第一间隔板(11)、第二间隔板(14)上额外加工有长方形通孔，用于布线；后端面板上设有长方形通孔，用于安装相应的接线插座；电子固定架前端突出的螺杆与承压壳体(16)的内部突台通过螺母(3)、弹簧垫片(4)进行连接；驱动器转接板(37)通过铜柱(9)安装到前端面板(5)上，第六电机驱动器(36)安装到驱动器转接板(37)上，第五电机驱动器(35)安装到第六电机驱动器(36)上，依次类推，直至第一电机驱动器(31)，然后第一电机驱动器(31)通过铜柱与第一间隔板固定；驱动器转接板结构左右两边与电路板平行的接线插座分别作为电池组电压的输入以及推进器供电电压的输出，与前端面板(5)上的接线插头(41)相连；驱动器转接板前端的插针，用于连接控制信号总线；左右两边与电路板垂直的接线插座以及前端的插孔，用于安装连接电机驱动器；电机驱动器模块电路板下面的插头部分连接到驱动器转接板或者前一个电机驱动器，电路板上面的插座部分用于为下一块电机驱动器提供安装位置；其中，P1至P12通过驱动器转接板(37)与ADT800扩展模块(30)的数字I/O相连，P13至P18通过驱动器转接板(37)与PWM扩展模块(29)相连，P19和P20通过驱动器转接板(37)与PWM扩展模块(29)共地，P21至P26与锂电池组的正电位相连，P27至P32与锂电池组的地电位相连，P33至P38与电机一端相连，P39至P44与电机另一端相连；S1至S44与P1至P44相对应，对S的短接，即把相应P的接入电路板；S1、S7、S13、S21、S27、S33、S39短接，则P1、P7为转向控制信号A1、A2，P13为PWM调速信号，P21、P27分别为锂电池组的正电位、地电位，P33、P39连接电机的两端；改变短接位置，即可完成对不同推进器转速的控制。