本发明属于自主水下机器人精确航行控制领域，具体地说是一种uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置及测试方法。
背景技术：
随着海洋信息技术的不断发展，对自主水下机器人(以下简称uuv)具备精确的航行控制技提出更高的要求，能够在低速模式下实现航行过程中航向偏差小、转弯半径小，定高、定深控制性能好、定点悬停控制精确等。传统的uuv多采用“主推 舵”的驱动方式，但这适用中高速的航行控制，对此，研究人员提出将矢量推进器应用到uuv的运动控制中，但矢量推进器的成本较高、对uuv系统的改动量大，不便于模块化设计。为了实现uuv精确航行控制，将槽道推进器应用到uuv的运动控制中，在uuv系统中安装水平槽道推进器和垂直槽道推进器，以实现水平面和垂直面的精确控制。
槽道推进器的推力性能直接影响到uuv在水下的精确控制效果，对uuv的航行控制能力影响较大，了解槽道推进器的综合性能，进一步提高uuv的航行控制精度，为uuv更高精确的航行控制夯实基础。因此，急需一种槽道推进器的推力性能检测装置及方法。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置及测试方法，以了解槽道推进器的综合性能，进一步提高uuv的航行控制精度，为uuv更高精确的航行控制夯实基础。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置，包括刚性桁架、槽道推进器、推进器安装架、摆杆机构、推力检测装置及控制系统，其中刚性桁架与外部固定物连接，所述推进器安装架设置于所述刚性桁架的下方、且通过摆杆机构与所述刚性桁架铰接，所述槽道推进器设置于所述推进器安装架内、且前端设有推力块，所述推力检测装置与所述刚性桁架连接、且检测端与所述推力块相对应，所述推力检测装置和所述槽道推进器均与控制系统连接，所述推力检测装置用于检测所述槽道推进器在不同转速下的推力值。
所述推力检测装置包括传感器安装梁和压力传感器，其中传感器安装梁的上端与所述刚性桁架连接，下端与所述压力传感器连接，所述压力传感器与所述控制系统连接。
所述摆杆机构包括前摆杆、后摆杆及连接板，所述前摆杆和后摆杆前后设置、且相互平行，所述前摆杆和后摆杆的上、下端通过铰链分别与所述刚性桁架和所述连接板转动连接，所述推进器安装架安装在所述连接板的下方。
所述铰链安装在所述刚性桁架和所述连接板上，所述铰链内设有自润滑轴承，所述前摆杆和所述后摆杆的端部通过回转销轴与所述铰链内部的自润滑轴承连接。
所述推进器安装架的前、后端分别连接有前导管和后导管。
所述后导管为可拆卸的分段式结构。
所述控制系统包括岸基控制计算机和推进器控制器，其中岸基控制计算机通过水密电缆与所述推力检测装置连接，所述推进器控制器通过水密电缆与所述槽道推进器连接。
一种利用所述的uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置进行推力测试的方法，通过槽道推进器驱动其后部的螺旋桨转动，螺旋桨与水作用产生推力，推动摆杆机构运动，摆杆机构的推力块作用于压力传感器上，通过岸基控制计算机记录数据，拟合出关系曲线，得出槽道推进器不同转速下的正反转的推力值。
所述摆杆机构初始状态时，前摆杆和后摆杆处于垂直状态。
所述槽道推进器的后端可安装不同规格的后导管，以测试出不同导管长度对应槽道推进器不同转速下的正反转的推力关系。
本发明具有以下有益效果及优点：
1、本发明的uuv槽道推进器正反转静态推力的测试装置及测试方法可以测试出槽道推进器的不同转速下的正反转推力值，槽道推进器在不同输入电压值时的转速与推力关系，槽道推进器输入电压与正反转推力的相应关系。进而获取槽道推进器控制值与正反转推力关系曲线，为解决槽道推进器正转与反转推力差值过大提供参考和依据。
2、本发明的uuv槽道推进器正反转静态推力的测试装置及测试方法可以测量导管的长度与正反转推力的关系，拟合推力与导管长度的关系曲线，进而获得槽道推进器的最大控制能力，为uuv精确控制打下坚实的理论基础。
3、本发明的uuv槽道推进器正反转静态推力的测试装置及测试方法还可测试模拟槽道推进器在不同航速下uuv动态行进时相应转速下的推力，为今后航行体控制参数和控制值调整提供参考和依据。
4、本发明的uuv槽道推进器正反转静态推力的测试装置结构简单、成本低廉、可靠性高、通用性强。
附图说明
图1为本发明测试装置的整体结构示意图；
图2为本发明中摆杆机构的示意图；
图3为本发明中铰链的结构示意图；
图4为本发明推力测试装置的结构示意图；
图5为本发明测试原理示意图。
其中：1为刚性桁架，2为前摆杆，3为回转销轴，4为传感器安装梁，5为压力传感器，6为推力块，7为槽道推进器，8为前导管，9为推进器安装架，10为后导管，11为连接板，12为铰链，13为自润滑轴承，14为后摆杆，15为推力检测装置，16为试验水池钢梁，17为岸基控制计算机，18为推进器控制器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置，包括刚性桁架1、槽道推进器7、推进器安装架9、摆杆机构、推力检测装置15及控制系统，其中刚性桁架1与外部固定物连接，推进器安装架9设置于刚性桁架1的下方、且通过摆杆机构与刚性桁架1铰接，槽道推进器7设置于推进器安装架9内、且前端设有推力块6，推力检测装置15与刚性桁架1连接、且检测端与推力块6相对应，推力检测装置15和槽道推进器7均与控制系统连接，推力检测装置15用于检测槽道推进器7在不同转速下的推力值。
如图4所示，推力检测装置15包括传感器安装梁4和压力传感器5，其中传感器安装梁4的上端与刚性桁架1连接，下端与压力传感器5连接，压力传感器5与推力块6相对应。
控制系统设置于水上，包括岸基控制计算机17和推进器控制器18，其中岸基控制计算机17通过水密电缆与推力检测装置15中的压力传感器5连接，推进器控制器18通过水密电缆与槽道推进器7连接。
如图2所示，摆杆机构包括前摆杆2、后摆杆14及连接板11，前摆杆2和后摆杆14前后设置、且相互平行，前摆杆2和后摆杆14的上、下端通过铰链12分别与刚性桁架1和连接板11转动连接，推进器安装架9安装在连接板11的下方，推力块6的上端与连接板11连接，连接可靠，稳定性好。
如图3所示，铰链12安装在刚性桁架1和连接板11上，铰链12内设有自润滑轴承13，前摆杆2和后摆杆14的端部通过回转销轴3与铰链12内部的自润滑轴承13连接。摆杆机构安装后，铰链12与回转销轴3之间的摩擦系数小，摆动灵活，实现对槽道推进器7的推力测试。
推进器安装架9的前、后端分别连接有前导管8和后导管10，后导管10为可拆卸的分段式结构。
一种利用uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置进行推力测试的方法，通过槽道推进器7驱动其后部的螺旋桨转动，螺旋桨与水作用产生推力，推动摆杆机构运动，摆杆机构的推力块6作用于压力传感器5上，通过岸基控制计算机18记录数据，拟合出关系曲线，得出槽道推进器7不同转速下的正反转的推力值。
摆杆机构初始状态时，前摆杆2和后摆杆14处于垂直状态。槽道推进器7的后端可安装不同规格的后导管10，以测试出不同导管长度对应槽道推进器7不同转速下的正反转的推力关系。
本发明的工作原理为：
本发明的实施例中，刚性桁架1与试验水池的钢梁16连接在一起，压力传感器5与岸基控制计算机17硬件连接，槽道推进器7与推进器控制器18硬件连接，如图5所示。槽道推进器推力测试装置安装好后，通过岸基操作人员的控制，摆杆机构处于垂直状态，调节槽道推进器7的转速，槽道推进器7上电工作后，螺旋桨与水作用产生推力，在水动力的作用下，推动摆杆机构运动，摆杆机构的推力块6作用于压力传感器5上，通过岸基控制计算机18记录数据，拟合出关系曲线，得出槽道推进器7不同转速下的推力值，道推进器控制器18在不同输入电压时的转速与推力；推进器控制器18输入电压与推力的相应关系。测试装置还可以测试后导管10的长度与推力的关系，后导管10有四种长度规格，分别安装在槽道推进器推力测试装置上，通过上述测试方法，可以测试出不同导管长度对应槽道推进器7正反转的推力关系。
本发明提供了uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置及测试方法，槽道推进器不同转速与正反转推力关系，槽道推进器输入电压与推力的相应关系，还测量导管的长度与推力的关系；通过槽道推进器推力测试，获取槽道推进器的正转、反转推力与转速、输入电压值、导管长度的关系，拟合出了曲线和函数，为控制推进器的参数修改提供了理论基础，为今后航行参数和控制策略的调整提供参考和修改依据，最终实现uuv系统的精确航行控制。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
1.一种uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置，其特征在于，包括刚性桁架(1)、槽道推进器(7)、推进器安装架(9)、摆杆机构、推力检测装置(15)及控制系统，其中刚性桁架(1)与外部固定物连接，所述推进器安装架(9)设置于所述刚性桁架(1)的下方、且通过摆杆机构与所述刚性桁架(1)铰接，所述槽道推进器(7)设置于所述推进器安装架(9)内、且前端设有推力块(6)，所述推力检测装置(15)与所述刚性桁架(1)连接、且检测端与所述推力块(6)相对应，所述推力检测装置(15)和所述槽道推进器(7)均与控制系统连接，所述推力检测装置(15)用于检测所述槽道推进器(7)在不同转速下的推力值。
2.根据权利要求1所述的uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置，其特征在于，所述推力检测装置(15)包括传感器安装梁(4)和压力传感器(5)，其中传感器安装梁(4)的上端与所述刚性桁架(1)连接，下端与所述压力传感器(5)连接，所述压力传感器(5)与所述控制系统连接。
3.根据权利要求1所述的uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置，其特征在于，所述摆杆机构包括前摆杆(2)、后摆杆(14)及连接板(11)，所述前摆杆(2)和后摆杆(14)前后设置、且相互平行，所述前摆杆(2)和后摆杆(14)的上、下端通过铰链(12)分别与所述刚性桁架(1)和所述连接板(11)转动连接，所述推进器安装架(9)安装在所述连接板(11)的下方。
4.根据权利要求3所述的uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置，其特征在于，所述铰链(12)安装在所述刚性桁架(1)和所述连接板(11)上，所述铰链(12)内设有自润滑轴承(13)，所述前摆杆(2)和所述后摆杆(14)的端部通过回转销轴(3)与所述铰链(12)内部的自润滑轴承(13)连接。
5.根据权利要求1所述的uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置，其特征在于，所述推进器安装架(9)的前、后端分别连接有前导管(8)和后导管(10)。
6.根据权利要求5所述的uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置，其特征在于，所述后导管(10)为可拆卸的分段式结构。
7.根据权利要求1所述的uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置，其特征在于，所述控制系统包括岸基控制计算机(17)和推进器控制器(18)，其中岸基控制计算机(17)通过水密电缆与所述推力检测装置(15)连接，所述推进器控制器(18)通过水密电缆与所述槽道推进器(7)连接。
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的uuv槽道推进器正反转推力的静态测试装置进行推力测试的方法，其特征在于，通过槽道推进器(7)驱动其后部的螺旋桨转动，螺旋桨与水作用产生推力，推动摆杆机构运动，摆杆机构的推力块(6)作用于压力传感器(5)上，通过岸基控制计算机(18)记录数据，拟合出关系曲线，得出槽道推进器(7)不同转速下的正反转的推力值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述摆杆机构初始状态时，前摆杆(2)和后摆杆(14)处于垂直状态。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述槽道推进器(7)的后端可安装不同规格的后导管(10)，以测试出不同导管长度对应槽道推进器(7)不同转速下的正反转的推力关系。
技术总结