本发明涉及海洋装备与水下机器人，具体涉及一种双轴水下云台及双轴排布方法。
背景技术：
1、双轴水下云台是一种高度专业化的设备，专为水下环境而设计，其核心功能在于能够实现水平和垂直两个方向上的自由旋转。这种自由旋转的设计使其在水下观测、摄影、探测及监测等多个领域具有广泛的应用价值。在水下观测方面，双轴水下云台能够搭载高清摄像机或其他传感器，通过水平和垂直方向的灵活旋转，实现对水下环境的全方位、无死角监测。这不仅提高了观测的效率和准确性，还为科研人员提供了更为丰富、全面的水下环境数据。在水下摄影领域，双轴水下云台同样表现出色。它能够稳定地固定摄像机，并通过精准的旋转控制，捕捉到水下世界的每一个精彩瞬间。无论是拍摄水下生物、海底地貌还是水下文化遗产，双轴水下云台都能为摄影师提供稳定、流畅的拍摄体验。此外，在水下探测和监测方面，双轴水下云台也发挥着重要作用。它能够搭载各种探测仪器，如声呐、水质监测器等，通过旋转运动将探测范围扩大到整个水下空间。这有助于科研人员更全面地了解水下环境状况，为海洋生态保护、水下工程建设等提供有力支持。
2、中国专利cn115789438a公开了一种大深度大负载全角度二轴水下云台，如图10所示，包括俯仰传动机构和横滚传动机构，俯仰传动机构和横滚传动机构均转动安装在具有“t”字形结构内部空间的第一密封外壳内，实现了俯仰传动机构在第一密封外壳内180度的旋转以及横滚传动机构在第一密封外壳内360度的旋转，这种设计在一定程度上满足了特定的操作需求。然而，该设计在实际应用中仍暴露出一些技术上的局限性和缺陷。
3、具体来说，由于俯仰传动机构和横滚传动机构的旋转轴及其延长线在三维空间中相交，这种设计导致了水下云台的整体安装高度受限于“t”字形双轴排布的空间尺寸。换句话说，云台的安装高度是两相交轴空间尺寸的叠加值，即横滚传动机构在旋转轴的轴向尺寸与俯仰传动机构在旋转轴的径向尺寸的累加。这种尺寸上的叠加效应，使得水下云台在一些特定的、空间受限的应用场景中，如水下机器人的挂载、水下小管径管道的扫测等，面临着安装困难的问题。
4、在这些狭窄的使用场景下，云台的安装高度成为了制约其应用的关键因素。由于安装空间有限，云台的尺寸和形状必须严格控制，以确保其能够顺利安装并正常工作。然而，“t”字形设计所带来的高度叠加问题，使得云台在满足旋转需求的同时，难以进一步减小其安装高度，从而限制了云台在这些场景中的应用潜力。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是：提供一种在水下密封效果好且携带方便，便于在狭窄空间安装，模块化设计，便于装配和后期维护且控制精度高的水下云台。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案，一种双轴水下云台，至少包括：
3、外壳，所述外壳内设置有安装腔；
4、第一传动模组，所述第一传动模组安装于所述安装腔内，所述第一传动模组至少包括第一传动轴以及用于驱动所述第一传动轴旋转运动的第一驱动机构；
5、第二传动模组，所述第二传动模组安装于所述安装腔内，所述第二传动模组至少包括与所述第一传动轴呈异面交叉设置的第二传动轴以及用于驱动所述第二传动轴旋转运动的第二驱动机构；
6、所述第一传动轴与第二传动轴的旋转中心轴之间的距离小于所述第一传动轴的轴向尺寸，且小于所述第二传动轴的轴向尺寸。
7、一种优选的实施例，所述第一传动轴的旋转中心轴与所述第二传动轴的旋转中心轴呈垂直或近似垂直设置。
8、一种优选的实施例，所述第一传动模组还包括2个分别与所述第一传动轴的两端位置相适配的端盖模组一，所述端盖模组一至少包括与所述外壳水密连接的端盖基座一以及与所述第一传动轴的输出端相连接的法兰一，所述第一驱动机构用于驱动所述第一传动轴绕着自身轴线旋转，从而带动2个所述法兰一同步旋转运动。
9、一种优选的实施例，所述第二传动模组还包括与所述第二传动轴的一端位置相适配的端盖模组二，所述端盖模组二至少包括与所述外壳水密连接的端盖基座二以及与所述第二传动轴的输出端相连接的法兰二，所述第二驱动机构用于驱动所述第二传动轴绕着自身轴线旋转，从而带动所述法兰二旋转运动。
10、一种优选的实施例，所述端盖模组一还包括与所述端盖基座一旋转连接的第一连接轴，所述第一连接轴通过联轴器一与所述第一传动轴的一端连接，另一端与所述法兰一固定连接。
11、一种优选的实施例，所述第一连接轴依次套设有端盖内衬一、外盖一和顶盖一，所述端盖内衬一与所述端盖基座一固定连接，所述外盖一与所述端盖内衬一固定连接，所述顶盖一与所述外盖一固定连接，所述端盖内衬一、外盖一和顶盖一之间设置有若干密封圈。
12、一种优选的实施例，所述端盖内衬一远离所述端盖基座一的一侧向内凹陷形成安装槽一，所述外盖一远离所述端盖内衬一的一侧向内凹陷形成安装槽二，所述密封圈至少包括套设于所述第一连接轴上且位于所述安装槽一内的第一组合密封圈和套设于所述第一连接轴上且位于所述安装槽二内的第二组合密封圈，所述外盖一和所述端盖内衬一之间设置有压紧环，所述外盖一通过所述压紧环将所述第一组合密封圈抵紧于所述安装槽一内，所述顶盖一将所述第二组合密封圈抵紧于所述安装槽二内。
13、一种优选的实施例，所述第一组合密封圈和/或所述第二组合密封圈包括与所述第一连接轴紧连接的内圈以及与所述内圈相适配的外圈。
14、一种优选的实施例，所述端盖模组二与所述端盖模组一的结构相同。
15、一种优选的实施例，所述第一驱动机构的输出端与所述第一传动轴通过涡轮蜗杆传动连接或通过锥齿轮组传动连接，所述第二驱动机构的输出端与所述第二传动轴通过涡轮蜗杆传动连接或通过锥齿轮组传动连接。
16、一种优选的实施例，所述第一传动模组还包括第一蜗杆，所述第一传动轴于中间位置设置有与所述第一蜗杆相适配的第一涡轮，所述第一驱动机构用于驱动所述第一蜗杆旋转，通过所述第一涡轮从而带动所述第一传动轴旋转。
17、一种优选的实施例，所述第一驱动机构包括第一驱动元件，所述第一驱动元件的输出端与所述第一蜗杆通过带传动连接或通过齿轮啮合传动连接或通过链传动连接。
18、一种优选的实施例，所述第一传动模组还包括与所述外壳固定连接的第一安装座，所述第一蜗杆和所述第一传动轴通过所述第一安装座限位安装于所述外壳内，所述第一蜗杆的一端安装有带轮一，所述第一驱动机构还包括用于安装所述第一驱动元件的第一支撑架，所述第一驱动元件通过所述第一支撑架固定安装于所述第一安装座上，且输出端设置有带轮二，所述带轮一与所述带轮二通过同步带一连接。
19、一种优选的实施例，所述第一传动轴套设有接近挡片，所述接近挡片包括与所述第一传动轴外围表面相适配的安装部以及由所述安装部的边缘向外延伸形成的工作部，所述第一传动模组还包括与所述工作部相适配的限位开关和零位开关。
20、一种优选的实施例，所述第一传动模组和/或所述第二传动模组设置有传动轴编码器。
21、本发明还提供一种应用于如上任一所述的双轴水下云台的双轴排布方法，所述第一传动轴与所述第二传动轴的旋转中心轴呈异面交叉设置。
22、本发明的双轴水下云台，与现有技术相比，具有以下有益效果：
23、（1）本发明的双轴水下云台，包括外壳、第一传动模组和第二传动模组，第一传动模组安装于外壳的安装腔内，至少包括第一传动轴以及用于驱动第一传动轴旋转运动的第一驱动机构；第二传动模组安装于外壳的安装腔内，至少包括与第一传动轴呈异面交叉设置的第二传动轴以及用于驱动第二传动轴旋转运动的第二传动机构；第一传动轴与第二传动轴的空间距离小于第一传动轴的轴向尺寸，且小于第二传动轴的轴向尺寸。采用这样的结构设计，避免了第一传动轴与第二传动轴在三维空间中相交，从而解决了传统水下云台因两轴相交而导致的安装高度受限问题，使得水下云台的整体结构更加紧凑，不仅便于携带，还特别适合在狭窄空间内安装和使用。
24、（2）本发明的双轴水下云台，第一传动轴的旋转中心轴与第二传动轴的旋转中心轴呈垂直或近似垂直设置。采用这样的结构设计，一方面确保了第一传动轴与第二传动轴在旋转过程中不会发生机械干涉，即它们的旋转角度不会相互耦合。这意味着，当控制系统对某一传动轴发出旋转指令时，该轴会独立地、不受另一轴影响地完成旋转动作。这样的设计极大地简化了控制系统的复杂度，提高了姿态调整的精确性和响应速度；另一方面，由于两传动轴的旋转独立性，控制系统可以分别针对每个轴制定控制策略，而无需考虑它们之间的相互影响。这不仅降低了控制算法的开发难度，还使得云台在应对复杂水下环境时，能够更加灵活、准确地调整姿态，以满足不同作业需求。
25、（3）本发明的双轴水下云台，第一传动模组还包括2个分别与第一传动轴的两端位置相适配的端盖模组一，端盖模组一至少包括与外壳水密连接的端盖基座一以及与第一传动轴的输出端相连接的法兰一，第一驱动机构用于驱动第一传动轴绕着自身轴线旋转，从而带动2个法兰一同步旋转运动，这样的结构设计，确保水下云台在水下环境中的密封性能，还通过法兰一与第一传动轴的输出端相连接，将旋转动力传递至安装于法兰一上的外部负载。当第一驱动机构启动时，它会驱动第一传动轴旋转，进而带动两个法兰一同步旋转运动，实现云台姿态的调整。第二传动模组还包括与第二传动轴的一端位置相适配的端盖模组二，端盖模组二至少包括与外壳水密连接的端盖基座二以及与第二传动轴的输出端相连接的法兰二，第二驱动机构用于驱动第二传动轴绕着自身轴线旋转，从而带动法兰二旋转运动。第二驱动机构负责驱动第二传动轴绕着自身轴线旋转，而端盖模组二则通过端盖基座二与外壳实现水密连接，并通过法兰二与第二传动轴的输出端相连接，将旋转动力传递至外部负载。当第二驱动机构启动时，它会驱动第二传动轴旋转，进而带动法兰二旋转运动，实现云台在另一方向上的姿态调整，云台能够在两个轴向上实现独立的姿态调整，这大大增强了其灵活性和多功能性。无论是在深海探测、水下摄影还是其他水下作业场景中，这种双轴云台都能提供更为精准和全面的视角调整能力。
26、（4）本发明的双轴水下云台，端盖模组一还包括与端盖基座一旋转连接的第一连接轴，第一连接轴通过联轴器一与第一传动轴的一端连接，另一端与法兰一固定连接。第一连接轴依次套设有端盖内衬一、外盖一和顶盖一，端盖内衬一与端盖基座一固定连接，外盖一与端盖内衬一固定连接，顶盖一与外盖一固定连接，端盖内衬一、外盖一和顶盖一之间设置有若干密封圈。端盖模组二与端盖模组一的结构相同。采用这样的结构设计，实现了双轴水下云台的模块化，有效地提高了云台模块化拆装和维护的便利性，便于云台装配和后期维修。
27、（5）本发明的双轴水下云台，端盖内衬一远离端盖基座一的一侧向内凹陷形成安装槽一，外盖一远离端盖内衬一的一侧向内凹陷形成安装槽二，密封圈至少包括套设于第一连接轴上且位于安装槽一内的第一组合密封圈和套设于第一连接轴上且位于安装槽二内的第二组合密封圈，外盖一和端盖内衬一之间设置有压紧环，外盖一通过压紧环将第一组合密封圈抵紧于安装槽一内，顶盖一将第二组合密封圈抵紧于安装槽二内。第一组合密封圈和/或第二组合密封圈包括与第一连接轴紧连接的内圈以及与内圈相适配的外圈。外圈与端盖内衬一和外盖一接触形成静密封，并通过内圈与第一连接轴接触形成动密封，进一步提高了水下云台的密封性能，从而延长了水下云台的使用寿命并提高了其可靠性。
28、（6）本发明的双轴水下云台，第一传动轴套设有接近挡片，接近挡片包括与第一传动轴外围表面相适配的安装部以及由安装部的边缘向外延伸形成的工作部，第一传动模组还包括与工作部相适配的限位开关和零位开关，实现了水下云台的零位校准和硬件限位保护功能，提高了水下云台生产的角度标定一致性。第一传动模组和/或第二传动模组设置有传动轴编码器，实现了第一传动轴和/或第二传动轴的位置闭环可控，有效提升了云台2个传动轴的控制精度。
29、（7）本发明的双轴水下云台，第一传动模组还包括第一蜗杆，第一传动轴于中间位置设置有与第一蜗杆相适配的第一涡轮，第一驱动机构用于驱动第一蜗杆旋转，通过第一涡轮从而带动第一传动轴旋转。第一传动模组还包括与外壳固定连接的第一安装座，第一蜗杆和第一传动轴通过第一安装座限位安装于外壳内，第一蜗杆的一端安装有带轮一，第一驱动机构还包括用于安装第一驱动元件的第一支持架，第一驱动元件通过第一支持架固定安装于第一安装座上，且输出端设置有带轮二，带轮一与带轮二通过同步带一连接。采用这样的结构设计，一方面通过一级带传动和二级蜗轮蜗杆传动实现了大速比减速，有效提升了云台的输出扭矩，提高了云台的负载能力；另一方面可以实现自锁，利于降低云台静态待机功耗。
1.一种双轴水下云台，其特征在于，至少包括：
2.按照权利要求1所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述第一传动轴（21）的旋转中心轴与所述第二传动轴（31）的旋转中心轴呈垂直或近似垂直设置。
3.按照权利要求1或2所述的一种双轴水下云台，其特征在于：
4.按照权利要求3所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述第二传动模组（3）还包括与所述第二传动轴的一端位置相适配的端盖模组二（33），所述端盖模组二至少包括与所述外壳水密连接的端盖基座二（331）以及与所述第二传动轴的输出端相连接的法兰二（332），所述第二驱动机构用于驱动所述第二传动轴绕着自身轴线旋转，从而带动所述法兰二旋转运动。
5.按照权利要求4所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述端盖模组一（23）还包括与所述端盖基座一（231）旋转连接的第一连接轴（233），所述第一连接轴通过联轴器一（234）与所述第一传动轴的一端连接，另一端与所述法兰一固定连接。
6.按照权利要求5所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述第一连接轴依次套设有端盖内衬一（235）、外盖一（236）和顶盖一（237），所述端盖内衬一与所述端盖基座一固定连接，所述外盖一与所述端盖内衬一固定连接，所述顶盖一与所述外盖一固定连接，所述端盖内衬一（235）、外盖一（236）和顶盖一（237）之间设置有若干密封圈（238）。
7.按照权利要求6所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述端盖内衬一（235）远离所述端盖基座一（231）的一侧向内凹陷形成安装槽一（2351），所述外盖一（236）远离所述端盖内衬一的一侧向内凹陷形成安装槽二（2361），所述密封圈（238）至少包括套设于所述第一连接轴上且位于所述安装槽一内的第一组合密封圈（2381）和套设于所述第一连接轴上且位于所述安装槽二内的第二组合密封圈（2382），所述外盖一（236）和所述端盖内衬一（235）之间设置有压紧环（239），所述外盖一通过所述压紧环将所述第一组合密封圈抵紧于所述安装槽一内，所述顶盖一将所述第二组合密封圈抵紧于所述安装槽二内。
8.按照权利要求7所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述第一组合密封圈（2381）和/或所述第二组合密封圈包括与所述第一连接轴紧连接的内圈（23811）以及与所述内圈相适配的外圈（23812）。
9.按照权利要求4-8任一所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述端盖模组二（33）与所述端盖模组一（23）的结构相同。
10.按照权利要求1-2或4-8任一所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述第一驱动机构的输出端与所述第一传动轴通过涡轮蜗杆传动连接或通过锥齿轮组传动连接，所述第二驱动机构的输出端与所述第二传动轴通过涡轮蜗杆传动连接或通过锥齿轮组传动连接。
11.按照权利要求10所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述第一传动模组还包括第一蜗杆（24），所述第一传动轴于中间位置设置有与所述第一蜗杆相适配的第一涡轮（25），所述第一驱动机构用于驱动所述第一蜗杆旋转，通过所述第一涡轮从而带动所述第一传动轴旋转。
12.按照权利要求11所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述第一驱动机构（22）包括第一驱动元件（221），所述第一驱动元件的输出端与所述第一蜗杆通过带传动连接或通过齿轮啮合传动连接或通过链传动连接。
13.按照权利要求12所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述第一传动模组（2）还包括与所述外壳（1）固定连接的第一安装座（26），所述第一蜗杆和所述第一传动轴通过所述第一安装座限位安装于所述外壳内，所述第一蜗杆的一端安装有带轮一（241），所述第一驱动机构（22）还包括用于安装所述第一驱动元件（221）的第一支撑架（222），所述第一驱动元件通过所述第一支撑架固定安装于所述第一安装座上，且输出端设置有带轮二（2211），所述带轮一与所述带轮二通过同步带一（2212）连接。
14.按照权利要求1-2、4-8或11-13任一所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述第一传动轴套设有接近挡片（27），所述接近挡片包括与所述第一传动轴外围表面相适配的安装部（271）以及由所述安装部的边缘向外延伸形成的工作部（272），所述第一传动模组还包括与所述工作部相适配的限位开关（28）和零位开关（29）。
15.按照权利要求1-2、4-8或11-13任一所述的一种双轴水下云台，其特征在于：所述第一传动模组和/或所述第二传动模组设置有传动轴编码器（210）。
16.一种如权利要求1-15任一所述的双轴水下云台的双轴排布方法，其特征在于：所述第一传动轴与所述第二传动轴的旋转中心轴呈异面交叉设置。
