一种偏转型矢量推进器及水下航行器制造技术

本发明专利技术公开了一种偏转型矢量推进器及具有该推进器的水下航行器，属于水下航行器技术领域。所述一种偏转型矢量推进器包括支架，所述支架的上方设置有用作静平台的圆盘，所述支架的下方设置有用作动平台的万向节，其中：所述动平台上设置有螺旋桨和推进电机，所述螺旋桨和推进电机相连构成尾部推进器；所述动平台和静平台之间设置有偏摆机构和回转机构。本发明专利技术通过偏摆机构和回转机构两条相对独立或完全独立的运动链的运动合成，尾部推进器可以实现任意偏摆角度下的全方位转动。具有安装便利，控制方便，低速转向性能好等特点。

A partial transformation vector thruster and an underwater vehicle

The invention discloses a partial transformation vector thruster and an underwater vehicle with the propeller, belonging to the technical field of underwater vehicles. The partial transformation of a vector propeller comprises a bracket, the upper part of the bracket is provided as a static platform disk, below the support provided for the gimbal platform, wherein the movable platform is arranged on the propeller and motor, the propeller and motor are connected with the tail propeller; the swing mechanism and the rotation mechanism is arranged between the moving platform and the static platform. The invention can be synthesized by the movement of two mutually independent or completely independent kinematic chains by a deflection mechanism and a rotary mechanism, and the tail thruster can realize omnidirectional rotation at any angle of deflection. The utility model has the advantages of convenient installation, convenient control, good low speed steering performance, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种偏转型矢量推进器及水下航行器本申请是分案，原申请的申请日：2016.01.18，申请号：201610028766X，专利技术创造名称：全部偏转螺旋桨矢量推进机构及水下航行器。
本专利技术涉及水下航行器
，特别是指一种偏转型矢量推进器及水下航行器。
技术介绍
我国水下机器人的研制工作目前还处于起步阶段。虽然已经开发了一些产品，但离实际应用尚有很长的一段距离。另一方面，我国在海洋开发、海上石油开采以及军事领域中对水下机器人的需要日益增加并显得日益迫切。目前水下机器人多采用螺旋桨推进器作为推进装置。一个单维螺旋桨推进器只能产生一个方向、大小可变的推进力，而当机器人需要进行多个方向导向操纵运动时，比如俯仰和偏转，就需要安装多个单维螺旋桨推进器来产生多维方向推进力。与一般单维螺旋桨推进器不同，矢量推进器除了能提供前进、后退推进力外，还能根据机器人导向操纵任务需求产生多维方向上的推进力，可以极大地提高低速航行时水下机器人的转向能力和定位能力。多个螺旋桨推进器的安装形式，破坏了航行器的结构连续性，降低了航行器的结构强度，增大了航行器重量，增加了成本，同时也使航行器内部的布置受到局限。结合推力矢量技术的螺旋桨推进器，是通过改变整个推进系统方向来改变推力方向。它可以分为两种，部分偏转(螺旋桨)方式和全部偏转(推进电机和螺旋桨)方式。部分偏转螺旋桨推进器结构复杂、体积大，而基于少自由度的全部偏转螺旋桨矢量推进机构将为矢量推进方式提供新的设计理念，以实现单机构多维姿态调整的矢量推进技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种偏转型矢量推进器及水下航行器，以实现单机构多姿态调整的矢量推进技术，提高水下机器人的低速转向能力和定位能力。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：一方面，提供一种全部偏转螺旋桨矢量推进机构，包括支架，所述支架的上方设置有用作静平台的圆盘，所述支架的下方设置有用作动平台的万向节，其中：所述动平台上设置有螺旋桨和推进电机，所述螺旋桨和推进电机相连构成尾部推进器；所述动平台和静平台之间设置有偏摆机构和回转机构，所述偏摆机构采用滚珠丝杠和滑块螺母配合传动并通过所述滑块螺母驱动曲柄滑块机构来带动所述螺旋桨发生偏摆，所述回转机构通过空间多杆机构的运动来带动所述螺旋桨发生回转。另一方面，提供一种水下航行器，包括上述的全部偏转螺旋桨矢量推进机构。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中，全部偏转螺旋桨矢量推进机构包括动平台和静平台。动平台上设置有螺旋桨和推进电机，螺旋桨与推进电机相连构成尾部推进器，推进电机固联于动平台，直接将旋转运动传递到螺旋桨。静平台即为圆盘，静平台包含着两组运动支链，分别是偏摆机构和回转机构。该两组运动支链和尾部推进器共同构成三自由度全部偏转螺旋桨矢量推进机构。在偏摆机构中，应用了一种电机驱动滚珠丝杠和滑块螺母的运动，和一种以滑块螺母作为驱动的曲柄滑块机构。在回转机构中，应用了一种空间多杆机构的运动，和一种在万向节上面安装尾部推进器的技术。通过偏摆机构和回转机构的配合运动，实现了万向节在空间全方位的转动，固联于其上的尾部推进器也就实现了在空间全方位的转动。本专利技术利用全部偏转螺旋桨矢量推进机构改变了螺旋桨的空间运动姿态，从而实现了水下机器人的偏转和俯仰等空间姿态动作的调整；全部偏转螺旋桨矢量推进机构的应用，避免了部分偏转螺旋桨推进器结构复杂、体积大的问题；该矢量推进机构在三个伺服电机的协同控制下，能够实现精确控制，同时响应速度快，实现了单机构多姿态的运动功能，省去了鳍舵等复杂的辅助结构构型，使水下机器人的结构更加紧凑；本专利技术采用的尾部推进器固联于万向节这个平台上，螺旋桨、推进电机具有安装、更换、维修方便简单的优点；同时该机构可单套安装使用，具有模块化应用、便于批量生产等优点。附图说明图1为本专利技术的全部偏转螺旋桨矢量推进机构实施例一的总体结构示意图；图2为图1所示实施例一的部分结构示意图；图3为图1所示实施例一的原理简图；图4为本专利技术的全部偏转螺旋桨矢量推进机构实施例二的总体结构示意图一；图5为图4所示实施例二的总体结构示意图二；图6为图4所示实施例二的部分结构示意图；图7为图4所示实施例二的原理简图；图8为本专利技术的全部偏转螺旋桨矢量推进机构实施例三的总体结构示意图；图9为图8所示实施例三的部分结构示意图；图10为图8所示实施例三的原理简图；图11为本专利技术的水下航行器的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。一方面，本专利技术提供一种全部偏转螺旋桨矢量推进机构，如图1-10所示，包括支架10、10’、10”，支架10、10’、10”的上方设置有用作静平台的圆盘11、11’、11”，支架10、10’、10”的下方设置有用作动平台的万向节，其中：动平台上设置有螺旋桨12、12’、12”和推进电机13、13’、13”，螺旋桨12、12’、12”和推进电机13、13’、13”相连构成尾部推进器；动平台和静平台之间设置有偏摆机构和回转机构，偏摆机构采用滚珠丝杠和滑块螺母配合传动并通过滑块螺母驱动曲柄滑块机构来带动螺旋桨12、12’、12”发生偏摆，回转机构通过空间多杆机构的运动来带动螺旋桨12、12’、12”发生回转。本专利技术中，全部偏转螺旋桨矢量推进机构包括动平台和静平台。动平台上设置有螺旋桨和推进电机，螺旋桨与推进电机相连构成尾部推进器，推进电机固联于动平台，直接将旋转运动传递到螺旋桨。静平台即为圆盘，静平台包含着两组运动支链，分别是偏摆机构和回转机构。该两组运动支链和尾部推进器共同构成三自由度全部偏转螺旋桨矢量推进机构。在偏摆机构中，应用了一种电机驱动滚珠丝杠和滑块螺母的运动，和一种以滑块螺母作为驱动的曲柄滑块机构。在回转机构中，应用了一种空间多杆机构的运动，和一种在万向节上面安装尾部推进器的技术。通过偏摆机构和回转机构的配合运动，实现了万向节在空间全方位的转动，固联于其上的尾部推进器也就实现了在空间全方位的转动。本专利技术利用全部偏转螺旋桨矢量推进机构改变了螺旋桨的空间运动姿态，从而实现了水下机器人的偏转和俯仰等空间姿态动作的调整；全部偏转螺旋桨矢量推进机构的应用，避免了部分偏转螺旋桨推进器结构复杂、体积大的问题；该矢量推进机构在三个伺服电机的协同控制下，能够实现精确控制，同时响应速度快，实现了单机构多姿态的运动功能，省去了鳍舵等复杂的辅助结构构型，使水下机器人的结构更加紧凑；本专利技术采用的尾部推进器固联于万向节这个平台上，螺旋桨、推进电机具有安装、更换、维修方便简单的优点；同时该机构可单套安装使用，具有模块化应用、便于批量生产等优点。下面以三个具体的实施例对本专利技术的技术方案进行详细的说明。需要说明的是，本专利技术的三个实施例均包括螺旋桨旋转运动传递机构、偏摆机构、回转机构。螺旋桨与推进电机相连构成尾部推进器。螺旋桨旋转运动传递机构是通过安装于万向节上的尾部推进器，为水下机器人提供推进力。偏摆机构主要实现螺旋桨绕中心轴线平面内的偏摆运动。在偏摆一定角度后，回转机构会使螺旋桨绕着中心轴线实现在空间全方位的转动。通过这两种机构的运动，可以使螺旋桨的旋转轴线在空间某个位置处，从而实现了螺旋桨的推进方向的变化。本专利技术通过偏摆和回转这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏转型矢量推进器，其特征在于，包括支架，所述支架的上方设置有用作静平台的圆盘，所述支架的下方设置有用作动平台的万向节，其中：所述动平台上设置有螺旋桨和推进电机，所述螺旋桨和推进电机相连构成尾部推进器；所述动平台和静平台之间设置有偏摆机构和回转机构，所述偏摆机构采用滚珠丝杠和滑块螺母配合传动并通过所述滑块螺母驱动曲柄滑块机构来带动所述螺旋桨发生偏摆，所述回转机构通过空间多杆机构的运动来带动所述螺旋桨发生回转。

【技术特征摘要】
1.一种偏转型矢量推进器，其特征在于，包括支架，所述支架的上方设置有用作静平台的圆盘，所述支架的下方设置有用作动平台的万向节，其中：所述动平台上设置有螺旋桨和推进电机，所述螺旋桨和推进电机相连构成尾部推进器；所述动平台和静平台之间设置有偏摆机构和回转机构，所述偏摆机构采用滚珠丝杠和滑块螺母配合传动并通过所述滑块螺母驱动曲柄滑块机构来带动所述螺旋桨发生偏摆，所述回转机构通过空间多杆机构的运动来带动所述螺旋桨发生回转。2.根据权利要求1所述的一种偏转型矢量推进器，其特征在于，所述万向节包括万向节a和与所述万向节a铰接的万向节b，所述推进电机设置在所述万向节a上，所述万向节b铰接在所述支架的下方中部；所述静平台上设置有偏摆电机和回转电机，所述静平台的中部设置有由所述偏摆电机驱动的第一环形连接件和由所述回转电机驱动的第二环形连接件，所述滚珠丝杠和滑块螺母设置在所述静平台的中部下方，所述滚珠丝杠的上端设置有U形连接件；所述第一环形连接件和U形连接件之间通过十字联轴器连接，所述第二环形连接件的侧面连接一对条形连接件的一端，所述一对条形连接件的另一端设置有一对转轴，所述滑块螺母的两侧设置有与所述一对转轴相配合的滑槽；所述滑块螺母的下端依次连接转盘和万向节a；所述偏摆机构包括所述偏摆电机、第一环形连接件、滚珠丝杠、滑块螺母、转盘、万向节a和万向节b，其中所述滑块螺母、转盘、万向节a和万向节b构成所述曲柄滑块机构；所述回转机构包括所述回转电机、第二环形连接件、一对条形连接件、滑块螺母、转盘、万向节a和万向节b，其中所述第二环形连接件、一对条形连接件、滑块螺母、转盘、万向节a和万向节b构成所述空间多杆机构。3.根据权利要求2所述的一种偏转型矢量推进器，其特征在于，所述转盘和万向节a之间设置有套筒，所述套筒的一端通过转...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈原，翟龙迎，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37