一种水下机器人的矢量推进器制造技术

本发明专利技术涉及一种水下机器人的矢量推进器，采用传动机构实现矢量推进器水平和垂直方向运动控制，包括主推电机、螺旋桨、导流罩、传动机构、挡板、尾舱、滚转舵机和摆转舵机。主推电机位于导流罩内，通过支撑杆与导流罩连接，螺旋桨与主推电机连接构成推进器尾部，滚转舵机、摆转舵机分别与传动机构相连构成推进器前部，其安装在尾舱内部，摆转舵机驱动使推进器尾部绕竖直轴转动（±30°），滚转舵机驱动推进器尾部绕水平轴向转动（±180°），将两条运动结合，可以实现使推进器在空间内任意方向偏转。本发明专利技术具有驱动灵活、体积小、整体紧凑等优点，能够为小型水下机器人提供满足要求的矢量推力。

【技术实现步骤摘要】
一种水下机器人的矢量推进器
本专利技术涉及一种水下机器人的矢量推进器，属于海洋工程
它通过改变螺旋桨的空间姿态来改变推进器的推力矢量方向，由三个电机控制，通过两个偏转舵机使螺旋桨轴线能够绕航行器的水平和竖直轴线自由转动，因而可以获得在指定方向的推力来驱动水下航行器在水中的巡航和姿态的控制。
技术介绍
小型水下机器人作为专用水下开发工具，在浅水区科学研究、资源开发、军事等方面都具有巨大的应用前景。小型化是未来水下机器人的一个不容忽视的发展方向，已成为海洋强国发展智能化海洋设备的研究热点。推进系统是水下航行器的主要组成部分，矢量螺旋桨推进通过改变整个推进系统的方向来改变推力方向，为了适用于小型水下机器人，研制一款小型矢量推进器就显得十分必要。推力矢量技术是指空间运动物体的推进系统除了提供前进推力外，还能同时或单独在运动物体的俯仰、偏航、横滚和反推力等方向上提供推进力和力矩，用以部分或全部取代舵面所产生的动力来进行控制，即推进器推力矢量化。高效、高机动性水下航行器推进技术是目前AUV设计领域的研究热点。而矢量推进技术在水下机器人方面的应用是进10年才兴起的，水下机器人中的矢量推进机构大体可分为矢量螺旋桨和矢量喷管两种。与螺旋桨推进方式相比，矢量喷管推进器具有以下特性：推进效率高，辐射噪声低，还可以降低推进器的旋转噪声，高速时不产生空泡等。但因其是组合式推进器，同时具有构造复杂，重量大，制造和安装困难，重量是普通螺旋桨的2-3倍等缺点。目前水下航行器大多仍采用矢量螺旋桨推进方式，其结构简单，维修方便，技术成熟，因而被广泛使用，改进螺旋桨推进技术对于提高依靠螺旋桨推进的航行器机动性能有着十分重要的意义。目前对于螺旋桨推进方式的改进主要集中在两方面：一方面是针对螺旋桨的研究，包括研究新型螺旋桨和变螺距螺旋桨；另一方面通过改进螺旋桨推进系统来提高螺旋桨推进性能。
技术实现思路
为了提高螺旋桨推进性能，提供满足水下机器人小型化要求的矢量推力。本专利技术提供一种水下机器人的矢量推进器，该矢量推进器具有驱动灵活、机械传动简单、传动效率高、整体结构设计紧凑、节省空间和成本低等优点，适合渐收的流线型尾部空间，能够为小型水下机器人提供满足要求的矢量推力。本专利技术的技术方案具体如下：本专利技术主要包括主推电机、螺旋桨、导流罩、传动机构、挡板、尾舱、滚转舵机和摆转舵机，主推电机位于导流罩内，通过支撑杆与导流罩连接，螺旋桨与主推电机连接构成推进器尾部，滚转舵机、摆转舵机分别与传动机构相连构成推进器前部，其安装在尾舱内，并固定在挡板上，推进器尾部和推进器前部通过传动机构连接构成矢量推进器。所述的矢量推进器尾部，其包括主推电机、螺旋桨和导流罩，主推电机位于导流罩内，通过支撑杆与导流罩连接，螺旋桨与在主推电机连接构成推进器尾部。所述的摆转机构，其包括摆转舵机、连接板-2、舵机支架、主轴、U型架、传动轴和连接架。连接架与主推电机相连，并固定在传动轴上，传动轴通过轴承与U型架相对转动，主轴与摆转舵机连接，摆转舵机与连接板-2相连，连接板-2固定在舵机支架上，摆转舵机驱动主轴，主轴与传动轴相连，并将其动力传递到在传动轴上的连接架上，从而实现推进器尾部绕竖直轴转动（±30°）。所述的滚转机构，其包括滚转舵机、连接板-1、舵机支架、传动件-1、传动件-2、主套筒、U型架。滚转舵机与传动件-2连接，并固定在连接板-1上，连接板-1固定在舵机支架上，传动件-1与传动件-2相连，传动件-1固定在主套筒上，主套筒与U型架连接，滚转舵机驱动传动件-2，传动件-2与传动件-1相连，并将动力传递到主套筒上，进而传递到U型架上，驱动推进器尾部绕水平轴向转动（±180°），将摆转舵机与滚转舵机的运动结合，从而可以实现推进器在空间任意方向上的偏转。所述的主推电机，其采用防水电机，具有密封结构，能够有效的减少了整个矢量推进器的纵向长度，能够适应于小型水下机器人，同时直接将尾罩部分透水，不需设计复杂的防水密封结构，从而解决了因密封泄露问题可能带来的安全隐患。所述的滚转舵机、摆转舵机机均采用舵机，其具有扭矩大、体积小的优点，两舵机分别与连接板-1、连接板-2连接，同时连接板-1、连接板-2也固连在舵机支架上，舵机支架安装在挡板上。所述的主套筒，一端与传动件-1连接，另一端与U型架相连，并通过轴承配合安装在内外轴承支座上，内外轴承支座安装在尾舱上，主套筒与挡板之间采用O型圈旋转动密封。所述的主轴，一端与摆转舵机相连，另一端与传动轴相连，两端分别放轴承与主套筒内部相配合，主轴与主套筒之间采用O型圈旋转动密封。所述的传动轴，两端通过轴承与U型架配合相对转动，并与主轴相连，中间段与连接架相连。总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1）本专利技术的一种水下机器人的矢量推进器采用传动机构实现矢量推进器水平和垂直方向运动控制，体积小、驱动灵活、传动效率高、整体紧凑、节省空间、结构简单，能够根据海底复杂的地形，做出快速反应；2）采用防水主推电机，有效的减少了整个矢量推进器的纵向长度，能够适应于小型水下机器人，同时直接将尾罩部分透水，不需设计复杂的防水密封结构，从而解决了因密封泄露问题可能带来的安全隐患；3）矢量推进器可以通过改变螺旋桨的空间姿态来改变推进器的推力矢量方向，由三个电机控制，改变螺旋桨轴的矢量方向和旋转速度，并获得方向和大小都可以改变的矢量推进力，具有很强的可移植性，达到了设计任务要求。附图说明图1是本专利技术的总体结构示意图；图2是本专利技术的总体结构立体示意图；图3是本专利技术的传动原理机构简图；图4是本专利技术的传动机构的结构示意图；图5是本专利技术的舵机支架的结构示意图；图6是本专利技术的连接板-1的结构示意图；图7是本专利技术的连接板-2的结构示意图。图中1、主推电机；2、螺旋桨；3、导流罩；4、U型架；5、挡板；6、尾舱；7、滚转舵机；8、摆转舵机；9、外轴承支座；10、传动轴；11、连接架；12、轴承；13、轴承压盖；14、O型圈；15、轴承；16、主套筒；17、主轴；18、传动件-1；19、连接板-1；20、连接板-2；21、舵机支架；22、内轴承支座；23、传动件-2。具体实施方式下面结合本专利技术优选的实施例及附图细致、完整地描述本专利技术的设计制造过程。首先，需要说明的是所优选的实施例是自主式水下航行器中的一种型号——130AUV，130表示AUV的最大外径为130mm。本专利技术的目的是使用矢量推进器直接改变推进力的方向，从而大幅度提高AUV的操纵性，并在此基础上减小体积，能够获得足够的机动性以适应小型水下机器人水下勘查工作的需要。本实例包括：主推电机1、螺旋桨2、导流罩3、U型架4、挡板5、尾舱6、滚转舵机7、摆转舵机8；其中，滚转舵机7、摆转舵机8分别与U型架4相连构成偏转系统，主推电机1与螺旋桨2相连构成矢量推进器尾部，偏转系统、矢量推进器尾部分别与U型架4相连构成矢量推进器，其安装在水下航行器的尾舱6内，固定在挡板5上，可以为水下航行器提供矢量推力。如图2的总体三维图和图4中的传动机构，其包括：挡板5、尾舱6、滚转舵机7、摆转舵机8、外轴承支座9、传动轴10、连接架11、轴承12、轴承压盖13、O型圈14、轴承15、主套筒16、主轴17、传动件-11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下机器人的矢量推进器，其特征在于，包括主推电机、螺旋桨、导流罩、传动机构、挡板、尾舱、滚转舵机和摆转舵机，主推电机位于导流罩内，通过支撑杆与导流罩连接，螺旋桨与主推电机连接构成推进器尾部，滚转舵机、摆转舵机分别与传动机构相连构成推进器前部，其安装在尾舱内部，推进器尾部和推进器前部通过传动机构连接构成矢量推进器。

【技术特征摘要】
1.一种水下机器人的矢量推进器，其特征在于，包括主推电机、螺旋桨、导流罩、传动机构、挡板、尾舱、滚转舵机和摆转舵机，主推电机位于导流罩内，通过支撑杆与导流罩连接，螺旋桨与主推电机连接构成推进器尾部，滚转舵机、摆转舵机分别与传动机构相连构成推进器前部，其安装在尾舱内部，推进器尾部和推进器前部通过传动机构连接构成矢量推进器。2.根据权利要求1所述的一种水下机器人的矢量推进器，其特征在于所述矢量推进器尾部，其包括主推电机、螺旋桨和导流罩，主推电机位于导流罩内，通过支撑杆与导流罩连接，螺旋桨与主推电机连接构成推进器尾部。3.根据权利要求1所述的一种水下机器人的矢量推进器，其特征在于所述摆转机构，其包括摆转舵机、主轴、U型架、传动轴和连接架，连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：严天宏，张玉洁，何波，赵梓奎，宫颖博，郑志航，姜薇伟，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33