CN102700701B - 一种应用于小型水下无人航行器的矢量推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种应用于小型水下无人航行器的矢量推进装置，包括动力装置和控制装置；动力装置包括两套推进组件，每套推进组件包括推进电机、电机控制器和螺旋桨；控制装置包括沉浮控制组件、动力装置X向转动控制组件和螺旋桨Y向转动控制组件；沉浮控制组件包括沉浮舵机、曲柄连杆机构和鳍舵；动力装置X向转动控制组件包括两个X向平衡舵机；螺旋桨Y向转动控制组件包括两个Y向平衡舵机。本发明中螺旋桨与鳍舵的方向、角度和速度都是可以自由调节的，因此装有本装置的航行器可以迅速完成前进、后退、转向、升沉等动作，能够短时间实现高的航速和机动性，同时还有续航能力高、调节自如、能够模块化应用等优点。

Description

一种应用于小型水下无人航行器的矢量推进装置

技术领域

本发明涉及水下推进技术领域，具体为一种应用于小型水下无人航行器的矢量推进装置。

背景技术

目前小型水下无人航行器的推进装置多采用电机螺旋桨推进装置，在海底复杂地形、存在暗流、浪、涌的区域对水下航行器的操纵性能要求较高。要完成海洋谋些参数的测量，海底信息调查，定点考察作业任务，则要求水下航行器在低速条件下应具有良好的机动性和稳定性。但是综合来看，在水下航行器研发工作中，这种传统的螺旋桨推进方式存在效率低、噪音大等不足，严重影响着水下航行器的行进速度、机动性、能耗等技术方面的发展，随着人类水下探索的进一步加深，水下航行器的推进技术的发展已经很有必要，各种推进技术的研究和开发已经迫在眉睫。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种应用于小型水下无人航行器的矢量推进装置，能够使小型水下航行器短时间内实现高的航速和机动性、提高续航能力。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种应用于小型水下无人航行器的矢量推进装置，其特征在于：包括动力装置和控制装置；

动力装置包括两套推进组件，每套推进组件包括推进电机、电机控制器和螺旋桨；推进电机通过电机控制器驱动螺旋桨转动；两套推进组件平行布置；每套推进电机及电机控制器外套有电机套筒，推进电机与电机套筒转轴连接；

控制装置包括沉浮控制组件、动力装置X向转动控制组件和螺旋桨Y向转动控制组件；

沉浮控制组件包括沉浮舵机、曲柄连杆机构和鳍舵；曲柄连杆机构包括一根主动杆和两根连杆，主动杆两端分别与两根连杆一端转动连接，主动杆和连杆形成U型结构；沉浮舵机输出摇臂一端与主动杆中部伸出的短杆外端采用销轴转动连接；连杆另一端与传动连杆一端采用销轴转动连接；传动连杆另一端与鳍舵翼根轴一端垂直固定连接，鳍舵翼根轴另一端与鳍舵固定连接；鳍舵翼根轴中部通过密封轴承与矢量推进装置的外壳体固定；沉浮舵机工作时，沉浮舵机的输出摇臂带动曲柄连杆机构摆动，曲柄连杆机构带动传动连杆摆动，传动连杆带动鳍舵翼根轴转动，鳍舵翼根轴带动鳍舵摆动；

动力装置X向转动控制组件包括两个X向平衡舵机；所述X向为矢量推进装置的前进方向；单个X向平衡舵机的输出轴通过联轴器与转轴一端连接，转轴另一端与单个电机套筒端面中心固定连接；X向平衡舵机的输出轴带动转轴转动，转轴带动电机套筒转动，电机套筒带动内部安装的推进电机及电机控制器绕X向转动；转轴中部通过稳定轴承与矢量推进装置的外壳体固定；

螺旋桨Y向转动控制组件包括两个Y向平衡舵机；所述Y向垂直于X向；单个Y向平衡舵机固定安装在电机套筒内，Y向平衡舵机输出摇臂一端与电机运动连杆一端采用销轴转动连接，电机运动连杆另一端与推进电机端面边缘采用销轴转动连接；Y向平衡舵机工作时，Y向平衡舵机驱动推进电机绕推进电机与电机套筒的连接转轴转动。

有益效果

本发明提供的一种应用于小型水下无人航行器的矢量推进装置，此装置结构紧凑、安装方便，可单套安装在航行器的尾部。因为螺旋桨与鳍舵的方向、角度和速度都是可以自由调节的，因此装有本装置的航行器可以迅速完成前进、后退、转向、升沉等动作，能够短时间实现高的航速和机动性，同时还有续航能力高、调节自如、能够模块化应用等优点。通过应用本推进装置，可有望提高水下航行器的低速航行特性和转弯特性，降低推进系统制造成本，并且在推进系统模块化、小型化、降低噪音、降低能耗并提高推进效率等方面有重要的探索价值。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明的结构分解示意图；

图3：动力装置部分示意图；

图4：动力装置X向转动控制组件示意图；

图5：螺旋桨Y向转动控制组件示意图；

图6：螺旋桨Y向转动控制组件俯视图；

其中：1、右鳍舵；2、右螺旋桨；3、电机套筒；4、左螺旋桨；5、左Y向平衡舵机；6、左鳍舵翼根轴；7、左鳍舵；8、稳定轴承；9、X向平衡舵机架；10、沉浮舵机；11、右X向平衡舵机；12、右传动连杆；13、右鳍舵翼根轴；14、右转轴；15、左转轴；16、左传动连杆；17、左密封轴承；18、联轴器；19、左X向平衡舵机；20、沉浮舵机输出摇臂；21、曲柄连杆机构；22、右密封轴承；23、密封圈；24、推进电机；25、电机控制器；26、右Y向平衡舵机。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

参照附图1和附图2，本实施例中的一种应用于小型水下无人航行器的矢量推进装置包括动力装置和控制装置。

动力装置包括两套推进组件，每套推进组件包括推进电机、电机控制器和螺旋桨。电机控制器的控制端与推进电机相连，电机控制器的电源端与航行器电池相连，电机控制器具有遥控控制功能。推进电机通过电机控制器驱动螺旋桨转动，推进电机由PWM波形进行无级调速，通过无线遥控电机控制器，螺旋桨就可根据推进电机的正反转来进行推进和后退。两套推进组件平行布置；每套推进电机及电机控制器外套有电机套筒，推进电机与电机套筒通过转轴连接。如附图5和附图6。

控制装置包括沉浮控制组件、动力装置X向转动控制组件和螺旋桨Y向转动控制组件。

沉浮控制组件包括沉浮舵机10、曲柄连杆机构21和两组鳍舵。曲柄连杆机构包括一根主动杆和两根连杆，主动杆两端分别与两根连杆一端转动连接，主动杆和连杆形成U型结构。沉浮舵机输出摇臂20的一端与主动杆中部伸出的短杆外端采用销轴转动连接；连杆另一端与传动连杆一端采用销轴转动连接；传动连杆另一端与鳍舵翼根轴一端垂直固定连接，鳍舵翼根轴另一端与鳍舵固定连接；鳍舵翼根轴中部通过密封轴承与矢量推进装置的外壳体固定，密封轴承起到稳定、密封鳍舵翼根轴的作用。沉浮舵机工作时，沉浮舵机带动曲柄连杆机构摆动，曲柄连杆机构带动传动连杆摆动，传动连杆带动鳍舵翼根轴转动，鳍舵翼根轴带动鳍舵摆动，从而产生向前的反作用力，推动航行体前进。

参照附图3和附图4，动力装置X向转动控制组件包括两个X向平衡舵机，两个X向平衡舵机通过X向平衡舵机架9固定在矢量推进装置内。所述X向为矢量推进装置的前进方向。单个X向平衡舵机的输出轴通过联轴器18与转轴一端连接，转轴另一端与单个电机套筒端面中心固定连接。X向平衡舵机的输出轴带动转轴转动，转轴带动电机套筒转动，电机套筒带动内部安装的推进电机及电机控制器绕X向转动。转轴中部通过稳定轴承8与矢量推进装置的外壳体固定。稳定轴承起到稳定、固定转轴的作用。

螺旋桨Y向转动控制组件包括两个Y向平衡舵机。所述Y向垂直于X向。单个Y向平衡舵机固定安装在电机套筒内，Y向平衡舵机输出摇臂的一端与电机运动连杆一端采用销轴转动连接，电机运动连杆另一端与推进电机端面边缘采用销轴转动连接。Y向平衡舵机工作时，Y向平衡舵机驱动推进电机绕推进电机与电机套筒的连接转轴转动。

通过动力装置X向转动控制组件和螺旋桨Y向转动控制组件的联合工作，能够实现螺旋桨的叠加运动，所述叠加运动为绕锥面内的360°自由转动。

通过采用矢量推进技术，只需通过遥控接收机无线遥控控制舵机的转动，就可以实现推进装置的配平。即推进装置的前进、后退、转向、升沉等动作可轻松完成。同时，鳍舵、螺旋桨能产生较大的瞬时加速度，使得整个推进装置具有高的机动性、稳定性、噪声低等特点。

Claims (1)

1.一种应用于小型水下无人航行器的矢量推进装置，其特征在于：包括动力装置和控制装置；

动力装置包括两套推进组件，每套推进组件包括推进电机、电机控制器和螺旋桨；推进电机通过电机控制器驱动螺旋桨转动；两套推进组件平行布置；每套推进电机及电机控制器外套有电机套筒，推进电机与电机套筒转轴连接；

控制装置包括沉浮控制组件、动力装置X向转动控制组件和螺旋桨Y向转动控制组件；

沉浮控制组件包括沉浮舵机、曲柄连杆机构和鳍舵；曲柄连杆机构包括一根主动杆和两根连杆，主动杆两端分别与两根连杆一端转动连接，主动杆和连杆形成U型结构；沉浮舵机输出摇臂一端与主动杆中部伸出的短杆外端采用销轴转动连接；连杆另一端与传动连杆一端采用销轴转动连接；传动连杆另一端与鳍舵翼根轴一端垂直固定连接，鳍舵翼根轴另一端与鳍舵固定连接；鳍舵翼根轴中部通过密封轴承与矢量推进装置的外壳体固定；沉浮舵机工作时，沉浮舵机的输出摇臂带动曲柄连杆机构摆动，曲柄连杆机构带动传动连杆摆动，传动连杆带动鳍舵翼根轴转动，鳍舵翼根轴带动鳍舵摆动；

动力装置X向转动控制组件包括两个X向平衡舵机；所述X向为矢量推进装置的前进方向；单个X向平衡舵机的输出轴通过联轴器与转轴一端连接，转轴另一端与单个电机套筒端面中心固定连接；X向平衡舵机的输出轴带动转轴转动，转轴带动电机套筒转动，电机套筒带动内部安装的推进电机及电机控制器绕X向转动；转轴中部通过稳定轴承与矢量推进装置的外壳体固定；

螺旋桨Y向转动控制组件包括两个Y向平衡舵机；所述Y向垂直于X向；单个Y向平衡舵机固定安装在电机套筒内，Y向平衡舵机输出摇臂一端与电机运动连杆一端采用销轴转动连接，电机运动连杆另一端与推进电机端面边缘采用销轴转动连接；Y向平衡舵机工作时，Y向平衡舵机驱动推进电机绕推进电机与电机套筒的连接转轴转动。

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