CN102887217A - 一种自治式水下航行器矢量推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自治式水下航行器矢量推进装置，包括连接架、俯仰传动机构和转向传动机构，所述俯仰传动机构包括依次连接的俯仰驱动装置、俯仰圆柱齿轮传动机构和俯仰螺旋传动机构；所述转向传动机构包括托架以及依次连接的转向驱动装置、圆锥齿轮传动机构、转向圆柱齿轮传动机构、转向螺旋传动机构、操纵力传递机构、主推电机和螺旋桨。本发明采用矢量推进，省去了舵等操纵面，使AUV整体结构更加紧凑，外形更加完整流畅，阻力减少；与舵等操纵面相比，矢量推进直接改变推进力的方向，即使在低速下也能获得很大的操纵力，使AUV具有良好的低速操纵性；与国外同类型装置相比较，本发明的矢量推进装置舵机摆角更大，操纵力矩更大的优点。

Description

一种自治式水下航行器矢量推进装置

技术领域

本发明涉及一种自治式水下航行器推进装置，该装置可以操纵水下机器人实现空间运动和航行姿态控制。

背景技术

为了更好的保护海洋环境，高效利用海洋资源，海洋探测设备必不可少。自治式水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）作为海洋探测传感器的载体,其重要性日显突出，在海洋工程中应用前景广阔。

传统的水下机器人的动力与操纵方式为：螺旋桨推进装置+俯仰和转向操纵舵机。由于低速时操纵舵面受力小，操纵力矩小，因此采用传统推进装置的航行体低速操纵性较差。而且由于舵面面积的限制，往往舵艄尺寸超过航行体直径范围，在操作和使用时受到使用场合的限制，而且较大的舵面也大幅度增加航行体阻力。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种自治式水下航行器矢量推进装置，该矢量推进装置使AUV的具有良好的低速机动性及低阻性能。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种自治式水下航行器矢量推进装置，包括连接架、俯仰传动机构和转向传动机构，其特征在于，

所述俯仰传动机构包括依次连接的俯仰驱动装置、俯仰圆柱齿轮传动机构和俯仰螺旋传动机构；

所述俯仰螺旋传动机构包括竖直丝杠和与其通过螺纹连接的升降螺母；

所述俯仰驱动装置包括固定在所述连接架上的俯仰驱动电机，所述俯仰驱动电机通过竖直设置的俯仰传动轴与所述圆柱齿轮传动机构的俯仰输入齿轮连接，所述圆柱齿轮传动机构的俯仰输出齿轮与所述竖直丝杠连接，所述升降螺母上设有与其铰接的侧向定位滑块，所述侧向定位滑块安装在滑动导轨内，所述滑动导轨与所述竖直丝杠垂直；

所述转向传动机构包括托架以及依次连接的转向驱动装置、圆锥齿轮传动机构、转向圆柱齿轮传动机构、转向螺旋传动机构、操纵力传递机构、主推电机和螺旋桨；

所述托架的前端与所述滑动导轨固接；

所述转向螺旋传动机构包括水平丝杠和与其通过螺纹连接的平移螺母；

所述转向驱动装置包括固定在所述托架上的转向驱动电机，所述转向驱动电机通过竖直设置的转向传动轴与所述圆锥齿轮传动机构的输入锥齿轮连接，所述圆锥齿轮传动机构的输出轴与所述转向圆柱齿轮传动机构的转向输入齿轮连接，所述转向圆柱齿轮传动机构的转向输出齿轮与所述水平丝杠连接；

所述操纵力传递机构包括与所述平移螺母固接的转向拨叉，所述转向拨叉上连接有与所述水平丝杠交错垂直的万向转轴，所述万向转轴上设有连接孔，所述连接孔的中心线与所述万向转轴垂直，转向拨杆通过安装在所述连接孔内的关节轴套与所述万向转轴连接，所述转向拨杆的后端固定在水平摆动滑架上，所述水平摆动滑架与电机固定架固接，所述电机固定架内安装有所述主推电机，所述电机固定架通过销轴与套装在其外面的万向套铰接，所述万向套通过水平设置的耳轴与所述连接架铰接；所述托架的后端与所述万向套固接。

本发明具有的优点和积极效果是：采用空间矢量操纵机构控制导管螺旋桨的空间姿态，改变推力的方向，形成转向力矩，实现航行体的俯仰和转向姿态控制。采用矢量推进，省去了舵等操纵面，使AUV整体结构更加紧凑，外形更加完整流畅，阻力减少；与舵等操纵面相比，矢量推进直接改变推进力的方向，即使在低速下也能获得很大的操纵力，使AUV具有良好的低速操纵性；与国外同类型装置相比较，本发明的矢量推进装置舵机摆角更大，操纵力矩更大的优点。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明连接架的示意图；

图4为本发明俯仰传动机构的示意图；

图5为本发明转向传动机构的示意图；

图6为本发明转向传动机构中操纵力传递机构的示意图。

图中：1、转向拨叉；2、万向转轴；3、关节轴套；4、转向拨杆；5、水平摆动滑架；6、螺旋桨；7、主推电机；8、转向驱动电机；9、俯仰驱动电机；10、滑动导轨；11、侧向定位滑块；12、升降螺母；13、竖直丝杠；14、俯仰输出齿轮；15、俯仰传动轴；16、俯仰输入齿轮；17、销轴；18、水平丝杠；19、输入锥齿轮；20、转向传动轴；22、转向输入齿轮；23、转向输出齿轮；24、托架；25、电机固定架；26、万向套；27、耳轴。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图6，一种自治式水下航行器矢量推进装置，包括连接架、俯仰传动机构和转向传动机构。

所述俯仰传动机构包括依次连接的俯仰驱动装置、俯仰圆柱齿轮传动机构和俯仰螺旋传动机构；所述俯仰螺旋传动机构包括竖直丝杠13和与其通过螺纹连接的升降螺母12；所述俯仰驱动装置包括固定在所述连接架上的俯仰驱动电机9，所述俯仰驱动电机9通过竖直设置的俯仰传动轴15与所述圆柱齿轮传动机构的俯仰输入齿轮16连接，所述圆柱齿轮传动机构的俯仰输出齿轮14与所述竖直丝杠13连接，所述升降螺母12上设有与其铰接的侧向定位滑块11，所述侧向定位滑块11安装在滑动导轨10内，所述滑动导轨10与所述竖直丝杠13垂直。

上述俯仰传动机构的作用是实现螺旋桨6在俯仰方向的摆动。俯仰驱动电机9通过圆柱齿轮传动机构将动力传给竖直丝杠13。竖直丝杠13的转动使与之配合的升降螺母12做升降运动，进而使与升降螺母12相连接的滑动导轨10实现俯仰摆动。滑动导轨10与转向传动机构的托架24固定连接，托架24通过万向套26与连接架在水平方向铰链连接，从而实现了转向传动机构的俯仰摆动，螺旋桨6作为转向传动机构的一部分，实现了俯仰摆动。

所述转向传动机构包括托架24以及依次连接的转向驱动装置、圆锥齿轮传动机构、转向圆柱齿轮传动机构、转向螺旋传动机构、操纵力传递机构、主推电机和螺旋桨；所述托架24的前端与所述滑动导轨10固接；所述转向螺旋传动机构包括水平丝杠18和与其通过螺纹连接的平移螺母；所述转向驱动装置包括固定在所述托架24上的转向驱动电机8，所述转向驱动电机8通过竖直设置的转向传动轴20与所述圆锥齿轮传动机构的输入锥齿轮19连接，所述圆锥齿轮传动机构的输出轴与所述转向圆柱齿轮传动机构的转向输入齿轮22连接，所述转向圆柱齿轮传动机构的转向输出齿轮23与所述水平丝杠18连接；所述操纵力传递机构包括与所述平移螺母固接的转向拨叉1，所述转向拨叉1上连接有与所述水平丝杠18交错垂直的万向转轴2，所述万向转轴2上设有连接孔，所述连接孔的中心线与所述万向转轴2垂直，转向拨杆4通过安装在所述连接孔内的关节轴套3与所述万向转轴2连接，所述转向拨杆4的后端固定在水平摆动滑架上5，所述水平摆动滑架5与电机固定架25固接，所述电机固定架25内安装有所述主推电机7，所述电机固定架25通过销轴17与套装在其外面的万向套26铰接，所述万向套26通过水平设置的耳轴27与所述连接架铰接；所述托架24的后端与所述万向套26固接。

上述转向传动机构的作用是实现螺旋桨6在水平方向的摆动。转向驱动电机8通过转向传动轴20输出动力，通过圆锥齿轮机构和圆柱齿轮机构传给水平丝杠18，水平丝杠18的转动使与之相连的转向拨叉1做水平运动，进而使水平摆动滑架5实现水平摆动。水平摆动滑架5与电机固定架25固定连接，电机固定架25与万向套26在竖直方向铰链连接，从而实现了电机固定架25的水平摆动，螺旋桨6与主推电机7输出端通过平键连接，从而实现了螺旋桨6的水平摆动。

上述推进装置采用俯仰传动机构和转向传动机构混联的结构，依靠两个自由度的姿态调节机构，控制推进电机的空间姿态，进而控制推进力的空间方向矢量，形成偏航、俯仰操纵力矩，最终实现整个水下航行器的运动控制与操纵。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种自治式水下航行器矢量推进装置，包括连接架、俯仰传动机构和转向传动机构，其特征在于：

所述俯仰传动机构包括依次连接的俯仰驱动装置、俯仰圆柱齿轮传动机构和俯仰螺旋传动机构；

所述俯仰螺旋传动机构包括竖直丝杠和与其通过螺纹连接的升降螺母；

所述俯仰驱动装置包括固定在所述连接架上的俯仰驱动电机，所述俯仰驱动电机通过竖直设置的俯仰传动轴与所述圆柱齿轮传动机构的俯仰输入齿轮连接，所述圆柱齿轮传动机构的俯仰输出齿轮与所述竖直丝杠连接，所述升降螺母上设有与其铰接的侧向定位滑块，所述侧向定位滑块安装在滑动导轨内，所述滑动导轨与所述竖直丝杠垂直；

所述转向传动机构包括托架以及依次连接的转向驱动装置、圆锥齿轮传动机构、转向圆柱齿轮传动机构、转向螺旋传动机构、操纵力传递机构、主推电机和螺旋桨；

所述托架的前端与所述滑动导轨固接；

所述转向螺旋传动机构包括水平丝杠和与其通过螺纹连接的平移螺母；

所述转向驱动装置包括固定在所述托架上的转向驱动电机，所述转向驱动电机通过竖直设置的转向传动轴与所述圆锥齿轮传动机构的输入锥齿轮连接，所述圆锥齿轮传动机构的输出轴与所述转向圆柱齿轮传动机构的转向输入齿轮连接，所述转向圆柱齿轮传动机构的转向输出齿轮与所述水平丝杠连接；

所述操纵力传递机构包括与所述平移螺母固接的转向拨叉，所述转向拨叉上连接有与所述水平丝杠交错垂直的万向转轴，所述万向转轴上设有连接孔，所述连接孔的中心线与所述万向转轴垂直，转向拨杆通过安装在所述连接孔内的关节轴套与所述万向转轴连接，所述转向拨杆的后端固定在水平摆动滑架上，所述水平摆动滑架与电机固定架固接，所述电机固定架内安装有所述主推电机，所述电机固定架通过销轴与套装在其外面的万向套铰接，所述万向套通过水平设置的耳轴与所述连接架铰接；所述托架的后端与所述万向套固接。

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