CN106081024B - 一种多自由度自主水下航行器运动控制装置 - Google Patents

一种多自由度自主水下航行器运动控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106081024B
CN106081024B CN201610430745.0A CN201610430745A CN106081024B CN 106081024 B CN106081024 B CN 106081024B CN 201610430745 A CN201610430745 A CN 201610430745A CN 106081024 B CN106081024 B CN 106081024B
Authority
CN
China
Prior art keywords
propeller
sidesway
keel
propulsion device
aircraft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610430745.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106081024A (zh
Inventor
瞿逢重
宋宏
谭力
王桢铎
余楚盈
陈鹰
徐敬
韩军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang oushentai Marine Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201610430745.0A priority Critical patent/CN106081024B/zh
Publication of CN106081024A publication Critical patent/CN106081024A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106081024B publication Critical patent/CN106081024B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/08—Propulsion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，由两个矢量推进装置和一个侧移推进装置组成，使得航行器具有多自由度运动形式；两个矢量推进装置对称的部署在水下航行器的前后两端，每个矢量推进装置由连接杆连接两个推进器；本发明可以任意改变水下航行器的推进方式，利用涡轮和蜗杆的传动方式实现了用电机控制推进器进行360度无死角旋转，从而实现矢量推进的功能，同时在航行器的中央使用侧移推进装置，实现了航行器的横向平移活动。并设计了整个龙骨结构，能够在保证矢量推进装置和侧移推进装置固定在航行器的内部，使航行器能够完成基本的多自由度运动，也能完成横向平移等较为复杂或不常见的机器运动方式。

Description

一种多自由度自主水下航行器运动控制装置
技术领域
本发明涉及航行器运动控制领域，尤其涉及一种多自由度自主水下航行器运动控制装置。
背景技术
从冷战时期美国海军在海底建设声学监听系统开始，海底观测网络技术不断完善。时至今日，研究人员将或设在海底，或埋在钻井中，或浮在海水中的各种观测仪器建站、组网，在海底组成一个原位观测及数据采集系统。随着这项技术的发展，自主水下航行器的研究应运而生，它可用于进行数据采集、实时监测等工作。
以往的水下航行器，即一般常见的水下航行器，单纯靠电机提供动力推进，单纯靠舵机控制方向，虽然能够实现某些自由度上的运动，但是在水流的影响下无法精确到达或长时间静止在某个方位，不能完全达到水下定位、水下勘测等精密操作。
发明内容
为了克服常见的水下航行器使用单电机加舵机的形式进行控制，不能保证控制的精确度，同时也不能主动的改变航行器在水下的姿态，不具备良好的控制性和操纵性的问题，本发明提供了一种综合型的机械结构的设计方案，使得航行器能够在水下自主运动，不需要外接其他控制、电源线等设备。
本发明为解决水下航行器的动力设计技术问题所采取的技术方案是：一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，由两个矢量推进装置和一个侧移推进装置组成，使得航行器具有多自由度运动形式；两个矢量推进装置对称的部署在水下航行器的前后两端，每个矢量推进装置由连接杆连接两个推进器；侧移推进装置固定在航行器的质心上，且和矢量推进装置处于同一水平线；
所述矢量推进装置包括：推进器外部支架、龙骨L型固定器件、蜗杆、齿轮、推进器固定架、龙骨固定垫片、龙骨固定底板、蜗杆固定支架、连接杆和推进器；其中，所述蜗杆固定在蜗杆固定支架上，齿轮固定在连接杆上，蜗杆和齿轮通过自锁的形式进行连接固定；所述推进器固定在推进器外部支架上，推进器外部支架和连接杆通过推进器固定架，以螺钉和螺栓的形式固定；每侧连接杆均通过上下两个对称放置的龙骨L型固定器件分别固定上、下龙骨固定底板；下部的两个龙骨固定底板通过龙骨固定垫片固定连接；所述蜗杆采用旋转的方式将伺服电机的输出扭矩传递到齿轮上，通过涡轮的传动带动连接杆旋转；连接杆连接两侧的推进器，并由齿轮传递涡轮旋转动力；
所述侧移推进装置包括：龙骨顶层固定夹板、支架垫片、龙骨固定槽道支撑架、侧移横向槽道、腔体连接中间件、外部导管、推进器叶片和侧移推进器；所述侧移横向槽道通过龙骨固定槽道支撑架固定在龙骨顶层固定夹板之间，龙骨固定槽道支撑架和龙骨顶层固定夹板之间设置有支架垫片；所述侧移横向槽道内部两侧均设有通过轴承相连接的推进器叶片和侧移推进器，侧移推进器通过腔体连接中间件连接在侧移横向槽道中，侧移横向槽道末端连接外部导管；
通过矢量推进装置两侧的推进器的差速和正反转，控制航行器在任何一个平面上的旋转运动；通过矢量推进装置的旋转，可控制其在水中实现z轴和y轴的平移运动；通过控制侧移推进装置，可控制其在水中实现x轴的平移运动。
进一步地，所述推进器、推进器外部支架、推进器固定架暴露在水中，其余所有部件都在舱体内，与外部水隔绝。
进一步地，推进器固定架与连接杆之间用水密插件连接。
进一步地，所述蜗杆和齿轮通过飞溅润滑的方式进行润滑。
进一步地，推进器叶片和侧移推进器之间的轴承连接方式采用水密性连接，保证侧移推进器的水密特性，同时也不影响推进器叶片裸露在水中提供动力。
进一步地，所述外部导管口径从外到内由大变小，有利于机体在水中的流体阻力减小，并使侧面平推的效率更高。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以任意改变水下航行器的推进方式，利用涡轮和蜗杆的传动方式实现了用电机控制推进器进行360度无死角旋转，从而实现矢量推进的功能，同时在航行器的中央使用侧移推进装置，实现了航行器的横向平移活动。并设计了整个龙骨结构，能够在保证矢量推进装置和侧移推进装置固定在航行器的内部，使航行器能够完成基本的多自由度运动，也能完成横向平移等较为复杂或不常见的机器运动方式。
附图说明
图1为矢量推进装置示意图；
图2为侧移装置推进图；
图3为整体框架结构图俯视图；
图4为整体框架结构图侧视图；
图中，推进器外部支架1、龙骨L型固定器件2、蜗杆3、齿轮4、推进器固定架5、龙骨固定底板螺丝钉6、龙骨固定垫片7、龙骨固定底板8、蜗杆固定支架9、连接杆10、推进器11、龙骨顶层固定夹板12、支架垫片13、龙骨固定槽道支撑架14、侧移横向槽道15、外部导管17、推进器叶片18、侧移推进器19。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例主要展示矢量推进装置在实际航行器中的实现，主要包括：推进器外部支架1、龙骨L型固定器件2、蜗杆3、齿轮4、推进器固定架5、龙骨固定垫片7、龙骨固定底板8、蜗杆固定支架9、连接杆10和推进器11。
所述蜗杆3固定在蜗杆固定支架9上，齿轮4固定在连接杆10上，蜗杆3和齿轮4通过自锁的形式进行连接固定。
所述推进器11固定在推进器外部支架1上，推进器外部支架1和连接杆10通过推进器固定架5，以螺钉和螺栓的形式固定。推进器11包括电机座、电机、固定连接装置和螺旋桨；
每侧连接杆10均通过上下两个对称放置的龙骨L型固定器件2分别固定上、下龙骨固定底板8；下部的两个龙骨固定底板8通过龙骨固定垫片7固定连接(龙骨固定底板8和龙骨固定垫片7通过龙骨固定底板螺丝钉6固定)。
所述蜗杆3的联动装置与步进电机相联接，采用蜗杆联结方式完成基本的传动；所述蜗杆3采用旋转的方式将伺服电机的输出扭矩传递到齿轮4上，通过涡轮的传动带动连接杆10旋转；连接杆10连接两侧的推进器11，并由齿轮4传递涡轮旋转动力。
所述推进器11、推进器外部支架1、推进器固定架5暴露在水中，其余所有部件都在舱体内，与外部水隔绝。
所述推进器固定架5与连接杆10之间用水密插件连接，蜗杆3和齿轮4通过飞溅润滑的方式进行润滑。
实施例2
如图2所示，本实施例主要展示侧移推进装置在实际航行器中的实现，主要包括：龙骨顶层固定夹板12、支架垫片13、龙骨固定槽道支撑架14、侧移横向槽道15、腔体连接中间件16、外部导管17、推进器叶片18和侧移推进器19；所述侧移横向槽道15通过龙骨固定槽道支撑架14固定在龙骨顶层固定夹板12之间，龙骨固定槽道支撑架14和龙骨顶层固定夹板12之间设置有支架垫片13；侧移横向槽道15固定在上下两个龙骨固定槽道支撑架14上的两个凹台，契合住三段导管；所述侧移横向槽道15内部两侧均设有通过轴承相连接的推进器叶片18和侧移推进器19，侧移推进器19通过腔体连接中间件连接在侧移横向槽道15中，采以螺栓和电焊形式固定；侧移横向槽道15末端连接外部导管17。
所述推进器叶片18和侧移推进器19之间的轴承连接方式采用水密性连接，保证侧移推进器19的水密特性，同时也不影响推进器叶片18裸露在水中提供动力。
所述外部导管17口径从外到内由大变小，有利于机体在水中的流体阻力减小，并使侧面平推的效率更高；外部导管17固定在水下航行器的内部，通过外部导管17与外部的水环境相互连通，保持在水中的侧移性能。
实施例3
如图3、4所示，本实施例展示了水下航行器同时装配矢量推进装置和侧移推进装置的结构示意图。本实施例由两个矢量推进装置和一个侧移推进装置组成，使得航行器具有多自由度运动形式；两个矢量推进装置对称的部署在水下航行器的前后两端，每个矢量推进装置由连接杆10连接两个推进器11，保证四个推进器11的质心和重心在航行器的机械重点；侧移推进装置固定在航行器的质心上，且和矢量推进装置处于同一水平线；外部导管17与推进器11保持在同一水平线上，从而保持其控制准确性和对称性。
通过矢量推进装置两侧的推进器11的差速和正反转，控制航行器在任何一个平面上的旋转运动；通过矢量推进装置的旋转，可控制其在水中实现z轴和y轴的平移运动；通过控制侧移推进装置，可控制其在水中实现x轴的平移运动。

Claims (6)

1.一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于：由两个矢量推进装置和一个侧移推进装置组成，使得航行器具有多自由度运动形式；两个矢量推进装置对称的部署在水下航行器的前后两端，每个矢量推进装置由连接杆（10）连接两个推进器（11）；侧移推进装置固定在航行器的质心上，且和矢量推进装置处于同一水平线；
所述矢量推进装置包括：推进器外部支架（1）、龙骨L型固定器件（2）、蜗杆（3）、齿轮（4）、推进器固定架（5）、龙骨固定垫片（7）、龙骨固定底板（8）、蜗杆固定支架（9）、连接杆（10）和推进器（11）；其中，所述蜗杆（3）固定在蜗杆固定支架（9）上，齿轮（4）固定在连接杆（10）上，蜗杆（3）和齿轮（4）通过自锁的形式进行连接固定；所述推进器（11）固定在推进器外部支架（1）上，推进器外部支架（1）和连接杆（10）通过推进器固定架（5）以螺钉和螺栓的形式固定连接；每侧连接杆（10）均通过上下两个对称放置的龙骨L型固定器件（2）分别固定上、下龙骨固定底板（8）；下部的两个龙骨固定底板（8）通过龙骨固定垫片（7）固定连接；所述蜗杆（3）采用旋转的方式将伺服电机的输出扭矩传递到齿轮（4）上，通过齿轮（4）的传动带动连接杆（10）旋转；连接杆（10）连接两侧的推进器（11），并由齿轮（4）传递旋转动力；
所述侧移推进装置包括：龙骨顶层固定夹板（12）、支架垫片（13）、龙骨固定槽道支撑架（14）、侧移横向槽道（15）、腔体连接中间件、外部导管（17）、推进器叶片（18）和侧移推进器（19）；所述侧移横向槽道（15）通过龙骨固定槽道支撑架（14）固定在龙骨顶层固定夹板（12）上，龙骨固定槽道支撑架（14）和龙骨顶层固定夹板（12）之间设置有支架垫片（13）；所述侧移横向槽道（15）内部两侧均设有通过轴承相连接的推进器叶片（18）和侧移推进器（19），侧移推进器（19）通过腔体连接中间件连接在侧移横向槽道（15）中，侧移横向槽道（15）末端连接外部导管（17）；
通过矢量推进装置两侧的推进器（11）的差速和正反转，控制航行器在任何一个平面上的旋转运动；通过矢量推进装置的旋转，可控制其在水中实现z轴和y轴的平移运动；通过控制侧移推进装置，可控制其在水中实现x轴的平移运动。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于：所述推进器（11）、推进器外部支架（1）、推进器固定架（5）暴露在水中，其余所有部件都在舱体内，与外部水隔绝。
3.根据权利要求1所述的一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于：推进器固定架（5）与连接杆（10）之间用水密插件连接。
4.根据权利要求1所述的一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于：所述蜗杆（3）和齿轮（4）通过飞溅润滑的方式进行润滑。
5.根据权利要求1所述的一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于：推进器叶片（18）和侧移推进器（19）之间的轴承连接方式采用水密性连接。
6.根据权利要求1所述的一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于：所述外部导管（17）口径从外到内由大变小。
CN201610430745.0A 2016-06-16 2016-06-16 一种多自由度自主水下航行器运动控制装置 Active CN106081024B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610430745.0A CN106081024B (zh) 2016-06-16 2016-06-16 一种多自由度自主水下航行器运动控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610430745.0A CN106081024B (zh) 2016-06-16 2016-06-16 一种多自由度自主水下航行器运动控制装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106081024A CN106081024A (zh) 2016-11-09
CN106081024B true CN106081024B (zh) 2018-06-15

Family

ID=57235337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610430745.0A Active CN106081024B (zh) 2016-06-16 2016-06-16 一种多自由度自主水下航行器运动控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106081024B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107140166A (zh) * 2017-05-26 2017-09-08 巢湖市银环航标有限公司 一种可收放式前置船体牵引器
CN107985536B (zh) * 2017-11-30 2020-07-07 吉林大学 一种配备空间并联机构矢量推进器的潜航器
CN110304224A (zh) * 2019-04-15 2019-10-08 清华大学 侧推潜航器及潜航方法
CN110203366B (zh) * 2019-06-13 2020-08-28 上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司 控制具有前置矢量推进系统的无人船行驶的方法
CN110539865B (zh) * 2019-09-19 2020-06-16 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） 一种rov联动式矢量调节推进系统
CN112208736B (zh) * 2020-10-31 2021-10-22 国网山西省电力公司大同供电公司 一种电缆管廊水下巡检机器人多功能推进机构
CN114348215B (zh) * 2021-12-23 2023-02-07 杭州电子科技大学 一种防止水下生物干扰的水下设备勘测装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201371932Y (zh) * 2009-03-20 2009-12-30 中国人民解放军国防科学技术大学 用于水下推进器的倾转旋翼矢量推进装置
CN104443322A (zh) * 2014-06-19 2015-03-25 山东东宝重工科技有限公司 一种新型载人潜水器
CN204489154U (zh) * 2015-02-16 2015-07-22 福州大学 一种浅水桥墩水下检测机器人
CN105235841A (zh) * 2015-10-25 2016-01-13 宁波市鄞州发辉机械科技有限公司 一种高机动性潜水器
CN105346695A (zh) * 2015-11-20 2016-02-24 浙江大学 一种四旋翼微型水下航行器
CN105539781A (zh) * 2015-12-07 2016-05-04 广州丰谱信息技术有限公司 一种基于轴向正交可调螺旋桨阵列的水下无人探测器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6581537B2 (en) * 2001-06-04 2003-06-24 The Penn State Research Foundation Propulsion of underwater vehicles using differential and vectored thrust

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201371932Y (zh) * 2009-03-20 2009-12-30 中国人民解放军国防科学技术大学 用于水下推进器的倾转旋翼矢量推进装置
CN104443322A (zh) * 2014-06-19 2015-03-25 山东东宝重工科技有限公司 一种新型载人潜水器
CN204489154U (zh) * 2015-02-16 2015-07-22 福州大学 一种浅水桥墩水下检测机器人
CN105235841A (zh) * 2015-10-25 2016-01-13 宁波市鄞州发辉机械科技有限公司 一种高机动性潜水器
CN105346695A (zh) * 2015-11-20 2016-02-24 浙江大学 一种四旋翼微型水下航行器
CN105539781A (zh) * 2015-12-07 2016-05-04 广州丰谱信息技术有限公司 一种基于轴向正交可调螺旋桨阵列的水下无人探测器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
矢量推进混合型水下运载器的概念设计研究;谢源等;《船舶工程》;20150815;第37卷(第8期);第107-110页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106081024A (zh) 2016-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106081024B (zh) 一种多自由度自主水下航行器运动控制装置
US11091238B2 (en) Leg-arm-propeller underwater robot
CN106882347B (zh) 六自由度水下机器人
CN103600821B (zh) 全向浮游爬壁水下机器人
WO2021139578A1 (zh) 水下潜航器及其控制方法
CN105346695B (zh) 一种四旋翼微型水下航行器
CN111746764A (zh) 生物启发式水下机器人
CN108656885A (zh) 倾转旋翼海空两栖机器人
CN108408007A (zh) 混合动力水下机器人
CN113320665B (zh) 一种长鳍波动推进仿生水下机器人
CN102963514A (zh) 便携式水下海洋环境监测滑翔机
CN108860527B (zh) 一种水下机器人-水下机械臂系统
CN102139749A (zh) 一种水下监控机器人机构
CN106218840A (zh) 一种基于涡旋运动的碟形水下航行器
CN111086615A (zh) 一种三维空间机动仿生机器鱼及浮力调节装置
CN112357028B (zh) 一种探测水下植物的航行器
CN108408006B (zh) 一种输流管驱动的水下仿生机器鱼
CN104527952A (zh) 一种微型自主式水下航行器
CN109367746B (zh) 一种基于流致振动驱动的水下仿生蝌蚪
CN106904258B (zh) 双电机多向推进水下自主机器人
CN106428486B (zh) 一种用于小型水下航行器的矢量推进装置
CN209814236U (zh) 用于海洋牧场监控的仿生海蛇
CN110406652A (zh) 一种用于深海多关节潜器的两自由度关节
CN208360465U (zh) 混合动力水下机器人
CN114132466B (zh) 一种双驱动仿生机器鱼系统及多模态冗余控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211125

Address after: 316000 room 101-9, No. 10, Baichuan Road, Lincheng street, Zhoushan Marine Science City, Dinghai District, Zhoushan City, Zhejiang Province

Patentee after: Zhejiang oushentai Marine Technology Co.,Ltd.

Address before: 310027 No. 38, Zhejiang Road, Hangzhou, Zhejiang, Xihu District

Patentee before: ZHEJIANG University