CN106184687B - 一种海洋航行器可收放舵翼机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种海洋航行器可收放舵翼机构，包括舱室和设置在舱室上的舱盖，舱盖上安装有支架，支架上安装有电机，电机下方的支架上对称安装有两块挡板，电机的输出轴上安装有蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮安装在舵轴上，且舵轴的两端分别穿过两块挡板，每块挡板的外侧面安装有一个螺线管，舵轴的两个端部分别插入至中空的两个舵翼中，每个舵翼内部设置有一个线圈，所述舵轴是中空的且其内部的两端均集成有正极、负极两根导线，且每个线圈的两端与对应的正极、负极导线连接，两个线圈以及两个螺线管均与设置在舱室内的控制电路连接。本发明结构简单，节约能源，实用价值高，可实现水下航行器的舵翼回收任务，保证水下航行器的安全可靠性。

Description

一种海洋航行器可收放舵翼机构
技术领域
本发明涉及一种海洋航行器控制面机构，尤其涉及一种海洋航行器可收放舵翼机构。
背景技术
海洋航行器起源于人类对海洋的探索，进入新世纪以来，随着人类对海洋研究的日益深入，海洋航行器取得了蓬勃的发展，各种各样的海洋探测设备应运而生，包括HOV、ROV、UUV、AUV等，这些设备在人类对海洋的探索中起到了不可磨灭的作用，其智能控制程度和操纵方式的差别是分类的依据，除去这些差别，它们的运动中，或多或少会用到舵翼起到转向和稳流的作用。其中，自治式水下机器人，即AUV大多采用桨-舵联合操纵，具有结构简单，操纵方式容易实现等诸多优点，被广泛地应用于海洋探测和军事任务。这两类水下探测设备大多采用螺旋桨推进，而其转向机动主要由舵翼来控制，所以舵翼的性能直接决定了其AUV载体的操纵性能和控制效果，其重要性不言而喻。
在航行器作业时，依靠舵翼旋转产生的转艏和俯仰力矩是其改变航向和调整位姿的重要方式，这种控制方式操作简单有效，可靠性高且节约能源。但被广泛应用在航行器上的舵翼机构也存在一些缺点，主要体现在舵翼易受破坏的结构和安装位置上。首先舵翼的薄片结构决定了其强度不会如航行器艇体那样坚实，其次舵翼常常安装在艏尾部两侧，容易受到外力作用，同时，带动舵翼旋转的轴系如果在外力作用下形变也会影响舵翼的正常工作，造成卡舵。传统舵翼的缺陷主要体现在释放回收和运输两个阶段中，下面分别介绍。
首先，在航行器释放回收时，舵翼容易受到损坏。按照一般的试验流程，释放航行器时需要吊车起吊，吊车与航行器间采用和柔性绳索连接，这样起吊过程中航行器容易晃动，如果发生磕碰，最容易受损的就是舵翼以及带动舵翼转动的轴。为保护舵翼不受损伤，常常会安排人员手扶航行器艇体控制其方向，航行器的重量少则几百公斤，多则数吨，这样做人员的安全无法保证，尤其是海试时在风浪影响下起吊装置摇晃发生的磕碰现象尤为普遍。
其次，在航行器运输过程中，轴系易受损。绝大多数航行器的舵翼都会设置成可拆卸的，在装箱运输时把舵片拆下分开运输，这样保护了舵翼，然而舵轴就直接暴露在了外部，舵轴的受力弯曲会影响舵系统的整体性能，而且舵轴的形变难以恢复。这些都会对航行器造成影响。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种海洋航行器可收放舵翼机构。
本发明的目的是这样实现的：包括舱室和设置在舱室上的舱盖，舱盖上安装有支架，支架上安装有电机，电机下方的支架上对称安装有两块挡板，电机的输出轴上安装有蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮安装在舵轴上，且舵轴的两端分别穿过两块挡板，每块挡板的外侧面安装有一个螺线管，舵轴的两个端部分别插入至中空的两个舵翼中，每个舵翼内部设置有一个线圈，所述舵轴是中空的且其内部的两端均集成有正极、负极两根导线，且每个线圈的两端与对应的正极、负极导线连接，两个线圈以及两个螺线管均与设置在舱室内的控制电路连接。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述控制电路包括一号至四号四个继电器、一号电源至三号电源、电源板、IO板、CPU板和路由器，路由器与CPU板连接，CPU板与IO板连接，IO板分别与四个继电器连接，四个继电器还分别与电源板连接，且两个线圈并联后一端依次连接四号继电器和一号电源的一端、另一端连接一号电源的另一端，二号电源的一端与一号继电器的一端连接，一号继电器的另一端同时与一号螺线管的一端和二号继电器的一端连接，二号继电器的另一端同时与二号螺线管的一端和三号电源的一端连接，三号电源的另一端与三号继电器的一端连接，三号继电器的另一端同时与两个螺线管和二号电源的另一端连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：首先，本发明结构简单，利用通电螺线管的磁力即可完成任务，不容易发生故障；其次，本发明节约能源，本发明在将舵翼收进艇体内即可断电，不必长时间通电收回；最后，本发明具有较高实用价值，可实现水下航行器的舵翼回收任务，保证水下航行器的安全可靠性。
本发明的整个机构布置于航行器艇尾，机构的形状可根据航行器外形做适当修改，机构用于实现航行器舵翼的释放与回收。需要收回舵翼时，首先将舵角调零，再控制继电器给给螺线管和舵翼中集成的线圈上电，螺线管和线圈相互吸引，舵翼被吸引至艇体内；需要释放舵翼时，继电器控制电源给螺线管反向上电，螺线管和线圈相互排斥，这样舵翼就回到了其工作位置，可以正常工作。本发明结构简单，节约能源，实用价值高，可实现水下航行器的舵翼回收任务，保证水下航行器的安全可靠性。
附图说明
图1是本发明机构的轴侧图；
图2是本发明支撑结构示意图；
图3是本发明轴系结构示意图；
图4是本发明舵翼系统结构图
图5是本发明舵翼截面图；
图6是舱室内控制电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图6，本发明包括支撑结构、轴系结构、舵翼系统和控制电路、轴系系统由支撑结构支撑转动，舵翼系统连接在轴系上，由舵轴控制转动，电磁铁连接在支架上，控制舵翼沿舵轴平移运动，控制电路集成在舱室内，用于控制电磁铁和线圈上电。所述舵轴中部为圆柱形，向外依次为工字形结构，两端为加宽的工字形，舵轴内部有导线通道。所述螺线管固定在挡板上，两端接线端接入舱室内，由控制电路控制上电。所述舵翼插接在舵轴上，可以在舵轴上滑动，舵翼内部的槽上下有挡板，槽周围集成线圈，从舵轴内部导线通道接入的导线与线圈两端相连。
所述支撑结构由舱室1，舱盖2，支架3，两个相同的挡板4和20，两个挡板固定装置5以及紧固螺丝6、7、8、9组成。其中舱盖盖在覆盖在舱室上，由四个相同的紧固螺丝6固定，支架连接在舱盖上，由左右两个相同的挡板固定装置5固定，先将固定装置与支架、舱盖贴合，旋紧紧固螺丝即可，挡板由紧固螺丝连接在支架上，支架上方的两个孔和紧固螺丝用于固定步进电机。方法是旋紧紧固螺丝8，挡板由紧固螺丝连接在支架上，另外，紧固螺丝7用于固定步进电机，如图2所示。
所述轴系结构由步进电机10，蜗杆11，蜗轮12，舵轴13和两个轴承14、15组成。其中步进电机上方的两个孔用于连接支架，步进电机的输出端与蜗杆相连，蜗杆与蜗轮相啮合，蜗杆与舵轴刚性连接，这样舵轴可以在蜗轮的带动下旋转某一固定的角度，如图3所示。为了防止舵轴移动，用轴承将舵轴连接到挡板上，如图4所示。
所述舵翼系统由两个螺线管16和17，两个舵翼18和19，集成导线21和22，两个线圈23和24组成。螺线管固定在挡板上，两端分别连接到舱室的控制电路中，舵翼内部中空，舵轴插接在舵翼中，舵翼可以沿着舵轴轴线滑动，舵轴中空，内部集成的两根导线分别为正极和负极，连接在舵翼中的线圈两端，如图4、图5所示。
所述控制电路由四个继电器25、26、27和28，三个电源29、30和31，电源板32，IO板33，PC/104的CPU板34和路由器35组成。其中路由器连接PC/104板，PC/104板和IO板连接，IO板连接4个继电器用于控制三个电源，两个螺线管并联，两端分别接到两个电源上，并且与两个电源的接向相反，三个继电器两个控制电源正极与螺线管连通，另一个接在两个螺线管之间的导线上，如图6所示，更为具体的说是：所述控制电路包括一号至四号四个继电器25、26、27和28、一号电源至三号电源、电源板、IO板、CPU板和路由器，路由器与CPU板连接，CPU板与IO板连接，IO板分别与四个继电器连接，四个继电器还分别与电源板连接，且两个线圈并联后一端依次连接四号继电器28和一号电源31的一端、另一端连接一号电源的另一端，二号电源29的一端与一号继电器25的一端连接，一号继电器的另一端同时与一号螺线管16的一端和二号继电器26的一端连接，二号继电器的另一端同时与二号螺线管17的一端和三号电源30的一端连接，三号电源的另一端与三号继电器27的一端连接，三号继电器27的另一端同时与两个螺线管和二号电源的另一端连接。
本发明设计目的是为了提供一种能自动回收释放舵翼的机构，结合图介绍了装置结构后，再将机构用法和原理更仔细地介绍。
需要收回舵翼时，通过岸基路由向舱室内的路由传递控制信息，首先将舵角调零，即将舵翼转回到初始位置，目的是防止舵翼回收时磕碰艇体外壳。PC/104的CPU板接收到路由器传递的信息后控制IO板通道发出电压信号，开启继电器25、26和28，这样电源29给螺线管1和螺线管2上电，从图6所示方向看,螺线管中电流方向从上到下,线圈中电流也从上到下，通过配置螺线管与线圈绕向，使螺线管和线圈相互吸引，舵翼沿着舵轴向艇体方向滑动，直至吸附在通电螺线管上，同时螺线管起到缓冲作用，这样舵翼就收回到艇体内，断电后，舵翼仍然停留在艇体内。
需要释放舵翼时，开启继电器26、27和28，继电器控制电源30给螺线管上电，方向与回收舵翼时相反，而线圈中的上电方向没有发生变化，则螺线管和线圈相互排斥，舵翼沿着舵轴向艇体外部滑动，直至被舵翼卡槽卡住无法继续移动，这样舵翼就回到了其工作位置，可以通过其转动控制艇体运动。

Claims (1)

1.一种海洋航行器可收放舵翼机构，其特征在于：包括舱室和设置在舱室上的舱盖，舱盖上安装有支架，支架上安装有电机，电机下方的支架上对称安装有两块挡板，电机的输出轴上安装有蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮安装在舵轴上，且舵轴的两端分别穿过两块挡板，每块挡板的外侧面安装有一个螺线管，舵轴的两个端部分别插入至中空的两个舵翼中，每个舵翼内部设置有一个线圈，所述舵轴是中空的且其内部的两端均集成有正极、负极两根导线，且每个线圈的两端与对应的正极、负极导线连接，两个线圈以及两个螺线管均与设置在舱室内的控制电路连接；所述控制电路包括一号至四号四个继电器、一号电源至三号电源、电源板、IO板、CPU板和路由器，路由器与CPU板连接，CPU板与IO板连接，IO板分别与四个继电器连接，四个继电器还分别与电源板连接，且两个线圈并联后一端依次连接四号继电器和一号电源的一端、另一端连接一号电源的另一端，二号电源的一端与一号继电器的一端连接，一号继电器的另一端同时与一号螺线管的一端和二号继电器的一端连接，二号继电器的另一端同时与二号螺线管的一端和三号电源的一端连接，三号电源的另一端与三号继电器的一端连接，三号继电器的另一端同时与两个螺线管和二号电源的另一端连接。
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