CN106428486B - 一种用于小型水下航行器的矢量推进装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于小型水下航行器的矢量推进装置，采用多根柔性连杆沿基板周向均匀分布且与导管连接，多个伺服电机分别与多根第一连杆连接，第一连杆与第二连杆对应连接，第二连杆与柔性连杆对应连接。伺服电机带动圆柱形滑块运动转换为连杆的直线运动，通过连杆球铰接件和第二连杆传递到柔性连杆上，从而带动柔性连杆产生伸缩运动，改变导管的角度方向，使导管进行两个自由度的转动，实现水下航行器的矢量推进的功能。矢量推进装置的柔性连杆与刚性连杆之间通过杆端连接部件连接，结构简单；各部件与壳体之间通过螺栓连接，拆卸安装便捷；伺服电机对导管方向控制精度高，安全可靠；壳体为流线形，阻力小，矢量推进的效率高。

Description

一种用于小型水下航行器的矢量推进装置
技术领域
本发明涉及水下推进装置，具体地说，涉及一种用于小型水下航行器低速运动的矢量推进装置。
背景技术
随着生活水平日益提高和陆地资源不断枯竭，人们不得不把目光投向富含丰富资源的海洋，于是各种各样的海洋观测和开发平台不断出现。水下航行器也成为世界上近海国家研究的热点问题，其中航行器的运行效率、操纵性诸多因素是评判水下航行器的重要指标。目前，水下航行器的操纵主要依靠鳍舵的相互作用来进行，这种操纵方式使得航行器在低速航行时效率极为低下，同时会很大程度上影响水下航行器在低速情况下的机动性。针对这一问题，用于低速水下航行器的矢量推进装置得到应用，它可通过改变推力的方向来提供所需的俯仰力和俯仰力矩、偏航力和偏航力矩，代替传统的操纵鳍舵方式来提供所需的操纵力。
目前，国内外研究大都集中于大中型水下航行器的矢量推进装置，大多是基于球齿轮或锥齿轮结构来实现水下航行器的矢量推进的功能，结构庞大，机构较为复杂。而对于小型水下航行器来说，由于其空间的限制，安装大中型水下航行器所装配的球齿轮或锥齿轮矢量推进结构，实现矢量推进基本上是不可能实现的，故这种基于球齿轮或锥齿轮的相对较大且复杂的矢量推进装置，不适用于小型水下航行器的矢量推进形式。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于小型水下航行器的矢量推进装置。该推进装置采用多根柔性连杆沿基板周向均匀分布，且与导管、连杆连接，通过电机驱动滑块运动转换为连杆的直线运动，带动柔性连杆的伸缩配合，改变导管的角度方向，实现矢量推进的功能；推进装置结构简单、体积小、安装快捷，提高了航行器在低速情况下的操纵性和机动性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括壳体、导管、电机安装座、密封垫圈、第一连杆、连杆球铰接件、第二连杆、连接件、基板、导管固定垫、球型铰接件、柔性连杆、推进器、伺服电机、滑块导轨、圆柱形滑块、伺服电机固定板，所述壳体为圆筒结构，壳体上周向均布三个长方形入水口，壳体前部、端部周向分别有多个螺孔，且前部螺孔与端部螺孔位于同一直线上；
所述基板为圆盘状，沿基板周向均布有螺孔，基板上周向螺孔相间有轴向凹槽，凹槽长度与基板厚度相同，推进器与基板通过周向螺孔、螺栓固连，且基板通过螺栓、螺孔配合安装在壳体内前部；
所述导管位于壳体端部，所述导管固定垫为半圆弧形，两导管固定垫对称固定在导管上，导管固定垫与壳体通过螺栓、螺孔配合安装；
所述柔性连杆一端与导管通过球型铰接件相连接，另一端穿过基板上对应的凹槽与所述第二连杆一端通过连接件连接；
所述第一连杆一端与第二连杆另一端通过连杆球铰接件连接，第一连杆另一端穿过密封垫圈和伺服电机安装座与圆柱形滑块连接安装；
所述伺服电机为多个,伺服电机通过螺栓、伺服电机固定板固定在伺服电机安装座上，且伺服电机分别对称安装，滑块导轨安装在伺服电机上，圆柱形滑块位于导轨内，伺服电机驱动圆柱形滑块运动转换为连杆的直线运动，带动柔性连杆产生伸缩运动改变导管的角度方向，实现矢量推进。
所述柔性连杆为多根。
所述第一连杆、所述第二连杆为多根，且第一连杆、第二连杆与柔性连杆数量相同。
有益效果
本发明提出的一种用于小型水下航行器的矢量推进装置，采用多根柔性连杆沿基板周向均匀分布且与导管连接，多个伺服电机分别与多根第一连杆连接，第一连杆与第二连杆对应连接，第二连杆与柔性连杆对应连接。伺服电机驱动圆柱形滑块运动转换为连杆的直线运动，通过连杆球铰接件和第二连杆传递到柔性连杆上，从而带动柔性连杆产生伸缩运动，改变导管的角度方向，使导管进行两个自由度的转动，实现水下航行器的矢量推进的功能。
本发明用于小型水下航行器的矢量推进装置，其柔性连杆与刚性连杆之间通过杆端连接部件连接，结构简单；各部件与壳体之间通过螺栓连接，拆卸安装便捷；伺服电机对导管方向控制精度高，安全可靠；壳体采用流线形设计，阻力小，矢量推进的效率高。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种用于小型水下航行器的矢量推进装置作进一步详细说明。
图1为本发明矢量推进装置轴测图。
图2为本发明矢量推进装置的壳体轴测图。
图3为本发明矢量推进装置内部结构轴测图。
图4为本发明矢量推进装置的导管与推进器安装部位示意图。
图5为本发明矢量推进装置的伺服电机安装部位轴测图。
图6为本发明矢量推进装置示意图。
图7为本发明矢量推进装置内部结构示意图。
图8为本发明矢量推进装置的伺服电机结构示意图。
图中:
1.壳体 2.导管 3.电机安装座 4.密封垫圈 5.第一连杆 6.连杆球铰接件 7.第二连杆 8.连接件 9.基板 10.导管固定垫 11.球型铰接件 12.柔性连杆 13.推进器 14.伺服电机 15.滑块导轨 16.圆柱形滑块 17.伺服电机固定板
具体实施方式
本实施例是一种用于小型水下航行器的矢量推进装置。
参阅图1～图8，本实施例矢量推进装置中，第一连杆5、连杆球铰接件6、第二连杆7、连接件8、球型铰接件11、柔性连杆12和伺服电机14、滑块导轨15、圆柱形滑块16、伺服电机固定板17均为四组部件。壳体1为圆筒结构，壳体1上周向均布有三个长方形入水口，使推进器13高效地产生推力；壳体1前部与端部周向分别有螺孔,且前部螺孔与端部螺孔在同一直线上；壳体1采用流线形设计，阻力小，提高了推进的效率。
本实施例中基板9为圆盘状，沿基板9周向均布有螺孔，基板9上周向螺孔相间有轴向凹槽，凹槽长度与基板9厚度相同；推进器13与基板9通过周向螺孔、螺栓固定连接，且基板9通过螺栓、螺孔配合安装在壳体1内前部。
导管2安装在壳体1的端部；导管固定垫10为半圆弧形，两个导管固定垫10对称固定在导管2上，导管固定垫10与壳体1通过螺栓、螺孔配合安装。
柔性连杆12一端与导管2通过球型铰接件11相连接,柔性连杆12另一端穿过基板9上对应的凹槽与第二连杆7一端通过连接件8连接；第二连杆7另一端与第一连杆5一端通过连杆球铰接件6连接；第一连杆5另一端穿过密封垫圈4和伺服电机安装座3与圆柱形滑块16连接安装。
伺服电机14通过螺栓、伺服电机固定板17安装在伺服电机安装座3上，且四个伺服电机14分别对称安装；滑块导轨15安装在伺服电机14上，圆柱形滑块16位于滑块导轨15内滑动，伺服电机14驱动圆柱形滑块16运动转换为第一连杆5的直线运动，通过连杆球铰接件6和第二连杆7传递到柔性连杆12上，从而带动柔性连杆12产生伸缩运动改变导管2的角度方向，使导管2实现两个自由度的转动，实现矢量推进。
本实施例中，将连杆设置为第一连杆5、第二连杆7、柔性连杆12三部分，且第一连杆5、第二连杆7与柔性连杆12数量相同，其中第一连杆5、第二连杆7为刚性连杆刚。将第一连杆5与第二连杆7通过连杆球铰接件6连接，第二连杆7与柔性连杆12通过连接件8连接，同时第一连杆5穿过密封垫圈4和伺服电机安装座3与伺服电机14通过滑块机构15和16进行连接；通过密封垫圈4实现防水的目的。
安装过程
步骤1.将四根柔性连杆12通过球型铰接件11与导管2相连接，将柔性连杆12穿过基板9上对应的凹槽分别与四根第二连杆7通过连接件8连接，四根第二连杆7的另一端通过连杆球铰接件6分别与四根第一连杆5相连接，柔性连杆12与导管2、第一连杆5、第二连杆7及基板9连接在一起。
步骤2.将推进器13与基板9通过螺栓、螺孔配合固定连接，将两个导管固定垫10固定在导管2上，同时，将连接好的基板9、推进器13安装在壳体1内，并通过基板9和导管固定垫10上的螺孔与壳体1连接，保证导管2的转动和稳定，通过四根柔性连杆12的推拉配合，改变推进器前面的导管的方向，从而改变推进器产生的推力方向。
步骤3.将四根第一连杆5一端分别穿过四个密封垫圈4和伺服电机安装座3与圆柱形滑块16连接安装；伺服电机14与滑块导轨15连接，圆柱形滑块16安装在滑块导轨15中；伺服电机14通过螺栓、伺服电机固定板17安装在伺服电机安装座3上，且伺服电机14分别对称安装，实现伺服电机的旋转运动到连杆的直线运动的转换。

Claims (3)

1.一种用于小型水下航行器的矢量推进装置，包括壳体、导管、电机安装座、密封垫圈、第一连杆、连杆球铰接件、第二连杆、连接件、基板、导管固定垫、球型铰接件、柔性连杆、推进器、伺服电机、滑块导轨、圆柱形滑块、伺服电机固定板，其特征在于:所述壳体为圆筒结构，壳体上周向均布三个长方形入水口，壳体前部、端部周向分别有多个螺孔，且前部螺孔与端部螺孔位于同一直线上；
所述基板为圆盘状，沿基板周向均布有螺孔，基板上周向螺孔相间有轴向凹槽，凹槽长度与基板厚度相同，推进器与基板通过周向螺孔、螺栓固连，且基板通过螺栓、螺孔配合安装在壳体内前部；
所述导管位于壳体端部，所述导管固定垫为半圆弧形，两导管固定垫对称固定在导管上，导管固定垫与壳体通过螺栓、螺孔配合安装；
所述第一连杆、所述第二连杆和所述柔性连杆设置在壳体内部，且靠近壳体内壁设置；
所述柔性连杆一端与导管通过球型铰接件相连接，另一端穿过基板上对应的凹槽与所述第二连杆一端通过连接件连接；
所述第一连杆一端与第二连杆另一端通过连杆球铰接件连接，第一连杆另一端穿过密封垫圈和伺服电机安装座与圆柱形滑块连接安装；
所述伺服电机为多个，伺服电机通过螺栓、伺服电机固定板固定在壳体后端的伺服电机安装座上，且伺服电机分别对称安装，滑块导轨安装在伺服电机上，圆柱形滑块位于导轨内，伺服电机驱动圆柱形滑块运动转换为连杆的直线运动，带动柔性连杆产生伸缩运动改变导管的角度方向，实现矢量推进。
2.根据权利要求1所述的用于小型水下航行器的矢量推进装置，其特征在于:所述柔性连杆为多根。
3.根据权利要求1所述的用于小型水下航行器的矢量推进装置，其特征在于:所述第一连杆、所述第二连杆为多根，且第一连杆、第二连杆与柔性连杆数量相同。
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