CN107150775B - 一种混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水下机器人领域，具体地说是一种混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置，包括艉部导流罩、电机、联轴器、螺旋桨轴、桨毂及桨叶，电机安装在艉部导流罩内，输出端通过联轴器与螺旋桨轴的一端连接、驱动螺旋桨轴旋转，螺旋桨轴的另一端由艉部导流罩穿出、与桨毂相连；桨毂上安装有多根桨叶轴，每根桨叶轴上均转动连接有桨叶，每根桨叶轴上均套设有扭转弹簧，扭转弹簧的两端分别与桨毂及桨叶相连；各桨叶随桨毂由螺旋桨轴带动旋转，通过离心力展开产生推力，展开的、停止旋转的桨叶通过扭转弹簧复位。本发明具有可靠性高、机械结构紧凑、运动方式简单、重量轻、成本低、运输安全、便于装配及维护等优点。
Description
技术领域
本发明属于水下机器人领域，具体地说是一种混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置。
背景技术
混合驱动水下机器人是一种将水下滑翔机驱动方式和自主水下机器人驱动方式集成的新型水下机器人。当混合驱动水下机器人以水下滑翔机驱动方式滑翔时，利用航行体上能耗非常低的浮力调节系统和俯仰调节系统，调整系统总的浮力和航行体俯仰姿态提供驱动力，以节约所搭载的能源。当混合驱动水下机器人以自主水下机器人驱动方式推进时，其推进系统中螺旋桨旋转产生的推力作为驱动力，使其能快速精准的航行。目前的混合驱动水下机器人在滑翔状态时，会因为展开的螺旋桨桨叶在水中产生较大的阻力，从而极大地降低了滑翔效率，使混合驱动水下机器人的工作性能大打折扣。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置。该可折叠螺旋桨装置用于混合驱动水下机器人在水下滑翔姿态下，实现减小混合驱动水下机器人滑翔阻力并提高滑翔效率的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括艉部导流罩、电机、联轴器、螺旋桨轴、桨毂及桨叶，其中电机安装在艉部导流罩内，输出端通过联轴器与所述螺旋桨轴的一端连接、驱动该螺旋桨轴旋转，所述螺旋桨轴的另一端由艉部导流罩穿出、与所述桨毂相连；所述桨毂上安装有多根桨叶轴，每根桨叶轴上均转动连接有桨叶，每根所述桨叶轴上均套设有扭转弹簧，该扭转弹簧的两端分别与桨毂及桨叶相连；各所述桨叶随桨毂由螺旋桨轴带动旋转，通过离心力展开产生推力，展开的、停止旋转的所述桨叶通过扭转弹簧复位；
其中：每根所述桨叶轴上在桨叶的两侧均套设有扭转弹簧，两侧的所述扭转弹簧旋向相反；所述桨毂上开有凹槽，该凹槽的两端均开口，所述桨叶与位于凹槽中的桨叶轴转动连接，并在随桨毂由螺旋桨轴带动旋转的过程中由所述凹槽上的开口向外展开；所述桨叶轴为两根，以所述桨毂的中心对称设置、且相互平行，所述凹槽上沿桨叶轴的径向开口，两根所述桨叶轴位于凹槽两端开口之间；
所述艉部导流罩上密封连接有螺旋桨动密封体，所述螺旋桨轴由该螺旋桨动密封体穿过，并与所述螺旋桨动密封体动密封；所述螺旋桨动密封体通过O型密封圈与艉部导流罩形成静密封，通过轴用格莱圈与所述螺旋桨轴形成动密封；
所述艉部导流罩内安装有轴承座，所述螺旋桨轴通过轴承与该轴承座转动连接；所述联轴器包括联轴器左半件、联轴器中间件及联轴器右半件，该联轴器左半件的一端与所述电机的输出端相连，另一端通过所述联轴器中间件与联轴器右半件的一端连接，所述联轴器右半件的另一端与螺旋桨轴的一端相连；所述螺旋桨轴的另一端插入桨毂内，该桨毂的一端通过桨毂圆柱销C与螺旋桨轴连接，另一端通过内六角圆柱头螺钉与螺旋桨轴的另一端端部连接。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明采用扭转弹簧折叠螺旋桨叶，避免了桨叶因外力等原因无法折叠的问题，提升了螺旋桨折叠的可靠性。
2.本发明通过简单的机械结构就达到了螺旋桨叶的折叠与展开效果，无需额外的能源控制和复杂的传动机构，有节约能源和空间利用率高的优点，使整体重量轻，成本低。
3.本发明通过折叠螺旋桨叶，使整个机器人运输方面更加安全，减小展开螺旋桨被磕碰的风险。
4.本发明相对于非折叠螺旋桨装置，具有滑翔阻力小、航行效率高等优点。
附图说明
图1为本发明的内部结构剖视图；
图2为图1中A—A剖视图；
图3为本发明桨叶处于折叠姿态的结构示意图之一；
图4为本发明桨叶处于折叠姿态的结构示意图之二；
图5为本发明桨叶处于展开姿态的结构示意图之一；
图6为本发明桨叶处于展开姿态的结构示意图之二；
图7为本发明扭转弹簧(右旋)的结构示意图；
图8为图7的左视图；
图9为本发明扭转弹簧(左旋)的结构示意图；
图10为图9的右视图；
其中：1为艉部导流罩，2为电机固定件，3为电机，4为联轴器圆柱销A，5为联轴器左半件，6为联轴器中间件，7联轴器圆柱销B，8为联轴器右半件，9为轴承座，10为螺旋桨轴，11为桨毂，12为桨叶，13为深沟球轴承，14为螺旋桨轴套，15为轴用格莱圈，16为O型密封圈，17为螺旋桨动密封体，18为桨毂圆柱销C，19为内六角圆柱头螺钉，20为桨叶轴，21为扭转弹簧，22为小平垫圈，23为弹簧垫圈，24为六角螺母，25为凹槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1、图2所示，本发明包括艉部导流罩1、电机3、联轴器、轴承座9、螺旋桨轴10、桨毂11、桨叶12及螺旋桨动密封件17，其中电机3、联轴器及轴承座9均位于艉部导流罩1内，联轴器包括联轴器左半件5、联轴器中间件6及联轴器右半件8；电机3通过螺钉固定在电机固定件2上，电机3的输出端通过联轴器圆柱销A4与联轴器左半件5的一端连接，螺旋桨轴10通过深沟球轴承13和螺旋桨轴套14安装于轴承座9上，螺旋桨轴10的一端通过联轴器圆柱销B7与联轴器右半件8的另一端连接；然后联轴器左半件5的另一端与联轴器右半件8的一端通过联轴器中间件6连接，同时电机固定件2通过螺钉固定于轴承座9上。然后将电机固定件2、电机3、联轴器及轴承座9整体从艉部导流罩1的左侧塞入，轴承座9通过螺钉固定在艉部导流罩1内部的右侧。螺旋桨动密封体17通过O型密封圈16与艉部导流罩1形成静密封，同时，螺旋桨动密封体17通过螺钉固定于艉部导流罩1上；螺旋桨轴10由螺旋桨动密封体17穿过，螺旋桨动密封体17通过轴用格莱圈15与螺旋桨轴10形成动密封。螺旋桨轴10的另一端插入桨毂11内，该桨毂11的一端通过桨毂圆柱销C18与螺旋桨轴10连接，另一端通过内六角圆柱头螺钉19与螺旋桨轴10的另一端端部连接。
桨毂11上安装有多根桨叶轴20，每根桨叶轴20上均转动连接有桨叶12，每根桨叶轴20上在桨叶12的两侧均套设有扭转弹簧21。如图7～10所示，两侧的扭转弹簧21旋向相反；两侧的扭转弹簧21的一端均与桨叶12连接，另一端均与桨毂11相连。本实施例的桨叶轴20为两根，以桨毂11的中心对称设置、且相互平行；桨叶12通过扭转弹簧21与桨毂11初步定位，然后插入桨叶轴20将桨叶12的根部固定，再通过六角螺母24、弹簧垫圈23和小平垫圈22固定桨叶轴20。桨毂11上开有凹槽25，该凹槽25的两端沿桨叶轴20的径向开口，两根桨叶轴20位于凹槽25两端开口之间；桨叶12的根部与位于凹槽25中的桨叶轴20转动连接，并在随桨毂11由螺旋桨轴10带动旋转的过程中由凹槽25上的开口向外展开。
本发明的工作原理为：
螺旋桨推进姿态工作时，电机3通过联轴器带动螺旋桨轴10转动，螺旋桨轴10带动桨毂11转动，桨毂11带动两片螺旋桨叶12绕桨毂11的轴线转动，从而产生离心力使桨叶12沿桨毂11上凹槽25两端的开口向外展开旋转，进而产生推力推动混合驱动水下机器人前进。如图5、图6所示。
滑翔姿态工作时，电机3停止工作，螺旋桨叶12停止旋转，桨叶12在扭转弹簧21的作用力下向内转动、恢复初始折叠的状态，如图3、图4所示，此时可以达到减小螺旋桨阻力的目的。
综上所述，本发明给出了一种混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置，它具有可靠性高、机械结构紧凑、运动方式简单、重量轻、成本低、运输安全等诸多优点。本发明采用扭转弹簧21将无旋转状态下的桨叶12折叠，提升了螺旋桨折叠的可靠性；同时本发明无需额外的能源和复杂机械结构即可控制桨叶12的展开与折叠，使整体紧凑而简单，并且重量轻，成本低。同时，折叠好螺旋桨的机器人在运输过程中也可以避免螺旋桨因展开使面积过大，从而降低了运输风险。在机器人以滑翔姿态工作时，折叠的螺旋桨也使得整体的滑翔阻力大大降低，这些都便于本专利转化为产品实际应用。
Claims (8)
1.一种混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置，包括艉部导流罩、电机、联轴器、螺旋桨轴、桨毂及桨叶，其中电机安装在艉部导流罩内；其特征在于：所述电机(3)的输出端通过联轴器与所述螺旋桨轴(10)的一端连接、驱动该螺旋桨轴(10)旋转，所述螺旋桨轴(10)的另一端由艉部导流罩(1)穿出、与所述桨毂(11)相连；所述桨毂(11)上安装有多根桨叶轴(20)，每根桨叶轴(20)上均转动连接有桨叶(12)，每根所述桨叶轴(20)上均套设有扭转弹簧(21)，该扭转弹簧(21)的两端分别与桨毂(11)及桨叶(12)相连；各所述桨叶(12)随桨毂(11)由螺旋桨轴(10)带动旋转，通过离心力展开产生推力，展开的、停止旋转的所述桨叶(12)通过扭转弹簧(21)复位。
2.按权利要求1所述的混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置，其特征在于：每根所述桨叶轴(20)上在桨叶(12)的两侧均套设有扭转弹簧(21)，两侧的所述扭转弹簧(21)旋向相反。
3.按权利要求1或2所述的混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置，其特征在于：所述桨毂(11)上开有凹槽(25)，该凹槽(25)的两端均开口，所述桨叶(12)与位于凹槽(25)中的桨叶轴(20)转动连接，并在随桨毂(11)由螺旋桨轴(10)带动旋转的过程中由所述凹槽(25)上的开口向外展开。
4.按权利要求3所述的混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置，其特征在于：所述桨叶轴(20)为两根，以所述桨毂(11)的中心对称设置、且相互平行，所述凹槽(25)上沿桨叶轴(20)的径向开口，两根所述桨叶轴(20)位于凹槽(25)两端开口之间。
5.按权利要求1所述的混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置，其特征在于：所述艉部导流罩(1)上密封连接有螺旋桨动密封体(17)，所述螺旋桨轴(10)由该螺旋桨动密封体(17)穿过，并与所述螺旋桨动密封体(17)动密封。
6.按权利要求5所述的混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置，其特征在于：所述螺旋桨动密封体(17)通过O型密封圈(16)与艉部导流罩(1)形成静密封，通过轴用格莱圈(15)与所述螺旋桨轴(10)形成动密封。
7.按权利要求1所述的混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置，其特征在于：所述艉部导流罩(1)内安装有轴承座(9)，所述螺旋桨轴(10)通过轴承与该轴承座(9)转动连接；所述联轴器包括联轴器左半件(5)、联轴器中间件(6)及联轴器右半件(8)，该联轴器左半件(5)的一端与所述电机(3)的输出端相连，另一端通过所述联轴器中间件(6)与联轴器右半件(8)的一端连接，所述联轴器右半件(8)的另一端与螺旋桨轴(10)的一端相连。
8.按权利要求1所述的混合驱动水下机器人用可折叠螺旋桨装置，其特征在于：所述螺旋桨轴(10)的另一端插入桨毂(11)内，该桨毂(11)的一端通过桨毂圆柱销C(18)与螺旋桨轴(10)连接，另一端通过内六角圆柱头螺钉(19)与螺旋桨轴(10)的另一端端部连接。
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