CN107244403A - 两自由度并联式矢量推进装置 - Google Patents
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- B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
- B63H5/125—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers movably mounted with respect to hull, e.g. adjustable in direction, e.g. podded azimuthing thrusters
Abstract
一种两自由度并联式矢量推进装置，涉及水下推进装置技术领域，设有安装座和驱动座，其特征在于安装座上圆形阵列有三根支撑臂，三根支撑臂中的两根支撑臂经导向装置可纵向移动的设置在安装座上，另一根支撑臂固定安装在安装座上，安装座上设有用于驱动支撑臂移动的支撑臂驱动装置，三根支撑臂上端分别经转动副连接有调节臂，调节臂上端分别经球铰与驱动座连接，驱动座上设有螺旋桨及螺旋桨驱动装置。具有结构简单、紧凑，控制简单、反应迅速，控制精度高，水中阻力小，系统稳定性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及水下推进装置技术领域，详细讲是一种结构简单、紧凑，能耗低，反应迅速，控制精度高的两自由度并联式矢量推进装置。
背景技术
随着人们对于海洋资源的开发，水下环境的复杂和水下作业的多样化，使得人们对水下航行器的灵活性提出了更高的要求。目前的水下航行器大多采用多个螺旋桨进行推进，这样使得航行器的结构复杂，而且增大了航行器的重量，破坏了航行器的结构连续性，增大了在水下航行的阻力。也有一部分水下航行器采用舵来控制航行器的方向，但是它存在一个致命的缺点：当速度很小或者为零时不能实现水下航行器的方向控制，而且在转向方面不灵活。或者采用三自由度（或多自由度）的RPS结构，但这种结构存在冗余自由度，而且结构复杂，控制相对繁琐，反应不够迅速等缺点。山东大学设计了一种RUHR+RUHU+RUC型（申请号：201610096630.2）的两自由度矢量推进机构，但是这种结构的螺旋桨在一个球面上运动，结构复杂，运动幅度大，操作较为困难，结构稳定性不足。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、紧凑，能耗低，反应迅速，控制精度高的两自由度并联式矢量推进装置。
本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：
一种两自由度并联式矢量推进装置，设有安装座和驱动座，其特征在于安装座上圆形阵列有三根支撑臂，三根支撑臂中的两根支撑臂经导向装置可纵向移动的设置在安装座上，另一根支撑臂固定安装在安装座上，安装座上设有用于驱动支撑臂移动的支撑臂驱动装置，三根支撑臂上端分别经转动副连接有调节臂，调节臂上端分别经球铰与驱动座连接，驱动座上设有螺旋桨及螺旋桨驱动装置。
本发明中所述的导向装置是：安装座上设有导向滑座，导向滑座上设有导向滑孔，所述的可纵向移动的支撑臂可纵向滑动的设置在导向滑孔内。所述的支撑臂驱动装置是：可纵向移动的支撑臂一侧上设有驱动齿条，所述的支撑臂驱动装置为支撑臂伺服电机，支撑臂伺服电机的输出轴上设有与驱动齿条相啮合的驱动齿轮。
本发明中所述的导向装置是：安装座上设有导向滑座，导向滑座上设有导向滑孔，所述的可纵向移动的支撑臂可纵向滑动的设置在导向滑孔内。所述的支撑臂驱动装置是：可纵向移动的支撑臂一侧的安装座上设有滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺杆经轴承与支撑臂平行的安装于可纵向移动的支撑臂一侧的安装座上，滚珠丝杠的螺母与支撑臂一侧固定连接，安装座上设有用于驱动滚珠丝杠的螺杆转动的支撑臂伺服电机。支撑臂伺服电机的输出轴经联轴器与滚珠丝杠的螺杆相连
本发明中所述的安装座上设有导向支架，导向支架上与导向滑座相对处设有稳固滑座，稳固滑座上设有与导向滑孔相对的稳固滑孔，所述的可纵向移动的支撑臂可纵向滑动的设置在导向滑孔和稳固滑孔内。增强系统的稳定性、导向更精准。
本发明中所述的驱动座呈圆盘形，三根调节臂上端的三个球铰以驱动座的圆盘中心为圆心呈圆形阵列在驱动座上。
本发明中所述的驱动座中部设有安装孔，所述的螺旋桨驱动装置为主推电机，主推电机固定安装在安装孔内。
本发明在使用时，通过安装座安装在航行器的动力位置，通过支撑臂伺服电机控制可纵向移动的支撑臂移动的位置，两根可纵向移动的支撑臂相互协调运动可以改变螺旋桨在水中的姿态，从而实现航行器在水中的转向及俯仰运动；主推电机和螺旋桨作为一个整体固定在驱动座上，能够减少电机的功率损耗，实现大角度转向；具有结构简单、紧凑，控制简单、反应迅速，控制精度高，水中阻力小，系统稳定性高等优点。
附图说明
图1、图2是本发明的一种结构示意图。
图3、图4是本发明的另一种结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图说明本发明的优选实施例：
实施例1
如图1、图2所示的两自由度并联式矢量推进装置，设有安装座10和驱动座2，安装座10上圆形阵列设有三根纵向设置、相互平行的支撑臂，三根支撑臂中的两根支撑臂经导向装置可纵向移动的设置在安装座10上，导向装置是：安装座10上设有两个导向滑座12，导向滑座12上设有导向滑孔，所述的可纵向移动的支撑臂11可纵向滑动的设置在导向滑孔内。另一根支撑臂5固定安装在安装座10上，安装座10上设有用于驱动支撑臂纵向移动的支撑臂驱动装置，支撑臂驱动装置与支撑臂相连，从图1、图2中可以看出，所述的支撑臂驱动装置是：可纵向移动的支撑臂11一侧上沿其纵向设有驱动齿条14，所述的支撑臂驱动装置为支撑臂伺服电机13，支撑臂伺服电机13的输出轴上设有与驱动齿条14相啮合的驱动齿轮8。三根支撑臂(两根可纵向移动的支撑臂11和一根固定安装在安装座10上的支撑臂)上端分别经转动副连接有调节臂6，即：三根支撑臂上端部分别经销轴与调节臂下端铰接，三个转动副（三根销轴）位于同一平面时呈圆形阵列状。调节臂6上端分别经球铰4与驱动座2连接，驱动座2呈圆盘形，三根调节臂6上端的三个球铰4以驱动座2的圆盘形中心为圆心呈圆形阵连接在驱动座上。驱动座2上设有螺旋桨1及螺旋桨驱动装置，螺旋桨驱动装置固定安装在驱动座中部，螺旋桨1经联轴器与螺旋桨驱动装置的输出轴相连；从图中可以看出，驱动座中部设有安装孔，所述的螺旋桨驱动装置为主推电机3，主推电机3固定安装在安装孔内。经导向装置可纵向移动的设置在安装座上的支撑臂为可纵向移动的支撑臂。
所述的安装座上设有导向支架7，导向支架7上与导向滑座12相对处设有稳固滑座9，稳固滑座9上设有与导向滑孔相对的稳固滑孔，所述的可纵向移动的支撑臂11可纵向滑动的设置在导向滑孔和稳固滑孔内；从图中可以看出，与安装座固定连接的支撑臂5同时与导向支架7固定连接，增强系统的稳定性、导向更精准。
使用时，通过安装座将本发明安装在航行器的动力位置，支撑臂伺服电机工作带动驱动齿轮转动，带动驱动齿条、两根可纵向移动的支撑臂在导向滑座内纵向移动，两根可纵向移动的支撑臂相互协调运动可以改变螺旋桨在水中的姿态，从而实现航行器在水中的转向及俯仰运动；主推电机和螺旋桨作为一个整体固定在驱动座上，能够减少电机的功率损耗，实现大角度转向；具有结构简单、紧凑，控制简单、反应迅速，控制精度高，水中阻力小，系统稳定性高等优点。
实施例2
如图3、图4所示的两自由度并联式矢量推进装置，设有安装座10和驱动座2，安装座10上圆形阵列设有三根纵向设置、相互平行的支撑臂，三根支撑臂中的两根支撑臂经导向装置可纵向移动的设置在安装座10上，导向装置是：安装座10上设有两个导向滑座12，导向滑座12上设有导向滑孔，所述的可纵向移动的支撑臂11可纵向滑动的设置在导向滑孔内。另一根支撑臂5固定安装在安装座10上，安装座上设有用于驱动支撑臂纵向移动的支撑臂驱动装置，支撑臂驱动装置与支撑臂相连，从图1、图2中可以看出，所述的支撑臂驱动装置是：可纵向移动的支撑臂一侧的安装座上设有滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺杆17经轴承与支撑臂平行的安装于可纵向移动的支撑臂11一侧的安装座10上，滚珠丝杠的螺母16与可纵向移动的支撑臂11一侧固定连接，安装座上设有用于驱动滚珠丝杠的螺杆17转动的支撑臂伺服电机15；支撑臂伺服电机15的输出轴经联轴器与滚珠丝杠的螺杆相连。三根支撑臂上端分别经转动副连接有调节臂6，即：三根支撑臂上端部分别经销轴与调节臂下端铰接，三个转动副（三根销轴）位于同一平面时呈圆形阵列状。调节臂6上端分别经球铰4与驱动座2连接，驱动座2呈圆盘形，三根调节臂上端的三个球铰4以驱动座的圆盘形中心为圆心呈圆形阵连接在驱动座2上。驱动座上设有螺旋桨1及螺旋桨驱动装置，螺旋桨驱动装置固定安装在驱动座中部，螺旋桨1经联轴器与螺旋桨驱动装置的输出轴相连；从图中可以看出，驱动座中部设有安装孔，所述的螺旋桨驱动装置为主推电机3，主推电机3固定安装在安装孔内。
所述的安装座10上设有导向支架7，导向支架7上与导向滑座相对处设有稳固滑座9，稳固滑座9上设有与导向滑孔相对的稳固滑孔，所述的可纵向移动的支撑臂11可纵向滑动的设置在导向滑孔和稳固滑孔内；滚珠丝杠的螺杆的上下两端部分别经轴承安装于导向支架和安装座上；增强系统的稳定性、导向更精准。
使用时，通过安装座将本发明安装在航行器的动力位置，支撑臂伺服电机工作带动滚珠丝杠的螺杆转动，带动滚珠丝杠的螺母和与螺母连接的可纵向移动的支撑臂在导向滑座内纵向移动，两个支撑臂伺服电机控制两根可纵向移动的支撑臂相互协调运动可以改变螺旋桨在水中的姿态，从而实现航行器在水中的转向及俯仰运动；主推电机和螺旋桨作为一个整体固定在驱动座上，能够减少电机的功率损耗，实现大角度转向；具有结构简单、紧凑，控制简单、反应迅速，控制精度高，水中阻力小，系统稳定性高等优点。
Claims (7)
1.一种两自由度并联式矢量推进装置，设有安装座和驱动座，其特征在于安装座上圆形阵列有三根支撑臂，三根支撑臂中的两根支撑臂经导向装置可纵向移动的设置在安装座上，另一根支撑臂固定安装在安装座上，安装座上设有用于驱动支撑臂移动的支撑臂驱动装置，三根支撑臂上端分别经转动副连接有调节臂，调节臂上端分别经球铰与驱动座连接，驱动座上设有螺旋桨及螺旋桨驱动装置。
2.根据权利要求1所述的两自由度并联式矢量推进装置，其特征在于所述的导向装置是：安装座上设有导向滑座，导向滑座上设有导向滑孔，所述的可纵向移动的支撑臂可纵向滑动的设置在导向滑孔内。
3.根据权利要求1或2所述的两自由度并联式矢量推进装置，其特征在于所述的支撑臂驱动装置是：可纵向移动的支撑臂一侧上设有驱动齿条，所述的支撑臂驱动装置为支撑臂伺服电机，支撑臂伺服电机的输出轴上设有与驱动齿条相啮合的驱动齿轮。
4.根据权利要求1或2所述的两自由度并联式矢量推进装置，其特征在于所述的支撑臂驱动装置是：可纵向移动的支撑臂一侧的安装座上设有滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺杆经轴承与支撑臂平行的安装于可纵向移动的支撑臂一侧的安装座上，滚珠丝杠的螺母与支撑臂一侧固定连接，安装座上设有用于驱动滚珠丝杠的螺杆转动的支撑臂伺服电机。
5.根据权利要求3所述的两自由度并联式矢量推进装置，其特征在于所述的安装座上设有导向支架，导向支架上与导向滑座相对处设有稳固滑座，稳固滑座上设有与导向滑孔相对的稳固滑孔，所述的可纵向移动的支撑臂可纵向滑动的设置在导向滑孔和稳固滑孔内。
6.根据权利要求5所述的两自由度并联式矢量推进装置，其特征在于所述的驱动座呈圆盘形，三根调节臂上端的三个球铰以驱动座的圆盘形中心为圆心呈圆形阵列驱动座上。
7.根据权利要求6所述的两自由度并联式矢量推进装置，其特征在于所述的驱动座中部设有安装孔，所述的螺旋桨驱动装置为主推电机，主推电机固定安装在安装孔内。
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