CN107933870B - 一种集成式水下舵机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种集成式水下舵机装置，该装置包含舵机基座以及三个相同的舵机；舵机基座内部设置充油压力补偿机构，一端安装有两个相同的水密连接器用于舵机供电以及信号检测；三个舵机各通过四个螺钉安装于舵机基座上，呈Y形布置。本发明将三个舵机集成共用一套充油压力补偿机构，且各舵机内置电机、谐波减速器及旋转变压器，具有小尺寸、高精度、大深度等特点，特别适合安装于微小型自主式水下机器人上，实现自主式水下机器人的转向与俯仰运动。

Description

一种集成式水下舵机装置
技术领域
本发明涉及一种水下舵机装置，具体涉及一种带角度反馈功能的高精度集成式水下舵机装置。
背景技术
水下舵机在自主式水下机器人上具有广泛的应用，通过舵叶的转动，能够实现自主式水下机器人的转向、俯仰运动。为适应微小型自主式水下机器人对安装尺寸要求，现有的水下舵机通常精度较低，甚至不带舵轴角度反馈功能，从而影响自主式水下机器人水下航行时的控制精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、控制精度高、带角度反馈功能的高精度集成式水下舵机装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种集成式水下舵机装置，其特征在于，该装置包含：
舵机基座，其内部设置有充油压力补偿机构，一端安装有两个相同的水密连接器，水密连接器用于舵机供电以及信号检测；
三个相同的舵机，各舵机通过四个螺钉与所述舵机基座的另一端相固定；三个舵机固定后呈Y形布置。
优选地，所述舵机基座包含：
壳体，其在外形上可分为两段，一段外形为圆柱形，用于实现充油压力补偿；另一段外表面被加工成三个平面，在圆周方向每个平面相隔120°，每个平面上开有圆孔，使壳体与三个舵机相通，便于油液的流动与线路的布置；
活塞，其设置于壳体中，通过两道O形密封圈实现与壳体的密封，并能够沿轴向在壳体内壁滑动；
卡簧，其设置于壳体中且轴向固定，卡簧的一侧设置有挡圈，挡圈套在活塞上；卡簧用于限制挡圈向舵机基座外运动；
弹簧，其设置于壳体中，一端与活塞相接触，另一端与挡圈相接触，弹簧内侧套在活塞上；在弹簧压缩时，其产生的弹簧力作用于活塞上，使所述舵机基座中的油液压力大于外部环境压力；
排气堵头，其设置于壳体的侧面，通过螺纹与壳体固定，并通过O形密封圈实现与壳体的密封。
优选地，所述活塞上设置有充油堵头和两个相同的水密连接器，所述充油堵头通过O形密封圈实现与活塞的密封；所述水密连接器与舵机中电机线缆及旋转变压器外转子上信号线相连。
优选地，所述舵机包含：
密封壳体，其由电机舱和前端盖组成，电机舱和前端盖通过O形密封圈实现径向密封，并通过侧面均匀布置的六个紧定螺钉实现固定，电机舱与舵机基座通过O形密封圈进行密封；
电机，其安装于电机舱中，并通过三个螺钉固定于电机舱上；电机输出轴通过压紧套与转接轴实现过盈配合，转接轴通过平键与谐波减速器的波发生器连接，实现动力传递；
谐波减速器，其设置于电机舱中，其钢轮外侧与电机舱内侧过盈配合，其柔轮通过螺钉与舵轴连接；
舵轴，其从密封壳体中经前端盖穿出，与舵叶通过螺钉相连；舵轴与前端盖通过O形密封圈实现旋转密封；舵轴穿出前端盖后，由陶瓷轴承提供支撑；陶瓷轴承安装于前端盖上，并由内卡簧和外卡簧进行轴向限位；舵轴上套有旋转变压器，舵轴由旋转变压器提供角度检测，其中，舵轴与旋转变压器内转子过盈配合，旋转变压器外转子与前端盖过盈配合。
本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明集成式水下舵机装置内置旋转变压器进行舵轴角度反馈，控制精度高；且本发明集成式水下舵机装置通过将三个相同的舵机集成于一个舵机基座上，尺寸更小，且通过充油压力补偿，能够满足自主式水下机器人大深度工作的要求；本发明集成式水下舵机装置适合装备于微小型自主式水下机器人上，实现自主式水下机器人的转向与俯仰运动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明集成式水下舵机装置的结构示意图。
图2为本发明集成式水下舵机装置中舵机基座的结构示意图。
图3为本发明集成式水下舵机装置中舵机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明集成式水下舵机装置包含舵机基座1和三个相同的舵机2，舵机基座1内部设置有充油压力补偿机构，油液选用变压器油，舵机基座1一端安装有两个相同的超小型水密连接器4，超小型水密连接器4用于舵机供电以及与信号检测；各舵机2通过四个螺钉4与舵机基座1固定；三个舵机2固定后呈Y形布置，圆周方向各舵机2间隔为120°。
如图2所示，舵机基座1中壳体9在外形上可分为两段，一段外形为圆柱形，用于实现充油压力补偿；另一段外表面被加工成三个平面，每个平面上开有圆孔，三个舵机2安装于舵机基座1上后，舵机2的电机24线缆及旋转变压器外转子32上信号线经圆孔与水密连接器4相连，且舵机基座1中油液能够经圆孔流入舵机2中，实现舵机基座1与舵机2中的压力平衡。
如图2所示，活塞5设置于壳体9中，通过两道O形密封圈8实现与壳体9的密封，并能够沿轴向在壳体9内壁上滑动；卡簧6为无耳卡簧，设置于壳体9中且轴向固定，用于限制聚四氟乙烯材质的挡圈12向舵机基座1外运动；不锈钢材质的弹簧7设置于壳体9中，一端与活塞5接触，另一端与挡圈12接触，弹簧7内侧由活塞5导向，在弹簧7压缩时，其产生的弹簧力作用于活塞5上，使所述舵机基座1中的油液压力大于外部环境压力；排气堵头10，其设置于壳体9侧面，通过螺纹与壳体9固定，并通过O形密封圈11实现与壳体9的密封；活塞5上设置有充油堵头13和两个相同的水密连接器4，充油堵头13通过O形密封圈13实现与活塞5的密封；
如图3所示，舵机2外侧为密封壳体，其由电机舱26和前端盖19组成，电机舱26和前端盖19通过O形密封圈28实现径向密封，并通过侧面均匀布置的六个紧定螺钉29实现固定，电机舱26与舵机基座1通过O形密封圈25进行密封；电机24为步进电机，安装于电机舱26中，并通过三个螺钉23固定于电机舱26上；电机24输出轴通过压紧套22与转接轴21实现过盈配合，转接轴22通过平键20与谐波减速器27的波发生器连接，实现动力传递。
如图3所示，谐波减速器27设置于电机舱26中，其钢轮外侧与电机舱26内侧过盈配合，其柔轮通过螺钉30与舵轴15连接；舵轴15从密封壳体中经前端盖19穿出，与舵叶36通过螺钉34相连；舵轴15与前端盖19通过O形密封圈17实现旋转密封；舵轴15穿出前端盖19后，由陶瓷轴承33提供支撑，陶瓷轴承33安装于前端盖19上，并由内卡簧35和外卡簧16进行轴向限位；舵轴15由旋转变压器提供角度检测，其中舵轴15与旋转变压器内转子31过盈配合，旋转变压器外转子32与前端盖19过盈配合。
综上所述，本发明集成式水下舵机装置内置旋转变压器进行舵轴角度反馈，控制精度高；且本发明集成式水下舵机装置通过将三个相同的舵机集成于一个舵机基座上，尺寸更小，且通过充油压力补偿，能够满足自主式水下机器人大深度工作的要求；本发明集成式水下舵机装置适合装备于微小型自主式水下机器人上，实现自主式水下机器人的转向与俯仰运动。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种集成式水下舵机装置，其特征在于，该装置包含：
舵机基座(1)，其内部设置有充油压力补偿机构，一端安装有两个相同的水密连接器(4)，水密连接器(4)用于舵机供电以及信号检测；
三个相同的舵机(2)，各舵机(2)通过四个螺钉(3)与所述舵机基座(1)的另一端相固定；三个舵机(2)固定后呈Y形布置；
所述舵机基座(1)包含：
壳体(9)，其在外形上可分为两段，一段外形为圆柱形，用于实现充油压力补偿；另一段外表面被加工成三个平面，在圆周方向每个平面相隔120°，每个平面上开有圆孔，使壳体(9)与三个舵机(2)相通，便于油液的流动与线路的布置；
活塞(5)，其设置于壳体(9)中，通过两道O形密封圈(8)实现与壳体(9)的密封，并能够沿轴向在壳体(9)内壁滑动；
卡簧(6)，其设置于壳体(9)中且轴向固定，卡簧(6)的一侧设置有挡圈(12)，挡圈(12)套在活塞(5)上；卡簧(6)用于限制挡圈(12)向舵机基座(1)外运动；
弹簧(7)，其设置于壳体(9)中，一端与活塞(5)相接触，另一端与挡圈(12)相接触，弹簧(7)内侧套在活塞(5)上；在弹簧(7)压缩时，其产生的弹簧力作用于活塞(5)上，使所述舵机基座(1)中的油液压力大于外部环境压力；
排气堵头(10)，其设置于壳体(9)的侧面，通过螺纹与壳体(9)固定，并通过O形密封圈(11)实现与壳体(9)的密封。
2.根据权利要求1所述的集成式水下舵机装置，其特征在于，所述活塞(5)上设置有充油堵头(13)和两个相同的水密连接器(4)，所述充油堵头(13)通过O形密封圈(13)实现与活塞(5)的密封；所述水密连接器(4)与舵机(2)中电机(24)线缆及旋转变压器外转子(32)上信号线相连。
3.根据权利要求1所述的集成式水下舵机装置，其特征在于，所述舵机(2)包含：
密封壳体，其由电机舱(26)和前端盖(19)组成，电机舱(26)和前端盖(19)通过O形密封圈(28)实现径向密封，并通过侧面均匀布置的六个紧定螺钉(29)实现固定，电机舱(26)与舵机基座(1)通过O形密封圈(25)进行密封；
电机(24)，其安装于电机舱(26)中，并通过三个螺钉(23)固定于电机舱(26)上；电机(24)输出轴通过压紧套(22)与转接轴(21)实现过盈配合，转接轴(22)通过平键(20)与谐波减速器(27)的波发生器连接，实现动力传递；
谐波减速器(27)，其设置于电机舱(26)中，其钢轮外侧与电机舱(26)内侧过盈配合，其柔轮通过螺钉(30)与舵轴(15)连接；
舵轴(15)，其从密封壳体中经前端盖(19)穿出，与舵叶(36)通过螺钉(34)相连；舵轴(15)与前端盖(19)通过O形密封圈(17)实现旋转密封；舵轴(15)穿出前端盖(19)后，由陶瓷轴承(33)提供支撑；陶瓷轴承(33)安装于前端盖(19)上，并由内卡簧(35)和外卡簧(16)进行轴向限位；舵轴(15)上套有旋转变压器，舵轴(15)由旋转变压器提供角度检测，其中，舵轴(15)与旋转变压器内转子(31)过盈配合，旋转变压器外转子(32)与前端盖(19)过盈配合。
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