CN109572978A - 小口径水下航行器用一体化微型舵机 - Google Patents

小口径水下航行器用一体化微型舵机 Download PDF

Info

Publication number
CN109572978A
CN109572978A CN201811401159.9A CN201811401159A CN109572978A CN 109572978 A CN109572978 A CN 109572978A CN 201811401159 A CN201811401159 A CN 201811401159A CN 109572978 A CN109572978 A CN 109572978A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steering engine
shell
navigation device
gear
bore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811401159.9A
Other languages
English (en)
Inventor
赵培东
史金奇
姬雪峰
朱云周
王俊昌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Shipbuilding Industry Corp Seventh 0 Five Institute
Original Assignee
China Shipbuilding Industry Corp Seventh 0 Five Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Shipbuilding Industry Corp Seventh 0 Five Institute filed Critical China Shipbuilding Industry Corp Seventh 0 Five Institute
Priority to CN201811401159.9A priority Critical patent/CN109572978A/zh
Publication of CN109572978A publication Critical patent/CN109572978A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/06—Steering by rudders
    • B63H25/08—Steering gear
    • B63H25/14—Steering gear power assisted; power driven, i.e. using steering engine
    • B63H25/26—Steering engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

本发明提出了一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，由外壳组件、齿轮减速机构、旋转角度测量机构、驱动机构组成。该舵机的安装结构适用于各类150mm和180mm小口径水下航行器，解决了航行器尾舱段小体积空间内舵机组件的安装问题。本发明采用高性能数字信号处理器+全数字化功率模块+非接触式磁编码器+无刷直流电机+4级直齿型小模数变位齿轮减速机构，实现舵机体积的减小和角度传感精度的提高。通过全数字化的通讯及驱动控制，可大幅提高水下航行器的抗干扰性和电磁兼容性，并便于多舵机系统的总线挂接，提升水下航行器的控制性能。与类似使用需求的舵机相比，本发明舵机结构更加紧凑，角度传感精度更高，外观整体性更好。

Description

小口径水下航行器用一体化微型舵机
技术领域
本发明涉及小口径水下航行器技术领域，具体为一种应用于小口径水下航行器的一体化微型舵机，适用于航行器尾舱段对舵机结构、尺寸、重量要求较为严苛的场合。
背景技术
随着信息技术的不断发展，无人低速水下航行器作为搜集海洋空间信息的有力工具之一，在科学研究方面起着越来越重要的作用。未来的无人水下航行器需要更长的水下作业时间、更强大的无线通信能力，而这些目标的实现主要受到自身携带的能源、水下航行器的体积、重量以及水下光信道的限制，因此，水下航行器的补给支持及信息交换就显得十分重要。
目前，国内外涌现了多种无线光通信式水下航行器，根据通信目标的结构要求，航行器主要有150mm口径和180mm口径两种，而对于150mm和180mm口径的水下航行器来说，因其在体积、重量、航速、尾舱段空间以及流体参数等方面发生较大变化；为了减轻重量和实现小体积空间内舵机组件的安装，通常采用Y字舵的布局方式，该种布局方式下航行器的操舵性能通常较差，甚至无法满足航行器的水下对接功能。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种集成驱动、控制于一体的小口径水下航行器用一体化微型舵机，解决了较小安装空间条件下，实现驱动控制、电机、齿轮减速机构及非接触式磁编码器的一体化、微型化要求，为微型水下航行器舵机设计提供技术基础，也可为其它水下装备用一体化微型舵机的设计提供方法和技术途径。
本发明的技术方案为：
所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：由外壳组件、齿轮减速机构(3)、旋转角度测量机构、驱动机构组成；
所述外壳组件分为顶盖(4)、壳体(12)和底盖(8)；壳体(12)上端封闭，下端敞开；顶盖(4)与壳体(12)上端密封固定连接，顶盖(4)与壳体(12)上端之间作为齿轮减速机构(3)的安装空间；底盖(8)与壳体(12)下端密封固定连接，底盖(8)与壳体(12)内部空间作为旋转角度测量机构和驱动机构的安装空间；
所述驱动机构由电机(11)和驱动控制板(13)组成；电机(11)的输出轴穿过壳体(12)上端端面中的轴孔，并与齿轮减速机构(3)的第一级齿轮同轴固定连接；
所述齿轮减速机构(3)安装在顶盖(4)与壳体(12)上端之间的空间内，除第一级和最后一级齿轮外，其余中间级齿轮通过两端固定在顶盖与壳体上的光轴支撑；第一级齿轮位于安装空间的一侧，最后一级齿轮位于安装空间的另一侧；同轴固定在最后一级齿轮一侧的输出轴(9)穿过顶盖(4)上对应位置的轴孔后与外部负载连接；
所述旋转角度测量机构由复合材料轴体(5)、永磁体(6)和编码器(7)组成；复合材料轴体(5)穿过壳体(12)上端端面中的轴孔，一端与最后一级齿轮另一侧同轴固定连接，复合材料轴体(5)另一端同轴固定永磁体(6)，安装在壳体(12)内的编码器(7)靠近永磁体(6)，能够通过检测永磁体(6)旋转磁场的变化，测量旋转角度。
进一步的优选方案，所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：所述齿轮减速机构(3)采用4级直齿型小模数变位齿轮减速机构。
进一步的优选方案，所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：顶盖(4)内端面中对应输出轴(9)的轴孔位置具有顶盖沟槽，沟槽内安装深沟球轴承，输出轴(9)与深沟球轴承紧配合。
进一步的优选方案，所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：所述复合材料轴体(5)采用聚四氟乙烯材质，在复合材料轴体(5)一端铣有连接键，在最后一级齿轮对应位置具有键槽，实现复合材料轴体(5)一端与最后一级齿轮同轴固定配合，当电机(11)驱动实现舵机旋转输出时，能够同步带动复合材料轴体(5)旋转。
进一步的优选方案，所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：在壳体(12)内部一侧安装电机(11)的位置具有安装槽，电机(11)过盈配合固定在安装槽内。
进一步的优选方案，所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：驱动控制板(13)与电机(11)之间采用焊盘焊接方式固定；所述驱动控制板采用全数字化的通讯及驱动控制；驱动控制板(13)上具有的半桥PN-MOS紧贴于底盖(8)；底盖(8)上开有驱动控制板的连接器开口，用于提供供电及通信接口。
进一步的优选方案，所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：输出轴(9)外端采用标准六方形式，输出轴(9)与外部负载之间通过采用内六角形式的法兰盘(1)进行转接。
有益效果
本发明提出了一种结构紧凑，使用简单、系统设计和维护方便、电气接线少、故障率低、电磁兼容性和可靠性高的一体化微型舵机，该舵机的安装结构适用于各类150mm和180mm小口径水下航行器，解决了航行器尾舱段小体积空间内舵机组件的安装问题。本发明采用高性能数字信号处理器+全数字化功率模块+非接触式磁编码器+无刷直流电机+4级直齿型小模数变位齿轮减速机构，实现舵机体积的减小和角度传感精度的提高。通过全数字化的通讯及驱动控制，可大幅提高水下航行器的抗干扰性和电磁兼容性，并便于多舵机系统的总线挂接，提升水下航行器的控制性能。与类似使用需求的舵机相比，本发明舵机结构更加紧凑，角度传感精度更高，外观整体性更好。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：一体化微型舵机结构装配图；
其中：1.法兰盘，2.深沟球轴承，3.齿轮减速机构，4.顶盖，5.复合材料轴体，6.永磁体，7.编码器，8.底盖，9.输出轴，10.光轴，11.电机，12.壳体，13.驱动控制板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例中的小口径水下航行器用一体化微型舵机用于150mm小口径水下航行器中，由外壳组件、齿轮减速机构(3)、旋转角度测量机构、驱动机构组成。
所述外壳组件分为顶盖(4)、壳体(12)和底盖(8)；壳体(12)上端封闭，下端敞开；顶盖(4)与壳体(12)上端采用4个长为30mm的M2内六方螺钉密封固定连接，顶盖(4)与壳体(12)上端之间作为齿轮减速机构(3)的安装空间；底盖(8)与壳体(12)下端采用4个长为30mm的M2内六方螺钉密封固定连接，底盖(8)与壳体(12)内部空间作为旋转角度测量机构和驱动机构的安装空间。
所述驱动机构由电机(11)和驱动控制板(13)组成；电机(11)的输出轴穿过壳体(12)上端端面中的轴孔，并与齿轮减速机构(3)的第一级齿轮采用压接方式实现同轴紧配合。电机(11)转动时经齿轮减速机构(3)实现转速降低和转矩提高。在壳体(12)内部一侧安装电机(11)的位置具有安装槽，电机(11)过盈配合固定在安装槽内。驱动控制板(13)与电机(11)之间采用焊盘焊接方式固定；所述驱动控制板采用全数字化的通讯及驱动控制；驱动控制板(13)上具有的半桥PN-MOS紧贴于底盖(8)，实现驱动MOS的散热；底盖(8)上开有两个12mm×4.5mm长方形、4针2mm间距的驱动控制板连接器开口，提供两组供电及通信接口，便于舵机与控制计算机及舵机与舵机之间的总线通信，以实现多节点舵机的统一控制。
所述齿轮减速机构(3)安装在顶盖(4)与壳体(12)上端之间的空间内，齿轮减速机构(3)采用4级直齿型小模数变位齿轮减速机构。除第一级和最后一级齿轮外，其余中间级齿轮通过两端固定在顶盖与壳体上的光轴支撑；第一级齿轮位于安装空间的一侧，最后一级齿轮位于安装空间的另一侧。
为了兼顾舵机负载的安装，同轴固定在最后一级齿轮一侧的输出轴(9)外端采用标准六方形式，输出轴(9)穿过顶盖(4)上对应位置的轴孔后通过采用内六角形式的法兰盘(1)与外部负载连接；法兰盘与负载之间通过4个M2.5的盘头螺钉进行紧固。
顶盖(4)内端面中对应输出轴(9)的轴孔位置具有顶盖沟槽，沟槽内安装深沟球轴承，输出轴(9)与深沟球轴承紧配合。
所述旋转角度测量机构由复合材料轴体(5)、永磁体(6)和编码器(7)组成；所述复合材料轴体(5)采用聚四氟乙烯材质，在复合材料轴体(5)一端铣有连接键，在最后一级齿轮对应位置具有键槽，复合材料轴体(5)穿过壳体(12)上端端面中的轴孔，一端与最后一级齿轮另一侧同轴固定配合，当电机(11)驱动实现舵机旋转输出时，能够同步带动复合材料轴体(5)旋转。复合材料轴体(5)另一端同轴固定永磁体(6)，安装在壳体(12)内的编码器(7)靠近永磁体(6)，能够通过检测永磁体(6)旋转磁场的变化，实现舵机输出角度的测量。
本实施例中电机(11)选用1718RB直流无刷电机，编码器(7)选用AS5601非接触式磁编码器。该舵机可以输出1.2N·m额定转矩，可实现-30°～30°的输出角度，舵速：60°/s。本发明在试验室环境和实际水下环境中得到了测试验证，取得了良好的效果。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：由外壳组件、齿轮减速机构(3)、旋转角度测量机构、驱动机构组成；
所述外壳组件分为顶盖(4)、壳体(12)和底盖(8)；壳体(12)上端封闭，下端敞开；顶盖(4)与壳体(12)上端密封固定连接，顶盖(4)与壳体(12)上端之间作为齿轮减速机构(3)的安装空间；底盖(8)与壳体(12)下端密封固定连接，底盖(8)与壳体(12)内部空间作为旋转角度测量机构和驱动机构的安装空间；
所述驱动机构由电机(11)和驱动控制板(13)组成；电机(11)的输出轴穿过壳体(12)上端端面中的轴孔，并与齿轮减速机构(3)的第一级齿轮同轴固定连接；
所述齿轮减速机构(3)安装在顶盖(4)与壳体(12)上端之间的空间内，除第一级和最后一级齿轮外，其余中间级齿轮通过两端固定在顶盖与壳体上的光轴支撑；第一级齿轮位于安装空间的一侧，最后一级齿轮位于安装空间的另一侧；同轴固定在最后一级齿轮一侧的输出轴(9)穿过顶盖(4)上对应位置的轴孔后与外部负载连接；
所述旋转角度测量机构由复合材料轴体(5)、永磁体(6)和编码器(7)组成；复合材料轴体(5)穿过壳体(12)上端端面中的轴孔，一端与最后一级齿轮另一侧同轴固定连接，复合材料轴体(5)另一端同轴固定永磁体(6)，安装在壳体(12)内的编码器(7)靠近永磁体(6)，能够通过检测永磁体(6)旋转磁场的变化，测量旋转角度。
2.根据权利要求1所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：所述齿轮减速机构(3)采用4级直齿型小模数变位齿轮减速机构。
3.根据权利要求2所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：顶盖(4)内端面中对应输出轴(9)的轴孔位置具有顶盖沟槽，沟槽内安装深沟球轴承，输出轴(9)与深沟球轴承紧配合。
4.根据权利要求3所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：所述复合材料轴体(5)采用聚四氟乙烯材质，在复合材料轴体(5)一端铣有连接键，在最后一级齿轮对应位置具有键槽，实现复合材料轴体(5)一端与最后一级齿轮同轴固定配合，当电机(11)驱动实现舵机旋转输出时，能够同步带动复合材料轴体(5)旋转。
5.根据权利要求3所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：在壳体(12)内部一侧安装电机(11)的位置具有安装槽，电机(11)过盈配合固定在安装槽内。
6.根据权利要求5所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：驱动控制板(13)与电机(11)之间采用焊盘焊接方式固定；所述驱动控制板采用全数字化的通讯及驱动控制；驱动控制板(13)上具有的半桥PN-MOS紧贴于底盖(8)；底盖(8)上开有驱动控制板的连接器开口，用于提供供电及通信接口。
7.根据权利要求1所述一种小口径水下航行器用一体化微型舵机，其特征在于：输出轴(9)外端采用标准六方形式，输出轴(9)与外部负载之间通过采用内六角形式的法兰盘(1)进行转接。
CN201811401159.9A 2018-11-22 2018-11-22 小口径水下航行器用一体化微型舵机 Pending CN109572978A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811401159.9A CN109572978A (zh) 2018-11-22 2018-11-22 小口径水下航行器用一体化微型舵机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811401159.9A CN109572978A (zh) 2018-11-22 2018-11-22 小口径水下航行器用一体化微型舵机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109572978A true CN109572978A (zh) 2019-04-05

Family

ID=65923497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811401159.9A Pending CN109572978A (zh) 2018-11-22 2018-11-22 小口径水下航行器用一体化微型舵机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109572978A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110949649A (zh) * 2019-11-11 2020-04-03 中国船舶重工集团公司第七0七研究所九江分部 一种带屏显的两轴向转角信号输出组件
CN113619757A (zh) * 2021-08-02 2021-11-09 西北工业大学 一种压力自适应充油舵机
CN114750923A (zh) * 2022-04-24 2022-07-15 青岛策海自动化科技有限公司 一种具有强负载能力的水下伺服器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204076286U (zh) * 2014-08-25 2015-01-07 深圳市优必选科技有限公司 一种微型金属齿轮伺服器
US9403589B2 (en) * 2013-11-21 2016-08-02 Globe Motors, Inc. Manual override for steering actuator
CN106763515A (zh) * 2016-12-31 2017-05-31 深圳市优必选科技有限公司 一种舵机
CN207691612U (zh) * 2018-01-18 2018-08-03 惠州市工藤科技有限公司 一种微型舵机
CN207758978U (zh) * 2017-11-30 2018-08-24 兴化市通舟船舶设备有限公司 一种船舶专用舵机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9403589B2 (en) * 2013-11-21 2016-08-02 Globe Motors, Inc. Manual override for steering actuator
CN204076286U (zh) * 2014-08-25 2015-01-07 深圳市优必选科技有限公司 一种微型金属齿轮伺服器
CN106763515A (zh) * 2016-12-31 2017-05-31 深圳市优必选科技有限公司 一种舵机
CN207758978U (zh) * 2017-11-30 2018-08-24 兴化市通舟船舶设备有限公司 一种船舶专用舵机
CN207691612U (zh) * 2018-01-18 2018-08-03 惠州市工藤科技有限公司 一种微型舵机

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110949649A (zh) * 2019-11-11 2020-04-03 中国船舶重工集团公司第七0七研究所九江分部 一种带屏显的两轴向转角信号输出组件
CN113619757A (zh) * 2021-08-02 2021-11-09 西北工业大学 一种压力自适应充油舵机
CN113619757B (zh) * 2021-08-02 2023-02-28 西北工业大学 一种压力自适应充油舵机
CN114750923A (zh) * 2022-04-24 2022-07-15 青岛策海自动化科技有限公司 一种具有强负载能力的水下伺服器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109572978A (zh) 小口径水下航行器用一体化微型舵机
CN107104544B (zh) 一种高功重比集成化机电伺服作动装置
CN101752937B (zh) 一种补偿式水下无刷直流电机结构及其组装方法
CN203708078U (zh) 一种永磁调速器
CN104401483B (zh) 一种机电伺服系统
CN105313132A (zh) 一种高集成度机器人关节
CN107175682B (zh) 一种模块化蛇形机器人关节
CN105620708A (zh) 一种水下电动舵机及舵角检测方法
CN107152506A (zh) 一种高压环境下压力自平衡式机电伺服作动装置
CN109760808B (zh) 长航程自主水下航行器低功耗转向装置
CN103448889A (zh) 水下螺旋桨推进装置
CN203481990U (zh) 高度集成的机电作动器
CN101726756B (zh) 转动型海洋地震拖缆位置控制器
CN211841989U (zh) 一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组
CN113062940A (zh) 电机械制动缸、制动夹钳单元和轨道车辆
CN205543240U (zh) 一种电调天线驱动机构
CN108860526A (zh) 水下侦察机器人
CN202949313U (zh) 电动汽车驱动电机旋转变压器定位机构
CN107681818B (zh) 一种适用于狭小空间的集成式防卡塞双余度机电作动器
CN210083571U (zh) 一种光电稳定平台
CN204613392U (zh) 一种暗室rcs测量用转顶装置
CN208696340U (zh) 电动卡盘
CN109987256B (zh) 一种二维转动机构
CN103545977A (zh) 高度集成机电作动器
CN109399406A (zh) 一种水下绞车自反馈动力旋通装置及其使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190405