CN110001901A - 一种可变桨距水下推进模块 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可变桨距水下推进模块，涉及机械电子设备领域，该推进模块可以有效解决水下应用过程中会出现传动、密封等问题，使其在水下机器人领域成功应用。包括密封舱，所述的密封舱整体呈圆形结构，所述的密封舱内底部固定设有主电机，主电机底部设有电机固定座，所述的主电机的电机轴在上方伸出，且在电机轴上方设有锥齿轮组，所述的锥齿轮组包括固定于电机轴上端部的第一锥形齿轮，所述的第一锥形齿轮上方设有横向的转动芯轴，转动芯轴上固定设有第二锥形齿轮，所述的第二锥形齿轮与第一锥形齿轮相啮合，所述的转动芯轴两端部分别伸出密封舱在末端与可变桨距螺旋桨相连接。它操作简单，使用方便，适用于多种设备。

Description

一种可变桨距水下推进模块

技术领域

本发明涉及机械电子设备领域，尤其是涉及一种可变桨距水下推进模块。

背景技术

随着科技的进步，社会的发展，我国的人工智能技术得到了快速的发展，随之而来的是水下机器人的快速发展。水下机器人需要使用推进模块，为水下机器人的运动提供动力，改变机器人的运动方向和姿态。现有的水下推进模块，均是采用电机直连固定桨距螺旋桨的方式形成一组推进单元，再根据不同的需求布置多组推进单元，形成水下机器人的推进模块。

目前，一般小型水下机器人，最少需要布置三组推进单元，分别在机器人的上部和左右两边，从而实现水下机器人的运动功能。在这种动力方式下，水下机器人的体积庞大笨重，耗电量较大、密封不好处理，运动不灵活，不能完成水下小空间的操作任务。同时，在机器人转向过程中，电机要经历先减速再加速的过程，延时较长，不能满足控制的实时性要求。桨距是指螺旋桨的桨叶与旋转平面的倾角，可变桨距是指可以通过某种装置来拉动桨叶，从而改变桨距。

发明内容

本发明提出一种可变桨距水下推进模块，该推进模块可以有效解决水下应用过程中会出现传动、密封等问题，使其在水下机器人领域成功应用，同时通过加入锥齿轮等传动装置，使得其只需要单个电机即可完成对整个水下机器人的推动，能够减小水下机器人的重量和体积。

本发明的技术方案是这样实现的：一种可变桨距水下推进模块，其特征在于：包括密封舱，所述的密封舱整体呈圆形结构，所述的密封舱内底部固定设有主电机，主电机底部设有电机固定座，所述的主电机的电机轴在上方伸出，且在电机轴上方设有锥齿轮组，所述的锥齿轮组包括固定于电机轴上端部的第一锥形齿轮，所述的第一锥形齿轮上方设有横向的转动芯轴，转动芯轴上固定设有第二锥形齿轮，所述的第二锥形齿轮与第一锥形齿轮相啮合，所述的转动芯轴两端部分别伸出密封舱在末端与可变桨距螺旋桨相连接；

所述的第二锥形齿轮与左上方的第三锥形齿轮相啮合，所述的第三锥形齿轮与第一锥形齿轮对称设置，第三锥形齿轮固定于竖向的转动芯轴的底部，转动芯轴的上端部伸出密封舱且在末端与上方的可变桨距螺旋桨相连接；

所述的主电机一侧的密封舱内设有舵机，所述的舵机通过舵机固定板固定于密封舱内，所述的舵机与舵机拉杆内端部相连接，舵机拉杆伸出密封舱且在外端部与可变桨距螺旋桨的桨距调节组件相连接，所述的舵机拉杆上设有密封套；

所述的密封舱底部设有密封端盖；

所述的密封端盖左右两侧的密封舱外表面固定设有推进模块骨架。

优选的，所述的桨距调节组件包括平拐连杆，所述的平拐连杆中间位置与固定块铰接，平拐连杆一端与舵机拉杆外端部铰接，平拐连杆另一端与轴套滑移连杆相连接，所述的轴套滑移连杆与近桨连杆相连接，近桨连杆与可变桨距螺旋桨相连接。

优选的，所述的密封端盖通过紧固螺钉与密封舱固定连接。

优选的，所述的密封端盖与密封舱之间夹设有密封垫。

优选的，所述的推进模块骨架包括密封舱底部四角分别向斜下方设置的支架，所述的支架上分别设有条形通孔，左侧一对支架和右侧一对支架的条形通孔中分别固定设有骨架支撑柱。

优选的，所述的骨架支撑柱包括内外纵向的螺杆，螺杆的穿出端设有锁紧螺母。

优选的，所述的可变桨距螺旋桨的桨叶分别为平面结构。

优选的，所述的密封端盖内侧的转动芯轴上分别设有机械密封件，所述的机械密封件内侧设有滚动轴承。

优选的，所述的可变桨距螺旋桨内侧的转动芯轴上固定设有管架。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

1.本发明采用三组可变桨距螺旋桨，分别布置在机器人的上部和左右两侧，通过锥齿轮等传动装置将其连接到同一个电机上，并使用舵机来拉动每组螺旋桨，来改变桨距，从而提供不同的动力改变水下机器人的运动状态。

2.本发明仅利用一个电机实现了对三个螺旋桨的驱动，实现了水下机器人的全方位推进。减小了水下机器人的体积和重量，减小了能耗，提高了续航能力，可以完成水下狭小空间的操作任务，适应性更强。

3.本发明采用舵机拉动的方式来改变桨距，产生不同的动力，延时短，响应快，动态性能好，可使水下机器人的运动更加灵活。

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使用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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的左视结构示意图；

图3为本发明的剖视结构示意图；

图4本发明右螺旋桨内部结构主视图；

图5本发明右螺旋桨内部结构俯视图；

图6本发明上螺旋桨内部结构主视图。

其中：1.推进模块骨架；2.骨架支撑柱；3.紧固螺钉；4.密封端盖；5.密封舱；6.舵机固定板；7.密封套；8.可变桨距螺旋桨；9.转动芯轴，10.管架；11.舵机；12.电机固定座；13.主电机；14.滚动轴承；15.机械密封件；16.锥齿轮组；17.舵机拉杆；18.平拐连杆；19.轴套滑移连杆；20.近桨连杆。

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作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。

如图1至图6所示，一种可变桨距水下推进模块，包括密封舱5，所述的密封舱5整体呈圆形结构，所述的密封舱5内底部固定设有主电机13，主电机13底部设有电机固定座12(与密封舱5内表面固定连接)，所述的主电机13的电机轴在上方伸出，且在电机轴上方设有锥齿轮组16，所述的锥齿轮组16包括固定于电机轴上端部的第一锥形齿轮(图中未单独标记)，所述的第一锥形齿轮上方设有横向的转动芯轴9，转动芯轴9上固定设有第二锥形齿轮(图中未单独标记)，所述的第二锥形齿轮与第一锥形齿轮相啮合，所述的转动芯轴9两端部分别伸出密封舱5在末端与可变桨距螺旋桨8(公知技术，为本领域一般技术人员所熟知)相连接。

上述实施例中，具体的，所述的第二锥形齿轮与左上方的第三锥形齿轮(图中未单独标记)相啮合，所述的第三锥形齿轮与第一锥形齿轮对称设置，第三锥形齿轮固定于竖向的转动芯轴9的底部，转动芯轴9的上端部伸出密封舱5且在末端与上方的可变桨距螺旋桨8相连接。整个推进模块是对称分布的，可变桨距螺旋桨8数量为三个，且三个螺旋桨8的结构完全一致。

上述实施例中，具体的，所述的主电机13一侧的密封舱5内设有舵机11，所述的舵机11通过舵机固定板6固定于密封舱5内，所述的舵机11与舵机拉杆17内端部相连接，舵机拉杆17伸出密封舱5且在外端部与可变桨距螺旋桨8的桨距调节组件(公知技术，后面补充描述)相连接，所述的舵机拉杆17上设有密封套7(舵机拉杆17套在密封套7中，实现密封防水)。

上述实施例中，具体的，所述的密封舱5底部设有密封端盖4。完成对主电机13的防水密封。

上述实施例中，具体的，所述的密封端盖4左右两侧的密封舱5外表面固定设有推进模块骨架1(其结构后面详述)。

上述实施例中，更为具体的，所述的桨距调节组件包括平拐连杆18，所述的平拐连杆18中间位置与固定块(图中未示出，名称不唯一，本领域技术人员知晓)铰接，平拐连杆18一端与舵机拉杆17外端部铰接，平拐连杆18另一端与轴套滑移连杆相连接(轴套滑移连杆19套在转动芯轴9上，可以在平拐连杆18的拉动下沿着转动芯轴9滑动)所述的轴套滑移连杆19与近桨连杆20相连接，近桨连杆20与可变桨距螺旋桨8相连接，拉动螺旋桨8转动，从而改变桨距。

上述实施例中，更为具体的，所述的密封端盖4通过紧固螺钉3与密封舱5固定连接。

上述实施例中，更为具体的，所述的密封端盖4与密封舱5之间夹设有密封垫(图中未示出)。

上述实施例中，更为具体的，所述的推进模块骨架1包括密封舱底部四角分别向斜下方设置的支架(图中未单独标记)，所述的支架上分别设有条形通孔(图中未单独标记)，左侧一对支架和右侧一对支架的条形通孔中分别固定设有骨架支撑柱2。通过推进模块骨架1和骨架支撑柱2对整个推机模块进行固定，使其可以作为水下机器人专门的动力舱。

上述实施例中，更为具体的，所述的骨架支撑柱2包括内外纵向的螺杆(图中未单独标记)，螺杆的穿出端设有锁紧螺母(图中未单独标记)。增加推进模块骨架1的牢固性。

上述实施例中，更为具体的，所述的可变桨距螺旋桨8的桨叶分别为平面结构。

上述实施例中，更为具体的，所述的密封端盖内侧的转动芯轴上分别设有机械密封件15(公知技术)，所述的机械密封件15内侧设有滚动轴承14。

上述实施例中，更为具体的，所述的可变桨距螺旋桨8内侧的转动芯轴9上固定设有管架10。

工作原理：通过推进模块骨架1和骨架支撑柱2对整个推机模块进行固定，使其可以作为水下机器人专门的动力舱。整个推进模块是对称分布的，三个螺旋桨8的结构完全一致。在密封舱5内，主电机13通过电机固定座12固定在密封舱5底部，采用紧固螺钉3将密封端盖4固定在密封舱5上，完成对主电机13的防水密封。主电机13上部通过锥齿轮组16连接转动芯轴9，其中左右螺旋桨共用一根转动芯轴9，其转速一致，上螺旋桨8采用一根短芯轴。将两个转动轴承14布置在机械密封件15的上下端，且均套在转动芯轴9上，在转动芯轴9伸出端，采用与左右可变桨距螺旋桨8和主电机13一样的密封方式进行密封。舵机拉杆17套在密封套7中，实现密封防水。平拐连杆18与轴套滑移连杆19相连，而轴套滑移连杆19套在转动芯轴9上，可以在平拐连杆18的拉动下沿着转动芯轴9滑动。轴套滑移连杆19与近桨连杆20相连，拉动螺旋桨8转动，从而改变桨距。左右螺旋桨的结构与上螺旋桨一致，只是由于水平方向上转动芯轴9较长，在转动芯轴9的伸出部分外装管架10，起到支撑连接作用，同时在转动芯轴9末端多了一组锥齿轮组16(固定在管架10上)来改变旋转的方向，从而产生水平方向的推力。主电机13通过锥齿轮组16与转动芯轴9相连，在水平方向上，采用一根长转动芯轴9，在芯轴末端分别再加一组锥齿轮组16，改变芯轴转动方向，当主电机13旋转时，带动左右螺旋桨同速转动，产生水平方向上的推力。而在竖直方向上，转动芯轴9直接与上螺旋桨相连，使上螺旋桨随着主电机13的转动而转动，产生竖直方向上的推力。舵机11通过桨距调节组件与三对螺旋桨相连，可以改变螺旋桨的桨距。当桨距为0时，即使螺旋桨旋转也不产生推力，桨距越大，主电机13转速越高产生的推力越大。综上，主电机13和舵机11相互配合，可以实现该水下推进模块全方位的运动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变桨距水下推进模块，其特征在于：包括密封舱，所述的密封舱整体呈圆形结构，所述的密封舱内底部固定设有主电机，主电机底部设有电机固定座，所述的主电机的电机轴在上方伸出，且在电机轴上方设有锥齿轮组，所述的锥齿轮组包括固定于电机轴上端部的第一锥形齿轮，所述的第一锥形齿轮上方设有横向的转动芯轴，转动芯轴上固定设有第二锥形齿轮，所述的第二锥形齿轮与第一锥形齿轮相啮合，所述的转动芯轴两端部分别伸出密封舱在末端与可变桨距螺旋桨相连接；所述的第二锥形齿轮与左上方的第三锥形齿轮相啮合，所述的第三锥形齿轮与第一锥形齿轮对称设置，第三锥形齿轮固定于竖向的转动芯轴的底部，转动芯轴的上端部伸出密封舱且在末端与上方的可变桨距螺旋桨相连接；所述的主电机一侧的密封舱内设有舵机，所述的舵机通过舵机固定板固定于密封舱内，所述的舵机与舵机拉杆内端部相连接，舵机拉杆伸出密封舱且在外端部与可变桨距螺旋桨的桨距调节组件相连接，所述的舵机拉杆上设有密封套；所述的密封舱底部设有密封端盖；所述的密封端盖左右两侧的密封舱外表面固定设有推进模块骨架。

2.根据权利要求1所述的一种可变桨距水下推进模块，其特征在于：所述的桨距调节组件包括平拐连杆，所述的平拐连杆中间位置与固定块铰接，平拐连杆一端与舵机拉杆外端部铰接，平拐连杆另一端与轴套滑移连杆相连接，所述的轴套滑移连杆与近桨连杆相连接，近桨连杆与可变桨距螺旋桨相连接。

3.根据权利要求1所述的一种可变桨距水下推进模块，其特征在于：所述的密封端盖通过紧固螺钉与密封舱固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种可变桨距水下推进模块，其特征在于：所述的密封端盖与密封舱之间夹设有密封垫。

5.根据权利要求1所述的一种可变桨距水下推进模块，其特征在于：所述的推进模块骨架包括密封舱底部四角分别向斜下方设置的支架，所述的支架上分别设有条形通孔，左侧一对支架和右侧一对支架的条形通孔中分别固定设有骨架支撑柱。

6.根据权利要求5所述的一种可变桨距水下推进模块，其特征在于：所述的骨架支撑柱包括内外纵向的螺杆，螺杆的穿出端设有锁紧螺母。

7.根据权利要求1所述的一种可变桨距水下推进模块，其特征在于：所述的可变桨距螺旋桨的桨叶分别为平面结构。

8.根据权利要求1所述的一种可变桨距水下推进模块，其特征在于：所述的密封端盖内侧的转动芯轴上分别设有机械密封件，所述的机械密封件内侧设有滚动轴承。

9.根据权利要求1所述的一种可变桨距水下推进模块，其特征在于：所述的可变桨距螺旋桨内侧的转动芯轴上固定设有管架。