CN110979603A - 一种水下机器人用方向控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下机器人领域，具体地说是一种水下机器人用方向控制装置，舵舱舱壳的外表面上设有一组水平稳定翼及一组垂直稳定翼，水平稳定翼及垂直稳定翼均通过舵舱盖板安装在舵舱舱壳的外表面上；垂直舵片驱动装置及水平舵片驱动装置分别安装于舵舱舱壳内，垂直舵轴与水平舵轴垂直交错地设置于舵舱舱壳内，垂直舵轴与垂直舵片驱动装置相连，垂直舵轴的两端由舵舱舱壳穿出，通过舵连接件连接有位于垂直稳定翼行进方向后侧的垂直舵片；水平舵轴与水平舵片驱动装置相连，水平舵轴的两端由舵舱舱壳穿出，通过舵连接件连接有位于水平稳定翼行进方向后侧的水平舵片。本发明两个方向的舵轴垂直交错布置，转动时不会发生干涉，高效利用舵舱内部空间。

Description

一种水下机器人用方向控制装置

技术领域

本发明属于水下机器人领域，具体地说是一种水下机器人用方向控制装置。

背景技术

水下机器人是一种移动水下观测平台，在全世界范围内各海洋强国海域都得到了广泛的应用；而水下机器人方向控制是其实现多个自由度运动以及特定的航行模式必不可少的一环。由于大多数水下机器人要保证其运动时阻力足够小，因此其艉部大多为流线型，又控制方向的装置大多安装在水下机器人艉部，故对体积要求较高，舵舱内部装置安装空间有限。因此，设计一款结构紧凑、稳定可靠的方向控制装置对水下机器人来说具有重要意义。

发明内容

为了满足水下机器人的使用需求，本发明的目的在于提供一种水下机器人用方向控制装置。该方向控制装置利用水平舵轴和垂直舵轴来对水平舵和垂直舵进行控制，两个方向舵轴相互交错垂直布置，避免干涉，传动装置为一个平行四边形连杆机构，结构简单。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括水平舵片、水平稳定翼、舵舱舱壳、舵连接件、舵舱盖板、垂直舵片、垂直稳定翼、垂直舵轴、水平舵轴、垂直舵片驱动装置及水平舵片驱动装置，其中舵舱舱壳的外表面上设有一组水平稳定翼及一组垂直稳定翼，该水平稳定翼及垂直稳定翼均通过舵舱盖板安装在所述舵舱舱壳的外表面上；所述垂直舵片驱动装置及水平舵片驱动装置分别安装于舵舱舱壳内，所述垂直舵轴与水平舵轴垂直交错地设置于舵舱舱壳内，该垂直舵轴与垂直舵片驱动装置相连，所述垂直舵轴的两端由舵舱舱壳穿出，通过舵连接件连接有位于所述垂直稳定翼行进方向后侧的垂直舵片；所述水平舵轴与水平舵片驱动装置相连，该水平舵轴的两端由舵舱舱壳穿出，通过舵连接件连接有位于所述水平稳定翼行进方向后侧的水平舵片；所述垂直舵片驱动装置、水平舵片驱动装置分别驱动垂直舵轴、水平舵轴转动，进而带动垂直舵片、水平舵片转动，实现水下机器人的方向控制。

其中：所述垂直舵片驱动装置及水平舵片驱动装置结构相同，均包括驱动电机、减速器、电机连接架上板、螺柱、电机连接架下板、传动连杆及传动盘，该电机连接架下板安装于所述舵舱舱壳内部，所述电机连接架上板通过螺柱与电机连接架下板相连，所述减速器安装于电机连接架上板上，输入端与驱动电机相连，输出端位于所述电机连接架上板与电机连接架下板之间；所述垂直舵轴或水平舵轴由电机连接架上板及电机连接架下板穿过，该垂直舵轴或水平舵轴上连接有传动盘，所述减速器输出端连接有传动盘，并通过传动连杆与垂直舵轴或水平舵轴上连接的传动盘相连。

所述减速器输出端的传动盘通过两根传动连杆与垂直舵轴或水平舵轴上的传动盘相连，形成平行四边形连杆机构。

所述传动连杆的两端均开有圆孔，所述传动盘上与传动连杆连接的位置开有圆孔，所述传动连杆上的圆孔与传动盘上的圆孔通过螺钉相连，形成所述平行四边形连杆机构。

所述螺钉配有防松螺母，该防松螺母与所述传动连杆之间留有间隙。

所述传动盘上开设有通孔，该通孔外边缘设有键槽；所述垂直舵轴或水平舵轴上设有凸起，该凸起与所述键槽插接，实现传动盘带动垂直舵轴或水平舵轴转动。

所述舵舱舱壳内部充油，该舵舱舱壳的舵舱端盖上安装有补偿油囊，所述补偿油囊的内部与舵舱舱壳内部相连通。

所述舵连接件包括舵片连接部及舵轴连接部，该舵轴连接部的一端与所述垂直舵轴或水平舵轴相连，另一端通过所述舵片连接部与垂直舵片或水平舵片连接。

所述舵舱盖板上设有两个稳定翼连接部，所述垂直稳定翼或水平稳定翼插设于两个稳定翼连接部之间，并通过螺钉固定。

所述垂直舵轴及水平舵轴为一整根或分为两根，当所述垂直舵轴分为两根时，每根所述垂直舵轴的一端均由所述舵舱舱壳穿出、并连接垂直舵片，另一端通过联轴器相连；当所述水平舵轴分为两根时，每根所述水平舵轴的一端均由所述舵舱舱壳穿出、并连接水平舵片，另一端通过联轴器相连。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明利用水平舵轴与垂直舵轴实现水平舵片和垂直舵片的操纵，且两个方向的舵轴相互垂直设置，运动时不会发生干涉，结构紧凑，可有效利用舵舱内狭小空间。

2.本发明在舵片前设置稳定翼，不但可以使水下机器人稳定航行，还可以避免水草等水下杂物缠绕在舵轴上造成隐患。

3.本发明通过平行四边形连杆机构将减速机输出轴与舵轴连接起来，相比于齿轮传动机构，其结构简单，所占空间小，十分适用于舵舱内部的狭小空间。

4.本发明的舵舱端盖上设置了补偿油囊，可减小舵舱舱壳内部压力与外界水压的压差，平衡内外压力。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为图1的左视图；

图3为图2中拿掉舵舱端盖后的内部结构示意图；

图4为图3中垂直舵片驱动装置、水平舵片驱动装置的立体结构示意图；

图5为图4的结构主视图；

图6为图4及图5中传动盘及传动连杆的结构示意图；

图7为本发明舵片连接部的结构示意图；

图8为本发明舵轴连接部的结构示意图；

图9为本发明舵舱盖板的结构示意图；

其中：1为水平舵片，2为水平稳定翼，3为水密接插件，4为补偿油囊，5为舵舱端盖，6为舵舱舱壳，7为舵连接件，8为舵舱盖板，9为垂直舵片，10为垂直稳定翼，11为驱动电机，12为减速器，13为电机连接架上板，14为螺柱，15为电机连接架下板，16为传动连杆，17为传动盘，18为垂直舵轴，19为联轴器，20为舵片连接部，21为螺栓孔，22为舵轴连接部，23为沉头孔，24为稳定翼连接部，25为水平舵轴，26为垂直舵片驱动装置，27为水平舵片驱动装置，28为凸台A，29为凸台B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～9所示，本发明包括水平舵片1、水平稳定翼2、水密接插件3、补偿油囊4、舵舱端盖5、舵舱舱壳6、舵连接件7、舵舱盖板8、垂直舵片9、垂直稳定翼10、垂直舵轴18、水平舵轴25、垂直舵片驱动装置26及水平舵片驱动装置27，其中舵舱舱壳6的外表面上设有一组水平稳定翼2及一组垂直稳定翼10，该水平稳定翼2及垂直稳定翼10均通过舵舱盖板8安装在舵舱舱壳6的外表面上；垂直舵片驱动装置26及水平舵片驱动装置27分别安装于舵舱舱壳6内，垂直舵轴18与水平舵轴25垂直交错地设置于舵舱舱壳6内，各自转动时不会发生干涉，高效利用了舵舱舱壳6的内部空间；该垂直舵轴18与垂直舵片驱动装置26相连，垂直舵轴18的两端由舵舱舱壳6穿出，通过舵连接件7连接有位于垂直稳定翼10行进方向后侧的垂直舵片9；水平舵轴25与水平舵片驱动装置27相连，该水平舵轴25的两端由舵舱舱壳6穿出，通过舵连接件7连接有位于水平稳定翼2行进方向后侧的水平舵片1。垂直舵片驱动装置26、水平舵片驱动装置27分别驱动垂直舵轴18、水平舵轴25转动，进而带动垂直舵片9、水平舵片1转动，实现水下机器人的方向控制。水平舵片1及水平稳定翼2、垂直舵片9及垂直稳定翼10均位于水下机器人艉部外侧。

本实施例在舵舱舱壳6的外表面沿圆周方向均匀设置了四个舵舱盖板8，用于固定两个垂直稳定翼10和两个水平稳定翼2。本实施例的每个舵舱盖板8上设有两个稳定翼连接部24，垂直稳定翼10或水平稳定翼2插设于两个稳定翼连接部24之间，并通过螺钉固定。本实施例的舵舱盖板8为圆形，沿圆周方向均匀开设有四个沉头孔23，使用沉头螺钉固定在舵舱舱壳6的外表面上。

本实施例的垂直舵片驱动装置26及水平舵片驱动装置27结构相同，均包括驱动电机11、减速器12、电机连接架上板13、螺柱14、电机连接架下板15、传动连杆16及传动盘17，该电机连接架下板15安装于舵舱舱壳6内部，电机连接架上板13通过螺柱14与电机连接架下板15相连，减速器12安装于电机连接架上板13上，输入端与驱动电机11相连，输出端位于电机连接架上板13与电机连接架下板15之间；垂直舵轴18或水平舵轴25由电机连接架上板13及电机连接架下板15穿过，该垂直舵轴18或水平舵轴25上连接有传动盘17，减速器12输出端连接有传动盘17，减速器12输出端的传动盘17通过两根传动连杆16与垂直舵轴18或水平舵轴25上的传动盘16相连，形成平行四边形连杆机构。

本实施例的电机连接架上板13上开设有两个圆孔，分别供减速器12输出端及垂直舵轴18或水平舵轴25伸出，在减速器12输出端伸出的圆孔周围布有圆孔，通过螺钉与减速器12固定；电机连接架上板13的边缘开设有多个螺纹孔，每个螺纹孔均螺纹连接有一根螺柱14。本实施例的电机连接架下板15上开设有两上圆孔，其中一个用于安装电位计，另一个用于垂直舵轴18或水平舵轴25伸出；在电机连接架下板15的边缘开设有数量相同的螺纹孔，与各螺柱14一一螺纹连接。在电机连接架下板15上设有凸台A28，该凸台A28上、位于供垂直舵轴18或水平舵轴25伸出的圆孔旁开设有三个圆孔，通过螺钉与舵舱舱壳6连接。

本实施例的传动连杆16的两端均开有圆孔，本实施例的传动盘17呈半圆形，传动盘17的外侧面均圆滑过渡；在传动盘17上与传动连杆16连接的位置开有圆孔，传动连杆16上的圆孔与传动盘17上的圆孔通过螺钉相连，形成平行四边形连杆机构；螺钉配有防松螺母，该防松螺母与传动连杆16之间留有间隙，以保证传动连杆16及传动盘17的正常工作。本实施例的传动盘17上开设有通孔29，该通孔29外边缘设有键槽30；减速机12的输出端与其中一个传动盘17连接，垂直舵轴18或水平舵轴25上设有凸起，该凸起与另一个传动盘17上的键槽30插接，实现传动盘17带动垂直舵轴18或水平舵轴25转动。

垂直舵轴18及水平舵轴25为一整根或分为两根，本实施例的垂直舵轴18及水平舵轴25均为两根；每根垂直舵轴18的一端均由舵舱舱壳6穿出、并连接垂直舵片9，另一端通过联轴器19相连；每根水平舵轴25的一端均由舵舱舱壳6穿出、并连接水平舵片1，另一端通过联轴器19相连。

舵连接件7包括舵片连接部20及舵轴连接部22，该舵轴连接部22的一端与垂直舵轴18或水平舵轴25相连，另一端通过舵片连接部20与垂直舵片9或水平舵片1连接。本实施例的舵连接件7包括两个舵片连接部20和一个舵轴连接部22，两个舵片连接部20分别位于舵轴连接部22另一端的两侧；舵片连接部20的端面呈“U”形，“U”形开口端的两侧均开设有圆孔，通过螺钉与水平舵片1或垂直舵片9固接。水平舵片1及垂直舵片9的底部均开设有方槽及圆孔，便于与舵片连接部20相连，并通过螺钉固定。舵轴连接部22的一端与垂直舵轴18或水平舵轴25的一端螺纹连接，另一端开设有螺栓孔21，用于与舵片连接部20连接。本实施例的垂直舵轴18及水平舵轴25的另一端在圆柱面上设有平台，并设有螺纹孔及销孔，实现舵轴与联轴器19的连接。在垂直舵轴18及水平舵轴25的中部圆柱面上设有凸起，用于与传动盘17上的键槽30相配合。

本实施例的舵舱舱壳6内部充油，该舵舱舱壳6的舵舱端盖5上安装有补偿油囊4及水密接插件3，补偿油囊4设有带螺纹的油嘴，在舵舱端盖5上设置有螺纹孔，补偿油囊4的油嘴与螺纹孔连接固定，且补偿油囊4的内部与舵舱舱壳6内部相连通。

本实施例的舵舱舱壳6外表面上，在垂直舵轴18及水平舵轴25伸出的位置均设有凸台B29，凸台B29上设有圆孔，供垂直舵轴18或水平舵轴25伸出；在圆孔的周围设有螺纹孔，将舵舱盖板8通过沉头螺钉与舵舱舱壳6连接。

本发明的工作原理为：

以垂直舵片9为例，工作时，两个传动盘17与两根传动连杆16首尾相连，形成平面上的平行四边形连杆机构，垂直舵片驱动装置26中的驱动电机11带动减速器12转动，通过传动盘17与传动连杆16形成的平行四边形连杆机构带动舵轴、联轴器19及舵连接件7转动，进而带动垂直舵片9转动。水平舵片1的转动与垂直舵片9相同。两根垂直舵轴18和两根水平舵轴25相互垂直错位安装，既不会出现干涉，又不会浪费空间，空间利用率极高。

舵舱舱壳6内部充油，水下机器人在设定深度水下工作时，水的压力作用在补偿油囊4上，将补偿油囊4内部的油液挤压到舵舱舱壳6中，造成舵舱舱壳6内部压力升高，从而使得舵舱舱壳6内部压力与外界水压的压差减小，平衡内外压力。

Claims (10)

1.一种水下机器人用方向控制装置，其特征在于：包括水平舵片(1)、水平稳定翼(2)、舵舱舱壳(6)、舵连接件(7)、舵舱盖板(8)、垂直舵片(9)、垂直稳定翼(10)、垂直舵轴(18)、水平舵轴(25)、垂直舵片驱动装置(26)及水平舵片驱动装置(27)，其中舵舱舱壳(6)的外表面上设有一组水平稳定翼(2)及一组垂直稳定翼(10)，该水平稳定翼(2)及垂直稳定翼(10)均通过舵舱盖板(8)安装在所述舵舱舱壳(6)的外表面上；所述垂直舵片驱动装置(26)及水平舵片驱动装置(27)分别安装于舵舱舱壳(6)内，所述垂直舵轴(18)与水平舵轴(25)垂直交错地设置于舵舱舱壳(6)内，该垂直舵轴(18)与垂直舵片驱动装置(26)相连，所述垂直舵轴(18)的两端由舵舱舱壳(6)穿出，通过舵连接件(7)连接有位于所述垂直稳定翼(10)行进方向后侧的垂直舵片(9)；所述水平舵轴(25)与水平舵片驱动装置(27)相连，该水平舵轴(25)的两端由舵舱舱壳(6)穿出，通过舵连接件(7)连接有位于所述水平稳定翼(2)行进方向后侧的水平舵片(1)；所述垂直舵片驱动装置(26)、水平舵片驱动装置(27)分别驱动垂直舵轴(18)、水平舵轴(25)转动，进而带动垂直舵片(9)、水平舵片(1)转动，实现水下机器人的方向控制。

2.根据权利要求1所述的水下机器人用方向控制装置，其特征在于：所述垂直舵片驱动装置(26)及水平舵片驱动装置(27)结构相同，均包括驱动电机(11)、减速器(12)、电机连接架上板(13)、螺柱(14)、电机连接架下板(15)、传动连杆(16)及传动盘(17)，该电机连接架下板(15)安装于所述舵舱舱壳(6)内部，所述电机连接架上板(13)通过螺柱(14)与电机连接架下板(15)相连，所述减速器(12)安装于电机连接架上板(13)上，输入端与驱动电机(11)相连，输出端位于所述电机连接架上板(13)与电机连接架下板(15)之间；所述垂直舵轴(18)或水平舵轴(25)由电机连接架上板(13)及电机连接架下板(15)穿过，该垂直舵轴(18)或水平舵轴(25)上连接有传动盘(17)，所述减速器(12)输出端连接有传动盘(17)，并通过传动连杆(16)与垂直舵轴(18)或水平舵轴(25)上连接的传动盘(17)相连。

3.根据权利要求2所述的水下机器人用方向控制装置，其特征在于：所述减速器(12)输出端的传动盘(17)通过两根传动连杆(16)与垂直舵轴(18)或水平舵轴(25)上的传动盘(16)相连，形成平行四边形连杆机构。

4.根据权利要求3所述的水下机器人用方向控制装置，其特征在于：所述传动连杆(16)的两端均开有圆孔，所述传动盘(17)上与传动连杆(16)连接的位置开有圆孔，所述传动连杆(16)上的圆孔与传动盘(17)上的圆孔通过螺钉相连，形成所述平行四边形连杆机构。

5.根据权利要求4所述的水下机器人用方向控制装置，其特征在于：所述螺钉配有防松螺母，该防松螺母与所述传动连杆(16)之间留有间隙。

6.根据权利要求2所述的水下机器人用方向控制装置，其特征在于：所述传动盘(17)上开设有通孔(29)，该通孔(29)外边缘设有键槽(30)；所述垂直舵轴(18)或水平舵轴(25)上设有凸起，该凸起与所述键槽(30)插接，实现传动盘(17)带动垂直舵轴(18)或水平舵轴(25)转动。

7.根据权利要求1所述的水下机器人用方向控制装置，其特征在于：所述舵舱舱壳(6)内部充油，该舵舱舱壳(6)的舵舱端盖(5)上安装有补偿油囊(4)，所述补偿油囊(4)的内部与舵舱舱壳(6)内部相连通。

8.根据权利要求1所述的水下机器人用方向控制装置，其特征在于：所述舵连接件(7)包括舵片连接部(20)及舵轴连接部(22)，该舵轴连接部(22)的一端与所述垂直舵轴(18)或水平舵轴(25)相连，另一端通过所述舵片连接部(20)与垂直舵片(9)或水平舵片(1)连接。

9.根据权利要求1所述的水下机器人用方向控制装置，其特征在于：所述舵舱盖板(8)上设有两个稳定翼连接部(24)，所述垂直稳定翼(10)或水平稳定翼(2)插设于两个稳定翼连接部(24)之间，并通过螺钉固定。

10.根据权利要求1所述的水下机器人用方向控制装置，其特征在于：所述垂直舵轴(18)及水平舵轴(25)为一整根或分为两根，当所述垂直舵轴(18)分为两根时，每根所述垂直舵轴(18)的一端均由所述舵舱舱壳(6)穿出、并连接垂直舵片(9)，另一端通过联轴器(19)相连；当所述水平舵轴(25)分为两根时，每根所述水平舵轴(25)的一端均由所述舵舱舱壳(6)穿出、并连接水平舵片(1)，另一端通过联轴器(19)相连。

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