CN111099005A - 一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置，包括固定十字圆盘、旋转十字转盘、调向电机、主动齿轮、从动齿轮、推进电机和侧推螺旋桨；固定十字圆盘固定安装在无缆水下机器人上，旋转十字转盘通过转轴同轴转动安装在固定十字圆盘上，调向电机安装在固定十字圆盘上，主动齿轮安装在调向电机的旋转轴上，从动齿轮安装在旋转十字转盘的转轴上，主动齿轮与从动齿轮相啮合，推进电机至少两个，对称安装在旋转十字转盘的外周，侧推螺旋桨的数量与推进电机的数量一致，分别安装在推进电机的旋转轴上，且推进电机的旋转轴与旋转十字转盘的转轴相垂直。本发明可实现AUV对横向流的可抗性，保证AUV工作过程的安全性与稳定性。

Description

一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置
技术领域
本发明涉及一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置。
背景技术
海流是影响无缆水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)航行的重要海洋环境因素之一，其对无缆水下机器人的影响主要体现在三个方面：影响水下航迹推算；影响水下运载器航行安全；影响水下运载器的操纵性。为强横流下仍能保证AUV安全性、稳定性以及可操纵性，对于AUV的抗横向流结构设计是有必要的。
目前国内外某些AUV通过多推进器机构能够起到一定抗横向流效果，但其主要目的在于进行精准动力定位，无法满足抗强横向流(大于3knots)的需求。尽管也提出通过前后分别利用水平与竖直的推进器进行推进，能够达到较好的抗横向流效果，但空间利用率较低且孔内摩擦导致推进效率降低，对于长距离需要要求不利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置，实现AUV对横向流的可抗性，保证AUV工作过程的安全性与稳定性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置，包括固定十字圆盘、旋转十字转盘、调向电机、主动齿轮、从动齿轮、推进电机和侧推螺旋桨；固定十字圆盘固定安装在无缆水下机器人上，旋转十字转盘通过转轴同轴转动安装在固定十字圆盘上，调向电机安装在固定十字圆盘上，主动齿轮安装在调向电机的旋转轴上，从动齿轮安装在旋转十字转盘的转轴上，主动齿轮与从动齿轮相啮合，推进电机至少两个，对称安装在旋转十字转盘的外周，侧推螺旋桨的数量与推进电机的数量一致，分别安装在推进电机的旋转轴上，且推进电机的旋转轴与旋转十字转盘的转轴相垂直。
作为本发明的一种改进，所述的固定十字圆盘为两个，旋转十字转盘同轴转动安装在两个固定十字圆盘之间。
作为本发明的一种改进，所述的固定十字圆盘、旋转十字转盘及转轴均采用中空结构，供所述的调向电机和推进电机与无缆水下机器人内部的控制系统以及电源相连的导线穿过。
作为本发明的一种改进，所述的旋转十字转盘的直径不大于固定十字圆盘的直径，旋转十字转盘的外周设有平面，所述的推进电机和侧推螺旋桨安装在该平面上，以使侧推螺旋桨不伸出固定十字圆盘圆周之外。
作为本发明的一种改进，所述的固定十字圆盘和旋转十字转盘均由外部的圆环和内部的十字架构成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本申请通过调向电机实现侧推螺旋桨的位置调整，通过推进电机实现侧推螺旋桨的推力调整，从而可以对各向强横向流海况下的AUV进行主动控制，有效抵抗横向流对AUV的干扰与阻力。
附图说明
图1为本发明的侧推装置的轴侧视图一；
图2为本发明的侧推装置的侧面视图；
图3为本发明的侧推装置的轴侧视图二；去掉两侧的固定十字圆盘；
图4为本发明的侧推装置安装在AUV上的示意图；
附图标记说明：1-固定十字圆盘；2-旋转十字转盘；3-调向电机；4-主动齿轮；5-从动齿轮；6-推进电机；7-侧推螺旋桨；8-转轴。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图4所示，一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置，包括固定十字圆盘1、旋转十字转盘2、调向电机3、主动齿轮4、从动齿轮5、推进电机6和侧推螺旋桨7。
固定十字圆盘1通过焊接与AUV机身固连，可提高装置整体的可靠性和防腐蚀性。固定十字圆盘1采用圆环加十字架的组合结构，在满足具体功能的基础上能够有效地节约资源，减轻AUV整体重量，降低能耗。为了便于与AUV的连接，固定十字圆盘1设置为2个，从而可以连接在AUV各组件之间。
旋转十字转盘2安装在两个固定十字圆盘1之间，其中心的转轴8通过轴承与固定十字圆盘1中心的圆孔连接，实现同轴转动连接。同理，旋转十字转盘2也采用圆环加十字架的组合结构，减轻AUV整体重量，降低能耗。
调向电机3采用防水电机，安装在其中一个固定十字圆盘1朝向旋转十字转盘2的一面上，且偏离中心位置。主动齿轮4固定安装在调向电机3的旋转轴上，从动齿轮5固定安装在旋转十字转盘2的转轴8上，且与主动齿轮4相啮合。如此，启动调向电机3，即可通过主动齿轮4、从动齿轮5带动旋转十字转盘2绕转轴8转动，实现对侧推方向的控制。
推进电机6同样采用防水电机，其数量为2个，对称安装在旋转十字转盘2的外周，侧推螺旋桨7的数量与推进电机6的数量一致，分别安装在推进电机6的旋转轴上，且推进电机6的旋转轴与旋转十字转盘2的转轴8相垂直。通过对推进电机6的转速进行控制实现对侧推的推力大小的控制。
为了防止侧推螺旋桨7伸出整个装置的半径以外，旋转十字转盘2的直径不大于固定十字圆盘1的直径，且将旋转十字转盘2的外周削平形成平面，推进电机6和侧推螺旋桨7安装在该平面上，这样能够在保证推进的同时，对侧推螺旋桨7起到一定的保护作用，防止在实际工作过程中与外部障碍物发生碰撞而导致侧推故障。
另外，为了实现调向电机3和推进电机6与AUV内部的电性连接，固定十字圆盘1、旋转十字转盘2及转轴8均采用中空结构，调向电机3和推进电机6的导线通过中空部分引出至AUV机身，与内部的控制系统以及电源相连，实现电机的控制及电能供应。
本实施例中，调向电机3为低速电机，转动速度较慢，从动齿轮5大于主动齿轮4，可通过齿轮传动实现进一步降速，用于实现对推进方向的精确控制。推进电机7为高速电机，用于提供足够侧向推力实现对横向流的可抗性。
本申请的具体工作流程：在AUV已测得海流速度的基础上，控制系统分别输出对调向电机3与推进电机6的控制信号。对于调向电机3，根据输入信号，可以实现该电机旋转轴转动一定转角后固定不动，主动齿轮4与从动齿轮5相应地发生转动，最终带动旋转十字转盘2发生转动，使得侧推螺旋桨7的朝向与流速方向一致。对于推进电机7，根据输入信号，可以实现电机保持一定转速，从而形成一定推力，整体推力大小与来流对AUV整体推力大小一致，最终实现对不同来流方向及不同来流大小的横向流的可抗性。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (5)

1.一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置，其特征在于：包括固定十字圆盘(1)、旋转十字转盘(2)、调向电机(3)、主动齿轮(4)、从动齿轮(5)、推进电机(6)和侧推螺旋桨(7)；固定十字圆盘(1)固定安装在无缆水下机器人上，旋转十字转盘(2)通过转轴(8)同轴转动安装在固定十字圆盘(1)上，调向电机(3)安装在固定十字圆盘(1)上，主动齿轮(4)安装在调向电机(3)的旋转轴上，从动齿轮(5)安装在旋转十字转盘(2)的转轴(8)上，主动齿轮(4)与从动齿轮(5)相啮合，推进电机(6)至少两个，对称安装在旋转十字转盘(2)的外周，侧推螺旋桨(7)的数量与推进电机(6)的数量一致，分别安装在推进电机(6)的旋转轴上，且推进电机(6)的旋转轴与旋转十字转盘(2)的转轴(8)相垂直。
2.根据权利要求1所述的一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置，其特征在于：所述的固定十字圆盘(1)为两个，旋转十字转盘(2)同轴转动安装在两个固定十字圆盘(1)之间。
3.根据权利要求2所述的一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置，其特征在于：所述的固定十字圆盘(1)、旋转十字转盘(2)及转轴(8)均采用中空结构，供所述的调向电机(3)和推进电机(6)与无缆水下机器人内部的控制系统以及电源相连的导线穿过。
4.根据权利要求2所述的一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置，其特征在于：所述的旋转十字转盘(2)的直径不大于固定十字圆盘(1)的直径，旋转十字转盘(2)的外周设有平面，所述的推进电机(6)和侧推螺旋桨(7)安装在该平面上，以使侧推螺旋桨(7)不伸出固定十字圆盘(1)圆周之外。
5.根据权利要求1所述的一种用于抗横流无缆水下机器人的侧推装置，其特征在于：所述的固定十字圆盘(1)和旋转十字转盘(2)均由外部的圆环和内部的十字架构成。
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