CN111332423A - 一种实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统，涉及船类配件领域，包括第一艉翼和第二艉翼；该系统由两个电动机作为驱动力，其中第一电动机驱动两个艉翼绕水平轴转动，使两个艉翼实现同时收回或放出的运动。第二电动机驱动两个艉翼绕垂直轴转动，且两者转动方向相反。两个艉翼可以实现转动模式、拍动模式；具体为左右两个艉翼绕水平翼轴收拢至艇体尾部，或绕水平翼轴展开至艇体两侧，或绕垂直翼轴进行攻角往复调节的运动。本发明可以实现水面机器人艉翼的多种运动模式，在不同航速下呈现不同的运动模式，可以实现水面机器人的全航速增稳，且多种运动模式之间互相独立，互不干扰。

Description

一种实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统

技术领域

本发明涉及船类配件领域，特别是涉及一种实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统。

背景技术

随着海洋开发和各种工作使命的日益增加，未来无人艇需要在更多海况下完成日趋复杂的各项任务；同时随着舰船高精度武备和海军向深蓝化的发展，也要求无人艇能在更加严苛和恶劣的气候条件下进行工作。海况瞬息万变，严重的横荡、垂荡、横摇和纵摇，导致无人艇自身位置的漂移和定深定向的偏差等，给其在复杂海况下自主效能的发挥带来了极大困难。减小无人艇在复杂海况下航行的摇摆，增加船体姿态的稳定性具有重要的现实意义。目前的水面机器人减摇方法多为减摇鳍，一般减摇鳍只有一种运动模式，只可以完成低航速或高航速下的减摇，不能实现全航速的减摇。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统，以解决上述现有技术存在的问题，具有多种运动模式，可以实现全航速的减摇。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统，包括第一艉翼和第二艉翼；所述第一艉翼设置于第一艉翼垂直轴上，所述第一艉翼垂直轴一端套设有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮啮合有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮套设于第一艉翼水平轴一端，所述第一艉翼水平轴另一端套设有第三同步带轮，所述第三同步带轮通过第二同步带传动连接有第四同步带轮，所述第四同步带轮套设于第二艉翼水平轴一端，所述第二艉翼水平轴另一端安装有第三锥齿轮，所述第三锥齿轮啮合有第四锥齿轮，所述第四锥齿轮套设于第二艉翼垂直轴一端，所述第二艉翼安装于第二艉翼垂直轴上，所述第二艉翼水平轴安装有第四同步带轮的一端连接有第二电动机；所述第一艉翼上安装有第二直齿轮，所述第二直齿轮啮合有第一直齿轮，所述第一直齿轮安装于第一轴一端，所述第一直齿轮与第一艉翼不接触，所述第一轴另一端套设有第三直齿轮，所述第三直齿轮啮合有第四直齿轮，所述第四直齿轮套设于第二轴一端，所述第二轴另一端套设有第一同步带轮，所述第一同步带轮通过第一同步带传动连接有第二同步带轮，所述第二同步带轮套设于第三轴一端，所述第三轴另一端安装有第六直齿轮，所述第六直齿轮与第二艉翼不接触，所述第六直齿轮啮合有第五直齿轮，所述第五直齿轮安装于所述第二艉翼上；所述第一轴上靠近所述第三直齿轮的一端连接有第一电动机。

可选的，所述第二直齿轮的中心轴与所述第一艉翼水平轴重合，且所述第二直齿轮与所述第一艉翼水平轴不接触；所述第五直齿轮的中心轴与所述第二艉翼水平轴重合，且所述第五直齿轮与所述第二艉翼水平轴不接触。

可选的，所述第一电动机通过联轴器与所述第一轴一端连接；所述第二电动机通过联轴器与所述第二艉翼水平轴一端连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明可以实现水面机器人艉翼多种运动模式，包括艉翼的收回和放出，艉翼的转动和拍动。且多种运动模式之间互不影响。实现了艉翼的多种运动模式，两个艉翼可以分别绕其垂直轴和水平轴转动。通过一个电动机的驱动，实现了两个对称艉翼的同时收回或放出。本发明可在不同的海况和航速下选择不同的运动模式，发挥不同减摇增稳方式的优势，避免单一模式带来的低效性和局限性。

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为本发明实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统结构示意图；

其中，1：第一艉翼垂直轴、2：第一锥齿轮、3：第二锥齿轮、4：第一直齿轮、5：第二直齿轮、6：第三直齿轮、7：第一轴、8：第一电动机、9：第四直齿轮、10：第一同步带轮、11：第二轴、12：第一同步带、13：第三同步带轮、14：第一艉翼水平轴、15：第二同步带轮、16：第二电动机、17：第二同步带、18：第四同步带轮、19：第二艉翼水平轴、20：第五直齿轮、21：第三轴、22：第六直齿轮、23：第三锥齿轮、24：第四锥齿轮、25：第二艉翼垂直轴、26：第二艉翼、27：第一艉翼。

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。

本发明的目的是提供一种实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统，以解决上述现有技术存在的问题，具有多种运动模式，可以实现全航速的减摇。

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。

本发明提供一种实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统，水面机器人复合艉翼采用对称翼型，两个艉翼可以实现转动模式、拍动模式；具体为左右两个艉翼绕水平翼轴收拢至艇体尾部，或绕水平翼轴展开至艇体两侧，或绕垂直翼轴进行攻角往复调节的运动。基于双轴联动系统的不同运动模式是水上机器人高耐波性和高稳定性的来源。基于该传动系统可以实现水面机器人的全航速减摇。

艉翼的运动模式具体如下：

艉翼初始状态，左右两个艉翼沿水平翼轴收回至艇体尾部，零航速状态下左右两个艉翼水平翼轴展开至艇体两侧水下，然后绕垂直翼轴转动，在中航速状态，复合艉翼执行升力增稳方式，左右两个艉翼水平翼轴展开至艇体两侧水下，与来流形成一定的攻角，向相反方向旋转，由于上下表面的压力差，会在两个艉翼的表面产生大小相等、方向相反的对偶力，提供横摇回复力矩。在高航速状态，艉翼绕水平轴转动收回到艇体艉部近自由表面，增加艇体虚长度、改善尾流、减小兴波阻力。同时两个艉翼可以微小攻角转动绕垂直轴转动。且各种运动模式之间互不干扰。

本发明结构如图1所示，该系统由两个电动机作为驱动力，其中第一电动机8驱动两个艉翼绕水平轴转动，使两个艉翼实现同时收回或放出的运动。第二电动机16驱动两个艉翼绕垂直轴转动，且两者转动方向相反。

第一电动机8驱动两个艉翼绕水平轴转动，使两个艉翼实现同时收回或放出的运动。具体实现方法为，第一电动机8与第三直齿轮6和第一直齿轮4与第一轴7安装在一起，第二直齿轮5与第一艉翼安装在一起，且其中心轴与第一艉翼水平轴14重合，但是第二直齿轮5与第一艉翼水平轴14不接触。即第二直齿轮5转动时，不会带动第一艉翼水平轴14转动，第四直齿轮9和第一同步带轮10安装在第二轴11上，其中，第四直齿轮9和第三直齿轮6啮合，第一同步带轮10与第二同步带轮15通过第一同步带12相连，第二同步带轮15和第六直齿轮22安装在第三轴21上，第六直齿轮22和第五直齿轮20啮合，第五直齿轮20安装在艉翼上，与第二艉翼水平轴19不接触，即第五直齿轮20转动时，不会带动第二艉翼水平轴19转动，但其中心轴和第二艉翼水平轴19重合，则第五直齿轮20转动时会带动第二艉翼绕第二艉翼水平轴19转动。

当第一电动机8转动时，带动第三直齿轮6和第一直齿轮4与第一轴7与第一电动机8同向转动，第一直齿轮4与第二直齿轮5啮合，第一直齿轮4带动第二直齿轮5转动，第二直齿轮5转动方向与第一直齿轮4转动方向相反，第二直齿轮5与第一艉翼安装在一起，则第二直齿轮5带动艉翼绕第二直齿轮5中心轴，即第一艉翼水平轴14转动，即第一艉翼转动的方向与电动机的方向相反。此时第一艉翼绕第一艉翼水平轴14转动，第一锥齿轮2绕第二锥齿轮3的中心轴做行星转动。第三直齿轮6带动第四直齿轮9转动，第四直齿轮9和第三直齿轮6转动方向反向，与第一电动机8转动方向相反。第四直齿轮9带动第二轴11和第一同步带轮10转动，第一同步带轮10通过同步带带动第二同步带轮15与第三轴21转动，第三轴21带动第六直齿轮22转动，第六直齿轮22转动方向与第一电动机8转动方向相反，第五直齿轮20与第六直齿轮22啮合，第六直齿轮22带动第五直齿轮20转动，第五直齿轮20转动方向与第六直齿轮22转动方向相反，即第二艉翼转动方向与电动机转动方向相同。由上可知，第一电动机8带动第一艉翼与其反向转动，带动第二艉翼与其同向转动，则可实现两对称艉翼的同时放出或收回。

第二电动机16驱动两个艉翼绕垂直轴转动，且两者转动方向相反。

具体工作方式如下，第二电动机16和第二艉翼水平轴19用联轴器连接在一起，第四同步带轮18与第二艉翼水平轴19连接在一起，第三锥齿轮23与第二艉翼水平轴19连接在一起，轴向固定使用轴肩，周向固定使用螺钉。第三锥齿轮23和第四锥齿轮24啮合，第四锥齿轮24与第二艉翼垂直轴25相连。

第三同步带轮13与第一艉翼水平轴14连接在一起，第二锥齿轮3与第一艉翼水平轴14连接在一起，轴向固定使用轴肩，周向固定使用螺钉，当第四同步带轮18转动时，将带动第二艉翼水平轴19转动，第二锥齿轮3将会与第一艉翼水平轴14实现同向转动。第一锥齿轮2和第二锥齿轮3啮合，第一锥齿轮2与第一艉翼垂直轴1相连。

当第二电动机16转动时，第四同步带轮18，第三锥齿轮23将会与第二艉翼水平轴19实现同向转动。则当第二电动机16转动时，带动第二艉翼水平轴19转动和第三锥齿轮23转动，第三锥齿轮23带动第四锥齿轮24转动，第四锥齿轮24带动第二艉翼绕第二艉翼垂直轴25转动，第二艉翼26正向转动。第四同步带轮18通过第二同步带17传动，带动第三同步带轮13转动，第三同步带轮13带动第一艉翼水平轴14和第二锥齿轮3转动，与第二锥齿轮3啮合的第一锥齿轮2转动，第一锥齿轮2带动第一艉翼27绕第一艉翼垂直轴1反向转动。

本发明可以实现艉翼多种运动模式的水平垂直双轴传动。且多种运动模式之间互相独立，互不干扰。可以实现水面机器人艉翼的多种运动模式，在不同航速下呈现不同的运动模式，可以实现水面机器人的全航速增稳。不仅能够实现高航速下的减摇，而且在中低航速甚至零航速下也具有良好地减摇效果，实现全航速减摇。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统，其特征在于：包括第一艉翼和第二艉翼；所述第一艉翼设置于第一艉翼垂直轴上，所述第一艉翼垂直轴一端套设有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮啮合有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮套设于第一艉翼水平轴一端，所述第一艉翼水平轴另一端套设有第三同步带轮，所述第三同步带轮通过第二同步带传动连接有第四同步带轮，所述第四同步带轮套设于第二艉翼水平轴一端，所述第二艉翼水平轴另一端安装有第三锥齿轮，所述第三锥齿轮啮合有第四锥齿轮，所述第四锥齿轮套设于第二艉翼垂直轴一端，所述第二艉翼安装于第二艉翼垂直轴上，所述第二艉翼水平轴安装有第四同步带轮的一端连接有第二电动机；所述第一艉翼上安装有第二直齿轮，所述第二直齿轮啮合有第一直齿轮，所述第一直齿轮安装于第一轴一端，所述第一直齿轮与第一艉翼不接触，所述第一轴另一端套设有第三直齿轮，所述第三直齿轮啮合有第四直齿轮，所述第四直齿轮套设于第二轴一端，所述第二轴另一端套设有第一同步带轮，所述第一同步带轮通过第一同步带传动连接有第二同步带轮，所述第二同步带轮套设于第三轴一端，所述第三轴另一端安装有第六直齿轮，所述第六直齿轮与第二艉翼不接触，所述第六直齿轮啮合有第五直齿轮，所述第五直齿轮安装于所述第二艉翼上；所述第一轴上靠近所述第三直齿轮的一端连接有第一电动机。

2.根据权利要求1所述的实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统，其特征在于：所述第二直齿轮的中心轴与所述第一艉翼水平轴重合，且所述第二直齿轮与所述第一艉翼水平轴不接触；所述第五直齿轮的中心轴与所述第二艉翼水平轴重合，且所述第五直齿轮与所述第二艉翼水平轴不接触。

3.根据权利要求1所述的实现水面机器人艉翼多种运动模式的双轴传动系统，其特征在于：所述第一电动机通过联轴器与所述第一轴一端连接；所述第二电动机通过联轴器与所述第二艉翼水平轴一端连接。

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