CN116252576A - 一种刀片式推进器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种刀片式推进器及其控制方法，通过在推进器套筒的外围设置左偏刀片单元和右偏刀片单元，推进器套筒内设置刀片升降装置，刀片升降装置驱动左偏刀片单元和右偏刀片单元的升降，控制系统控制刀片升降装置，旋转驱动装置作为推进器的动力源，驱动推进器套筒转动，再根据控制指令驱动左偏刀片单元和右偏刀片单元的升降，可以实现推进器的前进、后退以及转向的动作，由于左偏刀片单元和右偏刀片单元升降后的偏向作用力，进而可以实现推进器较小范围的转向，同时旋转驱动装置直接驱动推进器套筒转动，可减少动力损失，提高推动效率，该推进器可以实现在水陆两栖上驱动，进而可适用于多种环境作业。

Description

一种刀片式推进器及其控制方法

技术领域

本发明涉及两栖装置的驱动设备领域，具体涉及一种刀片式推进器及其控制方法。

背景技术

目前的推进器大多采用轮式、螺旋式、或履带式的驱动方式。其中，轮式与螺旋式驱动，行进方向单一，在需要左转或右转时，转向困难，无法适应复杂的地下环境。而履带式驱动虽然优化了转向方式，但造价成本高昂，无法很好地满足复杂条件下的检测需求；虽然麦克纳姆轮可以很好的解决在陆地上全方位移动的问题，然而麦克纳姆轮仅局限于地面上的运动，无法满足水下设备(例如潜水机器人)的推进工作；虽然水下机器人目前已有的水下机器人可实现水下前进/后退、上升/下潜和转向动作，但若遇到狭窄空间机器人会遇到转向范围大，进而导致转向困难，因此，无法满足水下机器人的机动性能，且推进效率有待提高，同时水陆两个环境的推进设备无法通用，无法满足水陆两栖的需求，本发明旨在解决传统推进器在使用过程中遇到的上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够满足水陆两栖、转向范围小、结构紧凑、体积小且推进效率高的刀片式推进器及其控制方法，该刀片式推进器通过在推进器外围设置刀片单元，通过控制刀片单元的伸缩，能够高效率的实现推进器的前进、后退以及转向等操作，转向半径小，驱动效率高；且推进器的整体结构紧凑、体积小，是解决上述背景技术中存在的技术问题的理想手段。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案提供一种刀片式推进器，刀片式推进器包括：推进器套筒、刀片升降装置、左偏刀片单元、右偏刀片单元、旋转驱动装置以及控制系统，推进器套筒内侧设置有多个刀片升降装置，刀片升降装置布置在推进器套筒的圆周方向上，左偏刀片单元和右偏刀片单元分别与刀片升降装置固定连接；推进器套筒壁上设置有刀片通孔，旋转驱动装置可转动地安装在推进器套筒内部，旋转驱动装置与推进器套筒之间通过固定单元固定连接，控制系统布置在推进器套筒内部，刀片升降装置和旋转驱动装置与控制系统通讯连接。

通过上述技术方案，通过在推进器套筒的外围设置左偏刀片单元和右偏刀片单元，推进器套筒内设置刀片升降装置，刀片升降装置驱动左偏刀片单元和右偏刀片单元的升降，控制系统控制刀片升降装置，旋转驱动装置作为推进器的动力源，驱动推进器套筒转动，再根据控制指令驱动左偏刀片单元和右偏刀片单元的升降，可以实现推进器的前进、后退以及转向的动作，由于左偏刀片单元和右偏刀片单元升降后的偏向作用力，进而可以实现推进器较小范围的转向，同时旋转驱动装置直接驱动推进器套筒转动，可减少动力损失，提高推动效率，该推进器可以实现在水陆两栖上驱动，进而可适用于多种环境作业。

作为对上述技术方案的进一步改进，左偏刀片单元和所述右偏刀片单元呈X状布置，所述左偏刀片单元与所述右偏刀片单元均包括多组刀片，所述左偏刀片单元和所述右偏刀片单元在交叉处开口排列。

作为对上述技术方案的进一步改进，左偏刀片单元与所述右偏刀片单元绕所述推进器套筒的中心轴环向对称布置。

作为对上述技术方案的进一步改进，刀片升降装置包括刀片固定装置和刀片升降驱动电机，所述刀片固定装置与所述刀片固定连接，所述升降驱动电机驱动所述刀片固定装置升降。

作为对上述技术方案的进一步改进，旋转驱动装置通过轴承与所述推进器套筒转动连接。

作为对上述技术方案的进一步改进，推进器套筒整体呈橄榄球形状。

作为对上述技术方案的进一步改进，固定单元包括至少一个连接杆，所述连接杆固定连接在所述旋转驱动装置的外壳与所述推进器套筒之间。

作为对上述技术方案的进一步改进，控制系统布置在所述推进器套筒的中心位置，所述控制系统包括控制单元、通讯单元，所述控制单元与所述通讯单元电连接，所述控制单元与所述刀片升降装置和旋转驱动装置通讯连接，所述通讯单元接收发控制指令。

作为对上述技术方案的进一步改进，左偏刀片相对竖向方向向左偏转的角度与所述右偏刀片相对竖向方向向右偏转的角度相同。

同时本发明还提供一种刀片式推进器的控制方法，刀片式推进器的控制方法包括以下步骤：步骤一：接收指令：所述控制系统接收控制指令；

步骤二：执行指令：根据步骤一中的控制指令，控制系统控制刀片升降装置和旋转驱动装置动作；

步骤三：前进或/和后退：当需要前进或/和后退动力时，控制系统控制所有左偏和右偏刀片升起，然后控制旋转驱动装置旋转，提供前进和后退的动力；

步骤四：向左转向：当需要偏左行驶时，控制系统控制所有左偏刀片降下，右偏刀片升起，然后控制旋转驱动装置旋转，提供偏左行驶的动力；

步骤五：向右转向：当需要偏右行驶时，控制系统控制所有左偏刀片升起，右偏刀片降下，然后控制旋转驱动装置旋转，提供偏右行驶的动力；

步骤六：推进器待机：当完成控制指令后，刀片式推进器待机，等待下一个控制指令。与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过在推进器套筒的外围设置左偏刀片单元和右偏刀片单元，推进器套筒内设置刀片升降装置，刀片升降装置驱动左偏刀片单元和右偏刀片单元的升降，控制系统控制刀片升降装置，旋转驱动装置作为推进器的动力源，驱动推进器套筒转动，再根据控制指令驱动左偏刀片单元和右偏刀片单元的升降，可以实现推进器的前进、后退以及转向的动作，由于左偏刀片单元和右偏刀片单元升降后的偏向作用力，进而可以实现推进器较小范围的转向，同时旋转驱动装置直接驱动推进器套筒转动，可减少动力损失，提高推动效率，该推进器可以实现在水陆两栖上驱动，进而可适用于多种环境作业。

附图说明

图1为本实施中刀片式推进器的结构示意图；

图2为本实施中刀片驱动装置示意图；

图3为本实施中刀片式推进器的工作状态示意图；

图4为本实施中左偏刀片力学示意图；

图5为本实施中控制系统示意图；

图6为本实施中刀片式推进器的控制方法的流程图；

图中：1、横向轴承；2、推进器套筒；3、左偏刀片单元；4、右偏刀片单元；5、刀片固定装置、6、刀片升降驱动电机；7、旋转驱动装置；8、连接杆；9、控制系统；10、中心轴。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1-5所示，本实施例提供一种刀片式推进器，刀片式推进器包括：推进器套筒2、刀片升降装置、左偏刀片单元3、右偏刀片单元4、旋转驱动装置7以及控制系统9，推进器套筒2内侧设置有多组刀片升降装置，刀片升降装置布置在推进器套筒2内部的圆周方向上，更具体的，刀片升降装置围绕推进器的横向轴承1布置，沿推进器的中心轴10的圆周方向安装在推进器套筒2内侧，与横向轴承1在一条直线上，所有刀片升降装置相对于推进器套筒的中心点向四周呈放射状布置。左偏刀片单元3和右偏刀片单元4分别与刀片升降装置固定连接；通过刀片升降装置驱动刀片单元实现上下伸缩运动，推进器套筒2的外壁上设置有刀片通孔，当左偏刀片单元3和右偏刀片单元4需要升高时，左偏刀片单元3和右偏刀片单元4在刀片升降装置的驱动下通过刀片通孔露出推进器套筒2的外壁，当左偏刀片单元3和右偏刀片单元4需要下降时，左偏刀片单元3和右偏刀片单元4在刀片升降装置的驱动下通过刀片通孔收缩在推进器套筒2的内侧。旋转驱动装置7可转动地安装在推进器套筒2的内部，更具体的，旋转驱动装置7的中心轴通过横向轴承1可转动的安装在推进器套筒2的内部；旋转驱动装置7与推进器套筒2之间通过固定单元固定连接，控制系统9布置在推进器套筒2内部，刀片升降装置和旋转驱动装置7与控制系统9通讯连接。

通过上述技术方案，刀片推进器通过旋转驱动装置7驱动推进器套筒2转动，再根据控制指令，通过控制系统控制左偏刀片单元3和右偏刀片单元4的升降，可实现推进器的前进、后退以及转向的动作，由于左偏刀片单元和右偏刀片单元升降后的偏向作用力，进而可以实现推进器较小范围的转向，同时旋转驱动装置直接驱动推进器套筒转动，可减少动力损失，提高推动效率，该推进器在水中通过改变刀片与水之间的作用力，进而实现对推进器的行进方向的控制，在陆地上，刀片与陆地的地面相接触，通过刀片与地面的摩擦力驱动推进器在陆地上行走，进而可以实现该刀片式推进器在水陆两栖上驱动，从而可适用于多种环境作业。

作为对上述技术方案的进一步限定，在一些技术方案中，如图1所示，左偏刀片单元3和右偏刀片单元4呈X状布置，左偏刀片单元3与右偏刀片单元4均包括多组刀片，左偏刀片单元3和右偏刀片单元4在交叉处开口排列。

作为对上述技术方案的进一步限定，在一些技术方案中，左偏刀片单元3与右偏刀片单元4相对于推进器套筒2的中心轴10对称布置，且绕中心轴10的圆周方向上布置。

作为对上述技术方案的进一步限定，在一些技术方案中，如图3所示，刀片升降装置包括刀片固定装置5和刀片升降驱动电机6，刀片固定装置5与刀片固定连接，刀片升降驱动电机6驱动刀片固定装置5升降，从而驱动刀片升起或降下。

作为对上述技术方案的进一步限定，在一些技术方案中，如图1所示，为了提高推进器的浮力，推进器套筒2整体呈橄榄球形状的全包裹结构。

作为对上述技术方案的进一步限定，在一些技术方案中，旋转驱动装置7的中心轴10与推进器的横向轴承1相连，旋转驱动装置7是推进器的动力来源，旋转驱动装置7可以设置成旋转的步进电机形式，中心轴10与电机的定子相连，电机的外壳与电机的转子向里，电机的外壳上布置有旋转固定单元，固定单元与推进器套筒2的内壁相连，驱动推进器套筒2绕中心轴10旋转，为提供推进器行驶的动力。

作为对上述技术方案的进一步限定，在一些技术方案中，固定单元设置为包括至少一个连接杆8，连接杆8固定连接在旋转的步进电机的外壳与推进器套筒的内壁之间；如图2所示，可在步进电机外壳的圆周方向上设置多个连接杆，连接杆8余推进器套筒的内壁相连，进而步进电机驱动推进器外壳绕中心轴10转动。

作为对上述技术方案的进一步限定，在一些技术方案中，控制系统9可布置在推进器套筒2的中心位置，控制系统9包括控制单元、通讯单元，控制单元与通讯单元电连接，控制单元与刀片升降装置和旋转驱动装置通讯连接，通讯单元可接收操作人员在控制终端上发送的控制指令，同时通讯单元可将控制指令发送给控制单元。此处的控制终端可以是无线遥控器、移动终端(例如智能手机、智能平板电脑等)、云控制平台等。

通讯单元可采用低功耗窄带无线通讯(例如NB-IoT无线通讯)，低功耗窄带无线通讯的具体参数可以设置为接收频率：869-1880MHz；发射频率：824-1785MHz；无线传输速率Single-Tone(最大)：25.5kbps(下行)；16.7kbps(上行)；Multi-Tone(最大)：127kbps(下行)；158.5kbps(上行)；通信距离(空旷环境)2Km(内由运营商基站决定)。

控制单元可采用包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。控制单元利用各种接口和线路连接多组刀片升降装置的刀片升降驱动电机6，通过运行或执行存储在控制单元中的存储器内的程序或者模块，以及调用存储在所述存储器内的数据，以执行刀片升降装置中刀片升降驱动电机6的开启和关闭功能和处理数据。

控制单元包括存储器，存储器用于存储程序代码和各种数据，例如安装在智能监测装置中的温度变化轨迹计算程序等，并在智能监测装置的运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。存储器包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子擦除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他存储介质。

作为对上述技术方案的进一步限定，在一些技术方案中，左偏刀片单元3中的刀片相对竖向方向向左偏转一定角度，平行绕推进器的中心轴10环向排布，右偏刀片单元4中的刀片相对竖向方向向右偏转一定角度，平行绕推进器中心轴10环向排布，左偏刀片单元3向左偏转的角度与右偏刀片单元4向右偏转的角度相同。

实施例二：

本实施例提供一种刀片式推进器的控制方法，如图6所示，该刀片式推进器为上述实施例一中的刀片式推进器，刀片式推进器的控制方法包括以下步骤：

步骤一：接收指令：控制系统接收控制指令，控制系统9中的通讯单元接收到操作人员的操作终端的控制指令，并将接收到的控制指令传输到控制系统9中的控制单元中；

步骤二：执行指令：根据步骤一中的控制指令，控制系统9中的控制单元通过向刀片升降装置传输信息控制对应地刀片升降装置对刀片进行升或降，进而获得控制指令所对应的刀片组合，同时控制单元控制旋转驱动装置开启，带动推进器套筒旋转，从而在刀片组合和推进器套筒的配合实现控制指令对应的动作；

步骤三：前进或后退：当控制指令为前进或/和后退动力时，控制系统控制所有左偏和右偏刀片升起，然后控制旋转驱动装置旋转，提供前进和后退的动力；

步骤四：向左转向：当控制指令为偏左行驶时，控制系统控制所有左偏刀片降下，右偏刀片升起，然后控制旋转驱动装置旋转，提供偏左行驶的动力；

步骤五：向右转向：当控制指令为偏右行驶时，控制系统控制所有左偏刀片升起，右偏刀片降下，然后控制旋转驱动装置旋转，提供偏右行驶的动力；

步骤六：推进器待机：当完成控制指令后，刀片式推进器中的控制系统复位，控制旋转驱动装置和刀片升降装置停止工作，处于待机状态，等待下一个发送的控制指令。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种刀片式推进器，其特征在于，所述刀片式推进器包括：推进器套筒、刀片升降装置、左偏刀片单元、右偏刀片单元、旋转驱动装置以及控制系统，所述推进器套筒内侧设置有多个刀片升降装置，所述刀片升降装置布置在所述推进器套筒的圆周方向上，所述左偏刀片单元和所述右偏刀片单元分别与所述刀片升降装置固定连接；推进器套筒壁上设置有刀片通孔，所述旋转驱动装置可转动地安装在所述推进器套筒内部，所述旋转驱动装置与所述推进器套筒之间通过固定单元固定连接，所述控制系统布置在所述推进器套筒内部，所述刀片升降装置和所述旋转驱动装置与所述控制系统通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种刀片式推进器，其特征在于，所述左偏刀片单元和所述右偏刀片单元呈X状布置，所述左偏刀片单元与所述右偏刀片单元均包括多组刀片，所述左偏刀片单元和所述右偏刀片单元在交叉处开口排列。

3.根据权利要求2所述的一种刀片式推进器，其特征在于，所述左偏刀片单元与所述右偏刀片单元绕所述推进器套筒的中心轴环向对称布置。

4.根据权利要求2所述的一种刀片式推进器，其特征在于，所述刀片升降装置包括刀片固定装置和刀片升降驱动电机，所述刀片固定装置与所述刀片固定连接，所述升降驱动电机驱动所述刀片固定装置升降。

5.根据权利要求1所述的一种刀片式推进器，其特征在于，所述旋转驱动装置通过轴承与所述推进器套筒转动连接。

6.根据权利要求1所述的一种刀片式推进器，其特征在于，所述推进器套筒整体呈橄榄球形状。

7.根据权利要求6所述的一种刀片式推进器，其特征在于，所述固定单元包括至少一个连接杆，所述连接杆固定连接在所述旋转驱动装置的外壳与所述推进器套筒之间。

8.根据权利要求7所述的一种刀片式推进器，其特征在于，所述控制系统布置在所述推进器套筒的中心位置，所述控制系统包括控制单元、通讯单元，所述控制单元与所述通讯单元电连接，所述控制单元与所述刀片升降装置和旋转驱动装置通讯连接，所述通讯单元接收发控制指令。

9.根据权利要求2所述的一种刀片式推进器，其特征在于，所述左偏刀片相对竖向方向向左偏转的角度与所述右偏刀片相对竖向方向向右偏转的角度相同。

10.一种刀片式推进器的控制方法，其特征在于，所述刀片式推进器为上述权利要求1-9任一项所述的刀片式推进器，所述刀片式推进器的控制方法包括以下步骤：

步骤一：接收指令：所述控制系统接收控制指令；

步骤二：执行指令：根据步骤一中的控制指令，控制系统控制刀片升降装置和旋转驱动装置动作；

步骤三：前进或/和后退：当需要前进或/和后退动力时，控制系统控制所有左偏和右偏刀片升起，然后控制旋转驱动装置旋转，提供前进和后退的动力；

步骤四：向左转向：当需要偏左行驶时，控制系统控制所有左偏刀片降下，右偏刀片升起，然后控制旋转驱动装置旋转，提供偏左行驶的动力；

步骤五：向右转向：当需要偏右行驶时，控制系统控制所有左偏刀片升起，右偏刀片降下，然后控制旋转驱动装置旋转，提供偏右行驶的动力；

步骤六：待机：当完成控制指令后，刀片式推进器待机，等待下一个控制指令。

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