CN207045646U - 近矢量式水下机器人用推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水下机器人推进器，具体地说是一种近矢量式水下机器人用推进器，轮毂位于螺旋桨整流罩内，通过整流罩支撑杆与螺旋桨整流罩连接，螺旋桨整流罩的一端沿周向均匀安装有多个螺旋桨叶片，另一端通过多个可伸缩的液压杆与水下机器人舱体相连；每个液压杆上均带有位置传感器、且分别与液压控制装置相连，每根液压杆的一端均安装在所述水下机器人舱体上，另一端与轮毂铰接，各液压杆通过液压控制装置控制伸缩，实现推进器的实时推力大小及方向的调节。本实用新型使用集成电机推进器和液压控制装置结合的方式，使得推进器结构紧凑、推进高效，可减少或替代舵翼，减小航行阻力，提高水下机器人能源利用效率和搭载能力。

Description

近矢量式水下机器人用推进器

技术领域

本实用新型涉及水下机器人推进器，具体地说是一种近矢量式水下机器人用推进器，适用于水下机器人(潜水器)的高效推进。

背景技术

水下机器人是开发海洋的重要工具，随着海洋资源开发利用步伐的不断加快，智能水下机器人的高速发展，对机器人的水下操纵性、推进系统的高效性、节能性要求越来越高。目前，水下机器人大多采用螺旋桨进行推进，或单台沿轴固定安装或多台矢量布置，均不能实现推进器的实时调节，从而提高水下机器人的机动灵活运动与高效节能推进。

实用新型内容

针对现有水下机器人推进器存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种近矢量式水下机器人用推进器。该推进器可以通过对其液压控制装置进行控制，实现单台螺旋桨沿轴布置的矢量推进，进而提供水下机器人机动过程中所需的各方向推力，从而满足水下机器人机动性的要求。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括螺旋桨本体、液压杆及安装在水下机器人舱体内部的液压控制装置，其中螺旋桨本体包括螺旋桨叶片、整流罩支撑杆、轮毂及与电机集成为一体的螺旋桨整流罩，该轮毂位于螺旋桨整流罩内，通过所述整流罩支撑杆与螺旋桨整流罩连接，所述螺旋桨整流罩的一端沿周向均匀安装有多个螺旋桨叶片，另一端通过多个可伸缩的液压杆与水下机器人舱体相连；每个所述液压杆上均带有位置传感器、且分别与所述液压控制装置相连，每根液压杆的一端均安装在所述水下机器人舱体上，另一端与所述轮毂铰接，各所述液压杆通过液压控制装置控制伸缩，实现推进器的实时推力大小及方向的调节；

其中：所述液压杆为四个、上下各两个，每根所述液压杆均与螺旋桨整流罩的轴向中心线倾斜设置；每个所述液压杆的另一端分别通过球形连接轴承与轮毂的另一端铰接；

所述螺旋桨整流罩通过多个翼型的整流罩支撑杆与轮毂连接；

所述电机的电机定子沿圆周方向均匀安装在螺旋桨整流罩上，所述电机的电机转子位于电机定子与螺旋桨叶片之间、沿圆周方向均匀安装在螺旋桨整流罩上。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型是一款具有多功能的集成推进器系统，可实现水下机器人的进退，上浮、下潜、左右回转等；这样既可以提高水下机器人的机动性能，还能满足不同机动状态的需要。

2.本实用新型的螺旋桨为集成电机螺旋桨，其电机与螺旋桨整流罩集成为一体，不但增大了扭矩同时提高了推进效率，在螺旋桨前方还集成有翼型的整流罩支撑杆，既可以保证电机与轮毂固定连接，还可以起到平衡螺旋桨产生的横滚力矩，以避免水下机器人发生横滚。

3.本实用新型的液压控制装置是由四根带有位置传感器的液压杆组成的伸缩可控的液压控制系统，液压杆成设定的倾角布置；液压杆采用液压油为工作介质，使用水下机器人本身携带的液压源为动力，使得本实用新型在水下机器人应用中具有结构简单可靠，布置方便的优点。

4.本实用新型具有结构紧凑，推进高效，布置方便，节省空间的优点，可以实现推进器的矢量工作，从而减少或替代水下机器人舵翼，减小艇体航行阻力，提高水下机器人操纵性；同时有助于节约水下机器人舱内空间，方便水下机器人携带更多的能源和有效载荷，实现水下机器人的节能高效航行。

附图说明

图1为本实用新型的内部结构剖视图；

图2为本实用新型集成电机推进器的结构示意图；

图3A为本实用新型液压杆的布置示意图；

图3B为本实用新型处于前进后退工作状态的示意图；

图3C为本实用新型处于垂直面下潜工作状态的示意图；

图3D为本实用新型处于垂直面上浮工作状态的示意图；

图3E为本实用新型处于水平向右回转机动工作状态的示意图；

图3F为本实用新型处于水平向左回转机动工作状态的示意图；

图4为本实用新型的立体结构示意图；

其中：1为轮毂轴承，2为螺旋桨叶片，3为电机转子，4为电机定子，5为螺旋桨整流罩，6为整流罩支撑杆，7为液压杆，8为球形连接轴承，9为导线，10为水下机器人舱体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1、图2及图4所示，本实用新型包括螺旋桨本体、液压杆7及安装在水下机器人舱体10内部的液压控制装置，其中螺旋桨本体包括螺旋桨叶片2、整流罩支撑杆6、轮毂11及与电机集成为一体的螺旋桨整流罩5，轮毂11位于螺旋桨整流罩5内，螺旋桨整流罩5通过多个(本实施例为四个)整流罩支撑杆6与轮毂11连接；整流罩支撑杆6为翼型(即机翼形状)，既可以保证电机与轮毂11固定连接，还可以平衡螺旋桨产生的横滚力矩，以避免水下机器人发生横滚。

螺旋桨整流罩5的一端设有轮毂轴承1，轮毂轴承1上沿周向均匀安装有多个(本实施例为三个)螺旋桨叶片2，另一端通过多个可伸缩的液压杆7与水下机器人舱体10相连。电机的电机定子4沿圆周方向均匀安装在螺旋桨整流罩5上，电机的电机转子3位于电机定子4与螺旋桨叶片2之间、沿圆周方向均匀安装在螺旋桨整流罩5上。

如图3A所示，液压杆7为四根、上下各两根，分别为液压杆A、液压杆B、液压杆C及液压杆D；四根液压杆7成正方形布置，每根液压杆7均与螺旋桨整流罩5的轴向中心线成设定的倾角布置。每根液压杆7上均带有位置传感器，每根液压杆7的一端均安装在水下机器人舱体10上，另一端分别通过球形连接轴承8与轮毂11的另一端铰接，可在设定角度内自由活动。每根液压杆7分别通过导线9与液压控制装置相连，各液压杆7通过液压控制装置控制伸缩，实现推进器的实时推力大小及方向的调节。

本实用新型中的液压杆7也可为电动杆，相应的液压控制系统即变为电动杆控制系统。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型的推进器是采用电机与螺旋桨集成的集成电机推进器。为了减轻推进器工作过程中对电机的损耗，本实用新型采用带中轴的集成电机推进器，从而使螺旋桨的推力经过中心轮毂11传递；这不仅减小推力对电机的损害，延长了电机的使用寿命，也降低了电机的复杂程度，方便制造减小成本。同时，采用这种形式的螺旋桨也方便了本实用新型中采用液压控制装置对推进器进行近矢量控制，以满足水下机器人的各种机动状态。

本实用新型的液压控制装置是采用四根液压杆集成的液压控制装置(如电磁阀)，它通过电信号组合控制各液压杆有规律地伸缩以及液压杆与轮毂11连接的球形连接轴承8的综合作用实现对螺旋桨推进器不同摆角的精确控制，从而实现水下机器人用推进器沿主轴固定安装的近矢量控制，进而满足机器人的操纵要求。

具体为：

以水下机器人前进方向为正向，推进器与水下机器人本体共轴布置。当水下机器人直线航行时，如图3B所示，控制液压控制装置同时锁紧四根液压杆7(液压杆A、液压杆B、液压杆C及液压杆D)，使得螺旋桨推力与水下机器人本体轴线共线提供前进推力。当水下机器人下潜时，液压控制装置锁紧液压杆C和液压杆D，推动液压杆A和液压杆B，使得螺旋桨产生向上的分力和力矩，推动水下机器人做下潜运动。当水下机器人上浮时，液压控制装置锁紧液压杆A和液压杆B，推动液压杆C和液压杆D，使得螺旋桨产生向下的分力和力矩，推动水下机器人做上浮运动。当水下机器人向右回转时，液压控制装置锁紧液压杆A和液压杆C，推动液压杆B和液压杆D，使得螺旋桨产生向左的分力和力矩，推动水下机器人做向右回转运动。当水下机器人向左回转时，液压控制装置锁紧液压杆B和液压杆D，推动液压杆A和液压杆C，使得螺旋桨产生向右的分力和力矩，推动水下机器人做向左回转运动。理论上通过对四根液压杆的组合控制可以实现原固定桨加舵组合的所有机动性能要求。

Claims (5)

1.一种近矢量式水下机器人用推进器，其特征在于：包括螺旋桨本体、液压杆(7)及安装在水下机器人舱体(10)内部的液压控制装置，其中螺旋桨本体包括螺旋桨叶片(2)、整流罩支撑杆(6)、轮毂(11)及与电机集成为一体的螺旋桨整流罩(5)，该轮毂(11)位于螺旋桨整流罩(5)内，通过所述整流罩支撑杆(6)与螺旋桨整流罩(5)连接，所述螺旋桨整流罩(5)的一端沿周向均匀安装有多个螺旋桨叶片(2)，另一端通过多个可伸缩的液压杆(7)与水下机器人舱体(10)相连；每个所述液压杆(7)上均带有位置传感器、且分别与所述液压控制装置相连，每根液压杆(7)的一端均安装在所述水下机器人舱体(10)上，另一端与所述轮毂(11)铰接，各所述液压杆(7)通过液压控制装置控制伸缩，实现推进器的实时推力大小及方向的调节。

2.根据权利要求1所述的近矢量式水下机器人用推进器，其特征在于：所述液压杆(7)为四个、上下各两个，每根所述液压杆(7)均与螺旋桨整流罩(5)的轴向中心线倾斜设置。

3.根据权利要求2所述的近矢量式水下机器人用推进器，其特征在于：每个所述液压杆(7)的另一端分别通过球形连接轴承(8)与轮毂(11)的另一端铰接。

4.根据权利要求1所述的近矢量式水下机器人用推进器，其特征在于：所述螺旋桨整流罩(5)通过多个翼型的整流罩支撑杆(6)与轮毂(11)连接。

5.根据权利要求1所述的近矢量式水下机器人用推进器，其特征在于：所述电机的电机定子(4)沿圆周方向均匀安装在螺旋桨整流罩(5)上，所述电机的电机转子(3)位于电机定子(4)与螺旋桨叶片(2)之间、沿圆周方向均匀安装在螺旋桨整流罩(5)上。