CN209008840U - 一种水下航行器尾舵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下航行器尾舵，包括壳体、舵机、舵机安装板、尾翼板、舵板轴、舵板、伞齿轮、舵机轴；所述壳体内等距一体式设有三个舵机耳板和三个舵轴耳板、外侧设有三个舵台，舵台内部设有舵轴耳板；所述舵机耳板上螺接有舵机安装板，所述舵机安装板上设有三组舵机；所述舵台和舵板伞齿轮外端装配有襟翼舵；所述舵机伞齿轮与舵板伞齿轮相互啮合传动；本新型采用三轴舵机尾舵布置方式，节约成本，提高了系统可靠性；简化了控制模型，降低了控制难度；结构紧凑、稳定性高；舵板采用襟翼结构提高了舵效和水下机器人的姿态控制能力；降低了电磁干扰，改善了舵板轴的受力结构，降低了舵板轴因拖挂造成损坏的概率，提高了舵板轴的安全性。

Description

一种水下航行器尾舵

技术领域

本实用新型涉及海洋工程水下航行器技术设备领域，特别涉及一种水下航行器尾舵。

背景技术

目前人类正面临着人口、资源和环境三大难题 。海洋由于蕴藏着丰富的资源为人类解决这些难题提供了希望。由于人的潜水深度有限，水下环境恶劣危险，所以，如今作为海洋探测和开发的重要工具，水下自航行器在海洋科学考察、海洋环境监测和海洋资源勘探方面具有广泛的应用前景，是一种工作于水下极限作业的机器人。

智能水下航行器需适应复杂的海洋环境，其载体不仅要具有耐压、水密和承受负载的能力，而且要具有低阻力、高推进效率和实现空间运动的能力。另外，在十分有限的空间，需配置不同性能的多种传感器以满足环境探测、目标识别、自主航行和自主完成任务的需要。目前自主式的水下航行器多以细长流线型外形、欠驱动方式为主，这种方式的机器人具有阻力小、成本低、重量小、系统可靠性高等特点。国外此类水下航行器较为著名，如ＲE-MUS-100，它是由美国Hydroid公司开发的一款被公认为是当今知名度最高，也是最成功的微小型水下航行器，还有Bluefin Robotics公司的Bluefin-9、美国Nekton公司研制开发的微小型水下航行器“巡逻兵(Ｒenger)”也都代表着当前水下航行器的先进水平。

在技术较为成熟的当下，水下航行器的姿态控制机构主要有尾舵和多螺旋桨联合控制两种。其中，由于尾舵具有控制简单、造价低、可以提供一定的稳定性等原因是小型水下航行器的主要控制方式。作为AUV航行控制力输出机构，尾舵的设计极大地影响了AUV航行机动性和稳定性。

现有技术中，尾舵一般安装于机器人的尾段部位，以利于保证航行的安全性和良好的操作性，在以往的水下航行器中，尾舵的总体布置一般以“X”舵和“十”舵为主，还有一些特殊的“木”舵和“米”舵；其缺点是结构复杂、稳定性差、空间运动能力不足。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种水下航行器尾舵，针对现有技术中的不足，采用三轴舵机的尾舵布置方式，由三组圆周等距分布、独立舵机控制的舵板，组成AUV机器人尾舵，结构紧凑、稳定性高、阻力低、推进效率高、空间运动能力强；对航向的控制能力更加稳定，提高了舵效，三轴舵机的布置方式更加降低了舵机控制部分的电磁干扰。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种水下航行器尾舵，包括壳体、舵机、舵机安装板、尾翼板、舵板轴、舵板、密封圈、舵板伞齿轮、舵机伞齿轮、舵机轴、舵轴耳板、舵机耳板、舵台，其特征在于：

所述壳体为前部圆桶型、后部锥型渐窄的桶壳结构；所述壳体内中部位置呈三角形圆周等距一体式设置有三个舵机耳板、后部位置呈三角形圆周等距一体式设置有三个舵轴耳板；所述壳体的后部外侧三角形一体式设置有三个舵台，所述舵台的壳体内部相对位置上前后方向设置有舵轴耳板和舵板轴孔；所述舵台顶部一个位于中间位置，侧面两个舵台相互对称配置；所述舵机耳板上螺接密封固定设置有舵机安装板，所述舵机安装板上固定设置有三组舵机，所述舵机上轴接设置有舵机轴；所述舵机轴穿过舵轴耳板固定设置有舵机伞齿轮；所述舵板轴孔内通过密封圈设置有舵板轴，所述舵板轴的壳体内端固定设置有舵板伞齿轮；所述舵台和舵板伞齿轮外端装配有襟翼舵；所述舵机的舵机轴与舵板轴通过舵机伞齿轮与舵板伞齿轮相互倾斜啮合构成伞齿轮传动结构。

所述舵轴耳板与舵机耳板在壳体内圆周上相互交叉配置。

所述襟翼舵配置有三组，所述襟翼舵包括尾翼板、舵板轴、舵板；所述舵板轴上固定设置有舵板，所述尾翼板呈C型框架固定设置于舵台上，所述舵板布置在尾翼板框架内，所述舵板轴的末端支撑在尾翼板框架上。

所述舵板轴沿壳体的径向配置，所述舵机轴沿壳体的轴向配置。

本实用新型的工作原理为：采用三尾舵的布置方式，中下部左右对称布置两块，正上方布置一块，比普通的“X”和“十”字形尾舵布置方式，减少了一套尾舵。由此带来的好处包括：节约了成本，提高了经济性；减少了一套舵机，简化了安装工艺，提高了系统可靠性；简化了控制模型，降低了控制难度。三轴舵机的外形设计更适应于尾部的航行状态，形成更具有稳定性的三角架结构，减少了对航行器航行在改变方向时所需的时间和角度，亦即舵对航向的控制能力更加稳定——提高了舵效。三轴舵机的布置方式更加降低了舵机控制部分的电磁干扰，通常情况下舵机之间的距离越远，干扰性越低。

舵机选择了伞齿轮传动的襟翼舵，将舵板布置在尾翼板框架内，舵板轴的末端支撑在尾翼板框架上。由此带来的好处包括：舵板与尾翼板组成了襟翼结构，舵板角度调整时，能产生较大的流体升力，实现了小舵角时高舵效，降低了调整舵角时的功率需求，提高了水下航行器的姿态控制能力；舵板安装在尾翼板框架内，尾翼板能为舵板提供有效保护，提高了舵板的安全性；舵板轴的末端支撑在尾翼板上，将舵板轴的受力状态由悬臂梁改成了简支梁，改善了舵板轴的受力状态，提高了舵板轴的安全性；伞齿轮传动方式具有传动角度精确，无滑差，同时具有结构紧凑，方便安装和角度调整等优点。

通过上述技术方案，本实用新型技术方案的有益效果是：采用三轴舵机的尾舵布置方式，由三组圆周等距分布、独立舵机控制的舵板，组成AUV机器人尾舵，节约了成本，提高了经济性；减少了一套舵机，简化了安装工艺，提高了系统可靠性；简化了控制模型，降低了控制难度；本AUV机器人尾舵结构紧凑、稳定性高、阻力低、推进效率高、空间运动能力强；对航向的控制能力更加稳定，提高了舵效，三轴舵机的布置方式更加降低了舵机控制部分的电磁干扰；舵板与尾翼板组成了襟翼结构，降低了调整舵角时的功率需求，提高了水下航行器的姿态控制能力；改善了舵板轴的受力状态，提高了舵板轴的安全性；伞齿轮传动方式具有传动角度精确、无滑差，结构紧凑，方便安装和角度调整等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所公开的一种水下航行器尾舵左视图示意图；

图2为本实用新型实施例所公开的一种水下航行器尾舵主视图示意图；

图3为本实用新型实施例所公开的一种水下航行器尾舵A-A向剖视图示意图；

图4为本实用新型实施例所公开的一种水下航行器尾舵B-B向剖视图示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1．壳体 2. 舵机 3. 舵机安装板 4.尾翼板

5. 舵板轴 6. 舵板 7. 密封圈 8. 舵板伞齿轮

9.舵机伞齿轮 10. 舵机轴 11.舵轴耳板 12.舵机耳板

13.舵台。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据图1、图2、图3和图4，本实用新型提供了一种水下航行器尾舵，包括壳体1、舵机2、舵机安装板3、尾翼板4、舵板轴5、舵板6、密封圈7、舵板伞齿轮8、舵机伞齿轮9、舵机轴10、舵轴耳板11、舵机耳板12、舵台13。

所述壳体1为前部圆桶型、后部锥型渐窄的桶壳结构；所述壳体1内中部位置呈三角形圆周等距一体式设置有三个舵机耳板12、后部位置呈三角形圆周等距一体式设置有三个舵轴耳板11；所述壳体1的后部外侧三角形一体式设置有三个舵台13，所述舵台13的壳体1内部相对位置上前后方向设置有舵轴耳板11和舵板轴孔；所述舵台13顶部一个位于中间位置，侧面两个舵台13相互对称配置；所述舵机耳板12上螺接密封固定设置有舵机安装板3，所述舵机安装板3上固定设置有三组舵机2，所述舵机2上轴接设置有舵机轴10；所述舵机轴10穿过舵轴耳板11固定设置有舵机伞齿轮9；所述舵板轴孔内通过密封圈7设置有舵板轴5，所述舵板轴5的壳体内端固定设置有舵板伞齿轮8；所述舵台13和舵板伞齿轮8外端装配有襟翼舵；所述舵机2的舵机轴10与舵板轴5通过舵机伞齿轮9与舵板伞齿轮8相互倾斜啮合构成伞齿轮传动结构。

所述舵轴耳板11与舵机耳板12在壳体1内圆周上相互交叉配置。

所述襟翼舵配置有三组，所述襟翼舵包括尾翼板4、舵板轴5、舵板6；所述舵板轴5上固定设置有舵板6，所述尾翼板4呈C型框架固定设置于舵台13上，所述舵板6布置在尾翼板4框架内，所述舵板轴5的末端支撑在尾翼板4框架上。

所述舵板轴5沿壳体1的径向配置，所述舵机轴10沿壳体1的轴向配置。

本实用新型的具体实施操作步骤是：首先采用螺钉将舵机轴5与舵机2安装成整体，然后采用螺钉分别将三个舵机2安装到舵机安装板3上，再采用螺钉将舵机安装板3安装到壳体1内。

首先将密封圈7安装到舵板轴5上的密封沟槽内，然后在舵板轴5涂抹润滑脂后插入壳体1上的舵板轴安装孔内，再依次将伞齿轮8中的大齿轮和小齿轮安装在舵板轴5和舵机轴9上，再分别将三个舵板6安装到舵板轴5上，再将尾翼板4安装到壳体1上，并确保舵板轴5的末端穿过尾翼板4上的舵板轴固定孔，最后将舵板轴5上的大齿轮和舵机轴9上的小齿轮位置调整好，锁紧好齿轮上的紧定螺钉即可。

通过上述具体实施例，本实用新型的有益效果是：采用三轴舵机的尾舵布置方式，由三组圆周等距分布、独立舵机控制的舵板，组成AUV机器人尾舵，节约了成本，提高了经济性；减少了一套舵机，简化了安装工艺，提高了系统可靠性；简化了控制模型，降低了控制难度；本AUV机器人尾舵结构紧凑、稳定性高、阻力低、推进效率高、空间运动能力强；对航向的控制能力更加稳定，提高了舵效，三轴舵机的布置方式更加降低了舵机控制部分的电磁干扰；舵板与尾翼板组成了襟翼结构，降低了调整舵角时的功率需求，提高了水下航行器的姿态控制能力；改善了舵板轴的受力状态，提高了舵板轴的安全性；伞齿轮传动方式具有传动角度精确、无滑差，结构紧凑，方便安装和角度调整等优点。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种水下航行器尾舵，其特征在于，包括壳体、舵机、舵机安装板、尾翼板、舵板轴、舵板、密封圈、舵板伞齿轮、舵机伞齿轮、舵机轴、舵轴耳板、舵机耳板、舵台；所述壳体为前部圆桶型、后部锥型渐窄的桶壳结构；所述壳体内中部位置呈三角形圆周等距一体式设置有三个舵机耳板、后部位置呈三角形圆周等距一体式设置有三个舵轴耳板；所述壳体的后部外侧三角形一体式设置有三个舵台，所述舵台的壳体内部相对位置上前后方向设置有舵轴耳板和舵板轴孔；所述舵台顶部一个位于中间位置，侧面两个舵台相互对称配置；所述舵机耳板上螺接密封固定设置有舵机安装板，所述舵机安装板上固定设置有三组舵机，所述舵机上轴接设置有舵机轴；所述舵机轴穿过舵轴耳板固定设置有舵机伞齿轮；所述舵板轴孔内通过密封圈设置有舵板轴，所述舵板轴的壳体内端固定设置有舵板伞齿轮；所述舵台和舵板伞齿轮外端装配有襟翼舵；所述舵机的舵机轴与舵板轴通过舵机伞齿轮与舵板伞齿轮相互倾斜啮合构成伞齿轮传动结构。

2.根据权利要求1所述的一种水下航行器尾舵，其特征在于，所述舵轴耳板与舵机耳板在壳体内圆周上相互交叉配置。

3.根据权利要求1所述的一种水下航行器尾舵，其特征在于，所述襟翼舵配置有三组，所述襟翼舵包括尾翼板、舵板轴、舵板；所述舵板轴上固定设置有舵板，所述尾翼板呈C型框架固定设置于舵台上，所述舵板布置在尾翼板框架内，所述舵板轴的末端支撑在尾翼板框架上。

4.根据权利要求1所述的一种水下航行器尾舵，其特征在于，所述舵板轴沿壳体的径向配置，所述舵机轴沿壳体的轴向配置。