CN209192191U - 一种水下运载装备的并联式矢量推进器 - Google Patents

Abstract

一种水下运载装备的并联式矢量推进器，属于水下推进器领域，包括动平台、静平台、螺旋桨、角接触轴承；矢量推进器的并联机构由动静平台之间的一条传动支链和两条运动支链组成，UPU传动支链底端和顶端通过球笼式万向节连接，传动支链中间为可伸缩式扭矩传动轴；UPR运动支链的底部十字轴万向节与静平台连接，顶端转动副与动平台连接，RPU运动支链底端转动副与静平台连接，顶端为十字轴万向节与动平台连接，两条运动支链中间部分均为直线电机驱动轴；而且动静平台中心转轴处设置有角接触轴承。本实用新型可实现两转一移三自由度的空间运动，且具有整体体积小、刚度大、精度高、转动工作空间大、机动性能高等优点，可广泛应用于水下运载装备推进系统。

Description

一种水下运载装备的并联式矢量推进器

技术领域

本实用新型涉及一种水下运载装备的并联式矢量推进器，属于水下推进器领域。

背景技术

目前用于观察、勘探、监测用的水下运载装备主要包括水面无人艇、水中智能运载器和水下爬行机三种类型，由于水下环境的复杂多变性和任务要求的多样化，使得我们对水下运载装备的机动性和敏捷性有较高的要求。相比于传统串联式矢量推进器，并联式矢量推进装置由多条驱动支链共同操作动平台运动，提高机械系统整体的承载能力，而且可以大幅地减小系统整体的运动负荷和惯性，在此背景之下，研究低速运动时具有高机动性能的并联式矢量推进器对我们的水下运载装备具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够保证水下运载装备安全工作并且结构简单可实现多自由度运动的并联式矢量推进器。为达到上述目的，本实用新型设计一种基于UPR-UPU-RPU并联机构的矢量推进器，该矢量推进器的并联机构由动静平台之间的一条传动支链和两条运动支链组成，两条运动支链中间部分均为直线电机驱动轴；而且动静平台中心转轴处设置有角接触轴承。采用本实用新型不仅可以满足实现两转一移三自由度运动，而且具有结构紧凑、承载能力高、转动工作空间大、机动性能高等优点。

为了满足上述要求，本实用新型采用的技术方案如下：

一种水下运载装备的并联式矢量推进器，主要包括静平台1、动平台2、螺旋桨3、UPU传动支链4、UPR运动支链5、RPU运动支链6、角接触轴承A16、角接触轴承B17、动力输入轴18。

所述的静平台1位于矢量推进器的底部，整体呈三角形状，在满足该机构布置条件下能够极大的减小静平台体积。所述的动平台2位于矢量推进器的顶部，整体呈三角形状，其上嵌有角接触轴承A16，该角接触轴承A16用于螺旋桨轴19的限位和传动，螺旋桨轴19上安装螺旋桨3，且螺旋桨3的空间位姿与动平台2运动同步，同样受到静平台1上三根支链的协同运动的影响。所述的静平台1和动平台2之间设有三根支链，分别为UPU传动支链4、UPR运动支链5、RPU运动支链6。

所述的UPU传动支链4用于将扭矩与转速精准传递给末端的螺旋桨3，包括球笼式万向节A13、扭矩传动轴15和球笼式万向节B14。所述的UPU传动支链4顶端与动平台2之间通过球笼式万向节B14连接，UPU传动支链4底端与静平台1之间通过角接触轴承B17和球笼式万向节A13实现连接，传递扭矩，中间为可伸缩式扭矩传动轴15。所述的UPU传动支链4通过球笼式万向节A13 与动力输入轴18连接，能够实现全方位的转动和等速精准传递扭矩，该支链顶部的球笼式万向节B14与穿过动平台2的螺旋桨轴19连接，把传动扭矩精准传递给螺旋桨。

所述的UPR运动支链5为主动运动支链，主要实现对末端动平台2位姿的变换，包括十字轴万向节A7、移动副A9和转动副A8。所述的UPR运动支链5 底端与静平台1之间通过十字轴万向节A7实现连接，顶端与动平台2之间通过转动副A8连接，中间为移动副A9。能够实现动平台2一个自由度方向的转动，动平台2的俯仰和偏摆通过移动副A9、移动副B12和扭矩传动轴15的协同工作来实现。

所述的RPU运动支链6同样是主动运动支链，主要实现对末端动平台位姿的变换，其包括转动副B11、移动副B12和十字轴万向节B10。所述的RPU运动支链6底端与静平台1之间通过转动副B11实现连接，顶端与动平台2之间通过十字轴万向节B10连接，中间为移动副B12。能够实现动平台两自由度的转动。

本实用新型的工作过程为：由主推电机带动动力输入轴18转动，动力输入轴18的转速经UPU传动支链等速传递给末端的螺旋桨，其中UPU运动支链的移动副为被动移动形式；UPR运动支链5和RPU运动支链6为主动运动形式，通过直线电机来实现两支链中移动副的运动，矢量推进器空间位姿的变化就是通过UPR运动支链5和RPU运动支链6的协同运动来实现的，最终能够实现俯仰±40°、偏摆±40°和沿推进器轴线方向移动共三个自由度的运动。

本实用新型的有益效果在于：

(1)矢量推进器动平台相对静平台转动工作空间大，可以实现俯仰±40°、偏摆±40°以及动平台相对静平台的升程运动，极大的提高了矢量推进器的机动性。

(2)本并联式矢量推进器能够实现两转一移三自由度的运动，并且整体的体积小、结构紧凑、刚度大；

(3)矢量推进器中的两条运动支链之间相互耦合，大大提高了整体的力学性能和运动性能。

(4)矢量推进器中并联机构的各支链间运动解耦、便于运动控制；

附图说明

图1为矢量推进器立体结构简图；

图2为矢量推进器动平台局部视图；

图3为矢量推进器静平台局部视图；

图中：1静平台、2动平台、3螺旋桨、4 UPU传动支链、5 UPR运动支链、 6 RPU运动支链、7十字轴万向节A、8转动副A、9移动副A、10十字轴万向节B、11转动副B、12移动副B、13球笼式万向节A、14球笼式万向节B、15 扭矩传动轴、16角接触轴承A、17角接触轴承B、18动力输入轴、19螺旋桨轴。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

本实用新型一种水下运载装备的并联式矢量推进器主要包括静平台1、动平台2、螺旋桨3、UPU传动支链4、UPR运动支链5、RPU运动支链6，所述的静平台和动平台通过两条支链和一条传动轴连接起来。

所述的静平台1上嵌有角接触轴承B17，该轴承中间是动力输入轴18，与动力输入轴连接的是UPU传动支链4，该支链底部为球笼式万向节A13，中间为扭矩传动轴15，顶端为球笼式万向节B14，该支链两端使用球笼式万向节能够实现使动力输入轴18和螺旋桨轴19具有相同的转速，提高传动的效率。

所述的UPR运动支链5，底端为十字轴万向节A7与静平台1相连，十字轴万向节可以实现变角度的动力传递，可以同时改变转动副轴线的方向，而且十字轴万向节具有结构紧凑，工作较为稳定，使用寿命可观，简易维修等特点；中间为移动副A9，顶端转动副A8与动平台相连；所述的RPU运动支链6，底端转动副B11为与静平台1相连，中间为移动副B12，顶端为十字轴万向节B10 与动平台相连，并联机构中的移动副具有操作速度快，定位精度高的特点，因此UPR支链及RPU支链的往复运动均通过直线电机来驱动活塞杆来实现。

所述的动平台2上嵌有角接触轴承A16，该轴承中间被螺旋桨轴19穿过，螺旋桨轴与螺旋桨3固连；该动平台左侧与UPR运动支链5的转动副A8连接，可以实现一个自由度的转动，右侧与RPU运动支链6的十字轴万向节B10连接，能够实现两自由度的转动。

以上所述实施例仅表达本实用新型的实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种水下运载装备的并联式矢量推进器，其特征在于，所述的并联式矢量推进器包括静平台(1)、动平台(2)、螺旋桨(3)、UPU传动支链(4)、UPR运动支链(5)、RPU运动支链(6)、角接触轴承A(16)、角接触轴承B(17)、动力输入轴(18)；

所述的静平台(1)位于矢量推进器的底部，动平台(2)位于矢量推进器的顶部，二者整体呈三角形状，静平台(1)和动平台(2)之间设有三根支链，分别为UPU传动支链(4)、UPR运动支链(5)、RPU运动支链(6)；所述的动平台(2)上嵌有角接触轴承A(16)，该角接触轴承A(16)用于螺旋桨轴(19)的限位和传动，螺旋桨轴(19)上安装螺旋桨(3)，螺旋桨(3)的空间位姿与动平台(2)运动同步；

所述的UPU传动支链(4)用于将扭矩与转速精准传递给末端的螺旋桨(3)，包括球笼式万向节A(13)、扭矩传动轴(15)和球笼式万向节B(14)；所述的UPU传动支链(4)顶端与动平台(2)之间通过球笼式万向节B(14)连接，底端与静平台(1)之间通过角接触轴承B(17)和球笼式万向节A(13)连接，中间为可伸缩式扭矩传动轴(15)；所述的UPU传动支链(4)通过球笼式万向节A(13)与动力输入轴(18)连接，该支链顶部的球笼式万向节B(14)与穿过动平台(2)的螺旋桨轴(19)连接，把传动扭矩传递给螺旋桨(3)；

所述的UPR运动支链(5)为主动运动支链，主要实现对末端动平台(2)位姿的变换，包括十字轴万向节A(7)、移动副A(9)和转动副A(8)；所述的UPR运动支链(5)底端与静平台(1)之间通过十字轴万向节A(7)连接，顶端与动平台(2)之间通过转动副A(8)连接，中间为移动副A(9)，动平台(2)的俯仰和偏摆通过移动副A(9)、移动副B(12)和扭矩传动轴(15)的协同工作来实现；

所述的RPU运动支链(6)同样是主动运动支链，主要实现对末端动平台位姿的变换，包括转动副B(11)、移动副B(12)和十字轴万向节B(10)；所述的RPU运动支链(6)底端与静平台(1)之间通过转动副B(11)连接，顶端与动平台(2)之间通过十字轴万向节B(10)连接，中间为移动副B(12)。