PL227447B1 - Ślimakowy system napędowy płetw bocznych podwodnego robota mobilnego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest system napędowy do podwodnego robota mobilnego, a zwłaszcza system napędowy płetw bocznych podwodnego robota mobilnego.

Znane są ze stanu techniki systemy napędowe do jednostek wodnych lub amfibijnych, wyposażone w napęd płetw realizowany poprzez połączenie płetw z serwomechanizmami bezpośrednio lub za pośrednictwem przekładni, gdzie każda płetwa ma własny serwomechanizm. Rozwiązania takie cechują się prostotą konstrukcji, jednak wiążą się ze stosunkowo dużym obciążeniem poszczególnych serwomechanizmów przy częstych zmianach kierunku oraz prędkości płetw.

Patent europejski EP2222550 ujawnia system napędzania jednostek wodnych oparty na oscylujących łopatkach lub płetwach. Wyposażony jest w mimośrodowo zamontowany łącznik do wywoływania ruchu płetwy. Łopatki lub płetwy zamontowane są w przesuwnym członie wprawianym w ruch posuwisto- zwrotny, przez co ich oś przesuwa się względem kadłuba podczas ich pracy.

Amerykańskie zgłoszenie patentowe US20100151751 ujawnia system napędowy do jednostek wodnych, który zawiera elastyczną płetwę, obracającą się wokół horyzontalnej osi. System ten zawiera środki do przekształcania ruchu obrotowego wału na ruch oscylacyjny płetwy.

Patent amerykański US7427220 przedstawia robota amfibijnego wyposażonego w szereg kończyn do poruszania się w ośrodku płynnym. Każda kończyna posiada swój własny napęd, przykładowo w postaci silnika elektrycznego, który niezależnie napędza i steruje płetwami.

Celowym byłoby opracowanie takiego systemu napędowego, który pozwalałby na napędzania jednostki wyposażonej w płetwy oraz sterowanie jej za pośrednictwem odpowiedniego ruchu i pozycji tych płetw, który to system byłby oszczędniejszy w eksploatacji oraz którego elementy składowe podlegałyby niewielkiemu zużyciu.

Istotą wynalazku jest ślimakowy system napędowy płetw bocznych podwodnego robota mobilnego charakteryzujący się tym, że zawiera napędzany silnikiem głównym mechanizm korbowo-wahaczowy do wprawiania w ruch oscylacyjny płetw bocznych napędzanych, za pośrednictwem samohamownych przekładni ślimakowych, silnikami wspierającymi przymocowanymi do wspólnej bazy.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia system napędowy płetw bocznych w przykładowym wykonaniu w widoku z ukosa.

Fig. 2 przedstawia system napędowy płetw bocznych w widoku rozstrzelonym.

W poniższym opisie wprowadzono indeksy „a” oraz „b” do rozróżnienia zestawów współpracujących ze sobą kolejnych elementów dla każdej z płetw wchodzących w skład systemu napędowego.

Niezależny, ślimakowy system napędowy płetw bocznych podwodnego robota mobilnego przedstawiony został w przykładowym wykonaniu na Fig. 1 i 2.

System zawiera dwa zespoły napędowe płetw bocznych oraz jeden mechanizm główny. Mechanizm główny zawiera silnik 1, przykładowo typowy silnik elektryczny. Silnik 1 zamocowany jest do głównego mocowania 11, do którego przytwierdzona jest na stałe za pomocą nieruchomego łącznika 9 baza mocowania silników płetw bocznych 12. Napęd z silnika 1 przekazywany jest dalej bezpośrednio, lub za pośrednictwem przekładni redukującej. Z osią silnika 1 połączony jest łącznik mimośrodowy 10 silnika 1, do którego przyłączony jest łącznik 8, który dalej za pomocą łącznika 7 współpracuje z osiami 13a, 13b płetw bocznych. Długości łączników 10, 8 oraz 7 są tak dobrane, aby ciągły obrót osi silnika 1 powodował oscylacyjny ruch bazy 12, a przez to i zespołów napędowych płetw bocznych, z zadaną częstotliwością i amplitudą względem punktu neutralnego. Silnik 1 oraz łączniki 10, 8 oraz 7 stanowią razem mechanizm korbowo-wahaczowy 14.

Zespoły napędowe płetw bocznych zawierają mocowania silników płetw bocznych 6a, 6b, do których zamocowane są odpowiednio silniki wspierające 2a i 2b. Mocowania 6a, 6b połączone są nieruchomo z bazą 12. Mocowania 6a i 6b służą również do łożyskowania osi 13a, 13b płetw bocznych 3a i 3b. Na osiach 13a, 13b zamocowane są ślimacznice 5a, 5b, współpracujące ze ślimakami 4a, 4b zamocowanymi na osiach silników wspomagających 2a, 2b. Tworzą one razem samohamowne przekładnie ślimakowe. Podczas pracy systemu pozycja silników wspierających 2a, 2b względem bazy 12 oraz mocowań 6a, 6b nie zmienia się, tzn. wykonują one razem ruch oscylacyjny.

Mechanizmy płetwy lewej i prawej mogą być identyczne lub stanowić odbicie lustrzane (jak przedstawiono na rysunku). Silnik mechanizmu głównego kręcąc się w jednym kierunku ze stałą prędkością powoduje ruch oscylacyjny jednocześnie lewej i prawej płetwy bocznej. Częstotliwość drgań płetw bocznych zależy od prędkości kątowej silnika mechanizmu głównego. Z uwagi na fakt, iż silnik

PL 227 447 B1 ten porusza się w określonym kierunku (bez zmiany kierunku obrotów - tak jak w innych rozwiązaniach) możliwie jest uzyskanie bardzo dużej częstotliwości oscylacji płetw bocznych. Kolejną zaletą przedstawionego rozwiązania jest zwiększenie żywotności silnika głównego. Zatrzymanie silnika unieruchamia płetwy boczne. Amplituda drgań płetw bocznych jest zdeterminowana parametrami mechanizmu, w związku z tym istnieje możliwość zwiększenia i zmniejszenia amplitudy drgań płetw bocznych poprzez rekonfigurację mechanizmu głównego, przykładowo poprzez zmianę długości łączników.

Uruchomiony silnik wspierający 2a, 2b mechanizmu płetwy bocznej, za pośrednictwem przekładni ślimakowej przekazuje ruch do płetwy bocznej, powodując zmianę punktu neutralnego tej płetwy. Pod pojęciem punktu neutralnego (pozycji neutralnej) rozumie się położenie płetwy w połowie drogi pomiędzy położeniami skrajnymi, osiąganymi podczas ruchu oscylacyjnego. Zastosowanie przekładni samohamownej, ślimakowej umożliwia uzyskanie dużego przełożenia. Samohamowność przekładni jest istotna z punktu widzenia efektywności napędu. W wyniku naporu wody spowodowanej przykładowo oscylacjami całego mechanizmu, reakcja z płetw nie przenosi się na system napędowy, tj. silniki wspierające 2a, 2b płetw bocznych, dzięki czemu po ustawieniu płetw bocznych w pożądanej pozycji, silniki te mogą zostać odłączone od zasilania.

Zatrzymanie silnika 1 umożliwia ustawienie statycznego położenia kątowego płetw bocznych za pomocą napędów wspierających 2a, 2b. Analogicznie, odpowiednie sterowanie kierunkiem i prędkością obrotową napędów wspierających 2a, 2b pozwala na uzyskanie płetwy nieruchomej względem podstawy bez zatrzymywania napędu głównego 1.

Dzięki współpracy mechanizmu głównego oraz mechanizmów płetw bocznych można zmieniać niezależnie położenie płetw bocznych umożliwiając realizację zmiany głębokości pływania. Ponadto obrót płetw bocznych w dowolnym kierunku podczas pracy mechanizmu głównego powoduje uzyskanie siły napędowej w dowolnym kierunku. W związku z tym, można uzyskać zwiększoną dynamikę zanurzania i wynurzania, jak również możliwy jest do uzyskania ciąg wsteczny. Przedstawione rozwiązanie mechanizmu głównego umożliwia uzyskanie dużych częstotliwości oscylacji, co w sposób bezpośredni przekłada się na generowaną siłę ciągu. W konfiguracji, w której użyto lustrzanego mechanizmu płetw bocznych zamontowanych przeciwnie uzyskano (kosztem zwiększenia objętości mechanizmu) położenie środka ciężkości w osi obrotu, co powoduje minimalizację sił i momentów bezwładności, które z kolei mogłyby być przyczyną drgań i zbędnego obciążenia silnika mechanizmu głównego.

Claims (1)

1. Ślimakowy system napędowy płetw bocznych podwodnego robota mobilnego, znamienny tym, że zawiera napędzany silnikiem głównym (1) mechanizm korbowo-wahaczowy (14) do wprawiania w ruch oscylacyjny płetw bocznych (3a, 3b) napędzanych, za pośrednictwem samohamownych przekładni ślimakowych (4a, 4b; 5a, 5b), silnikami wspierającymi (2a, 2b) przymocowanymi do wspólnej bazy (12).