專利名稱：一種應(yīng)用于小型水下無人航行器的矢量推進(jìn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水下推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種應(yīng)用于小型水下無人航行器的矢
量推進(jìn)裝置。
背景技術(shù)：
目前小型水下無人航行器的推進(jìn)裝置多采用電機(jī)螺旋槳推進(jìn)裝置，在海底復(fù)雜地形、存在暗流、浪、涌的區(qū)域?qū)λ潞叫衅鞯牟倏v性能要求較高。要完成海洋謀些參數(shù)的測量，海底信息調(diào)查，定點(diǎn)考察作業(yè)任務(wù)，則要求水下航行器在低速條件下應(yīng)具有良好的機(jī)動性和穩(wěn)定性。但是綜合來看，在水下航行器研發(fā)工作中，這種傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)方式存在效率低、噪音大等不足，嚴(yán)重影響著水下航行器的行進(jìn)速度、機(jī)動性、能耗等技術(shù)方面的發(fā)展，隨著人類水下探索的進(jìn)一步加深，水下航行器的推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)很有必要，各種推進(jìn)技術(shù)的研究和開發(fā)已經(jīng)迫在眉睫。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提出了一種應(yīng)用于小型水下無人航行器的矢量推進(jìn)裝置，能夠使小型水下航行器短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高的航速和機(jī)動性、提高續(xù)航能力。技術(shù)方案本實(shí)用新型的技術(shù)方案為所述一種應(yīng)用于小型水下無人航行器的矢量推進(jìn)裝置，其特征在于包括動力裝置和控制裝置；動力裝置包括兩套推進(jìn)組件，每套推進(jìn)組件包括推進(jìn)電機(jī)、電機(jī)控制器和螺旋槳；推進(jìn)電機(jī)通過電機(jī)控制器驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動；兩套推進(jìn)組件平行布置；每套推進(jìn)電機(jī)及電機(jī)控制器外套有電機(jī)套筒，推進(jìn)電機(jī)與電機(jī)套筒轉(zhuǎn)軸連接；控制裝置包括沉浮控制組件、動力裝置X向轉(zhuǎn)動控制組件和螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件；沉浮控制組件包括沉浮舵機(jī)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和鰭舵；曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括一根主動桿和兩根連桿，主動桿兩端分別與兩根連桿一端轉(zhuǎn)動連接，主動桿和連桿形成U型結(jié)構(gòu)；沉浮舵機(jī)輸出搖臂一端與主動桿中部伸出的短桿外端采用銷軸轉(zhuǎn)動連接；連桿另一端與傳動連桿一端采用銷軸轉(zhuǎn)動連接；傳動連桿另一端與鰭舵翼根軸一端垂直固定連接，鰭舵翼根軸另一端與鰭舵固定連接；鰭舵翼根軸中部通過密封軸承與矢量推進(jìn)裝置的外殼體固定；沉浮舵機(jī)工作時(shí)，沉浮舵機(jī)的輸出搖臂帶動曲柄連桿機(jī)構(gòu)擺動，曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動傳動連桿擺動，傳動連桿帶動鰭舵翼根軸轉(zhuǎn)動，鰭舵翼根軸帶動鰭舵擺動；動力裝置X向轉(zhuǎn)動控制組件包括兩個X向平衡舵機(jī)；所述X向?yàn)槭噶客七M(jìn)裝置的前進(jìn)方向；單個X向平衡舵機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸一端連接，轉(zhuǎn)軸另一端與單個電機(jī)套筒端面中心固定連接；x向平衡舵機(jī)的輸出軸帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸帶動電機(jī)套筒轉(zhuǎn)動，電機(jī)套筒帶動內(nèi)部安裝的推進(jìn)電機(jī)及電機(jī)控制器繞X向轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)軸中部通過穩(wěn)定軸承與矢量推進(jìn)裝置的外殼體固定；螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件包括兩個Y向平衡舵機(jī)；所述Y向垂直于X向；單個Y向平衡舵機(jī)固定安裝在電機(jī)套筒內(nèi)，Y向平衡舵機(jī)輸出搖臂一端與電機(jī)運(yùn)動連桿一端米用銷軸轉(zhuǎn)動連接，電機(jī)運(yùn)動連桿另一端與推進(jìn)電機(jī)端面邊緣采用銷軸轉(zhuǎn)動連接；γ向平衡舵機(jī)工作時(shí)，Y向平衡舵機(jī)驅(qū)動推進(jìn)電機(jī)繞推進(jìn)電機(jī)與電機(jī)套筒的連接轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。有益效果本實(shí)用新型提供的一種應(yīng)用于小型水下無人航行器的矢量推進(jìn)裝置，此裝置結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，可單套安裝在航行器的尾部。因?yàn)槁菪龢c鰭舵的方向、角度和速度都是可以自由調(diào)節(jié)的，因此裝有本裝置的航行器可以迅速完成前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、升沉等動作，能夠短時(shí)間實(shí)現(xiàn)高的航速和機(jī)動性，同時(shí)還有續(xù)航能力高、調(diào)節(jié)自如、能夠模塊化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。通過應(yīng)用本推進(jìn)裝置，可有望提高水下航行器的低速航行特性和轉(zhuǎn)彎特性，降低推進(jìn)系統(tǒng)制造成本，并且在推進(jìn)系統(tǒng)模塊化、小型化、降低噪音、降低能耗并提高推進(jìn)效率等方面 有重要的探索價(jià)值。

圖I :本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 :本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)分解示意圖；圖3 :動力裝置部分示意圖；圖4 :動力裝置X向轉(zhuǎn)動控制組件示意圖；圖5 :螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件示意圖；圖6 :螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件俯視圖；其中1、右鰭舵；2、右螺旋槳；3、電機(jī)套筒；4、左螺旋槳；5、左Y向平衡舵機(jī)；6、左鰭舵翼根軸；7、左鰭舵；8、穩(wěn)定軸承；9、X向平衡舵機(jī)架；10、沉浮舵機(jī)；11、右X向平衡舵機(jī)；12、右傳動連桿；13、右鰭舵翼根軸；14、右轉(zhuǎn)軸；15、左轉(zhuǎn)軸；16、左傳動連桿；17、左密封軸承；18、聯(lián)軸器；19、左X向平衡舵機(jī)；20、沉浮舵機(jī)輸出搖臂；21、曲柄連桿機(jī)構(gòu)；22、右密封軸承；23、密封圈；24、推進(jìn)電機(jī)；25、電機(jī)控制器；26、右Y向平衡舵機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本實(shí)用新型參照附圖I和附圖2，本實(shí)施例中的一種應(yīng)用于小型水下無人航行器的矢量推進(jìn)裝置包括動力裝置和控制裝置。動力裝置包括兩套推進(jìn)組件，每套推進(jìn)組件包括推進(jìn)電機(jī)、電機(jī)控制器和螺旋槳。電機(jī)控制器的控制端與推進(jìn)電機(jī)相連，電機(jī)控制器的電源端與航行器電池相連，電機(jī)控制器具有遙控控制功能。推進(jìn)電機(jī)通過電機(jī)控制器驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動，推進(jìn)電機(jī)由PWM波形進(jìn)行無級調(diào)速，通過無線遙控電機(jī)控制器，螺旋槳就可根據(jù)推進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來進(jìn)行推進(jìn)和后退。兩套推進(jìn)組件平行布置；每套推進(jìn)電機(jī)及電機(jī)控制器外套有電機(jī)套筒，推進(jìn)電機(jī)與電機(jī)套筒通過轉(zhuǎn)軸連接。如附圖5和附圖6。控制裝置包括沉浮控制組件、動力裝置X向轉(zhuǎn)動控制組件和螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件。沉浮控制組件包括沉浮舵機(jī)10、曲柄連桿機(jī)構(gòu)21和兩組鰭舵。曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括一根主動桿和兩根連桿，主動桿兩端分別與兩根連桿一端轉(zhuǎn)動連接，主動桿和連桿形成U型結(jié)構(gòu)。沉浮舵機(jī)輸出搖臂20的一端與主動桿中部伸出的短桿外端采用銷軸轉(zhuǎn)動連接；連桿另一端與傳動連桿一端采用銷軸轉(zhuǎn)動連接；傳動連桿另一端與鰭舵翼根軸一端垂直固定連接，鰭舵翼根軸另一端與鰭舵固定連接；鰭舵翼根軸中部通過密封軸承與矢量推進(jìn)裝置的外殼體固定，密封軸承起到穩(wěn)定、密封鰭舵翼根軸的作用。沉浮舵機(jī)工作時(shí)，沉浮舵機(jī)帶動曲柄連桿機(jī)構(gòu)擺動，曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動傳動連桿擺動，傳動連桿帶動鰭舵翼根軸轉(zhuǎn)動，鰭舵翼根軸帶動鰭舵擺動，從而產(chǎn)生向前的反作用力，推動航行體前進(jìn)。參照附圖3和附圖4，動力裝置X向轉(zhuǎn)動控制組件包括兩個X向平衡舵機(jī)，兩個X向平衡舵機(jī)通過X向平衡舵機(jī)架9固定在矢量推進(jìn)裝置內(nèi)。所述X向?yàn)槭噶客七M(jìn)裝置的前進(jìn)方向。單個X向平衡舵機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器18與轉(zhuǎn)軸一端連接，轉(zhuǎn)軸另一端與單個電機(jī)套筒端面中心固定連接。X向平衡舵機(jī)的輸出軸帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸帶動電機(jī)套筒轉(zhuǎn)動，電機(jī)套筒帶動內(nèi)部安裝的推進(jìn)電機(jī)及電機(jī)控制器繞X向轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)軸中部通過穩(wěn)定軸承8與 矢量推進(jìn)裝置的外殼體固定。穩(wěn)定軸承起到穩(wěn)定、固定轉(zhuǎn)軸的作用。螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件包括兩個Y向平衡舵機(jī)。所述Y向垂直于X向。單個Y向平衡舵機(jī)固定安裝在電機(jī)套筒內(nèi)，Y向平衡舵機(jī)輸出搖臂的一端與電機(jī)運(yùn)動連桿一端米用銷軸轉(zhuǎn)動連接，電機(jī)運(yùn)動連桿另一端與推進(jìn)電機(jī)端面邊緣采用銷軸轉(zhuǎn)動連接。Y向平衡舵機(jī)工作時(shí)，Y向平衡舵機(jī)驅(qū)動推進(jìn)電機(jī)繞推進(jìn)電機(jī)與電機(jī)套筒的連接轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。通過動力裝置X向轉(zhuǎn)動控制組件和螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件的聯(lián)合工作，能夠?qū)崿F(xiàn)螺旋槳的疊加運(yùn)動，所述疊加運(yùn)動為繞錐面內(nèi)的360°自由轉(zhuǎn)動。通過采用矢量推進(jìn)技術(shù)，只需通過遙控接收機(jī)無線遙控控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動，就可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)裝置的配平。即推進(jìn)裝置的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、升沉等動作可輕松完成。同時(shí)，鰭舵、螺旋槳能產(chǎn)生較大的瞬時(shí)加速度，使得整個推進(jìn)裝置具有高的機(jī)動性、穩(wěn)定性、噪聲低等特點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于小型水下無人航行器的矢量推進(jìn)裝置，其特征在于包括動力裝置和控制裝置； 動力裝置包括兩套推進(jìn)組件，每套推進(jìn)組件包括推進(jìn)電機(jī)、電機(jī)控制器和螺旋槳；推進(jìn)電機(jī)通過電機(jī)控制器驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動；兩套推進(jìn)組件平行布置；每套推進(jìn)電機(jī)及電機(jī)控制器外套有電機(jī)套筒，推進(jìn)電機(jī)與電機(jī)套筒轉(zhuǎn)軸連接； 控制裝置包括沉浮控制組件、動力裝置X向轉(zhuǎn)動控制組件和螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件; 沉浮控制組件包括沉浮舵機(jī)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和鰭舵；曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括一根主動桿和兩根連桿，主動桿兩端分別與兩根連桿一端轉(zhuǎn)動連接，主動桿和連桿形成U型結(jié)構(gòu)；沉浮舵機(jī)輸出搖臂一端與主動桿中部伸出的短桿外端采用銷軸轉(zhuǎn)動連接；連桿另一端與傳動連桿一端采用銷軸轉(zhuǎn)動連接；傳動連桿另一端與鰭舵翼根軸一端垂直固定連接，鰭舵翼根軸另一端與鰭舵固定連接；鰭舵翼根軸中部通過密封軸承與矢量推進(jìn)裝置的外殼體固定；沉浮舵機(jī)工作時(shí)，沉浮舵機(jī)的輸出搖臂帶動曲柄連桿機(jī)構(gòu)擺動，曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動傳動連桿擺動，傳動連桿帶動鰭舵翼根軸轉(zhuǎn)動，鰭舵翼根軸帶動鰭舵擺動； 動力裝置X向轉(zhuǎn)動控制組件包括兩個X向平衡舵機(jī)；所述X向?yàn)槭噶客七M(jìn)裝置的前進(jìn)方向；單個X向平衡舵機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸一端連接，轉(zhuǎn)軸另一端與單個電機(jī)套筒端面中心固定連接；x向平衡舵機(jī)的輸出軸帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸帶動電機(jī)套筒轉(zhuǎn)動，電機(jī)套筒帶動內(nèi)部安裝的推進(jìn)電機(jī)及電機(jī)控制器繞X向轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)軸中部通過穩(wěn)定軸承與矢量推進(jìn)裝置的外殼體固定； 螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件包括兩個Y向平衡舵機(jī)；所述Y向垂直于X向；單個Y向平衡舵機(jī)固定安裝在電機(jī)套筒內(nèi)，Y向平衡舵機(jī)輸出搖臂一端與電機(jī)運(yùn)動連桿一端米用銷軸轉(zhuǎn)動連接，電機(jī)運(yùn)動連桿另一端與推進(jìn)電機(jī)端面邊緣采用銷軸轉(zhuǎn)動連接；γ向平衡舵機(jī)工作時(shí)，Y向平衡舵機(jī)驅(qū)動推進(jìn)電機(jī)繞推進(jìn)電機(jī)與電機(jī)套筒的連接轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種應(yīng)用于小型水下無人航行器的矢量推進(jìn)裝置，包括動力裝置和控制裝置；動力裝置包括兩套推進(jìn)組件，每套推進(jìn)組件包括推進(jìn)電機(jī)、電機(jī)控制器和螺旋槳；控制裝置包括沉浮控制組件、動力裝置X向轉(zhuǎn)動控制組件和螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件；沉浮控制組件包括沉浮舵機(jī)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和鰭舵；動力裝置X向轉(zhuǎn)動控制組件包括兩個X向平衡舵機(jī)；螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件包括兩個Y向平衡舵機(jī)。本實(shí)用新型中螺旋槳與鰭舵的方向、角度和速度都是可以自由調(diào)節(jié)的，因此裝有本裝置的航行器可以迅速完成前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、升沉等動作，能夠短時(shí)間實(shí)現(xiàn)高的航速和機(jī)動性，同時(shí)還有續(xù)航能力高、調(diào)節(jié)自如、能夠模塊化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B63H21/17GK202609068SQ20122025697
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月2日
發(fā)明者胡海豹, 李懿林, 劉歡歡, 楊悝, 楊智棟, 丁浩, 楊躍斌, 張文靜 申請人:西北工業(yè)大學(xué)