專利名稱：一種應用于小型水下無人航行器的矢量推進裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水下推進技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種應用于小型水下無人航行器的矢
量推進裝置。
背景技術(shù)：
目前小型水下無人航行器的推進裝置多采用電機螺旋槳推進裝置，在海底復雜地形、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，定點考察作業(yè)任務(wù)，則要求水下航行器在低速條件下應具有良好的機動性和穩(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)的螺旋槳推進方式存在效率低、噪音大等不足，嚴重影響著水下航行器的行進速度、機動性、能耗等技術(shù)方面的發(fā)展，隨著人類水下探索的進一步加深，水下航行器的推進技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)很有必要，各種推進技術(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，本實用新型提出了一種應用于小型水下無人航行器的矢量推進裝置，能夠使小型水下航行器短時間內(nèi)實現(xiàn)高的航速和機動性、提高續(xù)航能力。技術(shù)方案本實用新型的技術(shù)方案為所述一種應用于小型水下無人航行器的矢量推進裝置，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組件，每套推進組件包括推進電機、電機控制器和螺旋槳；推進電機通過電機控制器驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動；兩套推進組件平行布置；每套推進電機及電機控制器外套有電機套筒，推進電機與電機套筒轉(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、曲柄連桿機構(gòu)和鰭舵；曲柄連桿機構(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裝置的外殼體固定；沉浮舵機工作時，沉浮舵機的輸出搖臂帶動曲柄連桿機構(gòu)擺動，曲柄連桿機構(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；所述X向為矢量推進裝置的前進方向；單個X向平衡舵機的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸一端連接，轉(zhuǎn)軸另一端與單個電機套筒端面中心固定連接；x向平衡舵機的輸出軸帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸帶動電機套筒轉(zhuǎn)動，電機套筒帶動內(nèi)部安裝的推進電機及電機控制器繞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；所述Y向垂直于X向；單個Y向平衡舵機固定安裝在電機套筒內(nèi)，Y向平衡舵機輸出搖臂一端與電機運動連桿一端米用銷軸轉(zhuǎn)動連接，電機運動連桿另一端與推進電機端面邊緣采用銷軸轉(zhuǎn)動連接；γ向平衡舵機工作時，Y向平衡舵機驅(qū)動推進電機繞推進電機與電機套筒的連接轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。有益效果本實用新型提供的一種應用于小型水下無人航行器的矢量推進裝置，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。因為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、后退、轉(zhuǎn)向、升沉等動作，能夠短時間實現(xiàn)高的航速和機動性，同時還有續(xù)航能力高、調(diào)節(jié)自如、能夠模塊化應用等優(yōu)點。通過應用本推進裝置，可有望提高水下航行器的低速航行特性和轉(zhuǎn)彎特性，降低推進系統(tǒng)制造成本，并且在推進系統(tǒng)模塊化、小型化、降低噪音、降低能耗并提高推進效率等方面 有重要的探索價值。

圖I :本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 :本實用新型的結(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、電機套筒；4、左螺旋槳；5、左Y向平衡舵機；6、左鰭舵翼根軸；7、左鰭舵；8、穩(wěn)定軸承；9、X向平衡舵機架；10、沉浮舵機；11、右X向平衡舵機；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；20、沉浮舵機輸出搖臂；21、曲柄連桿機構(gòu)；22、右密封軸承；23、密封圈；24、推進電機；25、電機控制器；26、右Y向平衡舵機。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例描述本實用新型參照附圖I和附圖2，本實施例中的一種應用于小型水下無人航行器的矢量推進裝置包括動力裝置和控制裝置。動力裝置包括兩套推進組件，每套推進組件包括推進電機、電機控制器和螺旋槳。電機控制器的控制端與推進電機相連，電機控制器的電源端與航行器電池相連，電機控制器具有遙控控制功能。推進電機通過電機控制器驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動，推進電機由PWM波形進行無級調(diào)速，通過無線遙控電機控制器，螺旋槳就可根據(jù)推進電機的正反轉(zhuǎn)來進行推進和后退。兩套推進組件平行布置；每套推進電機及電機控制器外套有電機套筒，推進電機與電機套筒通過轉(zhuǎn)軸連接。如附圖5和附圖6?？刂蒲b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10、曲柄連桿機構(gòu)21和兩組鰭舵。曲柄連桿機構(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。沉浮舵機工作時，沉浮舵機帶動曲柄連桿機構(gòu)擺動，曲柄連桿機構(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。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，兩個X向平衡舵機通過X向平衡舵機架9固定在矢量推進裝置內(nèi)。所述X向為矢量推進裝置的前進方向。單個X向平衡舵機的輸出軸通過聯(lián)軸器18與轉(zhuǎn)軸一端連接，轉(zhuǎn)軸另一端與單個電機套筒端面中心固定連接。X向平衡舵機的輸出軸帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸帶動電機套筒轉(zhuǎn)動，電機套筒帶動內(nèi)部安裝的推進電機及電機控制器繞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。所述Y向垂直于X向。單個Y向平衡舵機固定安裝在電機套筒內(nèi)，Y向平衡舵機輸出搖臂的一端與電機運動連桿一端米用銷軸轉(zhuǎn)動連接，電機運動連桿另一端與推進電機端面邊緣采用銷軸轉(zhuǎn)動連接。Y向平衡舵機工作時，Y向平衡舵機驅(qū)動推進電機繞推進電機與電機套筒的連接轉(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)螺旋槳的疊加運動，所述疊加運動為繞錐面內(nèi)的360°自由轉(zhuǎn)動。通過采用矢量推進技術(shù)，只需通過遙控接收機無線遙控控制舵機的轉(zhuǎn)動，就可以實現(xiàn)推進裝置的配平。即推進裝置的前進、后退、轉(zhuǎn)向、升沉等動作可輕松完成。同時，鰭舵、螺旋槳能產(chǎn)生較大的瞬時加速度，使得整個推進裝置具有高的機動性、穩(wěn)定性、噪聲低等特點。
權(quán)利要求1.一種應用于小型水下無人航行器的矢量推進裝置，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組件，每套推進組件包括推進電機、電機控制器和螺旋槳；推進電機通過電機控制器驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動；兩套推進組件平行布置；每套推進電機及電機控制器外套有電機套筒，推進電機與電機套筒轉(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、曲柄連桿機構(gòu)和鰭舵；曲柄連桿機構(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裝置的外殼體固定；沉浮舵機工作時，沉浮舵機的輸出搖臂帶動曲柄連桿機構(gòu)擺動，曲柄連桿機構(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；所述X向為矢量推進裝置的前進方向；單個X向平衡舵機的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸一端連接，轉(zhuǎn)軸另一端與單個電機套筒端面中心固定連接；x向平衡舵機的輸出軸帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸帶動電機套筒轉(zhuǎn)動，電機套筒帶動內(nèi)部安裝的推進電機及電機控制器繞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；所述Y向垂直于X向；單個Y向平衡舵機固定安裝在電機套筒內(nèi)，Y向平衡舵機輸出搖臂一端與電機運動連桿一端米用銷軸轉(zhuǎn)動連接，電機運動連桿另一端與推進電機端面邊緣采用銷軸轉(zhuǎn)動連接；γ向平衡舵機工作時，Y向平衡舵機驅(qū)動推進電機繞推進電機與電機套筒的連接轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。
專利摘要本實用新型提出了一種應用于小型水下無人航行器的矢量推進裝置，包括動力裝置和控制裝置；動力裝置包括兩套推進組件，每套推進組件包括推進電機、電機控制器和螺旋槳；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、曲柄連桿機構(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；螺旋槳Y向轉(zhuǎn)動控制組件包括兩個Y向平衡舵機。本實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、后退、轉(zhuǎn)向、升沉等動作，能夠短時間實現(xiàn)高的航速和機動性，同時還有續(xù)航能力高、調(diào)節(jié)自如、能夠模塊化應用等優(yōu)點。
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