[發(fā)明專(zhuān)利]一種水下機(jī)器人的矢量推進(jìn)機(jī)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410289860.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104029197A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳原;張榮敏;高軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)（威海）
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/00
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/00;B25J9/12
• 代理公司: 青島高曉專(zhuān)利事務(wù)所 37104
• 代理人: 宋文學(xué)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下航行器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種應(yīng)用于水下機(jī)器人的并聯(lián)矢量推進(jìn)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前水下機(jī)器人多采用螺旋槳推進(jìn)器作為推進(jìn)裝置，單個(gè)螺旋槳推進(jìn)器只能產(chǎn)生大小可變而方向固定的推進(jìn)力，而當(dāng)機(jī)器人需要進(jìn)行不同方向?qū)虿倏v運(yùn)動(dòng)時(shí)，比如俯仰和偏轉(zhuǎn)，就需要安裝多個(gè)螺旋槳推進(jìn)器來(lái)產(chǎn)生多維方向推進(jìn)力。與一般推進(jìn)器不同，矢量推進(jìn)器除了能提供前進(jìn)推進(jìn)力外，還能根據(jù)機(jī)器人導(dǎo)向操縱任務(wù)需求產(chǎn)生其它多維方向上的推進(jìn)力，可以極大地提高低速航行時(shí)水下機(jī)器人的轉(zhuǎn)向能力和定位能力。目前，矢量推進(jìn)機(jī)構(gòu)僅局限于傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)構(gòu)或Stewart六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。然而，傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)構(gòu)的自重負(fù)荷比大，很難適應(yīng)深海重壓環(huán)境，雖然六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)在靈活性和自重負(fù)荷比等方面能滿(mǎn)足導(dǎo)向操縱動(dòng)作要求，但是其工作空間小、結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜，也很難應(yīng)用于工程實(shí)際。少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于自由度少，設(shè)計(jì)制造更為簡(jiǎn)化，而關(guān)鍵導(dǎo)向操縱動(dòng)作也不需要空間全部的六個(gè)自由度，因此基于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的矢量推進(jìn)機(jī)構(gòu)將為矢量推進(jìn)方式提供新的設(shè)計(jì)理念。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：針對(duì)現(xiàn)有水下機(jī)器人推進(jìn)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種少自由度并聯(lián)矢量推進(jìn)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)單機(jī)構(gòu)多姿態(tài)的矢量推進(jìn)技術(shù)，提高水下機(jī)器人的低速轉(zhuǎn)向能力和定位能力。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：螺旋槳主推電機(jī)和傳動(dòng)軸系均固聯(lián)于靜平臺(tái)，靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間由四組運(yùn)動(dòng)支鏈構(gòu)成，一組為RP_C運(yùn)動(dòng)支鏈，一組為RP_CRU運(yùn)動(dòng)支鏈，該兩組運(yùn)動(dòng)支鏈為驅(qū)動(dòng)支鏈，其中都包含一個(gè)曲線移動(dòng)副P(pán)_C，為弧形槽滑動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)型；另外兩組運(yùn)動(dòng)支鏈與前兩組結(jié)構(gòu)相同且對(duì)稱(chēng)安裝，該兩組為被動(dòng)支鏈，用于提高推進(jìn)機(jī)構(gòu)的剛度和降低推進(jìn)過(guò)程中的受力不平衡；動(dòng)平臺(tái)與靜平臺(tái)之間還設(shè)有具有萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)的中間運(yùn)動(dòng)傳遞支鏈，主要用來(lái)將主推電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到螺旋槳推進(jìn)器，該中間運(yùn)動(dòng)傳遞支鏈通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)連接，通過(guò)圓柱副與動(dòng)平臺(tái)連接，形成一條RUC中間傳遞支鏈；上述四組運(yùn)動(dòng)支鏈及中間運(yùn)動(dòng)傳遞支鏈共同構(gòu)成了一種新型球面三自由度矢量推進(jìn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。與現(xiàn)有推進(jìn)技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用新型球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)改變了螺旋槳的空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了水下機(jī)器人的偏轉(zhuǎn)和俯仰等空間姿態(tài)調(diào)整動(dòng)作；中間運(yùn)動(dòng)傳遞支鏈實(shí)現(xiàn)了主推電機(jī)與螺旋槳之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞。該球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)與螺旋槳推進(jìn)器的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了單機(jī)構(gòu)多姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)功能，省去了鰭舵等復(fù)雜的輔助結(jié)構(gòu)構(gòu)型，使水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時(shí)該機(jī)構(gòu)可單套安裝使用，具有模塊化應(yīng)用、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明采用具有弧形槽滑動(dòng)結(jié)構(gòu)的球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)摩擦系數(shù)低，能有效延長(zhǎng)使用壽命，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、安裝便利以及噪音低等特點(diǎn)；本發(fā)明所采用的球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)在兩伺服電機(jī)的協(xié)同控制下，能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，同時(shí)響應(yīng)速度快，能夠使螺旋槳迅速達(dá)到所需的空間姿態(tài)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明矢量推進(jìn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的總體外觀圖；

圖2是本發(fā)明二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明矢量推進(jìn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖中：1-主推電機(jī)，2-圓盤(pán)底座，3、13-伺服電機(jī)，4-中央萬(wàn)向節(jié)，5、11-RP_CRU支鏈，6-中間軸，7、12-RP_C支鏈，8-圓柱副，9-螺旋槳，?10、19、26-弧形滑桿，14、22、25-轉(zhuǎn)動(dòng)副，15、18、21、27-弧形槽支座，16、17、20、28-支架，23、24-萬(wàn)向節(jié)。

具體實(shí)施方式