[發明專利]一種水下機器人的矢量推進器

有效

• 申請號: 201811583574.0
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109572970B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 楊富春;張悅
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B63H3/06
• 分類號: B63H3/06;B63H25/42
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明公開了一種水下機器人的矢量推進器結構，包括變槳裝置、支撐裝置和傳動裝置。變槳裝置包括螺旋槳槳葉、槳轂、槳葉軸、槳葉軸齒輪、齒條和齒條固定臺，螺旋槳的變槳裝置可以根據水流流速的變化對其槳葉角度進行調節以確定槳葉產生的推力、電機功率和機器人機體具有良好的配合，提高推進效率。支撐裝置包括繩索固定環、繩索、推進器外殼和滑輪，滑輪支撐繩索使其保持拉伸狀態。傳動裝置包括電機、磁耦合器、柔性傳動單元和輪轂組成的主傳動裝置和輔助傳動裝置，分別用于推進器推力大小和方向的改變。通過控制三組從動繩索的長度，能夠使螺旋槳軸線快速旋轉至所需擺動的角度，實現矢量推進。

技術領域

本發明涉及一種水下機器人技術領域,具體應用于水下機器人的矢量推進裝置。

背景技術

目前水下機器人多采用螺旋槳推進器作為推進裝置，單個螺旋槳推進器只能產生大小可變而方向固定的推進力，而當機器人需要進行不同方向運動時，比如俯仰和偏轉，就需要安裝多個螺旋槳推進器來產生多維方向推進力。與一般推進器不同，矢量推進器除了能提供前進推進力外，還能根據機器人操作任務需求產生其它方向上的推進力，可以極大地提高低速航行時水下機器人的轉向能力和定位能力。目前，矢量推進機構僅局限于傳統串聯機構、六自由度并聯機構或一些多組齒輪配合傳動實現矢量推進。然而，傳統串聯機構的重量大，很難適應深海重壓環境，雖然六自由度并聯機構在靈活性和自重負荷比等方面能滿足不同方向操作要求，但是其工作空間小、結構和控制較復雜，也很難應用于工程實際。

發明內容

本發明為克服已有矢量推進器的缺點，提出一種新型輕質柔性傳動的矢量推進器裝置，對水下機器人的不同運動姿態的實現以及海底靈活作業具有重要意義。

為達到上述目的，本發明采取如下技術方案：

一種水下機器人的矢量推進器，包括變槳裝置、支撐裝置、主傳動裝置和輔助傳動裝置；

所述的變槳裝置實現槳葉方向的改變，所述的主傳動裝置通過柔性傳動單元與變槳裝置相連，所述的主傳動裝置可改變推進器推力的大小，為變槳裝置提供一定的推力；所述的輔助傳動裝置用于改變推力的方向；所述的支撐裝置為整個裝置提供一定的支撐力。

作為進一步的技術方案，所述的變槳裝置包括螺旋槳槳葉、槳轂、槳葉軸、槳葉軸齒輪、齒條和齒條固定臺；在所述的槳轂的圓周方向上設有多個所述的槳葉軸，所述槳葉軸一端延伸到槳轂外與螺旋槳槳葉相連，另一端位于槳轂內與一個齒輪相連；所述的齒輪與齒條嚙合傳動，變槳電機通過傳動裝置驅動齒條做直線運動。

具體的工作過程是：變槳電機驅動齒條做直線運動，齒條通過與齒輪的嚙合帶動槳葉軸旋轉，實現螺旋槳槳葉的變槳；齒條的通過上下相反的運動方向來控制變槳的方向。

作為進一步的技術方案，所述的支撐裝置包括固定環、繩索、推進器外殼；在所述的推進器外殼內壁上設有走線槽；繩索的一端連接輔助傳動裝置，另外一端穿過走線槽和柔性傳動單元連接在繩索固定環上。

作為進一步的技術方案，所述推進器外殼為環形圓柱，殼體內表面沿周向間隔均勻地布置有多組走線槽。

作為進一步的技術方案，在所述的走線槽內安裝有滑輪，滑輪個數及安裝位置可根據具體情況調節；滑輪的設置使繩索處于拉伸狀態。

作為進一步的技術方案，所述主傳動裝置用于改變推進器推力的大小，其包括主電機、主磁耦合器和所述的柔性傳動單元；所述的主電機通電運轉，通過主磁耦合器將動力傳遞給柔性傳動單元，進而傳遞給工作部件變槳裝置。

作為進一步的技術方案，所述輔助傳動裝置包括輔助電機、輔助磁耦合器和輪轂，用于改變推力的方向；所述輪轂上安裝有制動裝置，用于緊急停止其運轉，使得繩索在水下機器人不同運動狀態下能提供改變推進器方向的對應長度；所述的輔助電機通電運轉，通過輔助磁耦合器將動力傳遞給所述的輪轂；通過控制多個輪轂的轉速來改變對應繩索的長度及螺旋槳擺動的角度，實現推力方向的改變。