[發明專利]一種水下機器人的矢量推進器

在審

• 申請號: 201910051996.1
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109515666A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 嚴天宏;張玉潔;何波;趙梓奎;宮穎博;鄭志航;姜薇偉
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: B63H1/14
• 分類號: B63H1/14;B63H5/125
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種水下機器人的矢量推進器，采用傳動機構實現矢量推進器水平和垂直方向運動控制，包括主推電機、螺旋槳、導流罩、傳動機構、擋板、尾艙、滾轉舵機和擺轉舵機。主推電機位于導流罩內，通過支撐桿與導流罩連接，螺旋槳與主推電機連接構成推進器尾部，滾轉舵機、擺轉舵機分別與傳動機構相連構成推進器前部，其安裝在尾艙內部，擺轉舵機驅動使推進器尾部繞豎直軸轉動（±30°），滾轉舵機驅動推進器尾部繞水平軸向轉動（±180°），將兩條運動結合，可以實現使推進器在空間內任意方向偏轉。本發明具有驅動靈活、體積小、整體緊湊等優點，能夠為小型水下機器人提供滿足要求的矢量推力。

技術領域

本發明涉及一種水下機器人的矢量推進器，屬于海洋工程技術領域。它通過改變螺旋槳的空間姿態來改變推進器的推力矢量方向，由三個電機控制，通過兩個偏轉舵機使螺旋槳軸線能夠繞航行器的水平和豎直軸線自由轉動，因而可以獲得在指定方向的推力來驅動水下航行器在水中的巡航和姿態的控制。

背景技術

小型水下機器人作為專用水下開發工具，在淺水區科學研究、資源開發、軍事等方面都具有巨大的應用前景。小型化是未來水下機器人的一個不容忽視的發展方向，已成為海洋強國發展智能化海洋設備的研究熱點。推進系統是水下航行器的主要組成部分，矢量螺旋槳推進通過改變整個推進系統的方向來改變推力方向，為了適用于小型水下機器人，研制一款小型矢量推進器就顯得十分必要。推力矢量技術是指空間運動物體的推進系統除了提供前進推力外，還能同時或單獨在運動物體的俯仰、偏航、橫滾和反推力等方向上提供推進力和力矩，用以部分或全部取代舵面所產生的動力來進行控制，即推進器推力矢量化。

高效、高機動性水下航行器推進技術是目前 AUV 設計領域的研究熱點。而矢量推進技術在水下機器人方面的應用是進10年才興起的，水下機器人中的矢量推進機構大體可分為矢量螺旋槳和矢量噴管兩種。與螺旋槳推進方式相比，矢量噴管推進器具有以下特性：推進效率高，輻射噪聲低，還可以降低推進器的旋轉噪聲，高速時不產生空泡等。但因其是組合式推進器，同時具有構造復雜，重量大，制造和安裝困難，重量是普通螺旋槳的2-3倍等缺點。目前水下航行器大多仍采用矢量螺旋槳推進方式，其結構簡單，維修方便，技術成熟，因而被廣泛使用，改進螺旋槳推進技術對于提高依靠螺旋槳推進的航行器機動性能有著十分重要的意義。目前對于螺旋槳推進方式的改進主要集中在兩方面：一方面是針對螺旋槳的研究，包括研究新型螺旋槳和變螺距螺旋槳；另一方面通過改進螺旋槳推進系統來提高螺旋槳推進性能。

發明內容

為了提高螺旋槳推進性能，提供滿足水下機器人小型化要求的矢量推力。本發明提供一種水下機器人的矢量推進器，該矢量推進器具有驅動靈活、機械傳動簡單、傳動效率高、整體結構設計緊湊、節省空間和成本低等優點，適合漸收的流線型尾部空間，能夠為小型水下機器人提供滿足要求的矢量推力。

本發明的技術方案具體如下：

本發明主要包括主推電機、螺旋槳、導流罩、傳動機構、擋板、尾艙、滾轉舵機和擺轉舵機，主推電機位于導流罩內，通過支撐桿與導流罩連接，螺旋槳與主推電機連接構成推進器尾部，滾轉舵機、擺轉舵機分別與傳動機構相連構成推進器前部，其安裝在尾艙內，并固定在擋板上，推進器尾部和推進器前部通過傳動機構連接構成矢量推進器。

所述的矢量推進器尾部，其包括主推電機、螺旋槳和導流罩，主推電機位于導流罩內，通過支撐桿與導流罩連接，螺旋槳與在主推電機連接構成推進器尾部。

所述的擺轉機構，其包括擺轉舵機、連接板-2、舵機支架、主軸、U型架、傳動軸和連接架。連接架與主推電機相連，并固定在傳動軸上，傳動軸通過軸承與U型架相對轉動，主軸與擺轉舵機連接，擺轉舵機與連接板-2相連，連接板-2固定在舵機支架上，擺轉舵機驅動主軸，主軸與傳動軸相連，并將其動力傳遞到在傳動軸上的連接架上，從而實現推進器尾部繞豎直軸轉動（±30°）。