[發明專利]一種基于槳距調制技術的全向推進器

有效

• 申請號: 202010761332.7
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111959738B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 張宏偉;王樹新;王延輝;劉玉紅;楊亞楠;陳東源
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B63H23/02
• 分類號: B63H23/02;B63H3/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種基于槳距調制技術的全向推進器，由殼體、尾錐、螺旋槳葉、傳動機構、伺服電機和控制系統組成，傳動機構、電機和控制系統安裝在殼體內。兩臺伺服電機包括槳距調制電機和主驅動電機。傳動機構由兩組減速齒輪、內傳動軸、外傳動軸和錐齒輪組組成。內傳動軸和外傳動軸共軸安裝在殼體上，尾錐與外傳動軸連接，錐齒輪組的兩個錐齒輪分別傳動內軸和槳葉。控制系統包括推進器控制板，電機驅動器與光電開關傳感器。工作時，主驅動電機驅動兩組減速齒輪帶動外軸和尾錐旋轉，形成主運動。槳距調制電機驅動內軸帶動錐齒輪組轉動，進而改變槳葉螺距，形成調距運動，產生側向推力。

技術領域

本發明涉及水下推進器及航行器領域，特別是涉及一種基于槳距調制技術的全向推進器。

背景技術

隨著對海洋探索需求的進一步加大，對水下運動平臺的靈活性、操縱性、快速性及節能續航等方面都有更高的需求，在推進方式上，有一些矢量推進方式的新型水下機器人的探索和研究需求。推進器系統除了水平前后的推為外，還能同時提供物體的俯仰、偏轉、橫滾等方向上提供推進力和為矩，從而部分或全部取代操作舵片的作用。全向推進器即為其中的一種。

全向推進器主要通過變距機構來周期性的改變螺旋槳的槳距來產生側向力。目前，較為成熟的變距機構有傾斜盤連桿機構和偏心盤機構。傾斜盤或偏心盤作為連接槳葉和驅動器件的中間機構，是可調距螺旋槳變距系統中重要的機械部件。通過傾斜盤的姿態的改變或者偏心盤的移動和轉動的來產生槳葉螺距角的變化。相較與傳統的螺旋槳推進器，全向推進器拓展了推進力方向，提高了AUV的機動性。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種基于槳距調制技術的全向推進器，該全向推進器相比于普通螺旋漿推進器，操縱性能好，響應速度快，推進效率高，并且推力方向變化，起到漿舵合一的效果。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于槳距調制技術的全向推進器，由殼體、螺旋槳葉、傳動機構、伺服電機和控制系統組成，所述殼體包括從前向后依次連接的主艙端蓋、主艙殼體和尾錐，所述傳動機構、伺服電機和控制系統安裝在所述主艙殼體內，所述伺服電機包括槳距調制電機和主驅動電機，所述傳動機構由減速齒輪、內傳動軸、外傳動軸和錐齒輪組組成；所述錐齒輪組安裝在所述尾錐內部；

所述主驅動電機輸出軸通過一組減速齒輪與傳動軸一端連接，傳動軸另一端通過另一組減速齒輪與外傳動軸的輸入端連接，所述尾錐通過尾錐連接件與所述外傳動軸的輸出軸連接；所述內傳動軸與外傳動軸共軸安裝，所述內傳動軸的輸出端與錐齒輪組的其中一個錐齒輪連接，錐齒輪組中的另一個錐齒輪與所述螺旋槳葉連接；

所述槳距調制電機通過聯軸器與內傳動軸的輸入端連接；

控制系統與伺服電機電連接，包括推進器控制板，電機驅動器與光電開關傳感器。兩個光電開關傳感器固連在主艙殼體上，分別檢測外傳動軸與內傳動軸的初始相位；

進一步的，控制系統控制槳距調制電機驅動錐齒輪跟蹤螺旋槳葉相位的同時，依照側向推力的需求，在螺旋槳葉旋轉過程中周期性調整螺旋槳葉螺距角，完成槳距的調制，從而產生側向推力，實現全向推進。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

1.本發明推進器不需要傳統推進器的操縱舵，槳舵合一，降低了水下機器人尾部的設計和裝配難度。

2.本發明推進器相比于傳統推進器與操縱舵，減少了電機數量和機械零件，設計緊湊，空間利用率高。

3.本發明推進器相比于普通全向推進器，尾部尺寸需求較小，可以做成較好的流線型，阻力小。

4.本發明推進器相比于普通全向推進器槳葉數目少，穩定性高，不需要為了增加穩定性，增加葉片數目，從而使效率降低。