CN106741778A - 一种深海可旋转推进器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下机器人的动力推进系统，具体地说是一种深海可旋转推进器装置，包括推进器、舵板、舵杆、舵机、控制器和框架，其中控制器和舵机分别固定在所述框架上，所述推进器固装于所述舵板上，所述舵机通过舵杆与所述舵板相连，所述舵板通过所述舵机驱动旋转，所述推进器的推力输出角度随所述舵板旋转改变，所述推进器和舵机通过所述控制器控制启停。本发明能够实现推进装置在不同角度的推力输出，输出损耗较少，控制算法简单，极大地提高了水下机器人的机动性和灵活性。

Description

一种深海可旋转推进器装置

技术领域

本发明涉及一种水下机器人的动力推进系统，具体地说是一种深海可旋转推进器装置。

背景技术

随着国家海洋战略的提出，水下机器人越来越多地被人们重视，并广泛地应用到海洋科考、调查中。现有技术的水下机器人的推进装置多采用固定角度的安装形式，只能单角度的输出推力，当要实现某种角度的运动时，通常需要多推进器的矢量控制，容易使推力出现损耗，并且机动性、灵活性也大大降低，不能很好地适应在复杂海底地形的探测需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深海可旋转推进器装置，能够实现推进装置在不同角度的推力输出，输出损耗较少，控制算法简单，极大地提高了水下机器人的机动性和灵活性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种深海可旋转推进器装置，包括推进器、舵板、舵杆、舵机、控制器和框架，其中控制器和舵机分别固定在所述框架上，所述推进器固装于所述舵板上，所述舵机通过舵杆与所述舵板相连，所述舵板通过所述舵机驱动旋转，所述推进器的推力输出角度随所述舵板旋转改变，所述推进器和舵机通过所述控制器控制启停。

所述控制器内设有油质腔，所述油质腔通过第一油管与所述舵机内腔相连，所述油质腔通过第二油管与一个针状接插件相连，所述推进器上设有孔状接插件，所述针状接插件与所述孔状接插件相连，所述油质腔、舵机内腔、第一油管和第二油管形成充满油介质的封闭油路，控制所述舵机的导线设置于所述第一油管中，控制所述推进器的导线设置于所述第二油管中并与所述针状接插件相连。

所述控制器设有驱动单元、密封壳体和隔离插座，所述密封壳体内部通过隔板分成空气腔和油质腔，所述驱动单元设置于所述空气腔中，所述隔离插座安装在所述隔板上并与所述驱动单元相连，所述控制舵机的导线以及所述控制推进器的导线分别与所述隔离插座相连，

所述推进器包括螺旋桨、推进器壳体、推进电机、第三油管和转动轴，所述推进电机设置于所述推进器壳体内，所述推进电机的输出端与所述转动轴相连，所述转动轴伸出至所述推进器壳体外与所述螺旋桨固连，所述孔状接插件通过第三油管与所述推进器壳体远离所述螺旋桨的一端相连，所述第三油管和推进器壳体内腔形成充满油介质的封闭油路，所述孔状接插件通过导线与所述推进电机相连且所述导线设置于所述第三油管中。

所述转动轴远离所述推进电机一端设有限定所述螺旋桨轴向移动的螺母。

所述舵杆的内部中空，所述针状接插件穿过所述舵杆进入到舵板中与所述推进器上的孔状接插件相连。

所述舵板和舵杆形成悬臂，在舵板内部远离所述舵杆一侧的空腔中设有浮力块。

所述舵机包括动力输出轴、基座、舵机电机、蜗轮和蜗杆，所述动力输出轴可转动地安装在所述基座上，所述舵机电机垂直于所述基座设置，所述蜗轮和蜗杆均设置于所述基座内，所述蜗轮固装在所述动力输出轴上，所述蜗杆与所述舵机电机的输出端固连，所述蜗轮和蜗杆相啮合，所述舵机电机通过所述控制器控制启停。

所述动力输出轴的一端与所述舵杆相连，所述动力输出轴的另一端设有电位计。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明的推进器固定在舵板上，舵板通过舵杆与舵机相连，因此当舵机驱动舵板绕所述舵杆转动时，推进器也会随着舵板绕所述舵杆发生同角度的转动，继而推进器的推力输出角度也发生变化，从而达到多角度的推力输出的能力。

2、本发明的舵机通过第一油管内的导线与控制器内的驱动单元完成电气连接，推进器通过第二油管内的导线与控制器内的驱动单元完成电气相连，在推进器和舵机内部以及所述第一油管和第二油管内部充满油介质，当外界压力增大时，本发明依靠第一油管和第二油管的压缩补偿使推进器和舵机内部油压与外界海水压力相等，从而使得推进器和舵机能适应深海压力。

3、本发明的舵机中设有蜗轮蜗杆机构，因而具有自锁的功能，可以在推力输出的时候保持固定的姿态角度。

4、本发明的舵机内设有电位计，能够保证推力输出角度的精准。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中控制器的剖视图，

图3为图1中推进器的剖视图，

图4为图1中舵机的剖视图，

图5为图4中的A-A剖视图。

其中，1为推进器，2为舵板，3为舵杆，4为舵机，5为控制器，6为框架，7为螺旋桨，8为推进器壳体，9为推进电机，10为第三油管，11为孔状接插件，12为转动轴，13为动力输出轴，14为基座，15为电位计，16为舵机电机，17为蜗轮，18为蜗杆，19为密封壳体，20为隔离插座，21为针状接插件，22为第一油管，23为第二油管，24为空气腔，25为油质腔，26为驱动单元，27为浮力块，28为隔板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明包括推进器1、舵板2、舵杆3、舵机4、控制器5和框架6，其中所述框架6为本发明安装到水下机器人设备上的骨架，所述控制器5和舵机4分别固定在所述框架6上，所述推进器1嵌入到舵板2的空腔中，所述舵板2较宽的一端通过舵杆3与所述舵机4相连，且所述舵机4和舵杆3之间采用平键传动，所述舵杆3穿过框架6上的通孔后与所述舵机4的动力输出轴13通过销钉联接。如图2所示，所述控制器5包括密封壳体19、隔离插座20和驱动单元26，其中所述密封壳体19通过隔板28分成空气腔24和油质腔25，所述驱动单元26设置于空气腔24中，隔离插座20安装在所述隔板28上，所述驱动单元26与所述隔离插座20相连，由所述控制器5的油质腔25引出第一油管22和第二油管23两个支路，其中所述控制器5的油质腔25通过第一油管22与舵机4的内腔相连，所述控制器5的油质腔25通过第二油管23与一个针状接插件21相连，如图3所示，所述推进器1设有孔状接插件11，所述针状接插件21与所述孔状接插件11相连，所述控制器5的油质腔25、舵机4、第一油管22和第二油管23内部均充满油介质即构成整个装置的一个封闭油路，在所述第一油管22和第二油管23内均设有导线，如图4所示，所述舵机4上设有舵机电机16，所述舵机电机16通过第一油管22内的导线与所述隔离插座20相连，所述推进器1的孔状接插件11与所述针状接插件21相连，所述针状接插件21通过第二油管23中的导线与所述隔离插座20相连，所述隔离插座20又与空气腔24内的驱动单元26，由此所述舵机4和推进器1在一个封闭油路内完成与所述驱动单元26的电气连接，使得所述驱动单元26可以同时控制舵机4的转动和推进器1的推力输出，舵机4转动通过舵杆3的联接带动固定在其上的舵板2同角度的转动，而推进器1又是固装于舵板2内，因此推进器1也跟随舵机2的角度输出同角度转动，从而使得原本只能单一方向、固定方向输出推力的推进器1实现多角度的推力输出。

所述舵杆3的内部中空，所述针状接插件21牵引所述第二油管23穿过所述舵杆3进入到舵板2的空腔内，在舵板2内与同处于舵板2空腔的推进器1的孔状接插件11对接，所述针状接插件21与推进器1的孔状接插件11为一对配对使用的水密电气连接装置，本身具有耐压的特性并能够反向承压，此为本领域公知技术。

如图3所示，所述推进器1除所述孔状接插件11外还包括螺旋桨7、推进器壳体8、推进电机9、第三油管10和转动轴12，所述推进电机9同轴固定在推进器壳体8上，所述推进电机9的输出端与转动轴12相连，所述转动轴12伸出至所述推进器壳体8外，螺旋桨7固定在所述转动轴12上，所述螺旋桨7和转动轴12通过平键传动，在所述转动轴12远离所述推进电机9一端设有螺母，通过锁紧所述螺母即可限制所述螺旋桨7的轴向移动，所述孔状接插件11通过第三油管10与推进器壳体8相连，在所述第三油管10和推进器壳体8的内腔中充满油介质，形成另一个封闭油路，使得整个推进器1能够在深海中、大的压力下正常工作，在所述第三油管10内设有导线，所述推进电机9通过第三油管10内的导线与所述孔状接插件11相连。

如图4～5所示，所述舵机4除所述舵机电机16外还包括动力输出轴13、基座14、电位计15、蜗轮17和蜗杆18，所述动力输出轴13通过轴承支承安装在所述基座14上，所述舵机电机16垂直于所述基座14设置，所述动力输出轴13的一端伸出至所述基座14外与所述舵杆3相连，所述蜗轮17和蜗杆18均设置于所述基座14内，所述蜗轮17固装在所述动力输出轴13上，所述蜗杆18与所述舵机电机16的输出端固连，所述蜗轮17和蜗杆18相啮合，并且可以实现自锁，所述电位计15安装在所述动力输出轴13远离舵杆3的一端，所述电位计15随同动力输出轴13的转动而输出不同的电压值，代表动力输出轴13的不同角度输出。所述电位计15为本领域公知技术。

所述舵板2、舵杆3和框架6形成悬臂的承重方式，舵板2外表由玻璃钢制成，贴合流体型线，在舵板2内部远离所述舵杆3一侧设有空腔，在所述空腔中设有浮力块27，本实施例中，所述浮力块27为密度等于二分之一水密度的耐压材料，可以承受深海的压力而不保持完好，浮力块27可以使得整个舵板2在水中呈漂浮状态，使得舵杆3与框架6接触处压力降低，从而减小摩擦阻力，加之所述浮力块27设置于舵板2靠近螺旋桨7的位置，能够极大的改善舵板2以及推进器1相对于舵杆3的偏心，舵机4的输出损耗因此得到降低。

本发明的工作原理为：

所述推进器1固定在舵板2上，舵板2通过舵杆3与舵机4相连，因此当舵机4驱动舵板2转动时，推进器1也会随着舵板2绕舵杆3发生同角度的转动，继而推进器1的推力输出角度也发生变化，从而达到多角度的推力输出的能力。所述控制器5固定在框架6上，能够同时控制推进器1与舵机4动作，由所述控制器5的油质腔25引出第一油管22和第二油管23两个支路，在所述第一油管22和第二油管23内均设有导线，所述舵机4上的舵机电机16通过第一油管22内的导线与所述控制器5内的驱动单元26完成电气连接，所述推进器1通过第二油管23内的导线与所述控制器5内的驱动单元26完成电气相连，为了适应深海的压力，推进器1和舵机4内部以及所述第一油管22和第二油管23内部的封闭空间充满油介质，当外界压力增大时，第一油管22和第二油管10相对于推进器1和舵机4的其他结构件较软，因此首先被压缩产生形变，导致内部的油介质受到压缩，当压力平衡后，推进器1和舵机4内部以及所述第一油管22和第二油管23内部空间的油压处处相等，并与外界的海水压力相同，从而使得推进器1和舵机4能适应深海压力。

Claims (9)

1.一种深海可旋转推进器装置，其特征在于：包括推进器(1)、舵板(2)、舵杆(3)、舵机(4)、控制器(5)和框架(6)，其中控制器(5)和舵机(4)分别固定在所述框架(6)上，所述推进器(1)固装于所述舵板(2)上，所述舵机(4)通过舵杆(3)与所述舵板(2)相连，所述舵板(2)通过所述舵机(4)驱动旋转，所述推进器(1)的推力输出角度随所述舵板(2)旋转改变，所述推进器(1)和舵机(4)通过所述控制器(5)控制启停。

2.根据权利要求1所述的深海可旋转推进器装置，其特征在于：所述控制器(5)内设有油质腔(25)，所述油质腔(25)通过第一油管(22)与所述舵机(4)内腔相连，所述油质腔(25)通过第二油管(23)与一个针状接插件(21)相连，所述推进器(1)上设有孔状接插件(11)，所述针状接插件(21)与所述孔状接插件(11)相连，所述油质腔(25)、舵机(4)内腔、第一油管(22)和第二油管(23)形成充满油介质的封闭油路，控制所述舵机(4)的导线设置于所述第一油管(22)中，控制所述推进器(1)的导线设置于所述第二油管(23)中并与所述针状接插件(21)相连。

3.根据权利要求2所述的深海可旋转推进器装置，其特征在于：所述控制器(5)设有驱动单元(26)、密封壳体(19)和隔离插座(20)，所述密封壳体(19)内部通过隔板(28)分成空气腔(24)和油质腔(25)，所述驱动单元(26)设置于所述空气腔(24)中，所述隔离插座(20)安装在所述隔板(28)上并与所述驱动单元(26)相连，所述控制舵机(4)的导线以及所述控制推进器(1)的导线分别与所述隔离插座(20)相连，

4.根据权利要求2所述的深海可旋转推进器装置，其特征在于：所述推进器(1)包括螺旋桨(7)、推进器壳体(8)、推进电机(9)、第三油管(10)和转动轴(12)，所述推进电机(9)设置于所述推进器壳体(8)内，所述推进电机(9)的输出端与所述转动轴(12)相连，所述转动轴(12)伸出至所述推进器壳体(8)外与所述螺旋桨(7)固连，所述孔状接插件(11)通过第三油管(10)与所述推进器壳体(8)远离所述螺旋桨(7)的一端相连，所述第三油管(10)和推进器壳体(8)内腔形成充满油介质的封闭油路，所述孔状接插件(11)通过导线与所述推进电机(9)相连且所述导线设置于所述第三油管(10)中。

5.根据权利要求4所述的深海可旋转推进器装置，其特征在于：所述转动轴(12)远离所述推进电机(9)一端设有限定所述螺旋桨(7)轴向移动的螺母。

6.根据权利要求2所述的深海可旋转推进器装置，其特征在于：所述舵杆(3)的内部中空，所述针状接插件(21)穿过所述舵杆(3)进入到舵板(2)中与所述推进器(1)上的孔状接插件(11)相连。

7.根据权利要求1或6所述的深海可旋转推进器装置，其特征在于：所述舵板(2)和舵杆(3)形成悬臂，在舵板(2)内部远离所述舵杆(3)一侧的空腔中设有浮力块(27)。

8.根据权利要求1或2所述的深海可旋转推进器装置，其特征在于：所述舵机(4)包括动力输出轴(13)、基座(14)、舵机电机(16)、蜗轮(17)和蜗杆(18)，所述动力输出轴(13)可转动地安装在所述基座(14)上，所述舵机电机(16)垂直于所述基座(14)设置，所述蜗轮(17)和蜗杆(18)均设置于所述基座(14)内，所述蜗轮(17)固装在所述动力输出轴(13)上，所述蜗杆(18)与所述舵机电机(16)的输出端固连，所述蜗轮(17)和蜗杆(18)相啮合，所述舵机电机(16)通过所述控制器(5)控制启停。

9.根据权利要求8所述的深海可旋转推进器装置，其特征在于：所述动力输出轴(13)的一端与所述舵杆(3)相连，所述动力输出轴(13)的另一端设有电位计(15)。