一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置，由兩個(gè)矢量推進(jìn)裝置和一個(gè)側(cè)移推進(jìn)裝置組成，使得航行器具有多自由度運(yùn)動(dòng)形式；兩個(gè)矢量推進(jìn)裝置對(duì)稱(chēng)的部署在水下航行器的前后兩端，每個(gè)矢量推進(jìn)裝置由連接桿連接兩個(gè)推進(jìn)器；本發(fā)明可以任意改變水下航行器的推進(jìn)方式，利用渦輪和蝸桿的傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)了用電機(jī)控制推進(jìn)器進(jìn)行360度無(wú)死角旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)矢量推進(jìn)的功能，同時(shí)在航行器的中央使用側(cè)移推進(jìn)裝置，實(shí)現(xiàn)了航行器的橫向平移活動(dòng)。并設(shè)計(jì)了整個(gè)龍骨結(jié)構(gòu)，能夠在保證矢量推進(jìn)裝置和側(cè)移推進(jìn)裝置固定在航行器的內(nèi)部，使航行器能夠完成基本的多自由度運(yùn)動(dòng)，也能完成橫向平移等較為復(fù)雜或不常見(jiàn)的機(jī)器運(yùn)動(dòng)方式。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及航行器運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]從冷戰(zhàn)時(shí)期美國(guó)海軍在海底建設(shè)聲學(xué)監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)開(kāi)始，海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷完善。時(shí)至今日，研究人員將或設(shè)在海底，或埋在鉆井中，或浮在海水中的各種觀測(cè)儀器建站、組網(wǎng)，在海底組成一個(gè)原位觀測(cè)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨著這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，自主水下航行器的研究應(yīng)運(yùn)而生，它可用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等工作。
[0003]以往的水下航行器，即一般常見(jiàn)的水下航行器，單純靠電機(jī)提供動(dòng)力推進(jìn)，單純靠舵機(jī)控制方向，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)某些自由度上的運(yùn)動(dòng)，但是在水流的影響下無(wú)法精確到達(dá)或長(zhǎng)時(shí)間靜止在某個(gè)方位，不能完全達(dá)到水下定位、水下勘測(cè)等精密操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服常見(jiàn)的水下航行器使用單電機(jī)加舵機(jī)的形式進(jìn)行控制，不能保證控制的精確度，同時(shí)也不能主動(dòng)的改變航行器在水下的姿態(tài)，不具備良好的控制性和操縱性的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種綜合型的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，使得航行器能夠在水下自主運(yùn)動(dòng)，不需要外接其他控制、電源線等設(shè)備。
[0005]本發(fā)明為解決水下航行器的動(dòng)力設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置，由兩個(gè)矢量推進(jìn)裝置和一個(gè)側(cè)移推進(jìn)裝置組成，使得航行器具有多自由度運(yùn)動(dòng)形式;兩個(gè)矢量推進(jìn)裝置對(duì)稱(chēng)的部署在水下航行器的前后兩端，每個(gè)矢量推進(jìn)裝置由連接桿連接兩個(gè)推進(jìn)器;側(cè)移推進(jìn)裝置固定在航行器的質(zhì)心上，且和矢量推進(jìn)裝置處于同一水平線；
[0006]所述矢量推進(jìn)裝置包括:推進(jìn)器外部支架、龍骨L型固定器件、蝸桿、齒輪、推進(jìn)器固定架、龍骨固定墊片、龍骨固定底板、蝸桿固定支架、連接桿和推進(jìn)器;其中，所述蝸桿固定在蝸桿固定支架上，齒輪固定在連接桿上，蝸桿和齒輪通過(guò)自鎖的形式進(jìn)行連接固定;所述推進(jìn)器固定在推進(jìn)器外部支架上，推進(jìn)器外部支架和連接桿通過(guò)推進(jìn)器固定架，以螺釘和螺栓的形式固定;每側(cè)連接桿均通過(guò)上下兩個(gè)對(duì)稱(chēng)放置的龍骨L型固定器件分別固定上、下龍骨固定底板;下部的兩個(gè)龍骨固定底板通過(guò)龍骨固定墊片固定連接;所述蝸桿采用旋轉(zhuǎn)的方式將伺服電機(jī)的輸出扭矩傳遞到齒輪上，通過(guò)渦輪的傳動(dòng)帶動(dòng)連接桿旋轉(zhuǎn);連接桿連接兩側(cè)的推進(jìn)器，并由齒輪傳遞渦輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；
[0007]所述側(cè)移推進(jìn)裝置包括:龍骨頂層固定夾板、支架墊片、龍骨固定槽道支撐架、側(cè)移橫向槽道、腔體連接中間件、外部導(dǎo)管、推進(jìn)器葉片和側(cè)移推進(jìn)器;所述側(cè)移橫向槽道通過(guò)龍骨固定槽道支撐架固定在龍骨頂層固定夾板之間，龍骨固定槽道支撐架和龍骨頂層固定夾板之間設(shè)置有支架墊片;所述側(cè)移橫向槽道內(nèi)部?jī)蓚?cè)均設(shè)有通過(guò)軸承相連接的推進(jìn)器葉片和側(cè)移推進(jìn)器，側(cè)移推進(jìn)器通過(guò)腔體連接中間件連接在側(cè)移橫向槽道中，側(cè)移橫向槽道末端連接外部導(dǎo)管；
[0008]通過(guò)矢量推進(jìn)裝置兩側(cè)的推進(jìn)器的差速和正反轉(zhuǎn)，控制航行器在任何一個(gè)平面上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);通過(guò)矢量推進(jìn)裝置的旋轉(zhuǎn)，可控制其在水中實(shí)現(xiàn)z軸和y軸的平移運(yùn)動(dòng);通過(guò)控制側(cè)移推進(jìn)裝置，可控制其在水中實(shí)現(xiàn)X軸的平移運(yùn)動(dòng)。
[0009]進(jìn)一步地，所述推進(jìn)器、推進(jìn)器外部支架、推進(jìn)器固定架暴露在水中，其余所有部件都在艙體內(nèi)，與外部水隔絕。
[0010]進(jìn)一步地，推進(jìn)器固定架與連接桿之間用水密插件連接。
[0011]進(jìn)一步地，所述蝸桿和齒輪通過(guò)飛濺潤(rùn)滑的方式進(jìn)行潤(rùn)滑。
[0012]進(jìn)一步地，推進(jìn)器葉片和側(cè)移推進(jìn)器之間的軸承連接方式采用水密性連接，保證側(cè)移推進(jìn)器的水密特性，同時(shí)也不影響推進(jìn)器葉片裸露在水中提供動(dòng)力。
[0013]進(jìn)一步地，所述外部導(dǎo)管口徑從外到內(nèi)由大變小，有利于機(jī)體在水中的流體阻力減小，并使側(cè)面平推的效率更高。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可以任意改變水下航行器的推進(jìn)方式，利用渦輪和蝸桿的傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)了用電機(jī)控制推進(jìn)器進(jìn)行360度無(wú)死角旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)矢量推進(jìn)的功能，同時(shí)在航行器的中央使用側(cè)移推進(jìn)裝置，實(shí)現(xiàn)了航行器的橫向平移活動(dòng)。并設(shè)計(jì)了整個(gè)龍骨結(jié)構(gòu)，能夠在保證矢量推進(jìn)裝置和側(cè)移推進(jìn)裝置固定在航行器的內(nèi)部，使航行器能夠完成基本的多自由度運(yùn)動(dòng)，也能完成橫向平移等較為復(fù)雜或不常見(jiàn)的機(jī)器運(yùn)動(dòng)方式。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為矢量推進(jìn)裝置示意圖；
[0016]圖2為側(cè)移裝置推進(jìn)圖；
[0017]圖3為整體框架結(jié)構(gòu)圖俯視圖；
[0018]圖4為整體框架結(jié)構(gòu)圖側(cè)視圖；
[0019]圖中，推進(jìn)器外部支架1、龍骨L型固定器件2、蝸桿3、齒輪4、推進(jìn)器固定架5、龍骨固定底板螺絲釘6、龍骨固定墊片7、龍骨固定底板8、蝸桿固定支架9、連接桿10、推進(jìn)器11、龍骨頂層固定夾板12、支架墊片13、龍骨固定槽道支撐架14、側(cè)移橫向槽道15、外部導(dǎo)管17、推進(jìn)器葉片18、側(cè)移推進(jìn)器19。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0021]實(shí)施例1
[0022]如圖1所示，本實(shí)施例主要展示矢量推進(jìn)裝置在實(shí)際航行器中的實(shí)現(xiàn)，主要包括:推進(jìn)器外部支架1、龍骨L型固定器件2、蝸桿3、齒輪4、推進(jìn)器固定架5、龍骨固定墊片7、龍骨固定底板8、蝸桿固定支架9、連接桿1和推進(jìn)器11。
[0023]所述蝸桿3固定在蝸桿固定支架9上，齒輪4固定在連接桿10上，蝸桿3和齒輪4通過(guò)自鎖的形式進(jìn)行連接固定。
[0024]所述推進(jìn)器11固定在推進(jìn)器外部支架I上，推進(jìn)器外部支架I和連接桿10通過(guò)推進(jìn)器固定架5，以螺釘和螺栓的形式固定。推進(jìn)器11包括電機(jī)座、電機(jī)、固定連接裝置和螺旋槳；
[0025]每側(cè)連接桿10均通過(guò)上下兩個(gè)對(duì)稱(chēng)放置的龍骨L型固定器件2分別固定上、下龍骨固定底板8;下部的兩個(gè)龍骨固定底板8通過(guò)龍骨固定墊片7固定連接(龍骨固定底板8和龍骨固定墊片7通過(guò)龍骨固定底板螺絲釘6固定)。
[0026]所述蝸桿3的聯(lián)動(dòng)裝置與步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)接，采用蝸桿聯(lián)結(jié)方式完成基本的傳動(dòng);所述蝸桿3采用旋轉(zhuǎn)的方式將伺服電機(jī)的輸出扭矩傳遞到齒輪4上，通過(guò)渦輪的傳動(dòng)帶動(dòng)連接桿1旋轉(zhuǎn);連接桿1連接兩側(cè)的推進(jìn)器11，并由齒輪4傳遞渦輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。
[0027]所述推進(jìn)器11、推進(jìn)器外部支架1、推進(jìn)器固定架5暴露在水中，其余所有部件都在艙體內(nèi)，與外部水隔絕。
[0028]所述推進(jìn)器固定架5與連接桿10之間用水密插件連接，蝸桿3和齒輪4通過(guò)飛濺潤(rùn)滑的方式進(jìn)行潤(rùn)滑。
[0029]實(shí)施例2
[0030]如圖2所示，本實(shí)施例主要展示側(cè)移推進(jìn)裝置在實(shí)際航行器中的實(shí)現(xiàn)，主要包括:龍骨頂層固定夾板12、支架墊片13、龍骨固定槽道支撐架14、側(cè)移橫向槽道15、腔體連接中間件16、外部導(dǎo)管17、推進(jìn)器葉片18和側(cè)移推進(jìn)器19;所述側(cè)移橫向槽道15通過(guò)龍骨固定槽道支撐架14固定在龍骨頂層固定夾板12之間，龍骨固定槽道支撐架14和龍骨頂層固定夾板12之間設(shè)置有支架墊片13;側(cè)移橫向槽道15固定在上下兩個(gè)龍骨固定槽道支撐架14上的兩個(gè)凹臺(tái)，契合住三段導(dǎo)管;所述側(cè)移橫向槽道15內(nèi)部?jī)蓚?cè)均設(shè)有通過(guò)軸承相連接的推進(jìn)器葉片18和側(cè)移推進(jìn)器19，側(cè)移推進(jìn)器19通過(guò)腔體連接中間件連接在側(cè)移橫向槽道15中，采以螺栓和電焊形式固定;側(cè)移橫向槽道15末端連接外部導(dǎo)管17。
[0031]所述推進(jìn)器葉片18和側(cè)移推進(jìn)器19之間的軸承連接方式采用水密性連接，保證側(cè)移推進(jìn)器19的水密特性，同時(shí)也不影響推進(jìn)器葉片18裸露在水中提供動(dòng)力。
[0032]所述外部導(dǎo)管17口徑從外到內(nèi)由大變小，有利于機(jī)體在水中的流體阻力減小，并使側(cè)面平推的效率更高；外部導(dǎo)管17固定在水下航行器的內(nèi)部，通過(guò)外部導(dǎo)管17與外部的水環(huán)境相互連通，保持在水中的側(cè)移性能。
[0033]實(shí)施例3
[0034]如圖3、4所示，本實(shí)施例展示了水下航行器同時(shí)裝配矢量推進(jìn)裝置和側(cè)移推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例由兩個(gè)矢量推進(jìn)裝置和一個(gè)側(cè)移推進(jìn)裝置組成，使得航行器具有多自由度運(yùn)動(dòng)形式;兩個(gè)矢量推進(jìn)裝置對(duì)稱(chēng)的部署在水下航行器的前后兩端，每個(gè)矢量推進(jìn)裝置由連接桿10連接兩個(gè)推進(jìn)器11，保證四個(gè)推進(jìn)器11的質(zhì)心和重心在航行器的機(jī)械重點(diǎn)；側(cè)移推進(jìn)裝置固定在航行器的質(zhì)心上，且和矢量推進(jìn)裝置處于同一水平線；外部導(dǎo)管17與推進(jìn)器11保持在同一水平線上，從而保持其控制準(zhǔn)確性和對(duì)稱(chēng)性。
[0035]通過(guò)矢量推進(jìn)裝置兩側(cè)的推進(jìn)器11的差速和正反轉(zhuǎn)，控制航行器在任何一個(gè)平面上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);通過(guò)矢量推進(jìn)裝置的旋轉(zhuǎn)，可控制其在水中實(shí)現(xiàn)z軸和y軸的平移運(yùn)動(dòng);通過(guò)控制側(cè)移推進(jìn)裝置，可控制其在水中實(shí)現(xiàn)X軸的平移運(yùn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于:由兩個(gè)矢量推進(jìn)裝置和一個(gè)側(cè)移推進(jìn)裝置組成，使得航行器具有多自由度運(yùn)動(dòng)形式;兩個(gè)矢量推進(jìn)裝置對(duì)稱(chēng)的部署在水下航行器的前后兩端，每個(gè)矢量推進(jìn)裝置由連接桿(10)連接兩個(gè)推進(jìn)器(11);側(cè)移推進(jìn)裝置固定在航行器的質(zhì)心上，且和矢量推進(jìn)裝置處于同一水平線； 所述矢量推進(jìn)裝置包括:推進(jìn)器外部支架(I)、龍骨L型固定器件(2)、蝸桿(3)、齒輪(4)、推進(jìn)器固定架(5)、龍骨固定墊片(7)、龍骨固定底板(8)、蝸桿固定支架(9)、連接桿(10)和推進(jìn)器(11);其中，所述蝸桿(3)固定在蝸桿固定支架(9)上，齒輪(4)固定在連接桿(10)上，蝸桿(3)和齒輪(4)通過(guò)自鎖的形式進(jìn)行連接固定;所述推進(jìn)器(11)固定在推進(jìn)器外部支架(I)上，推進(jìn)器外部支架(I)和連接桿(10)通過(guò)推進(jìn)器固定架(5)，以螺釘和螺栓的形式固定;每側(cè)連接桿(10)均通過(guò)上下兩個(gè)對(duì)稱(chēng)放置的龍骨L型固定器件(2)分別固定上、下龍骨固定底板(8);下部的兩個(gè)龍骨固定底板(8)通過(guò)龍骨固定墊片(7)固定連接;所述蝸桿(3)采用旋轉(zhuǎn)的方式將伺服電機(jī)的輸出扭矩傳遞到齒輪(4)上，通過(guò)渦輪的傳動(dòng)帶動(dòng)連接桿(1)旋轉(zhuǎn);連接桿(10)連接兩側(cè)的推進(jìn)器(11 )，并由齒輪(4)傳遞渦輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)力； 所述側(cè)移推進(jìn)裝置包括:龍骨頂層固定夾板(12)、支架墊片(13)、龍骨固定槽道支撐架(14)、側(cè)移橫向槽道(15)、腔體連接中間件(16)、外部導(dǎo)管(17)、推進(jìn)器葉片(18)和側(cè)移推進(jìn)器(19);所述側(cè)移橫向槽道(15)通過(guò)龍骨固定槽道支撐架(14)固定在龍骨頂層固定夾板(12)之間，龍骨固定槽道支撐架(14)和龍骨頂層固定夾板(12)之間設(shè)置有支架墊片(13);所述側(cè)移橫向槽道(15)內(nèi)部?jī)蓚?cè)均設(shè)有通過(guò)軸承相連接的推進(jìn)器葉片(18)和側(cè)移推進(jìn)器(19)，側(cè)移推進(jìn)器(19)通過(guò)腔體連接中間件連接在側(cè)移橫向槽道(15)中，側(cè)移橫向槽道(15)末端連接外部導(dǎo)管(17); 通過(guò)矢量推進(jìn)裝置兩側(cè)的推進(jìn)器(I I)的差速和正反轉(zhuǎn)，控制航行器在任何一個(gè)平面上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);通過(guò)矢量推進(jìn)裝置的旋轉(zhuǎn)，可控制其在水中實(shí)現(xiàn)z軸和y軸的平移運(yùn)動(dòng);通過(guò)控制側(cè)移推進(jìn)裝置，可控制其在水中實(shí)現(xiàn)X軸的平移運(yùn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于:所述推進(jìn)器(11)、推進(jìn)器外部支架(1)、推進(jìn)器固定架(5)暴露在水中，其余所有部件都在艙體內(nèi)，與外部水隔絕。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于:推進(jìn)器固定架(5)與連接桿(10)之間用水密插件連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于:所述蝸桿(3)和齒輪(4)通過(guò)飛濺潤(rùn)滑的方式進(jìn)行潤(rùn)滑。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于:推進(jìn)器葉片(18)和側(cè)移推進(jìn)器(19)之間的軸承連接方式采用水密性連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多自由度自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于:所述外部導(dǎo)管(17) 口徑從外到內(nèi)由大變小。
【文檔編號(hào)】B63G8/08GK106081024SQ201610430745
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】瞿逢重, 宋宏, 譚力, 王楨鐸, 余楚盈, 陳鷹, 徐敬, 韓軍
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)