[0061]回转机构包括回转电机17”、中间板32”、丝杠底座112”、滚珠丝杠18”、滑块螺母19”、连杆110”和万向节，其中回转电机17”驱动连接中间板32”的上端，中间板32”、丝杠底座112”、滚珠丝杠18”、滑块螺母19”、连杆110”和万向节构成空间多杆机构。
[0062]这样，回转电机17”将旋转运动传递到中间板32”上(具体可以通过齿轮115”和116”)，而中间板32”上放置的滑块螺母19”、连杆110”、电机盒310”、滚珠丝杠18”、电机盒310”、推进电机13”、螺旋桨12”等一起实现转动。
[0063]由于滑块螺母19”作为驱动，为避免在这个曲柄滑块机构中出现死点，一开始设置连杆110”就不在中心轴线上，即连杆110”与整个矢量推进机构的中心轴线成一定角度;另夕卜，为方便引导滑块螺母19”的移动，丝杠底座112”上在滚珠丝杠18”的周围还设置有导轨312”。
[0064]图9是中间板32”的结构示意图。其中A处有滚珠丝杠18”的转动;B处有中间板32”的转动;C处有放置导轨312” ；D放置滚珠丝杠18” ；E处是电机盒310”与中间板32”构成的转动副;F处形状为圆柱，与支架10”构成一个转动副。
[0065]图10为实施例三的原理简图。其中，Rl是中间板32”与支架10”在上下两端的转动畐Ij; R2、R3分别是连杆110”与滑块螺母19”和电机盒310”组成的转动副;R4是电机盒310”与中间板32”组成的转动副。P是滑块螺母19”与导轨312”组成的移动副。
[0066]回转电机17”可以通过一对外啮合齿轮驱动中间板32”绕着中心轴线在两处仏做360°回转运动，以此改变尾部推进器的方向。
[0067]滑块螺母19”、连杆110”、电机盒310”和导轨312”(作为机架)是一个曲柄滑块机构机构。偏摆电机16”通过一对外啮合齿轮驱动滑块螺母19”移动，从而驱动连杆110”、电机盒310”在R2、R3、R4三处转动副转动，以此使电机盒310”发生偏转，尾部推进器偏转。偏摆角度范围例如可以约为0°?45°。
[0068]另一方面，本发明提供一种水下航行器，如图11所示，包括上述的全部偏转螺旋桨矢量推进机构。其中，41为航行器器体，42为把手，43为底盘，44为矢量推进装置，45为支撑架。由于全部偏转螺旋桨矢量推进机构的结构与上相同，此处不再赘述。
[0069]综上，本发明利用全部偏转螺旋桨矢量推进机构改变了螺旋桨的空间运动姿态，从而实现了水下机器人的偏转和俯仰等空间姿态动作的调整;全部偏转螺旋桨矢量推进机构的应用，避免了部分偏转螺旋桨推进器结构复杂、体积大的问题;该矢量推进机构在三个伺服电机的协同控制下，能够实现精确控制，同时响应速度快，实现了单机构多姿态的运动功能，省去了鳍舵等复杂的辅助结构构型，使水下机器人的结构更加紧凑;本发明采用的尾部推进器固联于万向节这个平台上，螺旋桨、推进电机具有安装、更换、维修方便简单的优点；同时该机构可单套安装使用，具有模块化应用、便于批量生产等优点。
[0070]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种全部偏转螺旋桨矢量推进机构，其特征在于，包括支架，所述支架的上方设置有用作静平台的圆盘，所述支架的下方设置有用作动平台的万向节，其中: 所述动平台上设置有螺旋桨和推进电机，所述螺旋桨和推进电机相连构成尾部推进器； 所述动平台和静平台之间设置有偏摆机构和回转机构，所述偏摆机构采用滚珠丝杠和滑块螺母配合传动并通过所述滑块螺母驱动曲柄滑块机构来带动所述螺旋桨发生偏摆，所述回转机构通过空间多杆机构的运动来带动所述螺旋桨发生回转。2.根据权利要求1所述的全部偏转螺旋桨矢量推进机构，其特征在于，所述万向节包括万向节a和与所述万向节a铰接的万向节b，所述推进电机设置在所述万向节a上，所述万向节b铰接在所述支架的下方中部； 所述静平台上设置有偏摆电机和回转电机，所述滚珠丝杠和滑块螺母设置在所述静平台的中部下方，所述动平台和静平台之间还设置有连杆、转盘和丝杠底座； 所述偏摆机构包括所述偏摆电机、滚珠丝杠、滑块螺母、连杆、转盘、万向节a和万向节b，其中所述偏摆电机驱动连接所述滚珠丝杠，所述滑块螺母作为驱动杆依次驱动连接所述连杆、转盘、万向节a和万向节b从而构成所述曲柄滑块机构； 所述回转机构包括所述回转电机、丝杠底座、滚珠丝杠、滑块螺母、连杆、转盘、万向节a和万向节b，其中所述回转电机驱动连接所述丝杠底座，所述丝杠底座、滚珠丝杠、滑块螺母、连杆、转盘、万向节a和万向节b构成所述空间多杆机构。3.根据权利要求2所述的全部偏转螺旋桨矢量推进机构，其特征在于，所述连杆与整个矢量推进机构的中心轴线成一定角度;所述丝杠底座上在所述滚珠丝杠的周围还设置有用于弓I导所述滑块螺母移动的导轨。4.根据权利要求1所述的全部偏转螺旋桨矢量推进机构，其特征在于，所述万向节包括万向节a和与所述万向节a铰接的万向节b，所述推进电机设置在所述万向节a上，所述万向节b铰接在所述支架的下方中部； 所述静平台上设置有偏摆电机和回转电机，所述静平台的中部设置有由所述偏摆电机驱动的第一环形连接件和由所述回转电机驱动的第二环形连接件，所述滚珠丝杠和滑块螺母设置在所述静平台的中部下方，所述滚珠丝杠的上端设置有U形连接件； 所述第一环形连接件和U形连接件之间通过十字联轴器连接，所述第二环形连接件的侧面连接一对条形连接件的一端，所述一对条形连接件的另一端设置有一对转轴，所述滑块螺母的两侧设置有与所述一对转轴相配合的滑槽； 所述滑块螺母的下端依次连接所述转盘和万向节a; 所述偏摆机构包括所述偏摆电机、第一环形连接件、滚珠丝杠、滑块螺母、转盘、万向节a和万向节b，其中所述滑块螺母、转盘、万向节a和万向节b构成所述曲柄滑块机构； 所述回转机构包括所述回转电机、第二环形连接件、一对条形连接件、滑块螺母、转盘、万向节a和万向节b，其中所述第二环形连接件、一对条形连接件、滑块螺母、转盘、万向节a和万向节b构成所述空间多杆机构。5.根据权利要求4所述的全部偏转螺旋桨矢量推进机构，其特征在于，所述转盘和万向节a之间设置有套筒，所述套筒的一端通过转动副连接所述转盘，所述套筒的另一端固定连接所述万向节a，所述螺旋桨的端部插设在所述套筒内。6.根据权利要求5所述的全部偏转螺旋桨矢量推进机构，其特征在于，所述推进电机通过齿轮从侧面驱动连接所述螺旋桨。7.根据权利要求1所述的全部偏转螺旋桨矢量推进机构，其特征在于，所述尾部推进器还包括电机盒，所述推进电机位于所述电机盒内； 所述圆盘和支架下部之间设置有C形的中间板，所述中间板的下端面设置有圆柱形凸起，所述圆柱形凸起插设在所述支架下部形状相适宜的圆形透孔内，两者形成一个转动副；所述中间板的内侧下部设置有转轴，所述电机盒的下端铰接在所述转轴上;所述圆柱形凸起和圆形透孔的配合、所述电机盒与所述中间板之间的铰接共同形成所述用作动平台的万向节; 所述电机盒的下端、中间板的下端均设置有用于所述螺旋桨的末端穿过的开口； 所述静平台上设置有偏摆电机和回转电机，所述滚珠丝杠和滑块螺母设置在所述静平台的中部下方，所述动平台和静平台之间还设置有连杆和丝杠底座，所述丝杠底座位于所述中间板的中部； 所述偏摆机构包括所述偏摆电机、滚珠丝杠、滑块螺母、连杆、电机盒和万向节，其中所述偏摆电机驱动连接所述滚珠丝杠，所述滑块螺母作为驱动杆依次驱动连接所述连杆、电机盒和万向节从而构成所述曲柄滑块机构； 所述回转机构包括所述回转电机、中间板、丝杠底座、滚珠丝杠、滑块螺母、连杆和万向节，其中所述回转电机驱动连接所述中间板的上端，所述中间板、丝杠底座、滚珠丝杠、滑块螺母、连杆和万向节构成所述空间多杆机构。8.根据权利要求7所述的全部偏转螺旋桨矢量推进机构，其特征在于，所述连杆与整个矢量推进机构的中心轴线成一定角度;所述丝杠底座上在所述滚珠丝杠的周围还设置有用于弓I导所述滑块螺母移动的导轨。9.一种水下航行器，其特征在于，包括权利要求1-8中任一所述的全部偏转螺旋桨矢量推进机构。
【专利摘要】本发明公开了一种全部偏转螺旋桨矢量推进机构及具有该机构的水下航行器，属于水下航行器技术领域。所述全部偏转螺旋桨矢量推进机构包括支架，所述支架的上方设置有用作静平台的圆盘，所述支架的下方设置有用作动平台的万向节，其中：所述动平台上设置有螺旋桨和推进电机，所述螺旋桨和推进电机相连构成尾部推进器；所述动平台和静平台之间设置有偏摆机构和回转机构。本发明通过偏摆机构和回转机构两条相对独立或完全独立的运动链的运动合成，尾部推进器可以实现任意偏摆角度下的全方位转动。具有安装便利，控制方便，低速转向性能好等特点。
【IPC分类】B63H5/125, B63C11/52, B63H21/17
【公开号】CN105501422
【申请号】CN201610028766
【发明人】陈原, 翟龙迎, 马广英, 张荣敏, 高军
【申请人】山东大学（威海）
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月18日