一种多自由度自主水下航行器运动控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，由两个矢量推进装置和一个侧移推进装置组成，使得航行器具有多自由度运动形式；两个矢量推进装置对称的部署在水下航行器的前后两端，每个矢量推进装置由连接杆连接两个推进器；本发明可以任意改变水下航行器的推进方式，利用涡轮和蜗杆的传动方式实现了用电机控制推进器进行360度无死角旋转，从而实现矢量推进的功能，同时在航行器的中央使用侧移推进装置，实现了航行器的横向平移活动。并设计了整个龙骨结构，能够在保证矢量推进装置和侧移推进装置固定在航行器的内部，使航行器能够完成基本的多自由度运动，也能完成横向平移等较为复杂或不常见的机器运动方式。
【专利说明】
一种多自由度自主水下航行器运动控制装置
技术领域
[0001]本发明涉及航行器运动控制领域，尤其涉及一种多自由度自主水下航行器运动控制装置。
【背景技术】
[0002]从冷战时期美国海军在海底建设声学监听系统开始，海底观测网络技术不断完善。时至今日，研究人员将或设在海底，或埋在钻井中，或浮在海水中的各种观测仪器建站、组网，在海底组成一个原位观测及数据采集系统。随着这项技术的发展，自主水下航行器的研究应运而生，它可用于进行数据采集、实时监测等工作。
[0003]以往的水下航行器，即一般常见的水下航行器，单纯靠电机提供动力推进，单纯靠舵机控制方向，虽然能够实现某些自由度上的运动，但是在水流的影响下无法精确到达或长时间静止在某个方位，不能完全达到水下定位、水下勘测等精密操作。
【发明内容】
[0004]为了克服常见的水下航行器使用单电机加舵机的形式进行控制，不能保证控制的精确度，同时也不能主动的改变航行器在水下的姿态，不具备良好的控制性和操纵性的问题，本发明提供了一种综合型的机械结构的设计方案，使得航行器能够在水下自主运动，不需要外接其他控制、电源线等设备。
[0005]本发明为解决水下航行器的动力设计技术问题所采取的技术方案是:一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，由两个矢量推进装置和一个侧移推进装置组成，使得航行器具有多自由度运动形式;两个矢量推进装置对称的部署在水下航行器的前后两端，每个矢量推进装置由连接杆连接两个推进器;侧移推进装置固定在航行器的质心上，且和矢量推进装置处于同一水平线；
[0006]所述矢量推进装置包括:推进器外部支架、龙骨L型固定器件、蜗杆、齿轮、推进器固定架、龙骨固定垫片、龙骨固定底板、蜗杆固定支架、连接杆和推进器;其中，所述蜗杆固定在蜗杆固定支架上，齿轮固定在连接杆上，蜗杆和齿轮通过自锁的形式进行连接固定;所述推进器固定在推进器外部支架上，推进器外部支架和连接杆通过推进器固定架，以螺钉和螺栓的形式固定;每侧连接杆均通过上下两个对称放置的龙骨L型固定器件分别固定上、下龙骨固定底板;下部的两个龙骨固定底板通过龙骨固定垫片固定连接;所述蜗杆采用旋转的方式将伺服电机的输出扭矩传递到齿轮上，通过涡轮的传动带动连接杆旋转;连接杆连接两侧的推进器，并由齿轮传递涡轮旋转动力；
[0007]所述侧移推进装置包括:龙骨顶层固定夹板、支架垫片、龙骨固定槽道支撑架、侧移横向槽道、腔体连接中间件、外部导管、推进器叶片和侧移推进器;所述侧移横向槽道通过龙骨固定槽道支撑架固定在龙骨顶层固定夹板之间，龙骨固定槽道支撑架和龙骨顶层固定夹板之间设置有支架垫片;所述侧移横向槽道内部两侧均设有通过轴承相连接的推进器叶片和侧移推进器，侧移推进器通过腔体连接中间件连接在侧移横向槽道中，侧移横向槽道末端连接外部导管；
[0008]通过矢量推进装置两侧的推进器的差速和正反转，控制航行器在任何一个平面上的旋转运动;通过矢量推进装置的旋转，可控制其在水中实现z轴和y轴的平移运动;通过控制侧移推进装置，可控制其在水中实现X轴的平移运动。
[0009]进一步地，所述推进器、推进器外部支架、推进器固定架暴露在水中，其余所有部件都在舱体内，与外部水隔绝。
[0010]进一步地，推进器固定架与连接杆之间用水密插件连接。
[0011]进一步地，所述蜗杆和齿轮通过飞溅润滑的方式进行润滑。
[0012]进一步地，推进器叶片和侧移推进器之间的轴承连接方式采用水密性连接，保证侧移推进器的水密特性，同时也不影响推进器叶片裸露在水中提供动力。
[0013]进一步地，所述外部导管口径从外到内由大变小，有利于机体在水中的流体阻力减小，并使侧面平推的效率更高。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明可以任意改变水下航行器的推进方式，利用涡轮和蜗杆的传动方式实现了用电机控制推进器进行360度无死角旋转，从而实现矢量推进的功能，同时在航行器的中央使用侧移推进装置，实现了航行器的横向平移活动。并设计了整个龙骨结构，能够在保证矢量推进装置和侧移推进装置固定在航行器的内部，使航行器能够完成基本的多自由度运动，也能完成横向平移等较为复杂或不常见的机器运动方式。
【附图说明】
[0015]图1为矢量推进装置示意图；
[0016]图2为侧移装置推进图；
[0017]图3为整体框架结构图俯视图；
[0018]图4为整体框架结构图侧视图；
[0019]图中，推进器外部支架1、龙骨L型固定器件2、蜗杆3、齿轮4、推进器固定架5、龙骨固定底板螺丝钉6、龙骨固定垫片7、龙骨固定底板8、蜗杆固定支架9、连接杆10、推进器11、龙骨顶层固定夹板12、支架垫片13、龙骨固定槽道支撑架14、侧移横向槽道15、外部导管17、推进器叶片18、侧移推进器19。
【具体实施方式】
[0020]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]实施例1
[0022]如图1所示，本实施例主要展示矢量推进装置在实际航行器中的实现，主要包括:推进器外部支架1、龙骨L型固定器件2、蜗杆3、齿轮4、推进器固定架5、龙骨固定垫片7、龙骨固定底板8、蜗杆固定支架9、连接杆1和推进器11。
[0023]所述蜗杆3固定在蜗杆固定支架9上，齿轮4固定在连接杆10上，蜗杆3和齿轮4通过自锁的形式进行连接固定。
[0024]所述推进器11固定在推进器外部支架I上，推进器外部支架I和连接杆10通过推进器固定架5，以螺钉和螺栓的形式固定。推进器11包括电机座、电机、固定连接装置和螺旋桨；
[0025]每侧连接杆10均通过上下两个对称放置的龙骨L型固定器件2分别固定上、下龙骨固定底板8;下部的两个龙骨固定底板8通过龙骨固定垫片7固定连接(龙骨固定底板8和龙骨固定垫片7通过龙骨固定底板螺丝钉6固定)。
[0026]所述蜗杆3的联动装置与步进电机相联接，采用蜗杆联结方式完成基本的传动;所述蜗杆3采用旋转的方式将伺服电机的输出扭矩传递到齿轮4上，通过涡轮的传动带动连接杆1旋转;连接杆1连接两侧的推进器11，并由齿轮4传递涡轮旋转动力。
[0027]所述推进器11、推进器外部支架1、推进器固定架5暴露在水中，其余所有部件都在舱体内，与外部水隔绝。
[0028]所述推进器固定架5与连接杆10之间用水密插件连接，蜗杆3和齿轮4通过飞溅润滑的方式进行润滑。
[0029]实施例2
[0030]如图2所示，本实施例主要展示侧移推进装置在实际航行器中的实现，主要包括:龙骨顶层固定夹板12、支架垫片13、龙骨固定槽道支撑架14、侧移横向槽道15、腔体连接中间件16、外部导管17、推进器叶片18和侧移推进器19;所述侧移横向槽道15通过龙骨固定槽道支撑架14固定在龙骨顶层固定夹板12之间，龙骨固定槽道支撑架14和龙骨顶层固定夹板12之间设置有支架垫片13;侧移横向槽道15固定在上下两个龙骨固定槽道支撑架14上的两个凹台，契合住三段导管;所述侧移横向槽道15内部两侧均设有通过轴承相连接的推进器叶片18和侧移推进器19，侧移推进器19通过腔体连接中间件连接在侧移横向槽道15中，采以螺栓和电焊形式固定;侧移横向槽道15末端连接外部导管17。
[0031]所述推进器叶片18和侧移推进器19之间的轴承连接方式采用水密性连接，保证侧移推进器19的水密特性，同时也不影响推进器叶片18裸露在水中提供动力。
[0032]所述外部导管17口径从外到内由大变小，有利于机体在水中的流体阻力减小，并使侧面平推的效率更高；外部导管17固定在水下航行器的内部，通过外部导管17与外部的水环境相互连通，保持在水中的侧移性能。
[0033]实施例3
[0034]如图3、4所示，本实施例展示了水下航行器同时装配矢量推进装置和侧移推进装置的结构示意图。本实施例由两个矢量推进装置和一个侧移推进装置组成，使得航行器具有多自由度运动形式;两个矢量推进装置对称的部署在水下航行器的前后两端，每个矢量推进装置由连接杆10连接两个推进器11，保证四个推进器11的质心和重心在航行器的机械重点；侧移推进装置固定在航行器的质心上，且和矢量推进装置处于同一水平线；外部导管17与推进器11保持在同一水平线上，从而保持其控制准确性和对称性。
[0035]通过矢量推进装置两侧的推进器11的差速和正反转，控制航行器在任何一个平面上的旋转运动;通过矢量推进装置的旋转，可控制其在水中实现z轴和y轴的平移运动;通过控制侧移推进装置，可控制其在水中实现X轴的平移运动。
【主权项】
1.一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于:由两个矢量推进装置和一个侧移推进装置组成，使得航行器具有多自由度运动形式;两个矢量推进装置对称的部署在水下航行器的前后两端，每个矢量推进装置由连接杆(10)连接两个推进器(11);侧移推进装置固定在航行器的质心上，且和矢量推进装置处于同一水平线； 所述矢量推进装置包括:推进器外部支架(I)、龙骨L型固定器件(2)、蜗杆(3)、齿轮(4)、推进器固定架(5)、龙骨固定垫片(7)、龙骨固定底板(8)、蜗杆固定支架(9)、连接杆(10)和推进器(11);其中，所述蜗杆(3)固定在蜗杆固定支架(9)上，齿轮(4)固定在连接杆(10)上，蜗杆(3)和齿轮(4)通过自锁的形式进行连接固定;所述推进器(11)固定在推进器外部支架(I)上，推进器外部支架(I)和连接杆(10)通过推进器固定架(5)，以螺钉和螺栓的形式固定;每侧连接杆(10)均通过上下两个对称放置的龙骨L型固定器件(2)分别固定上、下龙骨固定底板(8);下部的两个龙骨固定底板(8)通过龙骨固定垫片(7)固定连接;所述蜗杆(3)采用旋转的方式将伺服电机的输出扭矩传递到齿轮(4)上，通过涡轮的传动带动连接杆(1)旋转;连接杆(10)连接两侧的推进器(11 )，并由齿轮(4)传递涡轮旋转动力； 所述侧移推进装置包括:龙骨顶层固定夹板(12)、支架垫片(13)、龙骨固定槽道支撑架(14)、侧移横向槽道(15)、腔体连接中间件(16)、外部导管(17)、推进器叶片(18)和侧移推进器(19);所述侧移横向槽道(15)通过龙骨固定槽道支撑架(14)固定在龙骨顶层固定夹板(12)之间，龙骨固定槽道支撑架(14)和龙骨顶层固定夹板(12)之间设置有支架垫片(13);所述侧移横向槽道(15)内部两侧均设有通过轴承相连接的推进器叶片(18)和侧移推进器(19)，侧移推进器(19)通过腔体连接中间件连接在侧移横向槽道(15)中，侧移横向槽道(15)末端连接外部导管(17); 通过矢量推进装置两侧的推进器(I I)的差速和正反转，控制航行器在任何一个平面上的旋转运动;通过矢量推进装置的旋转，可控制其在水中实现z轴和y轴的平移运动;通过控制侧移推进装置，可控制其在水中实现X轴的平移运动。2.根据权利要求1所述的一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于:所述推进器(11)、推进器外部支架(1)、推进器固定架(5)暴露在水中，其余所有部件都在舱体内，与外部水隔绝。3.根据权利要求1所述的一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于:推进器固定架(5)与连接杆(10)之间用水密插件连接。4.根据权利要求1所述的一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于:所述蜗杆(3)和齿轮(4)通过飞溅润滑的方式进行润滑。5.根据权利要求1所述的一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于:推进器叶片(18)和侧移推进器(19)之间的轴承连接方式采用水密性连接。6.根据权利要求1所述的一种多自由度自主水下航行器运动控制装置，其特征在于:所述外部导管(17) 口径从外到内由大变小。
【文档编号】B63G8/08GK106081024SQ201610430745
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】瞿逢重, 宋宏, 谭力, 王桢铎, 余楚盈, 陈鹰, 徐敬, 韩军
【申请人】浙江大学