倾转桨潜水器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种倾转螺旋桨的潜水器，耐压舱内部的正中间设置设备安装平台，水下计算机通过脐带缆与水面计算机通信，电机驱动板通过控制线连接水下计算机，推进器倾转机构上设有通过水下计算机控制转动的舵机，主筒体1中心处的左右两侧各对称地设一个穿墙盖，在主筒体的两侧各对称设有一水下推进器，水下推进器中部外侧设有推进器侧轴，水下推进器侧轴通过穿墙盖的内孔伸入主筒体内部与推进器倾转机构相连；本发明只使用2套倾转螺旋桨的推进器，通过相应的倾转机构使其分别作为水平面或者垂直面推进器，或者根据控制需求同时负责水平面和垂直面的机动。
【专利说明】倾转桨潜水器
【技术领域】
[0001]本发明涉及潜水器领域，具体涉及一种配置倾转桨的潜水器。
【背景技术】
[0002]各类新型潜水器的开发应用对于海洋资源的开发是不可或缺的。由于海洋情况复杂，环境恶劣，对潜水器的机动性能要求极高，通常情况下潜水器至少应具有纵向、横向、垂向机动和水平面回转等能力。对于在海洋工程中应用较多的低速潜水器，传统的舵面操纵方式在低速运动下的表现较差，尾水平舵还容易进入逆速区，而矢量推进在低速运动时表现出优秀的操纵性能，从而得到了很多的运应用。目前低速潜水器上主要采用固定推进器矢量布置的方法来达到矢量推进的目的。
[0003]推进器矢量布置即是在潜水器的水平面和垂直面上分别固定安装多个推进器，通常在水平面布置2到4个推进器，垂直面布置I到4个推进器。最简洁的布置方式为2个水平面推进器布置在潜器两侧，其推进轴线和潜器纵向平行，I个垂直面推进器布置在潜器中间槽内，其推进轴线和潜器垂向平行。常用的推进器为电动机直接带动的螺旋桨，由水密外壳保护，分别控制水平面两组推进器的螺旋桨转速，就可以输出需要的纵向推进力和转向力矩，控制垂直面推进器输出需要的垂向推进力。这种方法需要的推进器数目较多，会增加整个推进系统的复杂性，提高成本，并且部分螺旋桨只有在特定工况时才会启动，平时大多数情况下都待机不用，造成了机构资源浪费。
【发明内容】
[0004]本发明目的:本发明的目的为提供一种配置新型可倾转螺旋桨的潜水器，在装配较少螺旋桨的情况下实现其推进需求，从而降低推进系统的复杂性。
[0005]本发明采用的技术方案是:本发明包括由前后端盖和主筒体组成的耐压舱，主筒体上方设置脐带缆端口，通讯脐带缆通过脐带缆端口引出至水面上，耐压舱内部的正中间设置设备安装平台，设备安装平台前部设置摄像机，摄像机的后方设置水下计算机，水下计算机通过脐带缆与水面计算机通信，摄像机直接连接水面计算机；设备安装平台后部设置电机驱动板，电机驱动板通过控制线连接水下计算机；设备安装平台的中部偏上处设置了推进器倾转机构，推进器倾转机构上设有通过水下计算机控制转动的舵机；主筒体中心处的左右两侧各对称地设一个穿墙盖，在主筒体的两侧各对称设有一水下推进器，水下推进器中部外侧设有推进器侧轴，水下推进器侧轴通过穿墙盖的内孔伸入主筒体内部与推进器倾转机构相连。
[0006]两个水下推进器在O度位置时作为水平推进器使用，负责前进和转向，当两个水下推进器倾转到+90或者-90度时作为垂直推进器使用，负责垂直下潜和上浮，当两个水下推进器在O到±90度范围内时，推力在水平面和垂直面的分量分别负责相应机动面的机动。
[0007]本发明采用上述技术方案后的有益效果是: 1、本发明只使用2套倾转螺旋桨的推进器，通过相应的倾转机构使其分别作为水平面或者垂直面推进器，或者根据控制需求同时负责水平面和垂直面的机动。系统可以比传统方法至少减少使用一套水下推进器，降低了整个推进系统的复杂性和对驱动功率的需求，还可以减少传统方法垂向推进器安装所需的复杂结构。
[0008]2、本发明通过电机转速来控制推进器推力，通过倾转机构转动推进器来控制推进轴角度，从而完成推力在水平面和垂直面的分配，实现潜水器的航向和速度控制和升降变化，潜水器的姿态和浮力由耐压舱和压载调整来实现。
[0009]3、本发明结构简单，经济、轻便、易于推广，适用于各类水下探测、维修检查。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的主视图；
图2是本发明的俯视图；
图3是图2中水平推进器4的正视放大图；
图4是图1中水平推进器4倾转示意图；
图5是本发明的立体结构放大图；
图6是本发明的控制框图。
[0011]图中:1.主筒体；2.前后端盖；3.脐带缆端口 ；4.水下推进器；5.深度传感器；6.设备安装平台；7.摄像机；8.水下计算机；9.电机驱动板；10.电池；11.推进器倾转机构；12.舵机；13.穿墙盖；14.推进器侧轴；15.电机筒；16.后盖；17.前盖；18.电机；19.导管螺旋桨；20.水面计算机；21.显示器。
【具体实施方式】
[0012]如图1、图5和图6所示，本发明包括由前后端盖2和主筒体I组成的耐压舱，考虑到重量和强度，主筒体I可采用工程塑料、铝合金等高比强度材料制作，考虑到成本，本发明采用工程塑料制作；为保证视野的可观测性，前后端盖2采用透明材料制作，如石英玻璃、有机玻璃等制作。主筒体I和前后端盖2由螺栓固定，用O型密封圈保证连接处水密，组成的耐压舱提供主要的水下浮力。
[0013]主筒体I上方设置脐带缆端口 3，通讯脐带缆通过脐带缆端口 3引出至水面上，连接水面计算机20和水下计算机8，以保证所需的数据交换。主筒体I下方设置深度传感器5，深度传感器5用于检测耐压舱当前深度，必要时也可加配声纳用于探测水下地形，深度传感器5通过信号线连接水下计算机8，相关数据通过水下计算机8采集后由脐带缆传至水面计算机20。
[0014]再参见图2,耐压舱内部的正中间设置设备安装平台6,在设备安装平台6前部设置摄像机7，用于水下观察。摄像机7的后方设置水下计算机8，用于水下设备的控制和信号采集，并通过脐带缆与水面计算机20通信。设备安装平台6后部设置电机驱动板9，电机驱动板9通过控制线连接水下计算机8，通过水下计算机8的信号来控制推进器电机的转速。设备安装平台6中部偏下处设置电池10，电池10为整个水下系统提供电源；设备安装平台6下部设置较大质量的压载物，使整个潜水器的重心垂向位置下降，潜水器拥有较好的稳性。
[0015]设备安装平台6的中部偏上处设置了推进器倾转机构11，推进器倾转机构11上设有舵机12，可通过水下计算机8控制转动，通过推进器倾转机构11传递扭转力矩，带动推进器侧轴14从而使水下推进器4绕侧轴14转动，参见图3。主筒体I中心处的左右两侧各对称地设一个穿墙盖13，正对着穿墙盖13的外部各设一个水下推进器4，穿墙盖13用于连接和支撑两侧的水下推进器4，使两个水下推进器4分别在主筒体I的两侧，整体可以倾转。水下推进器侧轴14通过穿墙盖13的内孔伸入主筒体I内部，穿墙盖13与水下推进器侧轴14配合处设置O型圈保证水密。
[0016]参见图4,水下推进器4由电机筒15、后盖16、前盖17、后盖16后部的导管螺旋桨19和电机筒15内部的电机18组成。电机筒15、后盖16和前盖17形成水密内腔，水密内腔内部有电机18，电机18带动导管螺旋桨19转动，产生推力。电机18连接于电机驱动板9，水下计算机8控制舵机12和推进器倾转机构11的转动以及控制电机18和导管螺旋桨19的转速。电机筒15中部外侧设有较长的推进器侧轴14，推进器侧轴14和推进器倾转机构11相连，在推进器倾转机构11的作用下水下推进器4可绕推进器侧轴14的轴线转动，使水下推进器4根据需要分配到水平面和垂直面，使水下推进器4的中心轴线与潜水器主筒体I的纵向偏离一定的角度，其角度可在O到±90度范围内变化，夹角成O度时水下推进器4负责水平面机动，夹角成±90度时水下推进器4负责垂直面机动，夹角在O到±90度之间时由推力相应的分量分别负责潜水器在两个机动面上的机动，从而达到潜水器矢量推进的目的。
[0017]参见图4中水下推进器4的倾转，初始时的水下推进器4位置如图1所示，两个水下推进器4作为水平推进器使用，负责前进和转向，本发明潜水器向前航行时不需要垂向推进力，故此时不需要垂向推进器，相对于布置一个垂向推进器的传统潜水器布置方式，可节约垂向推进器的待机功耗；当水下推进器4倾转到+90或者-90度时，两个水下推进器4作为垂直推进器使用，负责垂直下潜和上浮，相对于布置一个垂向推进器的传统布置方式，两个水下推进器4的推力同时作用使垂向机动力大大增加；当水下推进器4在O到±90度范围内变化时，如图4所示的位置，水下推进器4的推力在水平面和垂直面的分量分别负责相应机动面的机动。
[0018]参见图6是，本发明在工作时，需要和水面的操控终端相连，水面的操控终端由水面计算机20和与水面计算机20相连的显示器21组成。水面计算机20和水下计算机8中间通过脐带缆连接。摇杆或按键信号通过水面计算机20转换后经过串口通信与水下计算机8通信。摄像机7直接连接水面计算机20，水下计算机8分别连接电机驱动板9、舵机12、深度计、电子陀螺仪等。水下计算机8根据控制信号驱动电机18和舵机12，实现潜水器的操纵。电子陀螺仪、深度计等信号由水下计算机8采集后经脐带缆传至水面计算机20，摄像机7的信号经脐带缆直接上传至水面计算机20，经过水面计算机20处理后由显示器21显
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[0019]总之，本发明结构简单，经济、轻便、施工快捷、成本较低。特别适用于需要矢量推进的低速潜水器，可使用较少推进器到达矢量推进的目的，保证较低的成本和系统的可靠性，还能保证较好的垂向机动能力。
【权利要求】
1.一种倾转桨潜水器，包括由前后端盖(2)和主筒体(I)组成的耐压舱，主筒体(I)上方设置脐带缆端口(3)，通讯脐带缆通过脐带缆端口(3)引出至水面上，其特征是:耐压舱内部的正中间设置设备安装平台(6)，设备安装平台(6)前部设置摄像机(7)，摄像机(7)的后方设置水下计算机(8)，水下计算机(8)通过脐带缆与水面计算机(20)通信，摄像机(7)直接连接水面计算机(20);设备安装平台(6)后部设置电机驱动板(9)，电机驱动板(9)通过控制线连接水下计算机(8);设备安装平台(6)的中部偏上处设置了推进器倾转机构(11),推进器倾转机构(11)上设有通过水下计算机(8)控制转动的舵机(12);主筒体(I)中心处的左右两侧各对称地设一个穿墙盖(13)，在主筒体(I)的两侧各对称设有一水下推进器(4)，水下推进器(4)中部外侧设有推进器侧轴(14)，水下推进器侧轴(14)通过穿墙盖(13)的内孔伸入主筒体(I)内部与推进器倾转机构(11)相连。
2.根据权利要求1所述一种倾转桨潜水器，其特征是:两个水下推进器(4)在O度位置时作为水平推进器使用，负责前进和转向，当两个水下推进器(4)倾转到+90或者-90度时作为垂直推进器使用，负责垂直下潜和上浮，当两个水下推进器(4)在O到±90度范围内时，推力在水平面和垂直面的分量分别负责相应机动面的机动。
3.根据权利要求1所述一种倾转桨潜水器，其特征是:水下推进器(4)由电机筒(15)、后盖(16)、前盖(17)、导管螺旋桨(19)和电机筒(15),电机筒(15)、后盖(16)和前盖(17)形成水密内腔，水密内腔内部有电机(18)，电机(18)带动导管螺旋桨(19)转动；电机(18)连接于电机驱动板(9)。
4.根据权利要求3所述一种倾转桨潜水器，其特征是:水下计算机(8)控制舵机(12)和推进器倾转机构(11)的转动以及控制电机(18)和导管螺旋桨(19)的转速，在推进器倾转机构(11)的作用下水下推进器(4)可绕推进器侧轴(14)的轴线在O到±90度范围内转动。
5.根据权利要求1所述一种倾转桨潜水器，其特征是:主筒体(I)采用工程塑料或铝合金制作，前后端盖(2)采用透明材料制作，主筒体(10和前后端盖(2)由螺栓固定，在连接处设O型密封圈。
【文档编号】B63G8/08GK104369849SQ201410592922
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】刘可峰, 王秋智, 常琦, 侯家怡 申请人:江苏科技大学