一种水下机器人的舵板系统的制作方法

本发明涉及水下机器人技术领域，特别涉及一种水下机器人的舵板系统。

背景技术：

舵机传动及舵板装置是水下机器人的重要组成部分，舵板是水下机器人调整姿态的主要工具，通过舵机改变角度从而改变舵作用力的方向。传统潜水器艉部舵板、翼板未固定形式，现代新型潜水器舵板改为可部分转动。左右舵板多为同轴转动，采用同一套传动机构，并且大多采用固定板架部分旋转板形式，并且整体采用玻璃钢制作，整体密度较大，对水下机器人整体受力产生负面影响。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种水下机器人的舵板系统，该系统在相同质量、同样输出能源的情况下，相比于传统的水下机器人，其舵板转动更快速，从而使得水下机器人水下运动更加灵活。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种水下机器人的舵板系统，包括对称设置于水下机器人两侧的左舵板机构和右舵板机构，所述左舵板机构包括左舷舵板、左舷推进器及左侧舵机组件，所述右舵板机构包括右舷舵板、右舷推进器及右侧舵机组件，其中左侧舵机组件和右侧舵机组件设置于舵机基座内、且分别与所述左舷舵板和右舷舵板连接，所述左舷推进器和所述右舷推进器分别设置于所述左舷舵板和右舷舵板上。

所述左侧舵机组件和右侧舵机组件结构相同，均包括舵轴、蜗轮、蜗杆、电机及减速器，其中电机与减速器连接，所述减速器的输出轴与蜗杆连接，所述蜗轮与蜗杆啮合、且与所述舵轴连接，所述舵轴与所述左舷舵板或所述右舷舵板连接。

所述电机和减速器的外侧设有电机壳体，所述电机壳体内充油进行补偿深海压力。

所述蜗轮和蜗杆的外侧设有舵机蜗轮蜗杆外壳，所述舵轴通过与所述舵机蜗轮蜗杆外壳连接的舵机支撑架支撑，所述舵轴与所述舵机支撑架之间设有轴套。

所述左舷舵板和所述右舷舵板均采用玻璃钢材质，所述玻璃钢内包裹有浮力材料。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明应用范围广：本发明由于是舵板及舵机组件装置，可以用在各种水下机器人及潜水艇当中。

2.本发明具有轻质舵板：整个装置舵机传动与机架部分都为轻质铝合金，舵板部分为玻璃钢包裹浮力材，与传统设备相比，通用功能的整体装置水中负浮力能够减少约1/3。

3.本发明两舵板独立运动：水下机器人航行时，水平舵板主要为调整机器人俯仰角。当两个舵板可以独立运动时，即可以调整水下机器人下潜的螺旋角度及螺旋半径，也可以为机器人转向提供差动转向力。

4.本发明传动机构自锁稳定：传动机构由于小型紧密连接减速器，再连接蜗轮蜗杆传动至舵轴，舵轴与舵板固定连接，最终带动舵板转动。精密电机可以精准控制，蜗轮蜗杆可以提供自锁。

5.本发明结构紧凑：本发明中传动轴采用巧妙设计，电机、减速器、蜗轮蜗杆连接紧密，结构紧凑。

6.本发明舵板可整体转动：传统舵板系统中，与机器人曲面连接部分都为固定翼板，本发明舵板整体都为转动体，在转动时可以为机器人提供舵力，提高了舵板效率。

附图说明

图1为本发明的整体轴测图；

图2为本发明的舵板平面二维示意图；

图3为本发明的舵机传动系统横剖面示意图；

图4为本发明的舵机传动系统纵剖面示意图。

图中：1为左舷舵板，2为左舷推进器，3为舵机基座，4为左侧舵机组件，5为右侧舵机组件，6为右舷舵板，7为右舷推进器，8为浮力材料，9为推进器连接油管，10为舵轴，11为轴套，12为舵机支撑架，13为舵轴连接键，14为舵机前端盖，15为舵机蜗轮蜗杆外壳，16为蜗轮，17为蜗轮键，18为舵机电机上端盖，19为蜗杆，20为电机壳体，21为电机，22为电机出线油管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种水下机器人的舵板系统，包括对称设置于水下机器人两侧的左舵板机构和右舵板机构，左舵板机构包括左舷舵板1、左舷推进器2及左侧舵机组件4，右舵板机构包括右舷舵板6、右舷推进器7及右侧舵机组件5，其中左侧舵机组件4和右侧舵机组件5设置于舵机基座3内、且分别与左舷舵板1和右舷舵板6连接，左舷推进器2和右舷推进器7分别设置于左舷舵板1和右舷舵板6上。

舵机框架由铝合金制作，舵机基座3通过螺栓与水下机器人龙骨框架相连接，舵机前端盖14与舵机基座3通过螺栓紧固连接。

如图2所示，左舷舵板1和右舷舵板6均采用玻璃钢材质，玻璃钢内包裹有浮力材料8。

如图3-4所示，左侧舵机组件4和右侧舵机组件5结构相同，均包括舵轴10、蜗轮16、蜗杆19、电机21及减速器，其中电机21与减速器连接，减速器的输出轴与蜗杆19连接，蜗轮16与蜗杆19啮合、且与舵轴10连接，舵轴10与左舷舵板1或右舷舵板6连接。

电机21和减速器的外侧设有电机壳体20，电机壳体20内充油进行补偿深海压力。蜗轮16和蜗杆19的外侧设有舵机蜗轮蜗杆外壳15，舵轴10通过与舵机蜗轮蜗杆外壳15连接的舵机支撑架12支撑，舵轴10与舵机支撑架12之间设有轴套11。

传动机构自锁稳定，传动机构由于小型紧密连接减速器，再连接蜗轮蜗杆传动至舵轴，舵轴10与舵板固定连接，最终带动舵板转动。精密电机可以精准控制，蜗轮蜗杆可以提供自锁。

电机21及减速器通过蜗杆19和蜗轮16将旋转力矩传递至舵轴10，舵轴10的一端通过舵机蜗轮蜗杆外壳15内的轴承支撑，外侧通过舵机支撑架12上的轴套11作为另一侧支撑，末端与舵板固定连接，从而带动舵板旋转。

左舷舵板1和右舷舵板6外悬理论上为悬臂结构，减少舵板质量，减轻悬臂力矩，舵轴10及轴套11、舵机支撑架12受力改善。在舵板设计过程中，通过经验公式与水动力数值模拟对舵板水动力中心点位置和扭矩进行了计算，并且考虑空气中放置时，重力作用下舵板力矩，由于减轻了舵板质量，最终选取水动力重心与重心之间2/3处为舵轴位置，这样能够改善舵板整体舵效。

本发明的工作原理为：

左舷舵板1和右舷舵板6独立运动，水下机器人航行时，水平舵板主要为调整机器人俯仰角。当两个舵板可以独立运动时，即可以调整水下机器人下潜的螺旋角度及螺旋半径，也可以为机器人转向提供差动转向力。舵板重量的减轻，源于采用玻璃钢复合材料作为框架受力结构，内部其余部分通过拓扑优化，尽量填充浮力材料，从而使得舵板重量大大降低。

11000米深海环境中，压强达到约114mpa，若采用传统密封舱结构，对于设计结构及强度要求都极为苛刻。本发明采用仓体内充油补偿的原理，让电机及传动部件直接成压，从而避免笨重而复杂的耐压舱设计。而且所处环境为电器绝缘油介质，散热绝缘性能优越空气介质。

本发明水下机器人舵机传动系统，包括充油电机以及蜗轮传动装置，整体侵泡在润滑油中，外部链接补偿器进行被动补偿，舵机框架由铝合金制作，与水下机器人龙骨框架相连接。此装置舵板可整体选装，提高舵板使用效率。通过经验公式与水动力数值模拟对舵板水动力中心点位置和扭矩进行了计算，并且考虑空气中放置时，重力作用下舵板力矩，最终选取水动力重心与重心之间2/3处为舵轴位置。由此可知减轻舵板重量可提高舵板效率，因此在保证舵板强度的条件下，采用玻璃钢糊制并在内部填充浮力材料，以减轻舵板重量。

全海深水下机器人尾部有两部推进器，可以差动转向，并且两侧舵板分别控制，可转动不同角度。两侧舵板可整体转动，从设计中省去固定部分，提高舵板效率。并在舵板中预埋浮力材料，在保证舵板强度的前提下，减少舵板密度。

综上所述，本发明给出了一种相互独立且可整体旋转的轻质舵板系统，它具有应用范围广，结构紧凑，舵板质量小，左右舵板可独立转动并具备自锁功能的水下机器人舵机系统。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。