一种小型水下仿生扑翼驱动装置的制作方法

本发明涉及水下仿生扑翼驱动技术领域，具体地说，涉及一种用于水下小型仿生航行器的可控角度、可控速度的扑翼驱动装置。

背景技术：

近年来，无人水下航行器技术发展迅速，各种类型的水下航行器已广泛用于海洋环境检测、堤坝勘探以及其它勘察海洋矿藏、保护海洋资源领域。水下航行器的研究发展，尤其是小型水下航行器在多数情况下其作业下潜深度不深，可以广泛应用于管道检测、水下摄像、安全搜救、娱乐教学以及水下考古工作。

陆地资源日益匮乏，海洋开发成为当前社会研究重点。当前研究中多采用无人水下机器人(unmannedunderwatervehicle)作为水下勘探主力设备，主要分为自主水下航行器(autonomousunderwatervehicle)和拖缆水下机器人(remotelyoperatedunderwatervehicle)。由于拖缆水下机器人常受到拖缆距离的限制，以及需要人工操作导致不便于长时间、远距离探测；自主水下航行器具有较强自动工作能力，但存在续航时间短、探测距离受母船位置限制。

为提高水下探测续航时间，水下滑翔机(underwaterglider)是一种能够长时间远距离探测水下水文信息的自主水下机器人，但传统水下滑翔机存在运动方式单一，且机动性较差。

仿生推进作为一种具有较高推进效率及机动性的新型推进方式，其中主要分为身体/尾鳍驱动和中央鳍/对鳍驱动。其中，中央对鳍类代表蝠鲼具有类似滑翔机的外型，针对该种生物研究，分析得到一种滑扑一体的高效率推进方式。可以通过控制仿生扑翼的扭转角度、拍动速度、拍动位置得到高效率的推进方式；且可通过控制左右仿生扑翼做不同动作，实现水下机动，这对水下机器人在水下进行高效率探测有较高实用价值。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种小型水下仿生扑翼驱动装置，该驱动装置结构简单、质量轻，可通过控制仿生扑翼的扭转角度、拍动速度、拍动位置得到高效率的推进方式；且可通过控制左右仿生扑翼做不同动作，实现水下机动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括驱动轴、密封头帽、密封壳体、尾部密封帽、电缆、深沟球轴承、旋转密封件、旋转密封件挡板、挡圈、角接触轴承、角接触轴承挡板、绝对编码器、编码器挡圈、电机支架、驱动电机、驱动板和径向密封件，所述密封壳体为中空圆柱体，两端部有安装螺孔和法兰，所述驱动电机位于密封壳体内并通过电机支架与密封头帽通过螺栓固连，驱动轴一端与驱动电机输出轴固连，驱动轴另一端伸出密封头帽中心圆孔与所驱动的扑翼连接；旋转密封件、旋转密封件挡板和挡圈位于驱动轴前部沿轴向装入密封头帽，角接触轴承和角接触轴承挡板沿驱动轴轴线安装在密封头帽内，使得驱动轴不可轴向移动；绝对编码器和编码器挡圈沿驱动轴安装在密封头帽内，绝对编码器导线从编码器挡圈的缺口处引出，绝对编码器和驱动电机的导线与驱动板连接；

密封头帽与密封壳体通过螺栓固连，尾部密封帽与电缆通过硫化橡胶固定为整体组件，电缆与驱动板连接，尾部密封帽的o型圈槽安装径向密封件后通过配合与密封壳体固连。

所述驱动轴为圆柱状台阶轴，驱动轴端部有外螺纹和锪平面便于拆卸和固定不同种类扑翼与驱动轴配合。

有益效果

本发明提出的一种小型水下仿生扑翼驱动装置，由驱动轴、密封头帽、密封壳体、尾部密封帽、电缆、绝对编码器、驱动电机和多个轴承及密封件组成；驱动电机通过电机支架固定在密封壳体内，驱动电机与驱动轴一端固连，驱动轴另一端伸出密封头帽中心圆孔与所需驱动的扑翼连接。旋转密封件、密封件挡板和挡圈位于驱动轴前端沿着轴向装入密封头帽；轴承和轴承挡板沿着驱动轴轴线安装在密封头帽内，使得驱动轴不可轴向移动；绝对编码器和挡圈沿驱动轴安装在密封头帽上，绝对编码器导线从绝对编码器挡圈的缺口处引出；密封头帽与密封外壳通过螺栓固连。电缆与驱动板连接，尾部密封帽的o型圈槽安装径向密封件后通过配合装入密封壳体中；尾部密封帽与密封外壳通过螺栓固连。该驱动装置结构简单、质量轻，可通过控制仿生扑翼的扭转角度、拍动速度、拍动位置得到高效率的推进方式；且可通过控制左右仿生扑翼做不同动作，并实现水下机动。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种小型水下仿生扑翼驱动装置作进一步详细说明。

图1为本发明水下仿生扑翼驱动装置示意图。

图2为本发明水下仿生扑翼驱动装置剖视图。

图3为本发明水下仿生扑翼驱动装置轴侧图。

图4为本发明水下仿生扑翼驱动装置的密封头帽示意图。

图5为本发明水下仿生扑翼驱动装置的驱动轴示意图。

图6为本发明水下仿生扑翼驱动装置的电机支架示意图。

图7为本发明水下仿生扑翼驱动装置的绝对编码器挡圈示意图。

图中

1.驱动轴2.密封头帽3.密封壳体4.尾部密封帽5.电缆6.深沟球轴承7.旋转密封件8.旋转密封件挡板9.挡圈10.角接触轴承11.角接触轴承挡板12.绝对编码器13.编码器挡圈14.电机支架15.驱动电机16.驱动板17.径向密封件

具体实施方式

本实施例是一种小型水下仿生扑翼驱动装置。

参阅图1～图7，本实施例水下仿生扑翼驱动装置，由驱动轴1、密封头帽2、密封壳体3、尾部密封帽4、电缆5、深沟球轴承6、旋转密封件7、旋转密封件挡板8、挡圈9、角接触轴承10、角接触轴承挡板11、绝对编码器12、编码器挡圈13、电机支架14、驱动电机15、驱动板16和径向密封件17组成；其中,密封壳体3为中空圆柱体，两端部有安装螺孔和法兰；驱动电机15安装在密封壳体3内，并通过电机支架14与密封头帽2通过螺栓固定连接。驱动轴1一端与驱动电机15输出轴固连，驱动轴1另一端伸出密封头帽2中心圆孔与所驱动的扑翼连接。旋转密封件7、旋转密封件挡板8和挡圈9位于驱动轴1前部沿轴向装入密封头帽2；角接触轴承10和角接触轴承挡板11沿驱动轴1轴线安装在密封头帽2内，使得驱动轴1不可轴向移动。绝对编码器12和编码器挡圈13沿驱动轴1安装在密封头帽2内，绝对编码器12导线从编码器挡圈13的缺口处引出，绝对编码器12和驱动电机15的导线与驱动板16连接。

密封头帽2与密封壳体3通过螺栓固连，尾部密封帽4与电缆5通过硫化橡胶固定为整体组件，电缆5与驱动板16连接，尾部密封帽4的o型圈槽安装径向密封件17后通过配合与密封壳体3固连。驱动轴1为圆柱状台阶轴，驱动轴1端部有外螺纹和锪平面便于拆卸和固定不同种类扑翼安装至驱动轴上。

安装及使用过程

本实施例水下仿生扑翼驱动装置应用于水下仿生航行器中，为保证驱动装置在水下运动过程中密封性能，需将旋转密封件7、旋转密封件挡板8和挡圈9从驱动轴1前端沿着轴向装入密封头帽2。同时保证驱动轴1旋转过程中同心度，需将深沟球轴承6从已安装在密封头帽2的驱动轴1前端装入，使驱动轴1旋转过程中达到密封水密和稳定运行的性能。此时驱动轴1可沿着轴线向密封头帽2内部单向移动。为防止由于深水压力作用在驱动轴1上的压力毁坏驱动电机15，将角接触轴承10和角接触轴承挡板11沿着驱动轴1轴线从后端部安装入密封头帽2内，使深水压力传递至角接触轴承10和角接触轴承挡板11，使得驱动轴1不可轴向移动。要实时得到扑翼的运动姿态，需监测驱动轴1的旋转位置，将绝对编码器12和编码器挡圈13沿着驱动轴1后端装入密封头帽2，将绝对编码器12导线从编码器挡圈13的缺口处引出。将含有制动器的驱动电机15与电机支架14通过多个螺栓进行固定，同心度由驱动电机15的凸台和电机支架14的凹槽配合保证。将电机支架14与密封头帽2通过螺栓固定，保证驱动电机15的电机轴与驱动轴1紧密配合。在整个密封头帽2的组件安装后，将该组件中绝对编码器12和驱动电机15的导线与驱动板16连接，密封头帽2件与驱动板16安装入密封壳体3中，密封头帽2与密封壳体3通过螺栓固定。为给该装置提供控制信号与驱动能源，将尾部密封帽4与电缆5通过硫化橡胶固定为整体组件，电缆5与驱动板16连接后，尾部密封帽4的o型圈槽安装径向密封件17后通过配合与密封壳体3固连，完成驱动装置安装。

本实施例中，将扑翼安装至驱动轴1上，驱动轴1上有外螺纹和锪平面，便于拆卸和固定不同种类扑翼。将密封壳体3固定于测试系统放入水中，通过电缆5发送控制信号至驱动板16，控制驱动电机按着一定回转速度、回转频率驱动扑翼系统摆动，该模式下使扑翼系统持续产生推进力，使安装本驱动装置的航行器有仿生推进模式。该系统驱动电机15装有制动器，可通过断电抱死方式固定扑翼的姿态，且绝对编码器12不会因为断电而失去驱动轴1的位置信息，从而使航行器节省能源和提高系统稳定性，使得航行器在实现滑翔功能时不必消耗额外的能源，提高续航时间。运动过程中，由耐腐蚀的深沟球轴承6保证驱动轴1的回转稳定性。