一种水下机器人推进装置的布置结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制水下机器人航行姿态的水下机器人推进装置的布置结构。
【背景技术】
[0002]传统水下机器人均为细长圆柱体形状，通常推进器布置在水下机器人的艉部，并且在水下机器人艉部还设有推进控制舵系，此种布置结构虽然具有较高的推进效率，但此种布置结构必须在水下机器人具备一定向前速度的情况下方能进行航向与航行姿态的控制，且水下机器人转向时往往会出现回转半径大、回转距离长的缺点。这种情况下要完成对特定目标区域的搜索和定位，就会花费极大的时间、人力和物力成本。另外，水下机器人在低速航行状态下(航速低于2节)，水下机器人艉部的推进控制舵系的作用往往难以发挥，不能有效控制航行姿态能力，很难满足探测设备的探测使用环境要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种水下机器人推进装置的布置结构，能够在水下机器人转向时以及低速航行时有效控制航行姿态。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0005]一种水下机器人推进装置的布置结构，包括设置在水下机器人航行体艉部的艉推进器和艉部航行控制舵系，还包括对称设置于水下机器人航行体沿轴向方向两侧的水平推进器，以及分别设置于水下机器人航行体的艏部和艉部的垂直推进器。
[0006]所述水平推进器通过固定座固定于所述水下机器人航行体沿轴向方向的两侧。
[0007]水下机器人航行体的艏部和艉部分别设有通孔，所述垂直推进器分别固定于所述通孔中。
[0008]所述垂直推进器相对于水下机器人航行体的几何中心线对称设置。
[0009]本发明的优点与积极效果为:
[0010]1、本发明所述的水下机器人推进装置的布置结构能够使水下机器人在高速航行时根据实际需要有效控制回转半径和回转距离。
[0011]2、本发明所述的水下机器人推进装置的布置结构可以使水下机器人在低速航行时根据需要控制航行姿态，并且可以实现原地回转。
[0012]3、控制水下机器人水平回转和纵倾姿态的推进装置为模块化设计，不需要时可以拆卸下来，需要时再安装。
【附图说明】
[0013]图1为本发明立体结构示意图，
[0014]图2为本发明俯视图，
[0015]图3为本发明剖视图。
[0016]其中，I为水下机器人航行体，2为艉推进器，3为水平推进器，4为垂直推进器，5为艉部航行控制舵系，6为固定座。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0018]如图1所示，本发明所述的水下机器人推进装置的布置结构包括:水下机器人航行体I的艉部设置有艉推进器2和用于航行控制的艉部航行控制舵系5，水下机器人航行体I沿轴向方向的两侧对称设置有两个水平推进器3，所述水平推进器3通过固定座6固定于所述水下机器人航行体I上。所述水平推进器3具有正反转等效推进力，可以使水下机器人航行体I具有较小的转弯半径，也能够实现原地回转。
[0019]水下机器人航行体I的艏部和艉部分别设有通孔，两个垂直推进器4通过螺钉分别固定于所述通孔中，且两个垂直推进器4相对于水下机器人航行体I的几何中心线对称设置。所述垂直推进器4主要用于水下机器人航行体I的纵倾姿态控制。
[0020]所述水平推进器3和垂直推进器4为现有常用技术。
[0021]本发明的工作原理:
[0022]水下机器人航行体I从起始点到目标区域航渡阶段，采用艉推进器2与艉部航行控制舵系5共同配合完成。此阶段采用的推进方式的推进效率较高，但低航速下控制能力较差。
[0023]水下机器人航行体I到达指定目标区域后需要低速航行(航速低于2节)执行特定的探测任务，此时艉部航行控制舵系5不具备控制效力，失去了对水下机器人航行体I的纵倾姿态和航向姿态的控制能力，此时利用水平推进器3和垂直推进器4实现低速航行以及航行姿态控制。
[0024]航向姿态控制:当水下机器人航行体I航行到目标区域后，所述具有正反转等效推进力的水平推进器3发挥作用。如图2所示，其中，Fsa、Fsb分别为两个水平推进器3的推进力，L为水平推进器3的中心轴线到水下机器人航行体I的中心轴线距离，则水下机器人航行体I受到的转向力矩大小为(Fsa-Fsb)XL。当艉推进器2停止转动时，如果Fsa=Fsb,即Fsa-Fsb=O时，两推进器同向等效作用，航行体转向力矩为零，水下机器人即可实现低速直线航行，推进力F大小为F=Fsa+Fsb。如果I Fsa-Fsb I = Λ Fs > 0，则水下机器人航行体I将实现航行状态下的转向，推进力为Fsa-Fsb，转向力矩大小为Λ Fs X L，转弯半径随Δ Fs改变而改变；如果Fsa=-Fsb,即(Fsa-Fsb) X L=2Fsa时,两推进器反向等效作用，其推进力大小为零，水下机器人即可实现原地旋转。
[0025]纵倾姿态控制:当水下机器人航行体I航行到目标区域后，若要实现水下机器人航行体I抬首或俯首的航行姿态，此时垂直推进器4发生作用。如图3所示，其中Fca、Fcb分别为两个垂直推进器4的推进力，如果Fca-Fcb= Λ Fe > O时，水下机器人则产生抬首力矩；如果Fca-Fcb= Λ Fe < O时，水下机器人则产生俯首力矩；Fca_Fcb=0，水下机器人则保持当前航向航行。
【主权项】
1.一种水下机器人推进装置的布置结构，包括设置在水下机器人航行体艉部的艉推进器和艉部航行控制舵系，其特征在于:还包括对称设置于水下机器人航行体(I)沿轴向方向两侧的水平推进器(3)，以及分别设置于水下机器人航行体(I)的艏部和艉部的垂直推进器(4)。
2.根据权利要求1所述的水下机器人推进装置的布置结构，其特征在于:所述水平推进器(3 )通过固定座(6 )固定于所述水下机器人航行体(I)沿轴向方向的两侧。
3.根据权利要求1所述的水下机器人推进装置的布置结构，其特征在于:水下机器人航行体(I)的艏部和艉部分别设有通孔，所述垂直推进器(4)分别固定于所述通孔中。
4.根据权利要求3所述的水下机器人推进装置的布置结构，其特征在于:所述垂直推进器(4)相对于水下机器人航行体(I)的几何中心线对称设置。
【专利摘要】本发明涉及一种用于控制水下机器人航行姿态的水下机器人推进装置的布置结构，包括设置在水下机器人航行体艉部的艉推进器和艉部航行控制舵系，还包括对称设置于水下机器人航行体沿轴向方向两侧的水平推进器，以及分别设置于水下机器人航行体的艏部和艉部的垂直推进器。所述水平推进器通过固定座固定于所述水下机器人航行体沿轴向方向的两侧。水下机器人航行体的艏部和艉部分别设有通孔，所述垂直推进器分别固定于所述通孔中，所述垂直推进器相对于水下机器人航行体的几何中心线对称设置。本发明能够在水下机器人转向时以及低速航行时有效控制水下机器人航行体航行姿态。
【IPC分类】B63H5-00, B63C11-52
【公开号】CN104648643
【申请号】CN201310576827
【发明人】郑荣, 张斌, 于闯, 石凯
【申请人】中国科学院沈阳自动化研究所
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月15日