專利名稱：一種自治式水下航行器矢量推進裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自治式水下航行器推進裝置，該裝置可以操縱水下機器人實現空間運動和航行姿態控制。
背景技術：
為了更好的保護海洋環境，高效利用海洋資源，海洋探測設備必不可少。自治式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)作為海洋探測傳感器的載體，其重要性日顯突出，在海洋工程中應用前景廣闊。傳統的水下機器人的動力與操縱方式為螺旋槳推進裝置+俯仰和轉向操縱舵 機。由于低速時操縱舵面受力小，操縱力矩小，因此采用傳統推進裝置的航行體低速操縱性較差。而且由于舵面面積的限制，往往舵艄尺寸超過航行體直徑范圍，在操作和使用時受到使用場合的限制，而且較大的舵面也大幅度增加航行體阻力。

發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種自治式水下航行器矢量推進裝置，該矢量推進裝置使AUV的具有良好的低速機動性及低阻性能。本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是一種自治式水下航行器矢量推進裝置，包括連接架、俯仰傳動機構和轉向傳動機構，其特征在于，所述俯仰傳動機構包括依次連接的俯仰驅動裝置、俯仰圓柱齒輪傳動機構和俯仰螺旋傳動機構；所述俯仰螺旋傳動機構包括豎直絲杠和與其通過螺紋連接的升降螺母；所述俯仰驅動裝置包括固定在所述連接架上的俯仰驅動電機，所述俯仰驅動電機通過豎直設置的俯仰傳動軸與所述圓柱齒輪傳動機構的俯仰輸入齒輪連接，所述圓柱齒輪傳動機構的俯仰輸出齒輪與所述豎直絲杠連接，所述升降螺母上設有與其鉸接的側向定位滑塊，所述側向定位滑塊安裝在滑動導軌內，所述滑動導軌與所述豎直絲杠垂直；所述轉向傳動機構包括托架以及依次連接的轉向驅動裝置、圓錐齒輪傳動機構、轉向圓柱齒輪傳動機構、轉向螺旋傳動機構、操縱力傳遞機構、主推電機和螺旋槳；所述托架的前端與所述滑動導軌固接；所述轉向螺旋傳動機構包括水平絲杠和與其通過螺紋連接的平移螺母；所述轉向驅動裝置包括固定在所述托架上的轉向驅動電機，所述轉向驅動電機通過豎直設置的轉向傳動軸與所述圓錐齒輪傳動機構的輸入錐齒輪連接，所述圓錐齒輪傳動機構的輸出軸與所述轉向圓柱齒輪傳動機構的轉向輸入齒輪連接，所述轉向圓柱齒輪傳動機構的轉向輸出齒輪與所述水平絲杠連接；所述操縱力傳遞機構包括與所述平移螺母固接的轉向撥叉，所述轉向撥叉上連接有與所述水平絲杠交錯垂直的萬向轉軸，所述萬向轉軸上設有連接孔，所述連接孔的中心線與所述萬向轉軸垂直，轉向撥桿通過安裝在所述連接孔內的關節軸套與所述萬向轉軸連接，所述轉向撥桿的后端固定在水平擺動滑架上，所述水平擺動滑架與電機固定架固接，所述電機固定架內安裝有所述主推電機，所述電機固定架通過銷軸與套裝在其外面的萬向套鉸接，所述萬向套通過水平設置的耳軸與所述連接架鉸接；所述托架的后端與所述萬向套固接。本發明具有的優點和積極效果是采用空間矢量操縱機構控制導管螺旋槳的空間姿態，改變推力的方向，形成轉向力矩，實現航行體的俯仰和轉向姿態控制。采用矢量推進，省去了舵等操縱面，使AUV整體結構更加緊湊，外形更加完整流暢，阻力減少；與舵等操縱面相比，矢量推進直接改變推進力的方向，即使在低速下也能獲得很大的操縱力，使AUV具有良好的低速操縱性；與國外同類型裝置相比較，本發明的矢量推進裝置舵機擺角更大，操縱力矩更大的優點。


圖I為本發明的示意圖； 圖2為本發明的結構示意圖；圖3為本發明連接架的示意圖；圖4為本發明俯仰傳動機構的示意圖；圖5為本發明轉向傳動機構的示意圖；圖6為本發明轉向傳動機構中操縱力傳遞機構的示意圖。圖中1、轉向撥叉；2、萬向轉軸；3、關節軸套；4、轉向撥桿；5、水平擺動滑架；6、螺旋槳；7、主推電機；8、轉向驅動電機；9、俯仰驅動電機；10、滑動導軌；11、側向定位滑塊；12、升降螺母；13、豎直絲杠；14、俯仰輸出齒輪；15、俯仰傳動軸；16、俯仰輸入齒輪；17、銷軸；18、水平絲杠；19、輸入錐齒輪；20、轉向傳動軸；22、轉向輸入齒輪；23、轉向輸出齒輪；24、托架；25、電機固定架；26、萬向套；27、耳軸。
具體實施例方式為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下請參閱圖I 圖6，一種自治式水下航行器矢量推進裝置，包括連接架、俯仰傳動機構和轉向傳動機構。所述俯仰傳動機構包括依次連接的俯仰驅動裝置、俯仰圓柱齒輪傳動機構和俯仰螺旋傳動機構；所述俯仰螺旋傳動機構包括豎直絲杠13和與其通過螺紋連接的升降螺母12 ;所述俯仰驅動裝置包括固定在所述連接架上的俯仰驅動電機9，所述俯仰驅動電機9通過豎直設置的俯仰傳動軸15與所述圓柱齒輪傳動機構的俯仰輸入齒輪16連接，所述圓柱齒輪傳動機構的俯仰輸出齒輪14與所述豎直絲杠13連接，所述升降螺母12上設有與其鉸接的側向定位滑塊11，所述側向定位滑塊11安裝在滑動導軌10內，所述滑動導軌10與所述豎直絲杠13垂直。上述俯仰傳動機構的作用是實現螺旋槳6在俯仰方向的擺動。俯仰驅動電機9通過圓柱齒輪傳動機構將動力傳給豎直絲杠13。豎直絲杠13的轉動使與之配合的升降螺母12做升降運動，進而使與升降螺母12相連接的滑動導軌10實現俯仰擺動。滑動導軌10與轉向傳動機構的托架24固定連接，托架24通過萬向套26與連接架在水平方向鉸鏈連接，從而實現了轉向傳動機構的俯仰擺動，螺旋槳6作為轉向傳動機構的一部分，實現了俯仰擺動。所述轉向傳動機構包括托架24以及依次連接的轉向驅動裝置、圓錐齒輪傳動機構、轉向圓柱齒輪傳動機構、轉向螺旋傳動機構、操縱力傳遞機構、主推電機和螺旋槳；所述托架24的前端與所述滑動導軌10固接；所述轉向螺旋傳動機構包括水平絲杠18和與其通過螺紋連接的平移螺母；所述轉向驅動裝置包括固定在所述托架24上的轉向驅動電機8，所述轉向驅動電機8通過豎直設置的轉向傳動軸20與所述圓錐齒輪傳動機構的輸入錐齒輪19連接，所述圓錐齒輪傳動機構的輸出軸與所述轉向圓柱齒輪傳動機構的轉向輸入齒輪22連接，所述轉向圓柱齒輪傳動機構的轉向輸出齒輪23與所述水平絲杠18連接；所述操縱力傳遞機構包括與所述平移螺母固接的轉向撥叉1，所述轉向撥叉I上連接有與所述水平絲杠18交錯垂直的萬向轉軸2，所述萬向轉軸2上設有連接孔，所述連接孔的中心線與所述萬向轉軸2垂直，轉向撥桿4通過安裝在所述連接孔內的關節軸套3與所述萬向轉軸 2連接，所述轉向撥桿4的后端固定在水平擺動滑架上5，所述水平擺動滑架5與電機固定架25固接，所述電機固定架25內安裝有所述主推電機7，所述電機固定架25通過銷軸17與套裝在其外面的萬向套26鉸接，所述萬向套26通過水平設置的耳軸27與所述連接架鉸接；所述托架24的后端與所述萬向套26固接。上述轉向傳動機構的作用是實現螺旋槳6在水平方向的擺動。轉向驅動電機8通過轉向傳動軸20輸出動力，通過圓錐齒輪機構和圓柱齒輪機構傳給水平絲杠18，水平絲杠18的轉動使與之相連的轉向撥叉I做水平運動，進而使水平擺動滑架5實現水平擺動。水平擺動滑架5與電機固定架25固定連接，電機固定架25與萬向套26在豎直方向鉸鏈連接，從而實現了電機固定架25的水平擺動，螺旋槳6與主推電機7輸出端通過平鍵連接，從而實現了螺旋槳6的水平擺動。上述推進裝置采用俯仰傳動機構和轉向傳動機構混聯的結構，依靠兩個自由度的姿態調節機構，控制推進電機的空間姿態，進而控制推進力的空間方向矢量，形成偏航、俯仰操縱力矩，最終實現整個水下航行器的運動控制與操縱。盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種自治式水下航行器矢量推進裝置，包括連接架、俯仰傳動機構和轉向傳動機構，其特征在于 所述俯仰傳動機構包括依次連接的俯仰驅動裝置、俯仰圓柱齒輪傳動機構和俯仰螺旋傳動機構； 所述俯仰螺旋傳動機構包括豎直絲杠和與其通過螺紋連接的升降螺母； 所述俯仰驅動裝置包括固定在所述連接架上的俯仰驅動電機，所述俯仰驅動電機通過豎直設置的俯仰傳動軸與所述圓柱齒輪傳動機構的俯仰輸入齒輪連接，所述圓柱齒輪傳動機構的俯仰輸出齒輪與所述豎直絲杠連接，所述升降螺母上設有與其鉸接的側向定位滑塊，所述側向定位滑塊安裝在滑動導軌內，所述滑動導軌與所述豎直絲杠垂直； 所述轉向傳動機構包括托架以及依次連接的轉向驅動裝置、圓錐齒輪傳動機構、轉向圓柱齒輪傳動機構、轉向螺旋傳動機構、操縱力傳遞機構、主推電機和螺旋槳； 所述托架的前端與所述滑動導軌固接； 所述轉向螺旋傳動機構包括水平絲杠和與其通過螺紋連接的平移螺母； 所述轉向驅動裝置包括固定在所述托架上的轉向驅動電機，所述轉向驅動電機通過豎直設置的轉向傳動軸與所述圓錐齒輪傳動機構的輸入錐齒輪連接，所述圓錐齒輪傳動機構的輸出軸與所述轉向圓柱齒輪傳動機構的轉向輸入齒輪連接，所述轉向圓柱齒輪傳動機構的轉向輸出齒輪與所述水平絲杠連接； 所述操縱力傳遞機構包括與所述平移螺母固接的轉向撥叉，所述轉向撥叉上連接有與所述水平絲杠交錯垂直的萬向轉軸，所述萬向轉軸上設有連接孔，所述連接孔的中心線與所述萬向轉軸垂直，轉向撥桿通過安裝在所述連接孔內的關節軸套與所述萬向轉軸連接，所述轉向撥桿的后端固定在水平擺動滑架上，所述水平擺動滑架與電機固定架固接，所述電機固定架內安裝有所述主推電機，所述電機固定架通過銷軸與套裝在其外面的萬向套鉸接，所述萬向套通過水平設置的耳軸與所述連接架鉸接；所述托架的后端與所述萬向套固接。
全文摘要
本發明公開了一種自治式水下航行器矢量推進裝置，包括連接架、俯仰傳動機構和轉向傳動機構，所述俯仰傳動機構包括依次連接的俯仰驅動裝置、俯仰圓柱齒輪傳動機構和俯仰螺旋傳動機構；所述轉向傳動機構包括托架以及依次連接的轉向驅動裝置、圓錐齒輪傳動機構、轉向圓柱齒輪傳動機構、轉向螺旋傳動機構、操縱力傳遞機構、主推電機和螺旋槳。本發明采用矢量推進，省去了舵等操縱面，使AUV整體結構更加緊湊，外形更加完整流暢，阻力減少；與舵等操縱面相比，矢量推進直接改變推進力的方向，即使在低速下也能獲得很大的操縱力，使AUV具有良好的低速操縱性；與國外同類型裝置相比較，本發明的矢量推進裝置舵機擺角更大，操縱力矩更大的優點。
文檔編號B63G8/08GK102887217SQ20121036135
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者張宏偉, 王樹新, 黃明龍, 劉玉紅 申請人:天津大學