一种矢量推进器及无缆水下机器人制造技术

技术编号:20378603 阅读:25 留言:0更新日期:2019-02-19 22:18
本发明专利技术公开了一种矢量推进器及无缆水下机器人。该矢量推进器包括矢量装置和推进装置,其中矢量装置包括动平台、静平台和三个液压缸;在矢量装置中,静平台作为固定液压缸的基座,与液压缸盖转动副连接,使得液压缸可以在这个面的固定点进行转动;液压缸产生的液压驱动力使得液压缸沿轴向进行伸缩运动,通过液压缸的活塞杆与动平台球面副连接,使与之相连接的动平台姿态和位置发生改变,进而使固定于动平台之上的推进装置的姿态发生改变,从而产生不同的偏摆角度。因此,与传统的鳍舵式推进器相比,矢量推进器具有更好的灵活性。

A Vector Propeller and Cableless Underwater Vehicle

The invention discloses a vector thruster and a cable-free underwater vehicle. The vector thruster consists of a vector device and a propulsion device, in which the vector device includes a moving platform, a static platform and three hydraulic cylinders; in the vector device, the static platform serves as the base of the fixed hydraulic cylinder, and is connected with the rotating pair of the hydraulic cylinder head, so that the hydraulic cylinder can rotate at the fixed point on this surface; the hydraulic driving force generated by the hydraulic cylinder makes the hydraulic cylinder telescopic along the axis. When moving, the piston rod of the hydraulic cylinder is connected with the spherical pair of the moving platform to change the attitude and position of the moving platform connected with it, and then the attitude of the propulsion device fixed on the moving platform is changed, resulting in different yaw angles. Therefore, compared with the traditional FIN-RUDDER thruster, the vector thruster has better flexibility.

【技术实现步骤摘要】
一种矢量推进器及无缆水下机器人
本专利技术涉及一种海洋探测工具,尤其涉及一种矢量推进器及安装有该矢量推进器的无缆水下机器人。
技术介绍
水下机器人主要分为两大类:一类是有缆水下机器人,习惯称为遥控潜器(RemoteOperatedVehicle,简称ROV);另一类是无缆水下机器人,习惯称为自主式水下潜器(AutonomousUnderwaterVehicle,简称AUV)。AUV是新一代水下机器人,具有活动范围大、机动性好、安全、智能化等优点,成为完成各种水下任务的重要工具。矢量推进也称为推力转向技术,是指空间移动物体的推进系统,除了提供向前推力之外,还可以同时或单独地提供推进力,以推动身体的俯仰、偏航、滚转和推力方向。矢量推进技术首先应用于航空航天领域,而在AUV方面的应用是近几年才兴起的。目前,现有的AUV大多数采用传统的鳍舵式控制方法,该方法操控简单,能够很好地适应水下各种恶劣地环境;在中高速巡航时有较好地舵效率,使机体较为灵活地完成转向和俯仰动作。但是,这样的方法还存在不足。因为AUV在运行时大部分时间处于2-4knots的低速运行状态。而在鳍舵式AUV动力模型中,推力只与螺旋桨转速有关,为一常量;在低速情况下,舵面控制的效率会急剧降低甚至失效,灵活性差。所以,传统的鳍舵式控制方法在一定程度上已经不能满足AUV在水下运动的复杂程度和灵活性要求了,尤其在低速运动的情况下。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术的目的之一在于提供一种矢量推进器,该矢量推进器与传统的鳍舵式控制器相比,具有更好的灵活性。本专利技术的目的之二在于提供一种安装有上述矢量推进器的无缆水下机器人,该无缆水下机器人与鳍舵式控制的无缆水下机器人相比,具有更好的灵活性。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现:本专利技术一种矢量推进器,包括矢量装置和推进装置;所述的矢量装置包括动平台、静平台和三个液压缸;所述的三个液压缸沿动平台的周向均布;所述液压缸的活塞杆与所述动平台通过球面副连接,所述液压缸的液压缸盖与所述静平台通过转动副连接;所述的推进装置固定在所述动平台上。优选地,所述的推进装置使用螺旋桨推进器。优选地,还包括封装外壳,所述的封装外壳开设有用于安装矢量装置的凹形槽。优选地,还包括球头杆端关节轴承;动平台的第一孔、第二孔和第三孔均用于固定球头杆端关节轴承的球窝,液压缸活塞杆上的螺纹孔与球头杆端关节轴承的球头杆固定。优选地,还包括缸筒端轴承;静平台均布固定有三个连接件;所述缸筒端轴承的内圈与螺栓的光轴段配合,螺栓穿过连接件与螺母连接;焊接在缸筒端轴承外圈上的螺套与液压缸底盖上的螺杆连接。优选地,所述动平台的中间孔用于安装推进装置。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现:一种无缆水下机器人,所述无缆水下机器人的机体上安装有矢量推进器。优选地,所述无缆水下机器人的机体上安装有三个所述矢量推进器,分别位于所述无缆水下机器人的机体两侧和尾部。相比现有技术,本专利技术的有益效果在于:本专利技术提供的矢量推进器,包括矢量装置和推进装置。在矢量装置中,静平台作为固定液压缸的基座,与液压缸盖转动副连接,使得液压缸可以在这个面的固定点进行转动。液压缸产生的液压驱动力使得液压缸沿轴向进行伸缩运动,通过液压缸的活塞杆与动平台球面副连接,使与之相连接的动平台姿态和位置发生改变,进而使固定于动平台之上的推进装置的姿态发生改变,产生偏摆角度。矢量推进装置的每一种不同的姿态,都会形成一个不同的偏摆角度,从而使得无缆水下机器人的前进方向发生不同的改变。因此,与传统的鳍舵式推进器相比,矢量推进器具有更好的灵活性。附图说明图1为本专利技术矢量推进器的装配图;图2为本专利技术中动平台的示意图;图3为图1的A-A剖视图;图4为本专利技术中静平台的示意图;图5为本专利技术矢量推进器的封装简图。图中:1、动平台;11、第一孔;12、第二孔;13、第三孔;14、中间孔;2、静平台;21、连接件;3、液压缸;31、液压缸底盖;32、液压缸筒壁;33、活塞柱;331、活塞柱密封圈;332、活塞柱导向环;34、液压缸盖;341、液压缸密封圈;35、活塞杆;351、活塞杆密封圈;352、活塞杆导向环;4、球头杆端关节轴承;5、缸筒端轴承;6、封装外壳。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式,对本专利技术做进一步描述。如图1和3所示,本专利技术提供的矢量推进器包括矢量装置和推进装置;矢量装置包括动平台1、静平台2和三个液压缸3,三个液压缸3沿动平台1的周向均布。液压缸3的活塞杆35与动平台1通过球面副连接,液压缸3的液压缸盖34与静平台2通过转动副连接;推进装置(图未视)固定安装在动平台1上。如图2所示,动平台1呈圆形,上面设有四个孔。其中,第一孔11、第二孔12和第三孔13均用于固定球头杆端关节轴承4的球窝,液压缸3活塞杆35上的螺纹孔与球头杆端关节轴承4的球头杆固定。第一孔11、第二孔12、第三孔13尺寸相同,均布于动平台1上;中间孔14用于安装推进装置。本实施例中的推进装置采用传统的螺旋桨推进器,根据水下机器人不同的型号选用不同的螺旋桨推进器,根据螺旋桨推进器不同的尺寸开不同的中间孔直径用于安装螺旋桨推进器。如图3所示,液压缸3主要由液压缸底盖31、液压缸筒壁32、活塞柱33、液压缸盖34和活塞杆35组成;液压缸底盖31和液压缸盖34固定在液压缸筒壁32两端;活塞柱33与活塞杆35固定。为了保证液压缸3的密封性,液压缸筒壁32与活塞柱33之间设有活塞柱密封圈331;液压缸盖34与活塞杆35之间设有活塞杆密封圈351;液压缸筒壁32与液压缸盖34之间设有液压缸密封圈341。为了防止活塞柱在运动过程中与液压缸筒壁32发生直接接触和摩擦,起到保护液压缸筒壁32与活塞柱不被损坏的作用,液压缸筒壁32与活塞柱33之间设有活塞柱导向环332,为了防止活塞杆35在运动过程中与液压缸盖34,发生直接接触和摩擦,起到保护液压缸盖34与活塞杆35不被损坏的作用,活塞杆35与液压缸盖34之间设有活塞杆导向环352。另外,活塞杆35上开设有螺纹孔。该螺纹孔用于与球头杆端关节轴承4进行螺纹连接。设运动参数α为动平台1法线与活塞杆35轴线的夹角,θ为动平台1法线与静平台2法线的夹角。当在改变螺旋桨推进器推力方向的时候,动平台1进行旋转运动,球头杆关节轴承的球窝与球头杆刚好不发生干涉行为时的θ称为最大运动角,其中,α<25°。最大运动角θ的值越大,动平台1能偏摆的角度或者说球头关节轴承的运动范围也就越大。液压缸3可以进行轴向伸缩移动,通过三个液压缸3的不断调整,可以改变动平台1的姿态,以到达改变螺旋桨推进器的推力方向,实现矢量推进的设计效果。液压缸3的活塞杆35与动平台1球面副连接,使动平台1随着液压缸3的伸缩运动可以实现不同姿态的改变,从而使固定于动平台1上的螺旋桨推进器产生偏摆角,改变螺旋桨推进器产生的推力方向,实现矢量推进的效果。矢量的意思是既有大小又有方向,矢量装置就是用于改变方向的,虽然有液压缸3的液压驱动力,但其并不是作为无缆水下机器人的推进动力,而是用于作为改变推力方向的驱动力,真正的矢量推进器的产生大小的力,是由推进装置螺旋桨推进器提供的。如图4所示,静平台2为固定液压缸3的基座。在本实施例中,静平台2呈圆形,其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矢量推进器,包括推进装置,其特征在于:还包括矢量装置;所述的矢量装置包括动平台、静平台和三个液压缸;所述的三个液压缸沿动平台的周向均布;所述液压缸的活塞杆与所述动平台通过球面副连接,所述液压缸的液压缸盖与所述静平台通过转动副连接;所述的推进装置固定在所述动平台上。

【技术特征摘要】
1.一种矢量推进器,包括推进装置,其特征在于:还包括矢量装置;所述的矢量装置包括动平台、静平台和三个液压缸;所述的三个液压缸沿动平台的周向均布;所述液压缸的活塞杆与所述动平台通过球面副连接,所述液压缸的液压缸盖与所述静平台通过转动副连接;所述的推进装置固定在所述动平台上。2.根据权利要求1所述的一种矢量推进器,其特征在于:所述的推进装置使用螺旋桨推进器。3.根据权利要求1所述的一种矢量推进器,其特征在于:还包括封装外壳,所述的封装外壳开设有用于安装矢量装置的凹形槽。4.根据权利要求1所述的一种矢量推进器,其特征在于:还包括球头杆端关节轴承;动平台的第一孔、第二孔和第三孔均用于固定球头杆端关节...

【专利技术属性】
技术研发人员:王芳洪臻吕明王瑞金刘雷
申请(专利权)人:杭州电子科技大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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