【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下机器人，尤其涉及一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器及推进方法。
技术介绍
1、目前水下机器人动力主要由螺旋桨式推进器提供，螺旋桨推进器具有结构简单，容易控制等特点，但螺旋桨推进器有一些明显缺陷，如水下噪声较大、螺旋桨容易被缠绕等，导致其在某些特殊领域的使用效果不理想，如某些需要高隐蔽性的应用场景，螺旋桨推进器的高水下噪声的特点很容易暴露潜航器的位置。另外，在实现矢量推力输出方面，螺旋桨推进器需要布置多个才能够实现，或者通过增加矢量喷嘴达到改变推力方向的目的，这样会显著增加推进器成本和复杂度。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器及推进方法来弥补上述缺陷。本专利技术能够应用于多种水下机器人和其他水下探测系统，具有通用性、模块化、易集成和小型化的特点。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
3、一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，包括喷水推进器本体，所述喷水推进器本体包括推进器外壳、多个电控可换向单向阀、电控活塞、活塞电推杆、电机、前端盖、后端盖、电机安装架和推进器本体安装架；前端盖和后端盖分别安装于推进器外壳的前端和后端，推进器本体安装架安装在推进器外壳外部，电机安装架安装于推进器外壳内部，电机安装在电机安装架上，电控活塞置于推进器外壳内部，并且能够自由滑动，电控活塞通过活塞电推杆与电机相连接，电机通过活塞电推杆驱动电控活塞往复运动，在
4、进一步地，所述前端盖和后端盖与推进器外壳之间均为密封安装，电控可换向单向阀与前端盖、后端盖、电控活塞之间均为密封安装。
5、进一步地，所述电机安装于电机安装架中间部位，电机采用防水耐压设计。
6、进一步地，在所述电控活塞、前端盖和后端盖上分别安装有4个沿周向平均分布的电控可换向单向阀。
7、进一步地，所述电控可换向单向阀包括2个喷嘴、单向阀外壳、阀针、衔铁阀芯、前线圈、阀针前滑套、阀针后滑套、后线圈、线嘴控制线缆；2个所述喷嘴分别安装在单向阀外壳内部的前端和后端，所述衔铁阀芯滑动安装于单向阀外壳内部，且位于2个所述喷嘴之间，阀针通过阀针前滑套和阀针后滑套滑动安装在衔铁阀芯内部，前线圈和后线圈分别固定在单向阀外壳部的前端和后端，在单向阀外壳的后端安装有线嘴，前线圈和后线圈的线圈导线均通过控制线缆由线嘴引出到单向阀外壳外部。
8、进一步地，在所述2个喷嘴的内周面上分别设有1个密封圈，衔铁阀芯的前端内周面、后端内周面上分别设有1个密封圈，阀针前滑套的外周面和阀针后滑套的外周面上分别设有2个密封圈。
9、进一步地，所述喷嘴包括喷嘴本体，所述喷嘴本体为圆柱体，在喷嘴本体的内部对称开设有两个锥形孔，两个锥形孔之间设有隔板，隔板上设有多个沿圆周方向平均分布的第一水流通道，且所述第一水流通道为圆形通孔，在隔板的中心设有凹槽。
10、进一步地，所述衔铁阀芯包括一体成型的第一中空圆锥体段、中空圆柱体段和第二中空圆锥体段，所述阀针包括一体成型的第一圆锥体段、圆柱体段和第二圆锥体段；所述阀针的长度大于衔铁阀芯的长度。
11、所述阀针前滑套和阀针后滑套均为圆环体，且在圆环体上沿圆周方向平均分布设有多个第二水流通道，且所述第二水流通道为圆形通孔。
12、本专利技术同时还提供一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器的推进方法，包括以下步骤：
13、控制器通过获取控制数据，获得推力的输出方向数据和推力的大小数据；
14、一方面，控制器根据推力的输出方向数据来调整各个电控可换向单向阀的流通方向实现控制水流的喷出方向，当推力的输出方向数据为向前推进时，控制器控制前端盖、后端盖和电控活塞上面的所有电控可换向单向阀的流通方向都为向前，此时，当电机带动活塞电推杆转动控制电控活塞向前推动时，水流会从后端盖上的4个电控可换向单向阀进入到推进器外壳内部，推进器外壳内部的水会从前端盖上的4个电控可换向单向阀向前喷出到推进器外壳外，借助水流反冲产生向前的推力；通过控制器控制电机正反转，驱动活塞电推杆带动电控活塞沿轴向往复运动，产生持续的推力；
15、当控制数据的推力方向为向后推进时，控制器控制前端盖、后端盖和电控活塞上面的电控可换向单向阀的流通方向都为向后，此时，当电机带动活塞电推杆转动将电控活塞向后推动时，水流会从前端盖上面的电控可换向单向阀进入到推进器外壳内部，而推进器外壳内部的水会从后端盖上面的电控可换向单向阀向后喷出到推进器外壳外，借助水流反冲产生向后的推力；通过控制器控制电机正反转，驱动活塞电推杆带动电控活塞沿轴向往复运动，产生持续的推力；
16、当推进器需要矢量推进时，控制器获取矢量推进方向数据，控制位于出水侧的前端盖或后端盖上适合位置的电控可换向单向阀关闭实现推力的输出方向调整，从而实现推进器的矢量推进控制；
17、另一方面，控制器根据推力的大小数据，通过调节电机的转速，实现推力大小的调节。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
19、本专利技术通过在电控活塞、前端盖和后端盖上各安装有4个电控可换向单向阀，均沿轴向水平方向设置，电控可换向单向阀通过控制器控制，能够实现切换水流喷出的方向，从而实现推进器推力输出方向的切换。
20、本专利技术的活塞电推杆前端与电控活塞相连接，后端与电机连接，电机由控制系统控制实现正反转，从而实现电推杆和电控活塞的前后运动，在电控活塞运动过程中，水从推进器本体一侧进入，从另一侧喷出，依靠电控可换向单向阀喷射水流产生推力。通过控制器控制出水一侧的端盖(前端盖或后端盖)上电控可换向单向阀的开启与闭合，能够实现推进器推力的二维矢量输出，能够实现潜水器的转向和俯仰控制。本专利技术的电控活塞采用高强度轻质材料制成，可有效降低运动过程中的动量，同时削弱电控活塞位置变化对推进器重心的影响。
21、本专利技术提供的活塞式喷水推进器相较于螺旋桨推进器有更低的水下噪声，能使潜水器有更小的航行噪声，更有利于潜水器隐蔽航行，不容易被声呐发现。本专利技术提供的活塞式喷水推进器相较于螺旋桨推进器因没有螺旋桨等转动结构，在水下航行过程中不容易被渔网绳索等缠绕，因此，相较于螺旋桨推进器有着更高的可靠性和适应性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，包括喷水推进器本体，所述喷水推进器本体包括推进器外壳(1)、多个电控可换向单向阀(4)、电控活塞(5)、活塞电推杆(6)、电机(7)、前端盖(2)、后端盖(3)、电机安装架(8)和推进器本体安装架(9)；前端盖(2)和后端盖(3)分别安装于推进器外壳(1)的前端和后端，推进器本体安装架(9)安装在推进器外壳(1)外部，电机安装架(8)安装于推进器外壳(1)内部，电机(7)安装在电机安装架(8)上，电控活塞(5)置于推进器外壳(1)内部，并且能够自由滑动，电控活塞(5)通过活塞电推杆(6)与电机(7)相连接，电机(7)通过活塞电推杆(6)驱动电控活塞(5)往复运动，在电控活塞(5)、前端盖(2)和后端盖(3)之上分别安装有多个沿轴向水平设置的电控可换向单向阀(4)，多个电控可换向单向阀(4)、电机(7)分别与控制器相连接。
2.如权利要求1所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，所述前端盖(2)和后端盖(3)与推进器外壳(1)之间均为密封安装，电控可换向单向阀(4)与前端盖(2)、后端盖(3)
3.如权利要求1所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，所述电机(7)安装于电机安装架(8)中间部位，电机(7)采用防水耐压设计。
4.如权利要求1所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，在所述电控活塞(5)、前端盖(2)和后端盖(3)上分别安装有4个沿周向平均分布的电控可换向单向阀(4)。
5.如权利要求1所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，所述电控可换向单向阀包括2个喷嘴(401)、单向阀外壳(402)、阀针(404)、衔铁阀芯(405)、前线圈(406)、阀针前滑套(407)、阀针后滑套(408)、后线圈(409)、线嘴(410)控制线缆(411)；2个所述喷嘴(401)分别安装在单向阀外壳(402)内部的前端和后端，所述衔铁阀芯(405)滑动安装于单向阀外壳(402)内部，且位于2个所述喷嘴(401)之间，阀针(404)通过阀针前滑套(407)和阀针后滑套(408)滑动安装在衔铁阀芯(405)内部，前线圈(406)和后线圈(409)分别固定在单向阀外壳(402)内部的前端和后端，在单向阀外壳(402)的后端安装有线嘴(410)，前线圈(406)和后线圈(409)的线圈导线均通过控制线缆(411)由线嘴(410)引出到单向阀外壳(402)外部。
6.如权利要求5所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，在所述2个喷嘴(401)的内周面上分别设有1个密封圈(3)，衔铁阀芯(405)的前端内周面、后端内周面上分别设有1个密封圈(3)，阀针前滑套(407)的外周面和阀针后滑套(408)的外周面上分别设有2个密封圈(3)。
7.如权利要求5所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，所述喷嘴(401)包括喷嘴本体(4011)，所述喷嘴本体(4011)为圆柱体，在喷嘴本体(4011)的内部对称开设有两个锥形孔(102)，两个锥形孔(102)之间设有隔板(103)，隔板(103)上设有多个沿圆周方向平均分布的第一水流通道(104)，且所述第一水流通道(104)为圆形通孔，在隔板(103)的中心设有凹槽(105)。
8.如权利要求5所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，所述衔铁阀芯(405)包括一体成型的第一中空圆锥体段(501)、中空圆柱体段(502)和第二中空圆锥体段(503)，所述阀针(404)包括一体成型的第一圆锥体段(401)、圆柱体段(402)和第二圆锥体段(403)；所述阀针(404)的长度大于衔铁阀芯(405)的长度；
9.如权利要求1-8中任意一项所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器的推进方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，包括喷水推进器本体，所述喷水推进器本体包括推进器外壳(1)、多个电控可换向单向阀(4)、电控活塞(5)、活塞电推杆(6)、电机(7)、前端盖(2)、后端盖(3)、电机安装架(8)和推进器本体安装架(9)；前端盖(2)和后端盖(3)分别安装于推进器外壳(1)的前端和后端，推进器本体安装架(9)安装在推进器外壳(1)外部，电机安装架(8)安装于推进器外壳(1)内部，电机(7)安装在电机安装架(8)上，电控活塞(5)置于推进器外壳(1)内部，并且能够自由滑动，电控活塞(5)通过活塞电推杆(6)与电机(7)相连接，电机(7)通过活塞电推杆(6)驱动电控活塞(5)往复运动，在电控活塞(5)、前端盖(2)和后端盖(3)之上分别安装有多个沿轴向水平设置的电控可换向单向阀(4)，多个电控可换向单向阀(4)、电机(7)分别与控制器相连接。
2.如权利要求1所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，所述前端盖(2)和后端盖(3)与推进器外壳(1)之间均为密封安装，电控可换向单向阀(4)与前端盖(2)、后端盖(3)、电控活塞(5)之间均为密封安装。
3.如权利要求1所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，所述电机(7)安装于电机安装架(8)中间部位，电机(7)采用防水耐压设计。
4.如权利要求1所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，在所述电控活塞(5)、前端盖(2)和后端盖(3)上分别安装有4个沿周向平均分布的电控可换向单向阀(4)。
5.如权利要求1所述的一种活塞式低噪声水下机器人矢量喷水推进器，其特征在于，所述电控可换向单向阀包括2个喷嘴(401)、单向阀外壳(402)、阀针(404)、衔铁阀芯(405)、前线圈(406)、阀针前滑套(407)、阀针后滑套(408)、后线圈(409)、线嘴(410)控制线缆(411)；2个所述喷嘴(...
【专利技术属性】
技术研发人员：马龙，郭映言，钱旭，郭长娜，王哲，邹晓旭，刘雅君，祝东洲，
申请(专利权)人：中煤科工集团沈阳研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。