[发明专利]一种水下机器人的矢量推进器

说明书

本发明公开了一种水下机器人的矢量推进器结构，包括变桨装置、支撑装置和传动装置。变桨装置包括螺旋桨桨叶、桨毂、桨叶轴、桨叶轴齿轮、齿条和齿条固定台，螺旋桨的变桨装置可以根据水流流速的变化对其桨叶角度进行调节以确定桨叶产生的推力、电机功率和机器人机体具有良好的配合，提高推进效率。支撑装置包括绳索固定环、绳索、推进器外壳和滑轮，滑轮支撑绳索使其保持拉伸状态。传动装置包括电机、磁耦合器、柔性传动单元和轮毂组成的主传动装置和辅助传动装置，分别用于推进器推力大小和方向的改变。通过控制三组从动绳索的长度，能够使螺旋桨轴线快速旋转至所需摆动的角度，实现矢量推进。

技术领域

本发明涉及一种水下机器人技术领域,具体应用于水下机器人的矢量推进装置。

背景技术

目前水下机器人多采用螺旋桨推进器作为推进装置，单个螺旋桨推进器只能产生大小可变而方向固定的推进力，而当机器人需要进行不同方向运动时，比如俯仰和偏转，就需要安装多个螺旋桨推进器来产生多维方向推进力。与一般推进器不同，矢量推进器除了能提供前进推进力外，还能根据机器人操作任务需求产生其它方向上的推进力，可以极大地提高低速航行时水下机器人的转向能力和定位能力。目前，矢量推进机构仅局限于传统串联机构、六自由度并联机构或一些多组齿轮配合传动实现矢量推进。然而，传统串联机构的重量大，很难适应深海重压环境，虽然六自由度并联机构在灵活性和自重负荷比等方面能满足不同方向操作要求，但是其工作空间小、结构和控制较复杂，也很难应用于工程实际。

发明内容

本发明为克服已有矢量推进器的缺点，提出一种新型轻质柔性传动的矢量推进器装置，对水下机器人的不同运动姿态的实现以及海底灵活作业具有重要意义。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种水下机器人的矢量推进器，包括变桨装置、支撑装置、主传动装置和辅助传动装置；

所述的变桨装置实现桨叶方向的改变，所述的主传动装置通过柔性传动单元与变桨装置相连，所述的主传动装置可改变推进器推力的大小，为变桨装置提供一定的推力；所述的辅助传动装置用于改变推力的方向；所述的支撑装置为整个装置提供一定的支撑力。

作为进一步的技术方案，所述的变桨装置包括螺旋桨桨叶、桨毂、桨叶轴、桨叶轴齿轮、齿条和齿条固定台；在所述的桨毂的圆周方向上设有多个所述的桨叶轴，所述桨叶轴一端延伸到桨毂外与螺旋桨桨叶相连，另一端位于桨毂内与一个齿轮相连；所述的齿轮与齿条啮合传动，变桨电机通过传动装置驱动齿条做直线运动。

具体的工作过程是：变桨电机驱动齿条做直线运动，齿条通过与齿轮的啮合带动桨叶轴旋转，实现螺旋桨桨叶的变桨；齿条的通过上下相反的运动方向来控制变桨的方向。

作为进一步的技术方案，所述的支撑装置包括固定环、绳索、推进器外壳；在所述的推进器外壳内壁上设有走线槽；绳索的一端连接辅助传动装置，另外一端穿过走线槽和柔性传动单元连接在绳索固定环上。

作为进一步的技术方案，所述推进器外壳为环形圆柱，壳体内表面沿周向间隔均匀地布置有多组走线槽。

作为进一步的技术方案，在所述的走线槽内安装有滑轮，滑轮个数及安装位置可根据具体情况调节；滑轮的设置使绳索处于拉伸状态。

作为进一步的技术方案，所述主传动装置用于改变推进器推力的大小，其包括主电机、主磁耦合器和所述的柔性传动单元；所述的主电机通电运转，通过主磁耦合器将动力传递给柔性传动单元，进而传递给工作部件变桨装置。

作为进一步的技术方案，所述辅助传动装置包括辅助电机、辅助磁耦合器和轮毂，用于改变推力的方向；所述轮毂上安装有制动装置，用于紧急停止其运转，使得绳索在水下机器人不同运动状态下能提供改变推进器方向的对应长度；所述的辅助电机通电运转，通过辅助磁耦合器将动力传递给所述的轮毂；通过控制多个轮毂的转速来改变对应绳索的长度及螺旋桨摆动的角度，实现推力方向的改变。