[发明专利]一种水下机器人的矢量推进器

说明书

本发明涉及一种水下机器人的矢量推进器，采用传动机构实现矢量推进器水平和垂直方向运动控制，包括主推电机、螺旋桨、导流罩、传动机构、挡板、尾舱、滚转舵机和摆转舵机。主推电机位于导流罩内，通过支撑杆与导流罩连接，螺旋桨与主推电机连接构成推进器尾部，滚转舵机、摆转舵机分别与传动机构相连构成推进器前部，其安装在尾舱内部，摆转舵机驱动使推进器尾部绕竖直轴转动（±30°），滚转舵机驱动推进器尾部绕水平轴向转动（±180°），将两条运动结合，可以实现使推进器在空间内任意方向偏转。本发明具有驱动灵活、体积小、整体紧凑等优点，能够为小型水下机器人提供满足要求的矢量推力。

技术领域

本发明涉及一种水下机器人的矢量推进器，属于海洋工程技术领域。它通过改变螺旋桨的空间姿态来改变推进器的推力矢量方向，由三个电机控制，通过两个偏转舵机使螺旋桨轴线能够绕航行器的水平和竖直轴线自由转动，因而可以获得在指定方向的推力来驱动水下航行器在水中的巡航和姿态的控制。

背景技术

小型水下机器人作为专用水下开发工具，在浅水区科学研究、资源开发、军事等方面都具有巨大的应用前景。小型化是未来水下机器人的一个不容忽视的发展方向，已成为海洋强国发展智能化海洋设备的研究热点。推进系统是水下航行器的主要组成部分，矢量螺旋桨推进通过改变整个推进系统的方向来改变推力方向，为了适用于小型水下机器人，研制一款小型矢量推进器就显得十分必要。推力矢量技术是指空间运动物体的推进系统除了提供前进推力外，还能同时或单独在运动物体的俯仰、偏航、横滚和反推力等方向上提供推进力和力矩，用以部分或全部取代舵面所产生的动力来进行控制，即推进器推力矢量化。

高效、高机动性水下航行器推进技术是目前 AUV 设计领域的研究热点。而矢量推进技术在水下机器人方面的应用是进10年才兴起的，水下机器人中的矢量推进机构大体可分为矢量螺旋桨和矢量喷管两种。与螺旋桨推进方式相比，矢量喷管推进器具有以下特性：推进效率高，辐射噪声低，还可以降低推进器的旋转噪声，高速时不产生空泡等。但因其是组合式推进器，同时具有构造复杂，重量大，制造和安装困难，重量是普通螺旋桨的2-3倍等缺点。目前水下航行器大多仍采用矢量螺旋桨推进方式，其结构简单，维修方便，技术成熟，因而被广泛使用，改进螺旋桨推进技术对于提高依靠螺旋桨推进的航行器机动性能有着十分重要的意义。目前对于螺旋桨推进方式的改进主要集中在两方面：一方面是针对螺旋桨的研究，包括研究新型螺旋桨和变螺距螺旋桨；另一方面通过改进螺旋桨推进系统来提高螺旋桨推进性能。

发明内容

为了提高螺旋桨推进性能，提供满足水下机器人小型化要求的矢量推力。本发明提供一种水下机器人的矢量推进器，该矢量推进器具有驱动灵活、机械传动简单、传动效率高、整体结构设计紧凑、节省空间和成本低等优点，适合渐收的流线型尾部空间，能够为小型水下机器人提供满足要求的矢量推力。

本发明的技术方案具体如下：

本发明主要包括主推电机、螺旋桨、导流罩、传动机构、挡板、尾舱、滚转舵机和摆转舵机，主推电机位于导流罩内，通过支撑杆与导流罩连接，螺旋桨与主推电机连接构成推进器尾部，滚转舵机、摆转舵机分别与传动机构相连构成推进器前部，其安装在尾舱内，并固定在挡板上，推进器尾部和推进器前部通过传动机构连接构成矢量推进器。

所述的矢量推进器尾部，其包括主推电机、螺旋桨和导流罩，主推电机位于导流罩内，通过支撑杆与导流罩连接，螺旋桨与在主推电机连接构成推进器尾部。

所述的摆转机构，其包括摆转舵机、连接板-2、舵机支架、主轴、U型架、传动轴和连接架。连接架与主推电机相连，并固定在传动轴上，传动轴通过轴承与U型架相对转动，主轴与摆转舵机连接，摆转舵机与连接板-2相连，连接板-2固定在舵机支架上，摆转舵机驱动主轴，主轴与传动轴相连，并将其动力传递到在传动轴上的连接架上，从而实现推进器尾部绕竖直轴转动（±30°）。