[发明专利]一种力反馈型闭环控制水下推进器

说明书

本发明公开一种力反馈型闭环控制水下推进器，包括壳体，所述壳体内设有控制器、无刷直流电机，所述无刷直流电机的传动轴从壳体一端穿出以用于固定位于壳体外侧的螺旋桨，螺旋桨叶片外部安装有导流罩，所述无刷直流电机的转子处安装霍尔位置传感器；所述壳体上固定一推力传感器，所述推力传感器和霍尔位置传感器均与控制器通信连接，控制器接收推力控制信号后，驱动无刷直流电机带动传动轴转动，进而带动螺旋桨转动，产生推力。力反馈型闭环控制水下推进器具有推力输出精准、自适应抗干扰、对总体依赖性小、响应灵敏、工作可靠等优点，在各类UUV、ROV、船舶、钻井平台等海工装备上适装性好，降低了与控制总体的集成与控制难度。

技术领域

本发明涉及水下机器人装备领域，具体涉及一种力反馈型闭环控制水下推进器。

背景技术

水下机器人为了实现高精度位姿控制，通常采用多个推进器矢量布局的方式，用以产生每个自由度上的控制力和力矩。传统上推进器多采用电机+螺旋桨传动机构和开环控制方式，由于螺旋桨的工作特性，容易受到推进器在水下机器人上的结构布局﹑推进器与推进器之间相互干扰、不同方向海流引起的推力损失、波浪引起的推力损失等外界环境影响，导致相同转速下产生的推力存在较大差异。同时，电机性能、制造/装配偏差等因素导致同一批推进器中，相同控制信号下转速也存在偏差进而导致推力一致性较差。因此，现有技术无法实现复杂流场环境下的推力精确、稳定控制，已成为制约水下机器人动力定位控制精度的关键所在。

发明内容

本发明的目的是提供一种力反馈型闭环控制水下推进器，以解决流场扰动下相同力控制信号下推力输出波动大、制造/装配偏差导致的同一批推进器推力一致性较差等问题。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种力反馈型闭环控制水下推进器，包括壳体，所述壳体内设有控制器、无刷直流电机，所述无刷直流电机的传动轴从壳体一端穿出以用于固定位于壳体外侧的螺旋桨，螺旋桨叶片外部安装有导流罩，所述无刷直流电机的转子处安装霍尔位置传感器；所述壳体上固定一推力传感器，所述推力传感器和霍尔位置传感器均与控制器通信连接，控制器接收推力控制信号后，驱动无刷直流电机带动传动轴转动，进而带动螺旋桨转动，产生推力，推力传感器将采集到的推力数据反馈至控制器，形成外环力环；控制器接收推力控制信号后，驱动无刷直流电机带动传动轴转动，霍尔位置传感器将检测的转子实际转速信息反馈至控制器，形成中间环速度环；控制器接收推力控制信号后，驱动无刷直流电机带动传动轴转动，控制器上的电流检测电路将检测的电枢电流反馈至控制器，形成内环电流环。

所述无刷直流电机，安装在壳体中部，电机的定子与壳体内壁贴合，电机转子与传动轴过盈配合。

所述电机的转子的传动轴两侧位置各布置一组推力轴承。

所述推力传感器水密封装，下端设置有中空式结构的固定环，所述固定环套在壳体上。

所述壳体采用非磁性、耐腐蚀的材质，包括钛合金或不锈钢。

所述壳体外部加工有推力传感器安装法兰，法兰上对称均匀开通孔。

所述壳体尾部开设有两个螺孔，用于安装两个水密插座，一个用于推进器供电和控制信号传输，另一个用于接收反馈推力信号。

本发明的有益效果：力反馈型闭环控制水下推进器具有推力输出精准、自适应抗干扰、对总体依赖性小、响应灵敏、工作可靠等优点，可应用于水下动平衡作业、水下矢量推进等场合，在各类UUV、ROV、船舶、钻井平台等海工装备上适装性好，降低了与控制总体的集成与控制难度，应用前景广阔，具有较高的经济和社会效益。

附图说明

图1是力反馈型闭环控制水下推进器结构组成示意图。

图2为闭环控制原理图。