CN220147563U - 一种基于并联机构的水下auv全向矢量推进装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型申请一种基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，涉及AUV水下推进器领域，该装置包括推进器转动平台机构、齿轮齿条运动传递机构以及阻尼支撑伸缩机构；齿轮齿条运动传递机构通过并联两条运动支链，运动支链中电机驱动第一齿轮和主动齿轮通过齿轮啮合使圆弧齿条绕尾舱平面中心点相对转动，转动架左右轴可实现绕尾舱内孔和尾舱外孔随动转动，使得被转动的运动支链发生偏转，进而两条可绕尾舱中心点的圆弧齿条在转动架的随动转动下相互协调运动改变带桨推进器的推力方向，使带桨推进器以尾舱轴线为中心轴实现20°范围内全方位偏转，从而实现AUV在水下的转向及俯仰运动，实现了大角度转向。

Description

一种基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置

技术领域

本实用新型涉及水下推进器领域，具体涉及AUV机器人的一种新型矢量推进装置。

背景技术

智能水下机器人(AUV)是机器人技术与海洋工程交叉学科领域，用于在水下环境中执行各种任务，如海洋勘测、海洋科学研究、海洋资源开发等。目前，在AUV转向控制方面主要采用舵片形式，类似于飞机的方向舵。通过调整舵翼的角度，可以改变AUV的方向和姿态，从而实现转向。但由于航行时，流经舵面产生的流体升力与舵面相互作会改变AUV的航行姿态，并且流体升力的大小取决于AUV的速度，速度越大，流体升力越大，反之越小；低航速下，以舵片构成的控制装置效率就会大大降低，以至于出现失控的情况。

为解决这一情况，可设计一款全向转动的矢量推进装置。通过矢量装置可改变尾部带有螺旋桨电机的工作角度，从而驱动桨叶与水之间产生推力，使得尾部推进电机可以全向转动航行角度，推动AUV在水下实现各种变向操作；但目前使用于AUV的矢量推进器大多采用多杆件并联结构搭建或者单串联组成，存在着控制复杂，且转向精度低下，可转向方位少的现象，从而导致水下矢量推进器在水下工作的控制精度大大降低，不适用于实际AUV产品中。

实用新型内容

针对现有矢量推进装置中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于并联机构的AUV全向矢量推进装置，本实用新型采取的技术方案如下：

一种基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：包括推进器转动平台机构、齿轮齿条运动传递机构以及阻尼支撑伸缩机构；带桨推进器固定在转动平台上，铰链螺钉连接转动平台与上活动铰链，下活动铰链底面与圆弧齿条顶部焊接，电机用螺钉固定于转动架并通过键和键槽带动第一齿轮，第一齿轮与主动齿轮相互啮合，主动齿轮与圆弧齿条啮合并通过销轴安装于转动架，尾舱切有两个成90°分布的方形槽，在槽两端开孔并安装转动架用以左右随动转动；上球铰底座、上球铰活动杆、下球铰底座、下球铰活动杆、活动伸出杆、固定套杆共同构成可伸缩阻尼支撑杆，支撑转动平台。

本实用新型所述的推进器转动平台机构是：推进器转动平台机构由R运动副和S运动副构成的RS动平台，转动平台偏转角度即带桨推进器推力方向角度。

本实用新型所述的齿轮齿条运动传递机构是：转动架安装于尾舱上，将主动齿轮通过销轴安装于转动架，圆弧齿条在主动齿轮啮合作用下于转动架的导向槽口内滑动，通过电机驱动第一齿轮并带动啮合的主动齿轮转动，进而驱动与之啮合的圆弧齿条相对于尾舱20°范围内的往复转动，并联两条齿轮副使得其中之一转动架随动旋转，进而带动转动平台上固定的带桨推进器绕尾舱中心轴线发生20°范围内全方向偏转；

本实用新型所述的阻尼支撑伸缩机构是：由活动伸出杆、固定套杆、下球铰底座、下球铰活动杆构成，活动伸出杆嵌套于固定套杆并头尾配合两对球铰，通过带有阻尼的伸缩移动对尾舱和转动平台支撑。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过改变转动架在尾舱的动力位置，通过主动齿轮转动改变圆弧齿轮的相对位置，两条可绕尾舱水平轴线转动的圆弧齿条在转动架的随动转动下相互协调运动可以改变带桨推进器的推力方向，从而实现AUV在水下的转向及俯仰运动；桨叶和主推电机作为一个整体即带桨推进器固定在转动平台上，能够减少电机的功率损耗，实现大角度转向；具有水动力效率高、结构简单、紧凑，运行平稳、反应迅速，刚性大，水中阻力小，系统稳定性高等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的另一结构示意图；

图3为本实用新型转动架结构示意图；

图4为本实用新型尾舱结构示意图；

图5为本实用新型转动架、电机、第一齿轮、销轴和主动齿轮装配结构示意图；

图6为本实用新型转动架、电机、第一齿轮、销轴和主动齿轮装配的另一结构示意图；

图7为本实用新型装置运动偏转一定角度时的俯视示意图；

图8为本实用新型运动偏转一定角度时的主视示意图；

图9为本实用新型应用于AUV装备示意图；

图中：1、带桨推进器，2、铰链螺钉，3、圆弧齿条，4、主动齿轮，5、销轴，6、转动平台，7、上球铰底座，8、转动架、9、上球铰活动杆，10、活动伸出杆，11、固定套杆，12、下球铰活动杆，13、下球铰底座，14、尾舱，1401、尾舱内孔，1402、尾舱外孔，15、上活动铰链，16、下活动铰链，17、电机，18、第一齿轮。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

如图1到图9所示，本实用新型的一种基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置包括：推进器转动平台机构、齿轮齿条运动传递机构以及阻尼支撑伸缩机构；带桨推进器1固定由R运动副和S运动副构成的RS动平台(转动平台6)，铰链螺钉2连接转动平台6与上活动铰链15，下活动铰链16底面与圆弧齿条3顶部焊接，电机17用螺钉固定于转动架并通过键和键槽带动第一齿轮18，第一齿轮18与主动齿轮相互啮合，主动齿轮4与圆弧齿条3啮合并通过销轴5安装于转动架8，尾舱14切有两个成90°分布的方形槽，在槽两端开孔并安装转动架8用以左右随动转动；上球铰底座7、上球铰活动杆9、下球铰底座13、下球铰活动杆12、活动伸出杆10、固定套杆11共同构成可伸缩阻尼支撑杆，起到支撑转动平台6，提高偏转精度的作用。

进一步地，所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：所述推进器转动平台机构由R运动副和S运动副构成的RS动平台，转动平台偏转角度即带桨推进器1推力方向角度；

进一步地，所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：所述的齿轮齿条运动传递机构主要由尾舱14、转动架8、电机17、第一齿轮18、主动齿轮4与圆弧齿条3内啮合齿轮副构成，转动架8安装于尾舱14上，将主动齿轮4通过销轴5安装于转动架8，圆弧齿条3在转动架8的导向槽口内滑动，通过主动齿轮4转动驱动与之啮合的圆弧齿条3相对于尾舱14产生20°

范围内的往复转动，并联两条齿轮副使得其中之一转动架8随动旋转，进而带动转动平台6上固定的带桨推进器1绕尾舱14中心轴线发生20°范围内全方向偏转；

进一步地，所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：所述的推进器转动平台机构包括带桨推进器1、上球铰底座9、铰链螺钉2、上活动铰链15、转动平台6构成，带桨推进器1采通过螺钉固定在转动平台6上，上活动铰链15与转动平台6通过铰链螺钉2连接，上活动铰链15顶部孔与铰链螺钉2轴之间采用间隙配合可转动，上球铰底座7通过螺钉固定在转动平台6下方，使上球铰底座7凹球面朝下；转动平台6将偏转角度传递至带桨推进器1。

进一步地，所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：尾舱14上并联两条运动支链，主动齿轮4通过齿轮啮合使圆弧齿条3绕尾舱14平面中心点相对转动，通过并联两条运动支链，转动架8左右轴可实现绕尾舱内孔1401和尾舱外孔1402随动转动，使得被转动的运动支链发生偏转，进而实现AUV水下航行时的全方向偏转。

进一步地，所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：所述的齿轮齿条运动传递机构由两条并联的转动的齿轮齿条副构成，通过并联两条传动链，带动转动架8和阻尼支撑伸缩机构，使带桨推进器1实现20°范围内全方位偏转。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“上”“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：包括推进器转动平台机构、齿轮齿条运动传递机构以及阻尼支撑伸缩机构；带桨推进器固定在转动平台上，铰链螺钉连接转动平台与上活动铰链，下活动铰链底面与圆弧齿条顶部焊接，电机用螺钉固定于转动架并通过键和键槽带动第一齿轮，第一齿轮与主动齿轮相互啮合，主动齿轮与圆弧齿条啮合并通过销轴安装于转动架，尾舱切有两个成90°分布的方形槽，在槽两端开内外孔并安装转动架用以左右随动转动；上球铰底座、上球铰活动杆、下球铰底座、下球铰活动杆、活动伸出杆、固定套杆共同构成可伸缩阻尼支撑杆，支撑转动平台。

2.根据权利要求1所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：所述的推进器转动平台机构包括带桨推进器、上球铰底座、铰链螺钉、上活动铰链、转动平台构成，带桨推进器采通过螺钉固定在转动平台上，上活动铰链与转动平台通过铰链螺钉连接，上活动铰链顶部孔与铰链螺钉轴之间采用间隙配合可转动，上球铰底座通过螺钉固定在转动平台下方，使上球铰底座凹球面朝下；转动平台将偏转角度传递至带桨推进器。

3.根据权利要求2所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：所述推进器转动平台机构由R运动副和S运动副构成的RS动平台，转动平台偏转角度即带桨推进器推力方向角度。

4.根据权利要求1所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：所述的齿轮齿条运动传递机构主要由尾舱、转动架、电机、第一齿轮、主动齿轮与圆弧齿条内啮合齿轮副构成，转动架安装于尾舱上，将主动齿轮通过销轴安装于转动架，圆弧齿条在转动架的导向槽口内滑动，通过电机驱动第一齿轮并带动啮合的主动齿轮转动，进而驱动与之啮合的圆弧齿条相对于尾舱20°范围内的往复转动，并联两条齿轮副使得其中之一转动架随动旋转，进而带动转动平台上固定的带桨推进器绕尾舱中心轴线发生20°范围内全方向偏转。

5.根据权利要求1所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：所述的阻尼支撑伸缩机构是由活动伸出杆、固定套杆、下球铰底座、下球铰活动杆构成，活动伸出杆嵌套于固定套杆并头尾配合两对球铰，通过带有阻尼的伸缩移动对尾舱和转动平台支撑。

6.根据权利要求1所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：AUV水下直航时，转动平台保持水平不动，当AUV水下需要转向时，转动平台可在20°范围内全向偏转使得AUV的带桨推进器同步偏转。

7.根据权利要求1所述的基于并联机构的水下AUV全向矢量推进装置，其特征在于：尾舱上并联两条运动支链，主动齿轮通过齿轮啮合使圆弧齿条绕尾舱平面中心点相对转动，通过并联两条运动支链，转动架左右轴可实现绕尾舱内孔和尾舱外孔随动转动，使得被转动的运动支链发生偏转。