專利名稱：水下機器人用推進系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于水下機器人領域，具體地說是一種可轉向式的水下機器人用推進系統。
背景技術：
水下機器人是一種工作于水下的極限作業機器人，能夠在水下執行特定任務的水下可移動裝置，又稱潛水器。一般的水下機器人在水中的運動具有3-6個自由度，為了實現水下機器人運動的可控性與靈活性，需要為水下機器人配備多個固定式推進器，或者多個固定式推進器與多個舵相配合，這樣無疑會增加水下機器人系統的復雜性、體積、重量、成本等
實用新型內容
為了解決固定式推進器存在的上述問題，本實用新型的目的在于提供一種可轉向式的水下機器人用推進系統。該推進系統可用于實現水下機器人的多自由度運動。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的本實用新型包括轉向艙及安裝在轉向艙內的轉向軸、傳動機構、驅動機構、電子單元組件，其中驅動機構通過傳動機構與轉向軸連接、驅動轉向軸轉動，所述轉向軸的兩端由轉向艙的兩側穿出、分別安裝有推進器，兩個推進器隨所述轉向軸同步轉動；所述驅動機構及兩個推進器分別與所述電子單元組件相連，由電子單元組件分別控制驅動機構及兩個推進器，實現推進系統多個自由度。其中所述驅動機構包括轉向電機及行星齒輪減速器，所述傳動機構包括電機端齒輪及軸端齒輪，其中行星齒輪減速器安裝在轉向艙的轉向艙殼上，一端與轉向電機同軸相連，另一端連接有電機端齒輪，所述軸端齒輪安裝在轉向軸上、與所述電機端齒輪相嚙合；所述電機端齒輪及軸端齒輪為等徑的直齒圓柱齒輪；所述行星齒輪減速器的輸出軸上套合有電機軸套，所述電機端齒輪套合在電機軸套、并通過長緊定螺釘軸向定位；所述軸端齒輪與轉向軸鍵連接，并通過短緊定螺釘軸向定位；在轉向艙殼上通過電位計固定件固接有旋轉電位計，該旋轉電位計的中心孔與所述電機軸套的軸端相套合；所述轉向軸兩端的兩個推進器的軸線相平行；所述轉向艙包括轉向艙殼及安裝在轉向艙殼兩端的左艙蓋及右艙蓋，其中左、右艙蓋分別通過軸承與所述轉向軸連接，兩端的軸承外側均設有安裝在左、右艙蓋上的透蓋，所述透蓋與軸承之間設有套在轉向軸上的唇形密封圈；所述轉向艙殼的外表面上設有至少三個水密接插件；所述電子單元組件通過固定螺栓固接在所述右艙蓋上；所述轉向艙內安裝有與電子單元組件相連的深度計；所述電子單元組件包括主體框架、保護管、繼電器、轉向電機驅動器、推進器電機驅動器、電子羅盤、電源板、轉接板及控制板，其中保護管安裝在主體框架上，所述轉向軸由保護管內穿過，繼電器、轉向電機驅動器、推進器電機驅動器、電子羅盤、電源板、轉接板及控制板分別安裝在保護管兩端的周圍；所述主體框架由四根連接桿連接左側固定板及右側固定板構成，所述保護管的兩端分別插入左、右側固定板的中心孔內，保護管的中心軸線與左、右側固定板的中心軸線共線；所述繼電器、轉向電機驅動器及推進順電機驅動器分別固定在左側固定板的內表面上，所述右側固定板內表面、位于保護管的上下兩側分別固接有電路板固定件，電源板、轉接板及控制板分別安裝在電路板固定件上，所述電子羅盤通過固定件固接在右側固定板的內表面上。本實用新型的優點與積極效果為I.本實用新型將兩個相同的推進器垂直安裝于同一根轉向軸上，結構簡單緊湊，兩個推進器的轉向具有嚴格的同步性；通過控制轉向軸的轉動以及分別控制兩個推進器，可以實現任意方向的直線與回轉運動，使推進系統具有多個自由度。2.本實用新型的傳動裝置采用一對等徑直齒圓柱齒輪傳動，傳動比準確，傳動可
O3.本實用新型將兩個推進器的驅動器以及轉向電機的驅動器、控制板、電子羅盤、深度計都集成地安裝于轉向艙內，實現了很好的模塊化設計。4.本實用新型安裝有電子羅盤和深度計，能實時反饋推進系統的姿態信息和深度信息；安裝有旋轉電位計，能實時反饋推進器的轉角信息。5.本實用新型成本低，外形尺寸小，重量輕，可控性強，功能齊全，易于安裝在水下機器人上。
圖I為本實用新型轉向艙的結構原理圖；圖2為圖I的A-A剖視圖；圖3為本實用新型電子單元組件的結構示意圖；圖4為圖3的B-B剖視圖；圖5為本實用新型的使用狀態圖；其中1為轉向軸,2為透蓋,3為唇形密封圈,4為調心球軸承,5為左艙蓋,6為旋轉電位計，7為電位計固定件,8為電機端齒輪,9為長緊定螺釘,10為電機軸套，11為軸端齒輪，12為平鍵，13為短緊定螺釘，14為行星齒輪減速器，15為轉向電機，16為轉向艙殼，17為深度計，18為固定螺柱,19為右艙蓋,20為深溝球軸承,21為水密接插件,22為電子單元組件，23為左側固定板，24為繼電器，25為轉向電機驅動器，26為推進器電機驅動器，27為保護管，28為連接桿，29為電路板固定件，30為右側固定板，31為電子羅盤，32為固定件，33為電源板，34為轉接板，35為控制板，36為左推進器，37推進器固定件，38為轉向艙，39為右推進器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。如圖I、圖2及圖5所示，本實用新型包括轉向艙38及安裝在轉向艙38內的轉向軸I、傳動機構、驅動機構、電子單元組件22，其中驅動機構包括轉向電機15及行星齒輪減速器14，傳動機構包括電機端齒輪8及軸端齒輪11，轉向艙38包括轉向艙殼16及安裝在轉向艙殼16左右兩端的左艙蓋5及右艙蓋19，左艙蓋5及右艙蓋19分別通過螺釘固定在轉向艙殼16的左右兩個端面，左艙蓋5的中心孔內設有調心球軸承4，右艙蓋19的中心孔內設有深溝球軸承20,左艙蓋5及右艙蓋19上通過調心軸承4與深溝球軸承20安裝有可轉動的轉向軸1，調心軸承4與深溝球軸承20分別套設在轉向軸I兩端，調心軸承4可對轉向軸I的微小偏斜進行自動補償；兩端的調心軸承4與深溝球軸承20的外側均設有通過螺釘固定在左、右艙蓋5、19上的透蓋2，調心軸承4與深溝球軸承20均通過透蓋2進行軸向定位，每一端的透蓋2與該端的軸承之間均設有安裝在該端透蓋2上的唇形密封圈3，該唇形密封圈3套在轉向軸I上，保證轉向軸I在轉動的時候，外界的水不會泄露到艙內。轉向軸I通過調心球軸承4及深溝球軸承20與左艙蓋5及右艙蓋19連接，并由兩端的透蓋2穿出，轉向軸I的左右兩端分別通過推進器固定件37連接有左推進器36、右推進器39，左推進器36、右推進器39是型號相同的推進器，并且兩個推進器分別單獨控制，安裝時兩個推進器的軸線互相平行。 行星齒輪減速器14通過螺釘固定在轉向艙殼16上,一端與轉向電機15同軸相連，另一端連接有電機端齒輪8 ;該電機端齒輪8套合在電機軸套10上，電機軸套10套合在行星齒輪減速器14的輸出軸上，并通過長緊定螺釘9進行軸向定位。軸端齒輪11與轉向軸I之間通過平鍵12連接，并通過短緊定螺釘13進行軸向定位；電機端齒輪8與軸端齒輪11之間為齒輪嚙合傳動，電機端齒輪8及軸端齒輪11為等徑的直齒軸圓柱齒輪。電位計固定件7通過螺釘連接固定在轉向艙殼16上，旋轉電位計6通過螺釘連接固定在電位計固定件7上，旋轉電位計6的中心孔與電機軸套10的小軸端相套合。在轉向艙殼16的外表面上設有至少三個水密接插件21，本實施例在轉向艙殼16的外表面上設置了三個水密接插件。在轉向艙38內安裝有與電子單元組件22相連的深度計17。電子單元組件22通過固定螺栓18固接在右艙蓋19上，驅動機構及兩個推進器分別與電子單元組件22相連，由電子單元組件22分別控制驅動機構及兩個推進器，實現推進系統多個自由度。如圖3、圖4所示，本實用新型的電子單元組件22包括由四根連接桿28連接左側固定板23及右側固定板30構成的主體框架以及繼電器24、轉向電機驅動器25、推進器電機驅動器26、保護管27、電路板固定件29、電子羅盤31、固定件32、電源板33、轉接板34及控制板35，左側固定板23與右側固定板30通過四個連接桿28相連接，保護管27的兩端分別插入到左側固定板23與右側固定板30的中心孔內，保護管27的中心軸線與左、右側固定板23、30的中心軸線共線，轉向軸I由保護管27內穿過、并穿過左側固定板23及右側固定板30 ;保護管27不僅起著保證左側固定板23與右側固定板30同心的作用，還能起著避免轉向軸I掛磨推進系統內部連接線路的作用；在左側固定板23的中心孔旁還有開有一通孔，行星齒輪減速器14及轉向電機15由該通孔穿過；繼電器24、轉向電機驅動器25與推進器電機驅動器26均通過螺釘固定在左側固定板23的內表面上，轉向電機驅動器25與轉向電機15相連，推進器電機驅動器26有兩個，分別通過兩個水密接插件21與左推進器36及右推進器39相連；右側固定板30內表面、位于保護管27的上下兩側分別固接有電路板固定件29，電子羅盤31通過螺釘固定在固定件32上，固定件32通過螺釘固定在右側固定板30上；電源板33、轉接板34與控制板35均通過塑料螺釘固定在兩個相同的電路板固定件29上，兩個電路板固定件29均通過螺釘固定在右側固定板30的內表面上。本實用新型的工作原理為如圖I 5所示，整個推進系統通過外部電源供電，外部電源通過其中一個水密接插件21與轉向艙38內的電源板33相連接，給整個推進系統供電；左推進器37與右推進器40也通過另外兩個水密接插件21 (三個水密接插件，其中一個為接受外部供電與水面控制信息，另外兩個分別連接兩個推進器)與轉向艙38內的推進器電機驅動器26 (兩個推進器電機驅動器，分別控制兩個推進器的作用)以及控制板35相連接；深度計17感知整個推進系統所處的深度，并將深度信息反饋給控制板35 ；電子羅盤31感知整個推進系統的姿態信息(航向角，縱傾角，橫滾角)，并將姿態信息反饋給控制板35 ;繼電器24起著關閉左推進器37與右推進器40的動力電的作用，在不需要推進器工作的情況下起著保護推進器以及節能的作用；若需要轉向軸I轉動到某一設定角度，控制板35啟動轉向電機驅動器25開始工作，從而驅動轉向電機15，轉向電機15通過行星齒輪減速器14減速后將轉動傳遞給電機端齒輪8,電機端齒輪8通過齒輪嚙合傳動將旋轉運動傳遞給軸端齒輪11,軸端齒輪11通過平鍵12將運動傳 遞給轉向軸I ;旋轉電位計6感知電機端齒輪8的旋轉角度，由于電機端齒輪8與軸端齒輪11的嚙合傳動比為I : 1，所以旋轉電位計6感知的角度即為轉向軸I的角度；當轉向軸I旋轉到指定角度時，轉向電機15停止工作。如圖5所示(I)若使整個推進系統沿Y軸方向運動，只需讓左推進器37與右推進器40以相同的轉速同步運動即可；(2)若使整個推進系統繞Z軸做旋轉運動，控制左推進器37與右推進器40以不同轉速或正反不同轉向運動即可；(3)若使整個推進系統沿X軸方向運動，先執行動作⑵，使推進系統繞Z軸旋轉90度，然后左推進器37與右推進器40以相同的轉速同步運動即可；(4)若使整個推進系統沿Z軸方向運動，轉向軸I先旋轉90度，然后左推進器37與右推進器40以相同的轉速同步運動即可； (5)若使整個推進系統繞Y軸做旋轉運動，轉向軸I先旋轉90度，然后控制左推進器37與右推進器40以不同轉速或正反不同轉向運動；(6)若使整個推進系統繞X軸做旋轉運動，先執行動作(2)，使系統旋轉90度，然后控制轉向軸I旋轉90度，然后控制左推進器37與右推進器40以不同轉速或正反不同轉向運動。由上述分析可知，通過控制轉向軸I的轉動以及分別控制左推進器37與右推進器40，可以實現任意方向的直線與回轉運動。本實用新型可作為一種結構緊湊、成本低廉的推力系統掛載在水下機器人上，為水下機器人的運動與控制提供了一個簡單、實用的新方法。本實用新型的電子羅盤31為市購產品，購置于美國PNI Corporation公司，型號為TCM3 ;深度計17為市購產品，購置于American Sensor Technologies公司，型號為AST4000A00100 ;控制板35為市購產品，購置于天漠科技有限公司，型號是為SAM6300i。
權利要求1.一種水下機器人用推進系統，其特征在于包括轉向艙(38)及安裝在轉向艙(38)內的轉向軸(I)、傳動機構、驅動機構、電子單元組件(22)，其中驅動機構通過傳動機構與轉向軸⑴連接、驅動轉向軸⑴轉動，所述轉向軸⑴的兩端由轉向艙(38)的兩側穿出、分別安裝有推進器，兩個推進器隨所述轉向軸(I)同步轉動；所述驅動機構及兩個推進器分別與所述電子單元組件(22)相連，由電子單元組件(22)分別控制驅動機構及兩個推進器，實現推進系統多個自由度。
2.按權利要求I所述的水下機器人用推進系統，其特征在于所述驅動機構包括轉向電機(15)及行星齒輪減速器(14)，所述傳動機構包括電機端齒輪(8)及軸端齒輪(11)，其中行星齒輪減速器(14)安裝在轉向艙(38)的轉向艙殼(16)上，一端與轉向電機(15)同軸相連，另一端連接有電機端齒輪(8)，所述軸端齒輪(11)安裝在轉向軸(I)上、與所述電機端齒輪(8)相嚙合。
3.按權利要求2所述的水下機器人用推進系統，其特征在于所述電機端齒輪(8)及軸端齒輪(11)為等徑的直齒圓柱齒輪。
4.按權利要求2所述的水下機器人用推進系統，其特征在于所述行星齒輪減速器(14)的輸出軸上套合有電機軸套(10)，所述電機端齒輪(8)套合在電機軸套(10)、并通過長緊定螺釘(9)軸向定位；所述軸端齒輪(11)與轉向軸(I)鍵連接，并通過短緊定螺釘(13)軸向定位；在轉向艙殼(16)上通過電位計固定件(7)固接有旋轉電位計出)，該旋轉電位計出)的中心孔與所述電機軸套(10)的軸端相套合。
5.按權利要求I所述的水下機器人用推進系統，其特征在于所述轉向軸(I)兩端的兩個推進器的軸線相平行。
6.按權利要求I所述的水下機器人用推進系統，其特征在于所述轉向艙(38)包括轉向艙殼(16)及安裝在轉向艙殼(16)兩端的左艙蓋(5)及右艙蓋(19)，其中左、右艙蓋(5、19)分別通過軸承與所述轉向軸(I)連接，兩端的軸承外側均設有安裝在左、右艙蓋(5、19)上的透蓋(2)，所述透蓋(2)與軸承之間設有套在轉向軸(I)上的唇形密封圈(3);所述轉向艙殼(16)的外表面上設有至少三個水密接插件(21)。
7.按權利要求6所述的水下機器人用推進系統，其特征在干所述電子單元組件(22)通過固定螺栓(18)固接在所述右艙蓋(19)上。
8.按權利要求I所述的水下機器人用推進系統，其特征在干所述轉向艙(38)內安裝有與電子單元組件(22)相連的深度計(17)。
9.按權利要求I或7所述的水下機器人用推進系統，其特征在于所述電子單元組件(22)包括主體框架、保護管(27)、繼電器(24)、轉向電機驅動器(25)、推進器電機驅動器(26)、電子羅盤(31)、電源板(33)、轉接板(34)及控制板(35)，其中保護管(27)安裝在主體框架上，所述轉向軸(I)由保護管(27)內穿過，繼電器(24)、轉向電機驅動器(25)、推進器電機驅動器(26)、電子羅盤(31)、電源板(33)、轉接板(34)及控制板(35)分別安裝在保護管(27)兩端的周圍。
10.按權利要求9所述的水下機器人用推進系統，其特征在于所述主體框架由四根連接桿(28)連接左側固定板(23)及右側固定板(30)構成，所述保護管(27)的兩端分別插入左、右側固定板(23、30)的中心孔內，保護管(27)的中心軸線與左、右側固定板(23、30)的中心軸線共線；所述繼電器(24)、轉向電機驅動器(25)及推進順電機驅動器(26)分別固定在左側固定板 (23)的內表面上，所述右側固定板(30)內表面、位于保護管(27)的上下兩側分別固接有電路板固定件(29)，電源板(33)、轉接板(34)及控制板(35)分別安裝在電路板固定件(29)上，所述電子羅盤(31)通過固定件(32)固接在右側固定板(30)的內表面上。
專利摘要本實用新型屬于水下機器人領域，具體地說是一種可轉向式的水下機器人用推進系統，包括轉向艙及安裝在轉向艙內的轉向軸、傳動機構、驅動機構、電子單元組件，驅動機構通過傳動機構與轉向軸連接、驅動轉向軸轉動，轉向軸的兩端由轉向艙的兩側穿出、分別安裝有推進器，兩個推進器隨轉向軸同步轉動；驅動機構及兩個推進器分別與電子單元組件相連，由電子單元組件分別控制驅動機構及兩個推進器，實現推進系統多個自由度。本實用新型具有結構簡單緊湊，尺寸小，重量輕，成本低，可靠性高，可控性強，功能齊全，易于安裝在水下機器人上等優點。
文檔編號B63G8/08GK202368775SQ201120497939
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者曾俊寶, 李一平, 李碩, 金文明 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所