一種并聯式水下矢量推進器的制造方法
【專利摘要】一種并聯式水下矢量推進器，主要包括機架、換向臺，連接機架、換向臺的三條運動支鏈。每條運動支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，下連桿與機架通過轉動副或球副連接，下連桿與中連桿通過轉動副或球副連接，中連桿與上連桿通過轉動副連接，上連桿與換向臺通過轉動副或球副連接；三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，耦合連桿一端與運動支鏈中的中連桿固聯，另一端與中心連桿通過轉動副連接。本發明可實現換向臺相對機架做兩自由度轉動，且具有體積小、剛度大、精度高、轉動工作空間大等優點，可廣泛應用于船舶推進系統。
【專利說明】
一種并聯式水下矢量推進器
技術領域
[0001]本發明涉及一種矢量推進器，特別涉及一種并聯式水下矢量推進器。
技術背景
[0002]目前用于水下觀測、考察和開發的載運器具主要有載人潛水器和無人潛水器，隨著水下作業任務的多樣化和水下環境的復雜化，研究人員對潛水器的操縱性和機動性提出了更高的要求。在此背景下，采用傳統的鰭舵式控制方法的潛水器在一定程度上已經無法滿足任務要求，尤其在低速運動時舵的操縱性存在明顯的減弱。為提高潛水器的靈活性，研制新型具有矢量推進器的潛水器是有效的解決方案之一。
[0003]矢量推進也被稱為推力轉向技術，是指空間運動物體的推進系統除了提供前進推力外，還能同時或單獨的在航行體的俯仰、偏航等方向上提供推力和力矩，用以部分或全部取代舵面產生的動力來進行控制。傳統的矢量推進器多為串聯機構，為使矢量推進器能更加穩定、精確地驅動潛水器在水下按照指定航跡運動，需要進一步地提高矢量推進機構的剛度、運動精度及響應速度。相比傳統的串聯式矢量推進器，并聯式矢量推進器具有結構緊湊、剛度大、精度高等特點，更加適合作為潛水器的矢量推進機構。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明提供一種并聯式水下矢量推進器，該矢量推進器具有空間兩轉動自由度，且具有體積小、剛度大、轉動工作空間大等優點。
[0005]本發明的技術方案具體如下:
[0006]本發明主要包括機架、換向臺、連接機架、換向臺的三條運動支鏈，其有兩種連接方式:
[0007]第一種連接方式:每條運動支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，第一運動支鏈A中的下連桿A—端與機架通過球副A連接，下連桿A另一端與中連桿A—端通過第二轉動副A連接，中連桿A另一端與上連桿A—端通過第三轉動副A連接，上連桿A另一端與換向臺通過第四轉動副A連接;第二運動支鏈B中的下連桿B—端與機架通過第一轉動副B連接，下連桿B另一端與中連桿B—端通過球副B連接，中連桿B另一端與上連桿B—端通過第三轉動副B連接，上連桿B另一端與換向臺通過第四轉動副B連接;第三運動支鏈C中的下連桿C 一端與機架通過第一轉動副C連接，下連桿C另一端與中連桿C一端通過球副C連接，中連桿C另一端與上連桿C 一端通過第三轉動副C連接，上連桿C另一端與換向臺通過第四轉動副C連接。
[0008]所述三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運動支鏈中的中連桿固聯，耦合連桿另一端與中心連桿通過轉動副連接，三條耦合連桿與中心連桿連接的三個轉動副的軸線相互重合形成一條軸線，設該條軸線為中心軸線L;所述第二轉動副A軸線、第一轉動副B軸線、第一轉動副C軸線、中心軸線L匯交于一點K;所述第三轉動副A軸線、第四轉動副A軸線、第三轉動副B軸線、第四轉動副B軸線、第三轉動副C軸線、第四轉動副C軸線、中心軸線L匯交于一點G，點G與所述點K不重合。
[0009]所述中心連桿的一端通過第一萬向鉸與動力輸入軸連接，且第一萬向鉸的轉動中心與所述點K重合；中心連桿的另一端通過第二萬向鉸與動力輸出軸連接，且第二萬向鉸的轉動中心與所述點G重合。所述動力輸出軸與換向臺通過換向臺軸承連接，換向臺軸承的外環與換向臺固聯，換向臺軸承的內環與動力輸出軸固聯，葉輪與所述動力輸出軸固聯。所述動力輸入軸與機架通過機架軸承E和機架軸承F連接，機架軸承E的軸線和機架軸承F的軸線重合，上述兩個機架軸承的外環皆與機架固聯，兩個機架軸承的內環皆與動力輸入軸固聯。
[0010]所述第二運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器B驅動，直線驅動器B的輸出桿與下連桿B通過第六轉動副B連接，直線驅動器B的尾端與機架通過第七轉動副B連接，所述第一轉動副B軸線、第六轉動副B軸線、第七轉動副B軸線相互平行;所述第三運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器C驅動，直線驅動器C的輸出桿與下連桿C通過第六轉動副C連接，直線驅動器C的尾端與機架通過第七轉動副C連接，所述第一轉動副C軸線、第六轉動副C軸線、第七轉動副C軸線相互平行。
[0011 ]第二種連接方式:每條運動支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，第一運動支鏈A中的下連桿A—端與機架通過第一球副A連接，下連桿A另一端與中連桿A—端通過第二轉動副A連接，中連桿A另一端與上連桿A—端通過第三轉動副A連接，上連桿A另一端與換向臺通過第四球副A連接;第二運動支鏈B中的下連桿B—端與機架通過第一轉動副B連接，下連桿B另一端與中連桿B—端通過球副B連接，中連桿B另一端與上連桿B—端通過第三轉動副B連接，上連桿B另一端與換向臺通過第四轉動副B連接;第三運動支鏈C中的下連桿C 一端與機架通過第一轉動副C連接，下連桿C另一端與中連桿C一端通過球副C連接，中連桿C另一端與上連桿C 一端通過第三轉動副C連接，上連桿C另一端與換向臺通過第四轉動副C連接。
[0012]上述三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運動支鏈中的中連桿固聯，耦合連桿另一端與中心連桿通過轉動副連接，三條耦合連桿與中心連桿連接的三個轉動副的軸線相互重合形成一條軸線，設該條軸線為中心軸線L;所述第二轉動副A軸線、第一轉動副B軸線、第一轉動副C軸線、中心軸線L匯交于一點K;所述第三轉動副A軸線、第四轉動副A軸線、第三轉動副B軸線、第四轉動副B軸線、第三轉動副C軸線、第四轉動副C軸線、中心軸線L匯交于一點G，點G與所述點K不重合。
[0013]所述中心連桿的一端通過第一萬向鉸與動力輸入軸連接，且第一萬向鉸的轉動中心與所述點K重合；中心連桿的另一端通過第二萬向鉸與動力輸出軸連接，且第二萬向鉸的轉動中心與所述點G重合。所述動力輸出軸與換向臺通過換向臺軸承連接，換向臺軸承的外環與換向臺固聯，換向臺軸承的內環與動力輸出軸固聯，葉輪與所述動力輸出軸固聯。所述動力輸入軸與機架通過機架軸承E和機架軸承F連接，機架軸承E的軸線和機架軸承F的軸線重合，上述兩個機架軸承的外環皆與機架固聯，兩個機架軸承的內環皆與動力輸入軸固聯。
[0014]所述第二運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器B驅動，直線驅動器B的輸出桿與下連桿B通過第六轉動副B連接，直線驅動器B的尾端與機架通過第七轉動副B連接，所述第一轉動副B軸線、第六轉動副B軸線、第七轉動副B軸線相互平行;所述第三運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器C驅動，直線驅動器C的輸出桿與下連桿C通過第六轉動副C連接，直線驅動器C的尾端與機架通過第七轉動副C連接，所述第一轉動副C軸線、第六轉動副C軸線、第七轉動副C軸線相互平行。
[0015]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0016](I)換向臺相對機架轉動工作空間大，轉動角度可達± 90度，大大提高了矢量推進器的靈活性；(2)本矢量推進器整體的體積小、結構緊湊、剛度大；(3)換向臺運動解耦、便于運動控制；(4)矢量推進器中的三條運動支鏈之間相互耦合，大大提高了整體結構力學性能，可適用于高速、重載推進器領域中。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明實施例1立體結構示意簡圖.
[0018]圖2是本發明實施例1立體結構示意簡圖.
[0019]圖3是本發明實施例2立體結構示意簡圖.
[0020]圖4是本發明實施例2立體結構示意簡圖.
[0021]圖5是本發明局部結構示意簡圖.
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，在所有實施例中，所述Rij表示一個轉動副，Si j表示一個球面副，其中i，j為自然數。
[0023]實施例1
[0024]如圖1、圖2及圖5所示，是本發明公開的第I個實施例，一種并聯式水下矢量推進器，主要包括機架1、換向臺2、連接機架1、換向臺2的三條運動支鏈，三條運動支鏈的具體連接方式如下:
[0025]第一運動支鏈由下連桿A4、中連桿A5和上連桿A6組成，下連桿A4—端與機架I之間通過球副S11連接，下連桿A4另一端與中連桿A5通過轉動副Rl 2連接，上連桿A6—端與中連桿A5通過轉動副R13連接，上連桿A6另一端與換向臺2之間通過轉動副R14連接;第二運動支鏈由下連桿B4、中連桿B5和上連桿B6組成，下連桿B4—端與機架I之間通過轉動副R21連接，下連桿B4另一端與中連桿B5通過球副S22連接;上連桿B6—端與中連桿B5通過轉動副R23連接，上連桿B6另一端與換向臺2之間通過轉動副R24連接;第三運動支鏈由下連桿C4、中連桿C5和上連桿C6組成，下連桿C4 一端與機架I之間通過轉動副R31連接，下連桿C4另一端與中連桿C5通過球副S32連接;上連桿C6—端與中連桿C5通過轉動副R33連接，上連桿C6另一端與換向臺2之間通過轉動副R34連接。
[0026]三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿11相互連接，每條運動支鏈與中心連桿11之間均由一條耦合連桿連接，其中第一耦合連桿A7—端與第一運動支鏈中的中連桿A5固聯，耦合連桿A7另一端與中心連桿11通過轉動副R15連接;第二耦合連桿B7—端與第二運動支鏈中的中連桿B5固聯，耦合連桿B7另一端與中心連桿11通過轉動副R25連接；第三耦合連桿C7—端與第三運動支鏈中的中連桿C5固聯，耦合連桿C7另一端與中心連桿11通過轉動副R35連接。所述轉動副R15軸線、轉動副R25軸線、轉動副R35軸線相互重合形成一條軸線，設該條軸線為中心軸線L。所述轉動副R12軸線、轉動副R21軸線、轉動副R31軸線、中心軸線L匯交于一點K;所述轉動副R13的軸線、轉動副R14軸線、轉動副R23軸線、轉動副R24軸線、轉動副R33軸線、轉動副R34軸線、中心軸線L匯交于一點G，點G與所述點K不重合。[0027 ]所述中心連桿11的一端通過萬向鉸UI與動力輸入軸12連接，且萬向鉸UI的轉動中心與所述點K重合；中心連桿11的另一端通過萬向鉸U2與動力輸出軸14連接，且萬向鉸U2的轉動中心與所述點G重合。所述動力輸出軸14與換向臺2通過換向臺軸承1連接，換向臺軸承10的外環與換向臺2固聯，換向臺軸承10的內環與動力輸出軸14固聯，葉輪3與動力輸出軸14固聯。所述動力輸入軸12與機架I之間通過機架軸承9和機架軸承13連接，機架軸承9的軸線和機架軸承13的軸線重合，上述兩個機架軸承的外環皆與機架I固聯，兩個機架軸承的內環皆與動力輸入軸12固聯。
[0028]所述第二運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器B8驅動，直線驅動器B8的輸出桿與第二運動支鏈中的下連桿B4通過轉動副R26連接，直線驅動器B8尾端與機架I通過轉動畐IJR27連接，所述轉動副R21軸線、轉動副R26軸線、轉動副R27軸線相互平行。
[0029]所述第三運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器C8驅動，直線驅動器C8的輸出桿與第三運動支鏈中的下連桿C4通過轉動副R36連接，直線驅動器CS尾端與機架I通過轉動畐IJR37連接，所述轉動副R31軸線、轉動副R36軸線、轉動副R37軸線相互平行。
[0030]實施例2
[0031]如圖3、圖4及圖5所示，是本發明公開的第2個實施例，一種并聯式水下矢量推進器，主要包括機架1、換向臺2、連接機架1、換向臺2的三條運動支鏈，三條運動支鏈的具體連接方式如下:
[0032]第一運動支鏈由下連桿A4、中連桿A5和上連桿A6組成，下連桿A4—端與機架I之間通過球副S11連接，下連桿A4另一端與中連桿A5通過轉動副Rl 2連接，上連桿A6—端與中連桿A5通過轉動副Rl 3連接，上連桿A6另一端與換向臺2之間通過球副S14連接;第二運動支鏈由下連桿B4、中連桿B5和上連桿B6組成，下連桿B4—端與機架I之間通過轉動副R21連接，下連桿B4另一端與中連桿B5通過球副S22連接；上連桿B6—端與中連桿B5通過轉動副R23連接，上連桿B6另一端與換向臺2之間通過轉動副R24連接;第三運動支鏈由下連桿C4、中連桿C5和上連桿C6組成，下連桿C4 一端與機架I之間通過轉動副R31連接，下連桿C4另一端與中連桿C5通過球副S32連接;上連桿C6—端與中連桿C5通過轉動副R33連接，上連桿C6另一端與換向臺2之間通過轉動副R34連接。
[0033]三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿11相互連接，每條運動支鏈與中心連桿8之間均由一條耦合連桿連接，其中第一耦合連桿A7—端與第一運動支鏈中的中連桿A5固聯，耦合連桿A7另一端與中心連桿11通過轉動副R15連接;第二耦合連桿B7—端與第二運動支鏈中的中連桿B5固聯，耦合連桿B7另一端與中心連桿11通過轉動副R25連接；第三耦合連桿C7—端與第三運動支鏈中的中連桿C5固聯，耦合連桿C7另一端與中心連桿11通過轉動副R35連接。所述轉動副R15軸線、轉動副R25軸線、轉動副R35軸線相互重合形成一條軸線，設該條軸線為中心軸線L。所述轉動副R12軸線、轉動副R21軸線、轉動副R31軸線、中心軸線L匯交于一點K;所述轉動副R13的軸線、轉動副R23軸線、轉動副R24軸線、轉動副R33軸線、轉動副R34軸線、中心軸線L匯交于一點G，點G與所述點K不重合。
[0034]所述中心連桿11的一端通過萬向鉸UI與動力輸入軸12連接，且萬向鉸UI的轉動中心與所述點K重合；中心連桿11的另一端通過萬向鉸U2與動力輸出軸14連接，且萬向鉸U2的轉動中心與所述點G重合。所述動力輸出軸14與換向臺2通過換向臺軸承1連接，換向臺軸承10的外環與換向臺2固聯，換向臺軸承10的內環與動力輸出軸14固聯，葉輪3與動力輸出軸14固聯。所述動力輸入軸12與機架I之間通過機架軸承9和機架軸承13連接，機架軸承9的軸線和機架軸承13的軸線重合，上述兩個機架軸承的外環皆與機架I固聯，兩個機架軸承的內環皆與動力輸入軸12固聯。
[0035]所述第二運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器B8驅動，直線驅動器B8的輸出桿與第二運動支鏈中的下連桿B4通過轉動副R26連接，直線驅動器B8尾端與機架I通過轉動畐IJR27連接，所述轉動副R21軸線、轉動副R26軸線、轉動副R27軸線相互平行。
[0036]所述第三運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器C8驅動，直線驅動器C8的輸出桿與第三運動支鏈中的下連桿C4通過轉動副R36連接，直線驅動器CS尾端與機架I通過轉動畐IJR37連接，所述轉動副R31軸線、轉動副R36軸線、轉動副R37軸線相互平行。
【主權項】
1.一種并聯式水下矢量推進器，主要包括機架、換向臺、連接機架、換向臺的三條運動支鏈，其特征是:每條運動支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，第一運動支鏈A中的下連桿A—端與機架通過球副A連接，下連桿A另一端與中連桿A—端通過第二轉動副A連接，中連桿A另一端與上連桿A—端通過第三轉動副A連接，上連桿A另一端與換向臺通過第四轉動副A連接;第二運動支鏈B中的下連桿B—端與機架通過第一轉動副B連接，下連桿B另一端與中連桿B—端通過球副B連接，中連桿B另一端與上連桿B—端通過第三轉動副B連接，上連桿B另一端與換向臺通過第四轉動副B連接;第三運動支鏈C中的下連桿C 一端與機架通過第一轉動副C連接，下連桿C另一端與中連桿C一端通過球副C連接，中連桿C另一端與上連桿C一端通過第三轉動副C連接，上連桿C另一端與換向臺通過第四轉動副C連接； 所述三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運動支鏈中的中連桿固聯，耦合連桿另一端與中心連桿通過轉動副連接，三條耦合連桿與中心連桿連接的三個轉動副的軸線相互重合形成一條軸線，設該條軸線為中心軸線L;所述第二轉動副A軸線、第一轉動副B軸線、第一轉動副C軸線、中心軸線L匯交于一點K；所述第三轉動副A軸線、第四轉動副A軸線、第三轉動副B軸線、第四轉動副B軸線、第三轉動副C軸線、第四轉動副C軸線、中心軸線L匯交于一點G，點G與所述點K不重合。2.根據權利要求1所述的一種并聯式水下矢量推進器，其特征是:所述中心連桿的一端通過第一萬向鉸與動力輸入軸連接，且第一萬向鉸的轉動中心與所述點K重合；中心連桿的另一端通過第二萬向鉸與動力輸出軸連接，且第二萬向鉸的轉動中心與所述點G重合。3.根據權利要求2所述的一種并聯式水下矢量推進器，其特征是:所述動力輸出軸與換向臺通過換向臺軸承連接，換向臺軸承的外環與換向臺固聯，換向臺軸承的內環與動力輸出軸固聯，葉輪與所述動力輸出軸固聯。4.根據權利要求2所述的一種并聯式水下矢量推進器，其特征是:所述動力輸入軸與機架通過機架軸承E和機架軸承F連接，機架軸承E的軸線和機架軸承F的軸線重合，上述兩個機架軸承的外環皆與機架固聯，兩個機架軸承的內環皆與動力輸入軸固聯。5.根據權利要求1所述的一種并聯式水下矢量推進器，其特征是:所述第二運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器B驅動，直線驅動器B的輸出桿與下連桿B通過第六轉動副B連接，直線驅動器B的尾端與機架通過第七轉動副B連接，所述第一轉動副B軸線、第六轉動副B軸線、第七轉動副B軸線相互平行；所述第三運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器C驅動，直線驅動器C的輸出桿與下連桿C通過第六轉動副C連接，直線驅動器C的尾端與機架通過第七轉動副C連接，所述第一轉動副C軸線、第六轉動副C軸線、第七轉動副C軸線相互平行。6.—種并聯式水下矢量推進器，主要包括機架、換向臺、連接機架、換向臺的三條運動支鏈，其特征是:每條運動支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，第一運動支鏈A中的下連桿A—端與機架通過第一球副A連接，下連桿A另一端與中連桿A—端通過第二轉動副A連接，中連桿A另一端與上連桿A—端通過第三轉動副A連接，上連桿A另一端與換向臺通過第四球副A連接;第二運動支鏈B中的下連桿B—端與機架通過第一轉動副B連接，下連桿B另一端與中連桿B—端通過球副B連接，中連桿B另一端與上連桿B—端通過第三轉動副B連接，上連桿B另一端與換向臺通過第四轉動副B連接;第三運動支鏈C中的下連桿C 一端與機架通過第一轉動副C連接，下連桿C另一端與中連桿C一端通過球副C連接，中連桿C另一端與上連桿C一端通過第三轉動副C連接，上連桿C另一端與換向臺通過第四轉動副C連接； 上述三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運動支鏈中的中連桿固聯，耦合連桿另一端與中心連桿通過轉動副連接，三條耦合連桿與中心連桿連接的三個轉動副的軸線相互重合形成一條軸線，設該條軸線為中心軸線L;所述第二轉動副A軸線、第一轉動副B軸線、第一轉動副C軸線、中心軸線L匯交于一點K；所述第三轉動副A軸線、第四轉動副A軸線、第三轉動副B軸線、第四轉動副B軸線、第三轉動副C軸線、第四轉動副C軸線、中心軸線L匯交于一點G，點G與所述點K不重合。7.根據權利要求6所述的一種并聯式水下矢量推進器，其特征是:所述中心連桿的一端通過第一萬向鉸與動力輸入軸連接，且第一萬向鉸的轉動中心與所述點K重合；中心連桿的另一端通過第二萬向鉸與動力輸出軸連接，且第二萬向鉸的轉動中心與所述點G重合。8.根據權利要求7所述的一種并聯式水下矢量推進器，其特征是:所述動力輸出軸與換向臺通過換向臺軸承連接，換向臺軸承的外環與換向臺固聯，換向臺軸承的內環與動力輸出軸固聯，葉輪與所述動力輸出軸固聯。9.根據權利要求7所述的一種并聯式水下矢量推進器，其特征是:所述動力輸入軸與機架通過機架軸承E和機架軸承F連接，機架軸承E的軸線和機架軸承F的軸線重合，上述兩個機架軸承的外環皆與機架固聯，兩個機架軸承的內環皆與動力輸入軸固聯。10.根據權利要求6所述的一種并聯式水下矢量推進器，其特征是:所述第二運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器B驅動，直線驅動器B的輸出桿與下連桿B通過第六轉動副B連接，直線驅動器B的尾端與機架通過第七轉動副B連接，所述第一轉動副B軸線、第六轉動畐IjB軸線、第七轉動副B軸線相互平行;所述第三運動支鏈為主動運動支鏈，由直線驅動器C驅動，直線驅動器C的輸出桿與下連桿C通過第六轉動副C連接，直線驅動器C的尾端與機架通過第七轉動副C連接，所述第一轉動副C軸線、第六轉動副C軸線、第七轉動副C軸線相互平行。
【文檔編號】B63G8/08GK105836081SQ201610173313
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發明人】褚宏鵬, 孫通帥
【申請人】褚宏鵬