一种模块化水下机器人矢量推进机构论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种模块化水下机器人矢量推进机构，该结构由螺旋桨推进电机、圆周旋转模块和摆动模块排列为同一轴线上组成。实现推进机构的矢量化。与传统球面并联机构的矢量推进机构相比具有模块化、故障率低，控制精度高的特点。

主设计要求

1.一种模块化水下机器人的矢量推进机构，其特征在于包括螺旋桨推进电机、圆周旋转模块和摆动模块，螺旋桨推进电机、圆周旋转模块和摆动模块设置在同一轴线上；所述的圆周旋转模块包括圆周旋转驱动电机和圆周旋转部分防护壳，所述的摆动模块包括摆动驱动电机和摆动部分防护壳，圆周旋转驱动电机沿水平方向圆周旋转，圆周旋转驱动电机的输出轴与摆动驱动电机的机壳连接，实现带动摆动模块旋转；机壳另一端与螺旋桨推进电机相连接，摆动驱动电机的电机轴与圆周旋转驱动电机的输出轴垂直，摆动驱动电机沿竖直方向旋转，带动螺旋桨推进电机实现摆动。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种模块化水下机器人的矢量推进机构，其特征在于所述的圆周旋转驱动电机和摆动驱动电机均选用低速大转矩永磁电机，低速大转矩永磁电机内设置有电机编码器。

3.根据权利要求1所述的一种模块化水下机器人的矢量推进机构，其特征在于所述的圆周旋转部分防护壳与摆动部分防护壳贴合设置。

4.根据权利要求1所述的一种模块化水下机器人的矢量推进机构，其特征在于所述的圆周旋转驱动电机的端盖与水下机器人机体连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用于水下机器人的矢量推进机构，尤其涉及一种模块化水下机器人矢量推进机构，属于水下航行器技术领域。

背景技术

目前水下机器人多采用螺旋桨推进器作为推进装置，单个螺旋桨推进器只能产生大小可变而方向固定的推力，而当机器人需要进行不同方向导向操纵运动时，比如俯仰和偏转，就需要安装多个螺旋桨推进器来产生三维方向推进力。目前矢量推进机构如CN104029197A或CN201610141582.4中所描述将矢量推进的部件固定于一圆盘或圆环上，通过电机旋转带动连杆或者圆弧形导杆实现螺旋桨的矢量运行，该方案虽然实现了推进器的矢量推进，但其角度较小、结构复杂、重量大。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在：针对现有水下机器人推进技术问题，本实用新型提出一种模块化水下机器人矢量推进机构，该机构能够实现多姿态的矢量推进技术，提高水下机器人的低速转向能力和定位能力。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种模块化水下机器人的矢量推进机构，包括螺旋桨推进电机、圆周旋转模块和摆动模块，螺旋桨推进电机、圆周旋转模块和摆动模块设置在同一轴线上；所述的圆周旋转模块包括圆周旋转驱动电机和圆周旋转部分防护壳，所述的摆动模块包括摆动驱动电机和摆动部分防护壳，圆周旋转驱动电机沿水平方向圆周旋转，圆周旋转驱动电机的输出轴与摆动驱动电机的机壳连接，实现带动摆动模块旋转；机壳另一端与螺旋桨推进电机相连接，摆动驱动电机的电机轴与圆周旋转驱动电机的输出轴垂直，摆动驱动电机沿竖直方向旋转，带动螺旋桨推进电机实现摆动。

所述的圆周旋转驱动电机和摆动驱动电机均选用低速大转矩永磁电机，低速大转矩永磁电机内设置有电机编码器。

所述的圆周旋转部分防护壳与摆动部分防护壳贴合设置。

所述的圆周旋转驱动电机的端盖与水下机器人机体连接。

本实用新型的优点效果如下：

所述的圆周旋转模块可实现带动摆动模块旋转。摆动模块可带动螺旋桨主推进电机实现垂直或水平摆动。在摆动模块工作的同时，圆周模块工作。通过各模块中电机编码器可实现对角度的测量与控制，进而实现三维度矢量推进。若去掉圆周模块则系统可通过摆动模块实现二位矢量推进。本实用新型所述各模块均采用低速大转矩永磁直驱电机，无需连杆导杆等其他结构，实现矢量推进，具有集成化高、故障率低、角度精度高的特点。

附图说明

图1 三维矢量推进机构剖视图。

图2 二维矢量推进机构剖视图。

图3是圆周旋转驱动电机和摆动驱动电机工作原理图。

图中：1- 水下机器人机体，2-圆周旋转驱动电机，3-圆周旋转部分防护壳，4-摆动驱动电机，5-摆动部分防护壳，6-螺旋桨推进电机，7-输出轴，8-电机轴。

具体实施方式

实施例

如图1所示，一种模块化水下机器人的矢量推进机构，包括螺旋桨推进电机6、圆周旋转模块和摆动模块，螺旋桨推进电机6、圆周旋转模块和摆动模块设置在同一轴线上；所述的圆周旋转模块包括圆周旋转驱动电机2和圆周旋转部分防护壳3，所述的摆动模块包括摆动驱动电机4和摆动部分防护壳5，圆周旋转驱动电机沿水平方向圆周旋转，圆周旋转驱动电机的输出轴7与摆动驱动电机的机壳连接，实现带动摆动模块旋转；机壳另一端与螺旋桨推进电机6相连接，摆动驱动电机的电机轴8与圆周旋转驱动电机的输出轴7垂直，摆动驱动电机4沿竖直方向旋转，带动螺旋桨推进电机实现摆动。所述的圆周旋转部分防护壳3与摆动部分防护壳5贴合设置。所述的圆周旋转驱动电机的端盖与水下机器人机体1连接。

所述的圆周旋转驱动电机和摆动驱动电机均选用低速大转矩永磁电机，低速大转矩永磁电机内设置有电机编码器，电机编码器可实现对角度的测量与控制，进而实现三维度矢量推进角度和位置的测量与控制。

如图2所示，本实用新型可去掉圆周模块，则将摆动模块中的摆动驱动低速大转矩永磁电机4直接与水下机器人机体1连接，通过摆动驱动低速大转矩永磁电机4轴端的电机编码器，实现对二维矢量推进角度和位置的测量。

本实用新型圆周旋转驱动电机和摆动驱动电机的工作原理，如图3所示，圆周旋转驱动电机2沿水平方向圆周旋转，摆动驱动电机4沿竖直方向旋转；当摆动驱动电机4设置在固定角度，圆周旋转驱动电机2旋转一周则摆动驱动电机4伸出端在空间内形成一个圆的轨迹；随着角度的变化，将形成一个半径为摆动驱动电机4伸出端的半球面因此通过设置圆周旋转驱动电机2的角度和摆动驱动电机4的角度就可实现在球面内的固定坐标推进，即实现了三维矢量。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制，本实用新型的保护范围不受具体实施例所限制。

设计图

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主设计要求

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设计说明书

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