CN108482622B - 无人潜航器及其六螺旋桨同步推进机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种六螺旋桨同步推进机构，包括线性驱动件、旋转驱动件、主驱动齿轮、六个螺旋桨驱动件及六个螺旋桨，旋转驱动件用于驱动主驱动齿轮转动；六个螺旋桨驱动件环绕设置于旋转驱动件的周缘，每一螺旋桨驱动件包括驱动主体及由驱动主体驱动转动的驱动轴，每一驱动轴上设有与主驱动齿轮配合使用的齿轮面，六个螺旋桨分别固定地装设在六个驱动轴上，线性驱动件能够驱动旋转驱动件沿平行驱动轴的方向往复运动，以使得主驱动齿轮与齿轮面处于啮合状态或处于脱离啮合的状态。该六螺旋桨同步推进机构能够避免横滚现象的发生，且能够降低控制程序的复杂性，实现同步推进。本发明还提供一种采用该六螺旋桨同步推进机构的无人潜航器。

Description

无人潜航器及其六螺旋桨同步推进机构

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程装备技术领域，具体涉及一种六螺旋桨同步推进机构及具有该六螺旋桨同步推进机构的无人潜航器。

背景技术

目前，无人潜航器的结构形式有多种，在潜航器推进机构中主要包括单螺旋桨驱动结合尾舵控制转向、双螺旋桨驱动结合尾舵控制转向以及四螺旋桨驱动。其中单螺旋桨驱动无法抵消螺旋桨启停以及转速突变时的反作用力，极容易造成潜航器横滚，并且尾舵的优化控制属于世界性难题；双螺旋桨驱动的方案，虽然避免了横滚现象的发生，但是降低了总推水面积，动力不足；四螺旋桨驱动中传统采用四组电机推进，控制程序复杂，同步性差，容易造成微振动，误差累积造成航迹变化。

发明内容

针对上述存在的问题，有必要提供一种无人潜航器，其能够避免横滚现象的发生，且能够降低控制程序的复杂性，实现同步推进。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种无人潜航器，包括潜航器主体及导流罩，所述导流罩固定于所述潜航器主体的一端，所述导流罩内环绕所述导流罩的中心轴线间隔地开设有六个导水腔；所述无人潜航器还包括六螺旋桨同步推进机构，所述六螺旋桨同步推进机构包括线性驱动件、旋转驱动件、主驱动齿轮、六个螺旋桨驱动件及六个螺旋桨，所述线性驱动件、所述旋转驱动件及所述主驱动齿轮均装设于所述潜航器主体内；所述线性驱动件与所述旋转驱动件连接，所述旋转驱动件与所述主驱动齿轮连接，以驱动所述主驱动齿轮转动；六个螺旋桨驱动件环绕设置于所述旋转驱动件的周缘，每一螺旋桨驱动件包括驱动主体及由所述驱动主体驱动转动的驱动轴，所述驱动主体装设于所述潜航器主体内，六个所述驱动轴的自由末端分别位于六个所述导水腔内，每一所述驱动轴上设有与所述主驱动齿轮配合使用的齿轮面，所述六个螺旋桨分别位于六个所述导水腔内并固定地套接在相应的所述驱动轴上，所述线性驱动件能够驱动所述旋转驱动件沿平行所述驱动轴的方向往复运动，以使得所述主驱动齿轮与所述齿轮面处于啮合状态或处于脱离啮合的状态。

进一步地，所述旋转驱动件包括驱动本体及转动连接于所述驱动本体上的旋转轴，所述驱动本体与所述线性驱动件连接；所述主驱动齿轮固定地套接在所述旋转轴上。

进一步地，所述主驱动齿轮设有内花键，所述旋转轴上设有外花键，所述内花键与所述外花键相配合，以将所述主驱动齿轮与所述旋转轴固定地套接在一起。

进一步地，所述旋转轴上还套接有螺母，所述螺母抵靠于所述主驱动齿轮背向所述驱动本体的一侧。

进一步地，所述潜航器主体上还设有导槽，所述旋转轴的自由末端滑动地插设在所述导槽内，并能够在所述导槽内转动。

进一步地，所述驱动主体为电机，包括电机本体及由所述电机本体驱动转动的电机轴，所述驱动轴包括外齿轮联轴器及传动杆，所述外齿轮联轴器连接所述电机轴与所述传动杆，所述电机轴与所述传动杆的中心轴线重合，所述齿轮面设于所述外齿轮联轴器上；所述螺旋桨固定地套接于相应的传动杆上。

进一步地，所述六螺旋桨同步推进机构还包括安装板及固定板，所述安装板与所述固定板均固定于所述潜航器主体内，并且相对设置；所述线性驱动件装设在所述安装板面向所述固定板的一侧；所述驱动本***于所述安装板与所述固定板之间，所述旋转轴活动地穿设所述固定板；所述电机本体装设在所述固定板面向所述安装板的一侧，所述电机轴活动地穿设所述固定板；所述主驱动齿轮、所述齿轮面及所述螺旋桨均位于所述固定板背向所述安装板的一侧。

进一步地，六个所述螺旋桨均匀地分布在所述导流罩的一横截面上，六个所述螺旋桨的中心连线形成一圆环。

本发明还提供一种六螺旋桨同步推进机构，包括线性驱动件、旋转驱动件、主驱动齿轮、六个螺旋桨驱动件及六个螺旋桨，所述线性驱动件与所述旋转驱动件连接，所述旋转驱动件与所述主驱动齿轮连接，以驱动所述主驱动齿轮转动；六个螺旋桨驱动件环绕设置于所述旋转驱动件的周缘，每一螺旋桨驱动件包括驱动主体及由所述驱动主体驱动转动的驱动轴，每一所述驱动轴上设有与所述主驱动齿轮配合使用的齿轮面，所述六个螺旋桨分别固定地装设在六个所述驱动轴上，所述线性驱动件能够驱动所述旋转驱动件沿平行所述驱动轴的方向往复运动，以使得所述主驱动齿轮与所述齿轮面处于啮合状态或处于脱离啮合的状态。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的六螺旋桨同步推进机构，当主驱动齿轮与齿轮面啮合时，可利用旋转驱动件带动六个螺旋桨同步转动，进而实现同步推进，防止由于螺旋桨转速不一致导致的微振动；采用六螺旋桨驱动，转向力的反作用力相互抵消，避免横滚现象的发生；六螺旋桨由相应的螺旋桨驱动件单独驱动执行转向、上浮、下潜作业，简化了控制程序，降低了故障率，且推进、转向、上浮、下潜作业最多需同时控制三个驱动件，相较于现有技术的四螺旋桨驱动，其控制程序得到了简化；推进时采用三螺旋桨驱动的方案，相较于现有技术的双螺旋桨驱动，提高了总推水面积，推进动力得到增强。

2、本发明采用的齿轮联轴器在满足两轴之间传递动力的同时增加了齿轮传动的功能，实现了双动力源分别驱动螺旋桨。

附图说明

图1为本发明一较佳实施方式中无人潜航器的立体结构示意图。

图2为图1所示无人潜航器沿II-II线的剖视示意图。

图3为图2所示无人潜航器在A处的放大图。

图4为图1所示无人潜航器的右视图。

图5为图1所示无人潜航器中外齿轮联轴器的立体结构示意图。

主要元件符号说明：100-无人潜航器、2-潜航器主体、22-电控舱、24-潜航器头部、26-潜航器尾部、262-导槽、264-安装孔、3-导流罩、32-导水腔、4-六螺旋桨同步推进机构、42-线性驱动件、43-旋转驱动件、432-驱动本体、434-旋转轴438-螺母、44-主驱动齿轮、45-螺旋桨驱动件、451-驱动主体、452-电机本体、453-电机轴、454-驱动轴、455-齿轮面、456-外齿轮联轴器、457-传动杆、46-螺旋桨、461-第一螺旋桨、462-第二螺旋桨、463-第三螺旋桨、464-第四螺旋桨、465-第五螺旋桨、466-第六螺旋桨、47-安装板、48-固定板、482-贯通孔、484-贯穿孔、5-声呐、6-多普勒速度仪、7-橡胶天线、8-电池、9-浮力装置、10-控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本发明一较佳实施方式提供一种无人潜航器100，包括潜航器主体2、导流罩3及六螺旋桨同步推进机构4，导流罩3固定于潜航器主体2的一端，六螺旋桨同步推进机构4装设在潜航器主体2与导流罩3形成的空间内。

请同时参见图2，在本实施方式中，潜航器主体2包括电控舱22及分别连接于电控舱22相对两端的潜航器头部24及潜航器尾部26。潜航器头部24大致呈半椭圆形，其上安装有声呐5，潜航器头部24的内腔装有多普勒速度仪6。电控舱22的外顶部安装有橡胶天线7，电控舱22的腔内间隔地安装有电池8、浮力装置9及控制器10，该部分属于现有技术，为省略篇幅，这里不做详细介绍。请一并参加图3，潜航器尾部26设有导槽262及六个安装孔264。六个安装孔264环绕导槽262的周缘间隔设置，每一安装孔264沿潜航器主体2的轴向延伸，并连通潜航器尾部26与导流罩3。

请一并参加图4，导流罩3内环绕导流罩3的中心轴线间隔地开设有六个导水腔32，六个导水腔32分别与六个安装孔264连通。请同时参见图2至图4，六螺旋桨同步推进机构4包括线性驱动件42、旋转驱动件43、主驱动齿轮44、六个螺旋桨驱动件45及六个螺旋桨46。线性驱动件42、旋转驱动件43及主驱动齿轮44均装设于潜航器尾部26的腔体内。线性驱动件42与旋转驱动件43连接，以驱动旋转驱动件43沿平行潜航器主体2的轴线运动。旋转驱动件43与主驱动齿轮44连接，以驱动主驱动齿轮44转动，在本实施方式中，主驱动齿轮44在旋转驱动件43的带动下，以潜航器主体2的中心轴线为中心进行自转。六个螺旋桨驱动件45环绕设置于旋转驱动件43的周缘，每一螺旋桨驱动件45包括驱动主体451及由驱动主体451驱动转动的驱动轴454，在本实施方式中，驱动轴454与潜航器主体2的轴线平行。驱动主体451装设于潜航器尾部26的腔体内，六个驱动轴454远离驱动主体451的一端分别穿设六个安装孔264，以分别位于六个导水腔32内，每一驱动轴454上设有与主驱动齿轮44配合使用的齿轮面455。六个螺旋桨46分别位于六个导水腔32内并固定地套接在相应的驱动轴454上。线性驱动件42能够驱动旋转驱动件43沿平行驱动轴454的方向往复运动，以使得主驱动齿轮44与齿轮面455处于啮合状态或处于脱离啮合的状态。

在本实施方式中，六螺旋桨同步推进机构4还包括安装板47及固定板48。安装板47与固定板48均固定于潜航器尾部26的腔体内，并且相对设置。优选地，线性驱动件42为电动推拉杆，线性驱动件42装设在安装板47面向固定板48的一侧。可以理解，在其他实施方式中，也可以采用其他线性驱动件42，例如丝杆驱动机构。旋转驱动件43包括驱动本体432及转动连接于驱动本体432上的旋转轴434。驱动本体432与线性驱动件42连接，并位于安装板47与固定板48之间；旋转轴434远离驱动本体432的一端活动地穿设固定板48，滑动地插设在导槽262内并能够在导槽262内转动。在本实施方式中，固定板48上设有供旋转轴434穿过的贯通孔482，旋转轴434能够在该贯通孔482中转动。主驱动齿轮44固定地套接在旋转轴434上，并位于固定板48背向安装板47的一侧，具体为：主驱动齿轮44设有内花键(图未示)，旋转轴434上设有外花键(图未示)，内花键与外花键相配合，以将主驱动齿轮44与旋转轴434固定地套接在一起。旋转轴434上还套接有螺母438，螺母438抵靠于主驱动齿轮44背向驱动本体432的一侧，用于进一步限制主驱动齿轮44的运动，防止主驱动齿轮44沿旋转轴434的轴线移动。优选地，在本实施方式中，旋转驱动件43为电机，驱动本体432相应为电机的主体，旋转轴434为电机的电机轴。

在本实施方式中，驱动主体451为电机，包括电机本体452及由电机本体452驱动转动的电机轴453，电机本体452固定在固定板48面向安装板47的一侧，电机轴453活动地穿设固定板48，在本实施方式中，固定板48上设有供电机轴453穿过的贯穿孔484，电机轴453能够在该贯穿孔484中转动。请一并参见图5，驱动轴454包括外齿轮联轴器456及传动杆457，外齿轮联轴器456及传动杆457均位于固定板48背向安装板47的一侧。外齿轮联轴器456连接电机轴453与传动杆457，电机轴453与传动杆457的中心轴线重合，传动杆457活动地穿设相应的安装孔264，且传动杆457的相对两端分别位于潜航器尾部26及相应的导水腔32内。齿轮面455设于外齿轮联轴器456上。

六个螺旋桨46均匀地分布在导流罩3的一横截面上，六个螺旋桨46的中心连线形成一圆环。相邻两螺旋桨46与导流罩3中心连线的夹角α为60°。该设置能够六个螺旋桨46在运作时的受力更为平衡，使得潜航器运行稳定。在本实施方式中，六个螺旋桨46分别记为第一螺旋桨461、第二螺旋桨462、第三螺旋桨463、第四螺旋桨464、第五螺旋桨465及第六螺旋桨466。

在本实施方式中，线性驱动件42、旋转驱动件43的驱动本体432及六个螺旋桨驱动件45的驱动主体451均与控制器10电性连接，以通过控制器10控制线性驱动件42、旋转驱动件43及六个螺旋桨驱动件45的运作。

当无人潜航器100全速推进时，线性驱动件42驱动旋转驱动件43沿平行潜航器主体2轴线的方向朝远离固定板48运动，以与六个外齿轮联轴器456上的齿轮面455啮合，由旋转驱动件43带动旋转轴434及与该旋转轴434固定的主驱动齿轮44转动，进而带动六个外齿轮联轴器456旋转，使得与外齿轮联轴器456相连接的第一螺旋桨461、第二螺旋桨462、第三螺旋桨463、第四螺旋桨464、第五螺旋桨465及第六螺旋桨466同步转动，以实现无人潜航器100的全速推进。

无人潜航器100执行快速动力下潜作业时，线性驱动件42驱动旋转驱动件43及与旋转驱动件43连接的主驱动齿轮44朝靠近固定板48的方向运动，直至主驱动齿轮44与六个外齿轮联轴器456上的齿轮面455处于脱离啮合的状态，控制器10通过相应的螺旋桨驱动件45控制第一螺旋桨461、第二螺旋桨462及第六螺旋桨466转动，完成下潜作业。

无人潜航器100执行快速上浮作业时，线性驱动件42驱动旋转驱动件43及与旋转驱动件43连接的主驱动齿轮44朝靠近固定板48的方向运动，直至主驱动齿轮44与六个外齿轮联轴器456上的齿轮面455处于脱离啮合的状态，通过相应的螺旋桨驱动件45控制第三螺旋桨463、第四螺旋桨464及第五螺旋桨465转动，完成上浮作业。

无人潜航器100执行左转作业时，线性驱动件42驱动旋转驱动件43及与旋转驱动件43连接的主驱动齿轮44朝靠近定板48的方向运动，直至主驱动齿轮44与六个外齿轮联轴器456上的齿轮面455处于脱离啮合的状态，通过相应的螺旋桨驱动件45控制第五螺旋桨465及第六螺旋桨466转动，完成左转作业。

无人潜航器100执行右转作业时，线性驱动件42驱动旋转驱动件43及与旋转驱动件43连接的主驱动齿轮44朝靠近固定板48的方向运动，直至主驱动齿轮44与六个外齿轮联轴器456上的齿轮面455处于脱离啮合的状态，通过相应的螺旋桨驱动件45控制第二螺旋桨462及第三螺旋桨463转动，完成右转作业。

潜航器由上、下潜或左、右转向恢复到全速推进过程中时，首先相应的螺旋桨驱动件45停止转动，然后线性驱动件42驱动旋转驱动件43，直至主驱动齿轮44与六个外齿轮联轴器456完成啮合，由旋转驱动件43通过主驱动齿轮44带动六个外齿轮联轴器456旋转，进而使得与外齿轮联轴器456相连接的第一螺旋桨461、第二螺旋桨462、第三螺旋桨463、第四螺旋桨464、第五螺旋桨465及第六螺旋桨466同步转动，以实现无人潜航器100的全速推进。

可以理解，在其他实施方式中，六螺旋桨同步推进机构4还可以用于其他水下设备，例如水下机器人的推进作业。

可以理解，主驱动齿轮44与旋转轴434的连接方式不限于本实施例，例如，在其他实施方式中，还可利用焊接将主驱动齿轮44与旋转轴434固定连接在一起。

可以理解，安装板47及固定板48可以省略，此时，可将线性驱动件42及螺旋桨驱动件45的驱动主体451固定在潜航器尾部26上。

可以理解，螺旋桨驱动件45的结构不限于本实施方式，例如，在其他实施方式中，可通过一电机直接驱动相应的螺旋桨46转动，齿轮面455设置在电机的电机轴上。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (9)

1.一种无人潜航器，包括潜航器主体及导流罩，所述导流罩固定于所述潜航器主体的一端，其特征在于：所述导流罩内环绕所述导流罩的中心轴线间隔地开设有六个导水腔；所述无人潜航器还包括六螺旋桨同步推进机构，所述六螺旋桨同步推进机构包括线性驱动件、旋转驱动件、主驱动齿轮、六个螺旋桨驱动件及六个螺旋桨，所述线性驱动件、所述旋转驱动件及所述主驱动齿轮均装设于所述潜航器主体内；所述线性驱动件与所述旋转驱动件连接，所述旋转驱动件与所述主驱动齿轮连接，以驱动所述主驱动齿轮转动；六个螺旋桨驱动件环绕设置于所述旋转驱动件的周缘，每一螺旋桨驱动件包括驱动主体及由所述驱动主体驱动转动的驱动轴，所述驱动主体装设于所述潜航器主体内，六个所述驱动轴的自由末端分别位于六个所述导水腔内，每一所述驱动轴上设有与所述主驱动齿轮配合使用的齿轮面，所述六个螺旋桨分别位于六个所述导水腔内并固定地套接在相应的所述驱动轴上，所述线性驱动件能够驱动所述旋转驱动件沿平行所述驱动轴的方向往复运动，以使得所述主驱动齿轮与所述齿轮面处于啮合状态或处于脱离啮合的状态。

2.如权利要求1所述的无人潜航器，其特征在于：所述旋转驱动件包括驱动本体及转动连接于所述驱动本体上的旋转轴，所述驱动本体与所述线性驱动件连接；所述主驱动齿轮固定地套接在所述旋转轴上。

3.如权利要求2所述的无人潜航器，其特征在于：所述主驱动齿轮设有内花键，所述旋转轴上设有外花键，所述内花键与所述外花键相配合，以将所述主驱动齿轮与所述旋转轴固定地套接在一起。

4.如权利要求2所述的无人潜航器，其特征在于：所述旋转轴上还套接有螺母，所述螺母抵靠于所述主驱动齿轮背向所述驱动本体的一侧。

5.如权利要求2所述的无人潜航器，其特征在于：所述潜航器主体上还设有导槽，所述旋转轴的自由末端滑动地插设在所述导槽内，并能够在所述导槽内转动。

6.如权利要求2所述的无人潜航器，其特征在于：所述驱动主体为电机，包括电机本体及由所述电机本体驱动转动的电机轴，所述驱动轴包括外齿轮联轴器及传动杆，所述外齿轮联轴器连接所述电机轴与所述传动杆，所述电机轴与所述传动杆的中心轴线重合，所述齿轮面设于所述外齿轮联轴器上；所述螺旋桨固定地套接于相应的传动杆上。

7.如权利要求6所述的无人潜航器，其特征在于：所述六螺旋桨同步推进机构还包括安装板及固定板，所述安装板与所述固定板均固定于所述潜航器主体内，并且相对设置；所述线性驱动件装设在所述安装板面向所述固定板的一侧；所述驱动本***于所述安装板与所述固定板之间，所述旋转轴活动地穿设所述固定板；所述电机本体装设在所述固定板面向所述安装板的一侧，所述电机轴活动地穿设所述固定板；所述主驱动齿轮、所述齿轮面及所述螺旋桨均位于所述固定板背向所述安装板的一侧。

8.如权利要求1所述的无人潜航器，其特征在于：六个所述螺旋桨均匀地分布在所述导流罩的一横截面上，六个所述螺旋桨的中心连线形成一圆环。

9.一种六螺旋桨同步推进机构，其特征在于：包括线性驱动件、旋转驱动件、主驱动齿轮、六个螺旋桨驱动件及六个螺旋桨，所述线性驱动件与所述旋转驱动件连接，所述旋转驱动件与所述主驱动齿轮连接，以驱动所述主驱动齿轮转动；六个螺旋桨驱动件环绕设置于所述旋转驱动件的周缘，每一螺旋桨驱动件包括驱动主体及由所述驱动主体驱动转动的驱动轴，每一所述驱动轴上设有与所述主驱动齿轮配合使用的齿轮面，所述六个螺旋桨分别固定地装设在六个所述驱动轴上，所述线性驱动件能够驱动所述旋转驱动件沿平行所述驱动轴的方向往复运动，以使得所述主驱动齿轮与所述齿轮面处于啮合状态或处于脱离啮合的状态。