一种混合动力波浪滑翔机用的矢量推进装置

摘要

本发明公开了一种混合动力波浪滑翔机用的矢量推进装置：舵机设置舵机固定壳内部，舵机旋转轴与内部转盘啮合，内部转盘固接外部转盘轴底部，外部转盘轴上部穿过舵机固定壳顶部；尾翼固定组件包括L型尾翼固定组件和下部尾翼固定组件；仿生尾翼导流装置包括上部尾翼和下部尾翼；外部转盘轴上部与上部尾翼固接；螺旋桨推进器底部固定推进器连接底座，推进器连接底座固定于L型尾翼固定组件外壁；舵机动力源转换装置接头设置于舵机固定壳外壁与舵机电连接，螺旋桨推进器动力源转换装置接头嵌入下部尾翼与螺旋桨推进器电连接。本发明可以提供矢量运动，将电能通过合理的控制方法转化为其运行所需动力源，作为牵引机的主动推进方式。

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种混合动力波浪滑翔机用的矢量推进装置。

背景技术

传统波浪滑翔机按照初始设计在无人干预的情况下，依靠波浪作为驱动的单一动力，在解决了能源无限供给的同时，机动性能受制于海况的现象十分严重。由于波浪滑翔机单纯由波浪环境获取的航速较低，三级海况下的航速一般不大于1节，这样的航速与很多海域的表面流速大小接近。在有海流的海区，当海况较低、无法获取足够大的航速时，一旦波浪滑翔机的目标航向与流向相对，波浪滑翔机就很难前进运动，甚至会倒退并随波逐流，失去了其原有的机动特性。当远程航行需要跨越较大面流海区或在海流区进行控位作业时，在单一波浪动力无法满足应用需求的情况下，短时间的辅助推进非常有必要。同时，波浪滑翔机可以通过自携的太阳能发电装置实现电能转化与存储，如何充分利用存储的电能使其转化为波浪滑翔机前进所需的动力具有重要意义。

发明内容

在传统单一波浪动力滑翔机水下牵引机的基础上，本发明提出一种混合动力波浪滑翔机用的矢量推进装置，可以提供矢量运动，将电能通过合理的控制方法转化为其运行所需动力源，作为波浪滑翔机的主动辅助推进方式，能够保证矢量推进装置的操控性、传动效率和稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明混合动力波浪滑翔机用的矢量推进装置，包括舵机、舵机固定壳、仿生尾翼导流装置、固定转接组件、螺旋桨推进器、螺旋桨推进器动力源转换装置接头、舵机动力源转换装置接头，所述固定转接组件包括尾翼固定组件和推进器连接底座；

所述舵机设置于舵机固定壳内部，所述舵机的顶部旋转轴与内部转盘内圆啮合，所述内部转盘固定连接于外部转盘轴底部，所述外部转盘轴上部穿过上部轴承，从舵机固定壳顶部凸显出来；

所述尾翼固定组件包括固定于舵机固定壳顶部和侧壁的L型尾翼固定组件和设置于舵机固定壳底部的下部尾翼固定组件；所述仿生尾翼导流装置包括上部尾翼和下部尾翼，所述上部尾翼通过L型尾翼固定组件固定于舵机固定壳顶部，所述下部尾翼通过下部尾翼固定组件固定于舵机固定壳底部；所述外部转盘轴上部与上部尾翼固定连接；

所述螺旋桨推进器底部固定有推进器连接底座，所述推进器连接底座固定于L型尾翼固定组件下部分外壁；所述舵机动力源转换装置接头设置于舵机固定壳外壁与舵机电连接，所述螺旋桨推进器动力源转换装置接头嵌入下部尾翼与螺旋桨推进器电连接。

所述舵机固定壳由上、中、下三个长方体壳体组成，分别为舵机上壳体、舵机中壳体、舵机下壳体，每个壳体四个角均有螺纹孔所述下部尾翼固定组件，通过螺栓将三个壳体连接成一整块；所述舵机上壳体内部设置有用于安装上部轴承和外部转盘轴的阶梯型通孔，所述舵机中壳体内部设置有用于安装内部转盘和舵机上部主体的通孔，所述舵机上壳体和舵机中壳体外部同侧均设置有用于与牵引机固定连接的螺栓，所述舵机下壳体内部设置有用于放置舵机下部主体的凹槽，所述舵机下壳体侧壁设置有布线孔，线缆通过布线孔将舵机动力源转换装置接头和舵机电连接。

所述舵机上部主体位于舵机中壳体内部，所述舵机下部主体位于舵机下壳体内部，所述舵机通过舵机固定板和螺栓与舵机中壳体内壁固定连接。

所述舵机下壳体底部设置有与其一体结构的凸轴；所述下部尾翼固定组件一侧通过螺钉与L型尾翼固定组件连接成一体，另一侧上端开有阶梯孔，该阶梯孔内的下部轴承和舵机下壳体底部的凸轴活动连接；所述下部尾翼固定组件与下部尾翼通过螺钉固定连接，所述下部尾翼跟随下部尾翼固定组件转动，所述下部尾翼内部设置有布线凹槽，线缆通过布线凹槽将螺旋桨推进器动力源转换装置接头和螺旋桨推进器电连接。

所述外部转盘轴包括一体结构的阶梯上轴和固定圆盘；所述阶梯上轴的阶梯部分穿过舵机上壳体顶部与L型尾翼固定组件连接，所述阶梯上轴上部设置有通孔，通过螺栓与上部尾翼固定连接；所述固定圆盘和内部转盘外围设置有固定螺纹孔，所述固定圆盘与内部转盘重合后使用螺钉固定，外部转盘轴通过螺栓固定于内部转盘顶部；所述固定圆盘位于舵机上壳体内部，且上部轴承也位于舵机上壳体内部。

所述上部尾翼底部设置有长方形凹槽，此凹槽覆盖L型尾翼固定组件上端部分，上部尾翼跟随L型尾翼固定组件转动。

所述螺旋桨推进器底部有法兰，通过法兰与推进器连接底座连接成一体，所述推进器连接底座上有螺纹孔，通过螺钉将推进器连接底座紧固于L型尾翼固定组件侧壁，螺旋桨推进器跟随L型尾翼固定组件转动。

所述舵机和螺旋桨推进器分别远程控制，舵机启动后带动尾翼和螺旋桨推进器一起左右各45度范围内摆动，螺旋桨推进器启动后产生向前推力带动牵引机运动，舵机和螺旋桨推进器的共同作用力使牵引机产生矢量推进运动。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明构件采用分体式、模块化加工方式，舵机固定壳、内部转盘等采用CNC机械加工，仿生尾翼导流装置则采用3D打印，多种加工技术互相配合共同成型；应用钛合金、航空铝、碳纤维等材料强度高、耐腐蚀性能好，可以保证长期工作于恶劣的海水环境；整体构件装配简单，安装拆卸方便，后期易拆装，易维护。

(2)本发明中舵机和螺旋桨推进器分别与动力源转换装置连接，可以满足单独环境下导流需求或者推进力需求，两种方式配合使用操控性能好，传动效率高，实现矢量运动的速度快，能够满足波浪滑翔机水下牵引机在海中高效实现矢量运动，提高其机动性能。

(3)本发明中螺旋桨推进器和仿生尾翼导流装置通过固定转接组件固定在舵机固定壳上，通过螺栓固定于牵引机主梁，通过将主梁当中的电能以合理的控制方法转化为螺旋桨推进器和仿生尾翼导流装置所需动力源，通过螺旋桨推进器和仿生尾翼导流装置联合性控制，牵引机即可主动产生矢量推进力。

(4)本发明成本低，操控性好，传动效率高，稳定性强，能为波浪滑翔机提供波浪动力外的辅助有效推进力和导向作用。

附图说明

图1是本发明主体剖视后内部结构示意图；

图2是本发明外型示意图；

图3是本发明中外部转盘轴主视图；

图4是本发明中外部转盘轴仰视图；

图5是本发明中舵机、内部转盘、外部转盘轴以及上部轴承结构连接关系示意图；

图6是本发明中螺旋桨推进器、推进器连接底座以及尾翼固定组件连接方式示意图。

附图标记：1-舵机中壳体；2-舵机上壳体；3-外部转盘轴；301-阶梯上轴；302固定圆盘；303固定螺纹孔；4-上部尾翼；5-上部轴承；6-内部转盘；7-舵机；8-L型尾翼固定组件；9-推进器连接底座；10-螺旋桨推进器；11-下部尾翼；12-螺旋桨推进器动力源转换装置接头；13-下部尾翼固定组件；14-下部轴承；15-舵机下壳体；16-舵机动力源转换装置接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1至图6所示，本发明混合动力波浪滑翔机用的矢量推进装置，主要包括舵机7、舵机固定壳、仿生尾翼导流装置、固定转接组件、螺旋桨推进器10、螺旋桨推进器动力源转换装置接头12、舵机动力源转换装置接头16，所述固定转接组件包括尾翼固定组件和推进器连接底座9。

所述舵机固定壳由上、中、下三个长方体壳体组成，分别为舵机上壳体2、舵机中壳体1、舵机下壳体15，每个壳体四个角均有螺纹孔所述下部尾翼固定组件13，通过螺栓将三个壳体连接成一整块。所述舵机7上部主体位于舵机中壳体1内部，所述舵机7下部主体位于舵机下壳体15内部，所述舵机7通过舵机固定板和螺栓与舵机中壳体1内壁固定连接。所述舵机7的顶部旋转轴与内部转盘6内圆啮合，所述内部转盘6固定连接于外部转盘轴3底部，所述外部转盘轴3上部穿过上部轴承5，从舵机固定壳顶部凸显出来。所述舵机动力源转换装置接头16设置于舵机固定壳外壁与舵机7电连接。

其中，所述舵机上壳体2内部设置有用于安装上部轴承5和外部转盘轴3的阶梯型通孔，所述舵机中壳体1内部设置有用于安装内部转盘6和舵机7上部主体的通孔，所述舵机上壳体2和舵机中壳体1外部同侧均设置有用于与牵引机固定连接的螺栓，所述舵机下壳体15内部设置有用于放置舵机7下部主体的凹槽，所述舵机下壳体15侧壁设置有布线孔，线缆通过布线孔将舵机动力源转换装置接头16和舵机7电连接。

所述尾翼固定组件包括固定于舵机固定壳顶部和侧壁的L型尾翼固定组件8和设置于舵机固定壳底部的下部尾翼固定组件13。所述仿生尾翼导流装置包括上部尾翼4和下部尾翼11，所述上部尾翼4通过L型尾翼固定组件8固定于舵机固定壳顶部，所述下部尾翼11通过下部尾翼固定组件13固定于舵机固定壳底部。所述外部转盘轴3上部与上部尾翼4固定连接。所述螺旋桨推进器动力源转换装置接头12嵌入下部尾翼11与螺旋桨推进器10电连接。

其中，所述外部转盘轴3包括一体结构的阶梯上轴301和固定圆盘302。所述阶梯上轴301的阶梯部分穿过舵机上壳体2顶部与L型尾翼固定组件8连接，所述阶梯上轴301上部设置有通孔，通过螺栓与上部尾翼4固定连接。所述固定圆盘302和内部转盘6外围设置有固定螺纹孔303，所述固定圆盘302与内部转盘6重合后使用螺钉固定，外部转盘轴3通过螺栓固定于内部转盘6顶部。所述固定圆盘302位于舵机上壳体2内部，且上部轴承5也位于舵机上壳体2内部。

其中，所述上部尾翼4底部设置有长方形凹槽，此凹槽覆盖L型尾翼固定组件8上端部分，上部尾翼4可以跟随L型尾翼固定组件8转动。所述舵机下壳体15底部设置有与其一体结构的凸轴。所述下部尾翼固定组件13一侧通过螺钉与L型尾翼固定组件8连接成一体，另一侧上端开有阶梯孔，该阶梯孔内的下部轴承14和舵机下壳体15底部的凸轴活动连接。所述下部尾翼固定组件13与下部尾翼11通过螺钉固定连接，所述下部尾翼11跟随下部尾翼固定组件13转动，所述下部尾翼11内部设置有布线凹槽，线缆通过布线凹槽将螺旋桨推进器动力源转换装置接头12和螺旋桨推进器10电连接。

所述螺旋桨推进器10底部有法兰，通过法兰与推进器连接底座9固定连接成一体，所述推进器连接底座9上有螺纹孔，通过螺钉将推进器连接底座9紧固于L型尾翼固定组件8下部分外壁，保证螺旋桨推进器10可以跟随L型尾翼固定组件8转动。

本发明中，所述舵机固定壳、内部转盘6等采用CNC机械加工，仿生尾翼导流装置则采用3D打印，多种加工技术互相配合共同成型；固定外壳采用钛合金材料制作，尾翼固定组件和推进器连接底座9采用航空铝制作，上部尾翼4和下部尾翼11采用碳纤维制作。

组装后，舵机固定壳固定舵机7，同时上下都有凸出的轴，固定转接组件作为中间构件连接螺旋桨推进器10和仿生尾翼导流装置跟随舵机7绕舵机固定壳凸出轴转动。使用时，通过舵机上壳体2、舵机中壳体1处的螺栓连接固定在牵引机上，分别远程单独控制舵机7和螺旋桨推进器10启动，舵机7启动后可以带动仿生尾翼导流装置和螺旋桨推进器10一起左右各45度范围内摆动，螺旋桨推进器10启动后产生向前推力带动牵引机运动，舵机7和螺旋桨推进器10的共同作用力使牵引机产生矢量推进运动。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。