CN119734811B - 一种水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置，依靠单台舵机就能同时控制水下航行器或拖体姿态与航向能，节约了水下航行器或拖体的安装空间，减小了设备重量，且原理简单可靠，简单易拆装。该控制装置包括壳体、舵机、三个舵板轴、三个电磁离合器、第一转臂以及第二转臂；每个舵板连接一个舵板轴，每个舵板轴通过一个电磁离合器连接一个转接轴；两个水平转接轴之间通过第二转臂同轴相连，第一转臂的一端与竖直转接轴相连，另一端与第二转臂配合，所述第二转臂转动时能够带动与第一转臂相连的竖直转接轴绕自身轴线转动；舵机前端推杆与第二转臂铰接，第二转臂能够将舵机推杆的直线运动转化为两个水平转接轴绕自身轴线的转动。

Description

一种水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置，具体涉及一种水下航行器或拖体姿态与航向控制装置，属于水下航行器及水下拖曳技术领域。

背景技术

水下航行器或拖体主要由主体结构、舵板和控制设备组成。通过调整舵板角度，实现对航行器或拖体姿态与航向的调节。水平方向，通过调整水平舵板攻角，提高或降低舵板上的升力，进而改变水下航行器或拖体的俯仰姿态；通过调整单侧舵板攻角，提高或降低单侧舵板上的升力，进而改变水下航行器或拖体的横滚姿态。竖直方向，通过调整竖直舵板攻角，提高或降低竖直舵板上的升力，进而改变水下航行器或拖体的航向。

当前，对水下航行器或拖体进行姿态与航向实时调整，一般采用水平方向布置2台舵机，独立对左右水平舵板攻角进行调节，再在竖直方向布置1台舵机，独立对竖直舵板攻角进行调节的方案。该方法存在安装空间大、舵机行程大、重量大、成本高和结构复杂等问题。

为此，有必要开发出一种安装空间小、舵机行程小、重量小、成本低以及结构简单的水下航行器或拖体姿态与航向控制装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置，依靠单台舵机就能同时实现控制水下航行器或拖体姿态与航向的功能，节约了水下航行器或拖体的安装空间，减小了设备重量，且原理简单可靠，简单易拆装。

本发明的技术方案为：一种水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置，包括三个舵板，分别为右水平舵、左水平舵和竖直舵，还包括：壳体、舵机、三个舵板轴、三个电磁离合器、第一转臂以及第二转臂；

所述安装基座用于将舵机支撑在壳体内，舵机铰接在安装基座上；舵机为直线舵机；

每个舵板连接一个舵板轴，每个舵板轴通过一个电磁离合器连接一个转接轴；

令与右水平舵和左水平舵对应的舵板轴相连的转接轴为水平转接轴，两个水平转接轴之间通过第二转臂同轴相连；与竖直舵对应的舵板轴相连的转接轴为竖直转接轴；所述第一转臂的一端与竖直转接轴相连，另一端与第二转臂配合，所述第二转臂转动时能够带动与第一转臂相连的竖直转接轴绕自身轴线转动；

所述舵机前端推杆与第二转臂铰接，第二转臂能够将舵机推杆的直线运动转化为两个水平转接轴绕自身轴线的转动。

作为本发明的一种优选方式：所述第一转臂水平设置，一端设置有与所述竖直转接轴连接的连接槽口；另一端具有柱形凸起；

所述第二转臂中部用于和两个水平转接轴同轴连接，下端延伸有与用于和舵机连接的双耳铰接座；轴向一端向上延伸有片状拨叉，所述拨叉上竖向开有拨叉槽口；

所述第一转臂端部的柱形凸起插入所述拨叉槽口中，能够在拨叉槽口中上下滑动；所述柱形凸起的轴线与竖直转接轴的轴线垂直相交。

作为本发明的一种优选方式：所述拨叉槽口为设置在所述拨叉上端的U形槽，其U形开口固定有挡板；

所述挡板下表面与柱形凸起对应位置设置有半圆形凹槽。

作为本发明的一种优选方式：所述舵板轴一端利用斜面锁紧原理与舵板固定；另一端留有与电磁离合器连接的键槽，通过销键与电磁离合器连接。

作为本发明的一种优选方式：所述舵板轴上设置有轴用弹性挡圈，防止舵板轴轴向窜动。

作为本发明的一种优选方式：当两个水平方向的电磁离合器均通电，竖直方向的电磁离合器断电时，所述右水平舵和左水平舵联动，竖直舵不动，能够控制水下航行器或拖体的俯仰；

当水平方向一侧的电磁离合器通电，竖直电磁离合器断电时，仅通电侧的水平舵转动，竖直舵不动，能够控制水下航行器或拖体的横滚；

当两个水平方向的电磁离合器断电，竖直方向的电磁离合器通电时，所述右水平舵和左水平舵不动，竖直舵转动，能够控制水下航行器或拖体的航向。

有益效果：

(1)本发明通过第一转臂和第二转臂以及三个电磁离合器的配合，能够依靠单台舵机就能同时实现控制水下航行器或拖体姿态与航向的功能，节约了水下航行器或拖体的安装空间，减小了设备重量，且原理简单可靠，简单易拆装。

(2)本发明中，通过依靠控制三个电磁离合器通断，能够使舵机不断的回到零位，循环推动第二转臂，大大降低对舵机行程的要求，减小舵机的尺寸和重量，进而节约了水下航行器或拖体的空间和重量。

(3)本发明适用性广泛，当对舵机和电磁离合器进行水密设计时，该装置可用于透水结构；当对右水平舵、左水平舵和竖直舵三者与壳体之间为动密封连接时，该装置也可用于水密结构。

附图说明

图1为本发明的水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置的整体结构图；

图2为第一转臂结构示意图；

图3为第一转臂与第二转臂连接示意图；

图4为舵板轴结构示意图。

其中：1-壳体，2-舵机，21-双耳铰接座、3-右水平舵，4-舵板轴，5-电磁离合器，6-转接轴、7-竖直舵、8-第一转臂、9-左水平舵、10-第二转臂、11-销轴、12-安装基座、121-单耳铰接座、13-连接槽口、14-柱形凸起、15-挡板、16-U形轴、17-沟槽、18-键槽、19-拨叉槽口，20-拨叉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。

本实施例提供一种水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置，依靠单台舵机就能同时实现控制水下航行器或拖体姿态与航向的功能。

如图1所示，该水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置包括：壳体1、一个舵机2、三个舵板轴4、三个电磁离合器5、一个第一转臂8、一个第二转臂10以及三个舵板，三个舵板分别为右水平舵3、左水平舵9、竖直舵7。

其中右水平舵3用于为水下航行器或拖体提供改变姿态的升力，布置在壳体1水平方向右侧；左水平舵9为水下航行器或拖体提供改变姿态的升力，布置在壳体1水平方向左侧；竖直舵7用于为水下航行器或拖体提供改变航向的升力，布置在壳体1上表面竖直方向。

其中，壳体1用于为安装基座12和舵板轴4提供安装平台；安装基座12用于将舵机2支撑在壳体1内，安装基座12留有与壳体1连接的底座以及与舵机2连接的单耳铰接座121。

舵机2用于为整个装置提供驱动，舵机2可以是做电力驱动的直线推杆，也可以是液压或气动驱动的直线推杆；其前端推杆(即舵机2的动力输出端)可做直线往复运动。舵机2的前端推杆留有鱼眼轴承作为铰接座(便于安装，消除扭矩的影响)，舵机2中部位置留有与安装基座12连接的双耳铰接座21，即舵机2通过双耳铰接座21与安装基座12上的单耳铰接座121铰接，使得舵机2可绕其与安装基座12的铰接处自由转动。

舵板轴4用于传递扭矩，右水平舵3、左水平舵9和竖直舵7各对应一个舵板轴4；舵板轴4一端与右水平舵3、左水平舵9或竖直舵7固定，另一侧通过紧固件和销键与电磁离合器5固定；即与竖直舵7相连的舵板轴4竖直设置，上端与竖直舵7相连，下端连接一个电磁离合器5；与右水平舵3相连的舵板轴4水平设置，右端与右水平舵3相连，左端连接一个电磁离合器5；与左水平舵9相连的舵板轴4水平设置，左端与右水平舵3相连，右端连接一个电磁离合器5。

每个舵板轴4通过电磁离合器5连接一个转接轴6，即电磁离合器5布置在对应的舵板轴4和转接轴6之间。电磁离合器5用于对应的舵板轴4与转接轴6之间的连接和切离，进而控制右水平舵3、竖直舵7、左水平舵9三者单独或同时随舵机2运动。

为描述方便，令与右水平舵3和左水平舵9对应的舵板轴4相连的转接轴6为水平转接轴，两个水平转接轴之间通过第二转臂10同轴相连；与竖直舵7对应的舵板轴4相连的转接轴6为竖直转接轴，竖直转接轴与第一转臂8的一端相连。转接轴6(包括水平转接轴和竖直转接轴)用于传递第二转臂10的转矩。

舵机2前端推杆与第二转臂10通过销轴11铰接，舵机2能够绕该铰接处自由转动，由此第二转臂10能够将舵机2推杆的直线运动转化为两个水平转接轴绕自身轴线的转动。

同时，第一转臂8另一端与第二转臂10配合，能够传递第二转臂10的转动，即第二转臂10转动时能够带动与第一转臂8相连的竖直转接轴绕自身轴线转动。

下面分别给出第一转臂8、第二转臂10以及舵板轴4的具体结构。

如图2所示，第一转臂8水平设置，一端留有与竖直转接轴连接的连接槽口13，通过标准紧固件与竖直转接轴固定；另一端设计有柱形凸起14，柱形凸起14轴线与第一转臂8的旋转中心线共面垂直。

如图3所示，第二转臂10中部用于和两个水平转接轴同轴连接(中部开设有用于和水平转接轴相连的槽口)，下端延伸有与舵机2连接的双耳铰接座，双耳铰接座上设置有双耳铰接孔；轴向一端向上延伸有片状拨叉20，拨叉20上竖向开有拨叉槽口19。第一转臂8与第二转臂10连接时，将第一转臂8前端的柱形凸起14插入第二转臂10的拨叉槽口19中，能够在该拨叉槽口19中上下滑动；柱形凸起14的轴线与竖直转接轴的轴线垂直相交。

作为一种示例，拨叉槽口19为设置在拨叉20上端的U形槽，其U形开口固定有挡板15，防止第一转臂8前端的柱形凸起14沿第二转臂10的拨叉槽口19滑动时脱落。挡板15下表面与柱形凸起14对应位置设置有半圆形凹槽。

由此，当舵机2启动后，其推杆伸缩，推动第二转臂10绕其自身轴线转动，带动两个水平转接轴转动；同时第二转臂10的拨叉槽口19对第一转臂8前端的柱形凸起14产生导向作用(即第二转臂10的拨叉推动第一转臂8前端的柱形凸起14)，带动第一转臂8绕其自身轴线转动。

如图4所示，舵板轴4一端设计为U形轴16，与对应的舵板连接，再利用斜面锁紧原理与舵板固定；舵板轴4上设计有沟槽17，供轴用弹性挡圈安装，防止安装过程中，舵板轴4向外从壳体1上脱开；舵板轴4另一端留有与电磁离合器5连接的键槽18，通过销键与电磁离合器5连接。

该控制装置的工作原理为：

水平方向上的两个电磁离合器5布置在左右舵板轴4和对应侧的转接轴6之间，舵板轴4与对应侧的舵板连接固定，左右两个转接轴6与第二转臂10连接固定；控制舵机2前端推杆做直线运动，带动第二转臂10转动，同时控制左右电磁离合器5的通断，实现左水平舵9、右水平舵3单独或者同时转动，进而控制水下航行器或拖体的横滚和俯仰。

竖直方向上的电磁离合器5同样布置在竖直设置的舵板轴4和竖直转接轴之间，竖直设置的舵板轴4与竖直舵7连接固定，竖直转接轴与第一转臂8连接固定，第一转臂8与第二转臂10配合，舵机2带动第二转臂10转动，进而带动第一转臂8和竖直转接轴绕竖直转接轴的轴线转动，控制电磁离合器5的通断，实现竖直舵7单独或随右水平舵3、左水平舵9转动，进而控制水下航行器或拖体的航向。

由此该控制装置通过控制三个电磁离合器5通断，能够控制右水平舵3、左水平舵9和竖直舵7是否随舵机2运动。典型控制工况为以下几种：

一、两个水平方向的电磁离合器5均通电，右水平舵3和左水平舵9联动，竖直方向的电磁离合器5断电，竖直舵7不动，控制水下航行器或拖体的俯仰；

二、水平方向一侧的电磁离合器5通电，右水平舵3和左水平舵9仅单个转动，竖直电磁离合器5断电，竖直舵7不动，控制水下航行器或拖体的横滚；

三、两个水平方向的电磁离合器5断电，右水平舵3和左水平舵9不动，竖直方向的电磁离合器5通电，竖直舵7转动，控制水下航行器或拖体的航向。

该控制装置能够依靠控制三个电磁离合器5通断，使舵机2不断的回到零位，循环推动第二转臂10，大大降低对舵机2行程的要求，减小舵机2的尺寸和重量。

该控制装置中，水平方向上，第二转臂10的旋转中心线与右水平舵3、左水平舵9的旋转中心线重合，与水平设置的舵板轴4、水平设置的电磁离合器5、水平设置的转接轴6的轴线重合，右水平舵3和左水平舵9可绕这条轴线转动；竖直方向上，竖直舵7的旋转中心线与竖直设置的舵板轴4、竖直设置的电磁离合器5竖直设置的和转接轴6的轴线重合，该轴线也为第一转臂8的旋转中心线，竖直舵7可绕这条轴线转动。

舵机2与安装基座12铰接固定，舵机2前端推杆与第二转臂10铰接，第一转臂8与第二转臂10滑动连接，舵机2推杆可做直线往复运动，带动第二转臂10旋转，第二转臂10带动第一转臂8旋转。

且该控制装置适用性广泛，舵机2和电磁离合器5进行水密设计时，该装置可用于透水结构；右水平舵3、左水平舵9和竖直舵7三者与壳体1之间为动密封连接时，该装置也可用于水密结构。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置，包括三个舵板，分别为右水平舵、左水平舵和竖直舵，其特征在于，还包括：壳体、舵机、三个舵板轴、三个电磁离合器、第一转臂以及第二转臂；

所述壳体用于为安装基座和舵板轴提供安装平台；

所述安装基座用于将舵机支撑在壳体内，舵机铰接在安装基座上；舵机为直线舵机；

每个舵板连接一个舵板轴，每个舵板轴通过一个电磁离合器连接一个转接轴；

令与右水平舵和左水平舵对应的舵板轴相连的转接轴为水平转接轴，两个水平转接轴之间通过第二转臂同轴相连；与竖直舵对应的舵板轴相连的转接轴为竖直转接轴；所述第一转臂的一端与竖直转接轴相连，另一端与第二转臂配合，所述第二转臂转动时能够带动与第一转臂相连的竖直转接轴绕自身轴线转动；

所述舵机前端推杆与第二转臂铰接，第二转臂能够将舵机推杆的直线运动转化为两个水平转接轴绕自身轴线的转动；

所述第一转臂水平设置，一端设置有与所述竖直转接轴连接的连接槽口；另一端具有柱形凸起；

所述第二转臂中部用于和两个水平转接轴同轴连接，下端延伸有与用于和舵机连接的双耳铰接座；轴向一端向上延伸有片状拨叉，所述拨叉上竖向开有拨叉槽口；

所述第一转臂端部的柱形凸起插入所述拨叉槽口中，能够在拨叉槽口中上下滑动；所述柱形凸起的轴线与竖直转接轴的轴线垂直相交。

2.如权利要求1所述的水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置，其特征在于，所述拨叉槽口为设置在所述拨叉上端的U形槽，其U形开口固定有挡板；

所述挡板下表面与柱形凸起对应位置设置有半圆形凹槽。

3.如权利要求1或2所述的水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置，其特征在于，所述舵板轴一端利用斜面锁紧原理与舵板固定；另一端留有与电磁离合器连接的键槽，通过销键与电磁离合器连接。

4.如权利要求3所述的水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置，其特征在于，所述舵板轴上设置有轴用弹性挡圈。

5.如权利要求1或2所述的水下航行器或拖体姿态与航向单舵机控制装置，其特征在于，当两个水平方向的电磁离合器均通电，竖直方向的电磁离合器断电时，所述右水平舵和左水平舵联动，竖直舵不动，能够控制水下航行器或拖体的俯仰；

当水平方向一侧的电磁离合器通电，竖直电磁离合器断电时，仅通电侧的水平舵转动，竖直舵不动，能够控制水下航行器或拖体的横滚；

当两个水平方向的电磁离合器断电，竖直方向的电磁离合器通电时，所述右水平舵和左水平舵不动，竖直舵转动，能够控制水下航行器或拖体的航向。