[发明专利]一种水下自航行器的方向调节装置及其控制方法

说明书

本发明属于海洋环境监测和海底资源勘探领域，具体涉及一种水下自航行器的方向调节装置及其控制方法。通过耐压舱体上的固定板与水下自航行器的舱体相连；通过上下或左右对称的一对舵机同步带动各自的一对直齿轮做啮合运动，从而将舵机的转动转化为舵轴的转动，舵轴又将转动传递给舵，通过控制两个对称舵的同步偏转，来控制整个水下自航行器的运动方向；耐压舱体与舵充分考虑水动力的影响，耐压舱体采用锥体外形设计，舵采用流线形外形设计。本发明具有结构简单，拆装方便，能耗低，工作可靠等特点，高效快速的方向调节能力，提高了水下自航行器的机动性。

技术领域：

本发明属于海洋环境监测和海底资源勘探领域，具体涉及一种水下自航行器的方向调节装置及其控制方法。

背景技术：

由于海洋资源开发的需要以及海洋环境监测的迫切需要，世界上很多发达国家不断更新本国管辖海域的海洋环境监测系统，强化世界共有海域的海洋环境和资源调查监测手段。水下自航行器作为海洋环境和资源调查监测的重要手段越来越受到各国的重视。水下自航行器(AUV)，又称自治水下机器人，它不配备主缆和系缆，自己带有推进装置、能源和摄像系统，一般没有机械手，动力为电池。由于受自带能源的限制，水下自航行器需要在限定的时间内高效的完成任务，这时水下航行器的高机动性显得尤为关键。为确保其具有高机动性，水下自航行器不仅需要一个强大的推进装置，更需要具备灵活的方向调节能力。目前常用的方向调节装置设计有以下几种方案：1)舵机和舵直接连接的方案，为了保证水下自航行器的水动力性能，舵机舱一般设计为锥体结构，舵机和舵直接连接时，由于径向空间有限，舵与螺旋桨的距离较远，降低了水下自航行器的变向能力。2)采用杆传动的方案，杆传动往往受自身限制，导致舵转角精度不高，可控性下降。3)采用安装垂直推进器和侧面推进器的方案，两个推进器协调运动比较复杂，准确性不高，同时消耗能源较高。

针对上述问题，本发明提出一种水下自航行器的方向调节装置及其控制方法，便于调节水下自航行器的水平面和垂直面的运动方向，实现水下自航行器的运动方向的可控性，提高水下自航行器的机动性。

发明内容：

本发明之目的是：提出一种水下自航行器的方向调节装置及其控制方法，便于调节水下自航行器的水平面和垂直面的运动方向，实现水下自航行器的运动方向的可控性。

为了实现本发明之目的，拟采用以下技术方案：

本发明包括耐压舱体、密封件、舵轴、舵机固定架、舵机、舵轴固定架、舵、固定板、导流套圈及传动机构，其中舵机固定架连接在耐压舱体的内部加强肋上，舵机与传动机构连接并安装在舵机固定架上；所述舵轴的一端固定在传动机构上，另一端与舵的一端相连，舵轴中段固定在舵轴固定架上；舵轴固定架安装在舵机固定架上；密封件固定在耐压舱体尾部；耐压舱体上的固定板与水下自航行器的其它舱体端盖相连；导流套圈套在耐压舱体外壁。

其中，所述传动机构包括第一直齿轮和第二直齿轮，第一直齿轮与舵机输出轴相连，第二直齿轮安装在舵轴上、与第一直齿轮相啮合；所述舵机固定架的纵向截面为“L”形，长边上开有矩形孔，舵机镶嵌于矩形孔内；所述舵轴的轴向截面为“T”形，“T”形的竖边设有外螺纹，“T”形的横边与耐压舱体相接触位置开有O形圈槽，O形圈槽内设置有O形密封圈，舵轴一端通过螺钉与第二直齿轮相连，另一端通过螺钉与舵相连，中段轴肩处通过一对止推轴承固定在舵轴固定架上；所述舵为流线形，耐压舱体套上导流套圈后为完整锥体线形；所述固定板与水下自航行器的其它舱体端盖之间及密封件与耐压舱体尾部之间分别设有O形密封圈。

本发明采用十字形全动舵，四个舵的操纵系统设计均相同，通过上述内容同理可知其余三个舵的操纵系统的设计。

本发明的控制方法如下：