[发明专利]一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置

权利要求书

1.一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置，其特征在于：包括水下推进器、转向模块、磁耦合装置、驱动装置、舱体，所述舱体内设置有安装架，所述安装架的每个侧面上均安装有驱动装置，所述转向模块设置于舱体外，所述水下推进器设置于舱体后侧并连接于转向模块上，所述水下推进器的外径小于舱体外壳的外径；每个所述驱动装置均通过磁耦合装置带动转向模块转向动作，所述磁耦合装置包括约束轨道、从动磁铁模块、主动磁铁，所述主动磁铁安装在驱动模块上，所述从动磁铁模块可由主动磁铁带动沿约束轨道移动地安装于约束轨道内，所述约束轨道设置在舱体周面上，所述从动磁铁模块与转向模块连接；当所述驱动装置驱动主动磁铁移动时，从动磁铁模块跟着移动并将位移传递给转向模块，转向模块驱使水下推进器的推进方向改变。

2.如权利要求1所述的一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置，其特征在于：所述转向模块包括多个换向机构、连接件，所述连接件与水下推进器连接，所述连接件上安装有固定盘；所述换向机构包括输入轴、输出轴，所述输入轴的输入端与从动磁铁模块连接，所述输入轴与输出轴铰接连接，所述输出轴的输出端连接有球铰，所述球铰可动地安装于固定盘与连接件之间。

3.如权利要求2所述的一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置，其特征在于：所述输入轴与输出轴之间通过铰接件连接，所述铰接件包括拉杆夹头和拉杆夹头连接件，所述拉杆夹头连接于输入轴上，所述拉杆夹头连接件连接于输出轴上，所述拉杆夹头与拉杆夹头连接件之间通过销轴铰接连接。

4.如权利要求3所述的一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置，其特征在于：所述舱体外安装有导流罩，所述连接件位于导流罩的端部外。

5.如权利要求1所述的一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置，其特征在于：所述从动磁铁模块包括从动磁铁、螺杆、轴承、轴套，所述螺杆穿设于从动磁铁内，所述螺杆的两端均安装有轴套和轴承并通过螺母固定，所述轴承于约束轨道配合安装。

6.如权利要求1所述的一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置，其特征在于：所述驱动装置包括丝杠步进电机、丝杠螺母、导轨、滑块，所述丝杠步进电机的丝杠上安装丝杆螺母，所述主动磁铁连接于丝杆螺母上，所述主动磁铁上连接有滑块，所述滑块可沿导轨移动，所述导轨固定于安装架上。

7.如权利要求6所述的一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置，其特征在于：所述丝杠步进电机通过步进电机支架安装于安装架上。

8.如权利要求1至7任意一项所述的一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置，其特征在于：所述安装架为阶梯三棱柱结构。

9.如权利要求1所述的一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置，其特征在于：所述舱体位于水下推进器的一端设置有密封舱盖，另一端连接有转接仓。

10.如权利要求3所述的一种适用于冰孔布放的AUV磁耦合矢量推进装置，其特征在于：所述驱动装置运动情况与水下推进器的摆动角度之间的关系，即由所需水下推进器摆动角度确定从动磁铁移动距离的运动学逆解计算方法如下：

B_i(i＝1，2，3)为三个球铰的初始位置，R_i(i＝1，2，3)为三个拉杆夹头初始位置，A_i(i＝1，2，3)为三个从动磁铁的初始位置，O₂为推进器大球铰的中心，r_b，b₁分别为过A_i和B_i(i＝1，2，3)外接圆的半径，l为R_i与B_i之间输出轴的长度，R_i、B_i(i＝1，2，3)之间垂直距离为D_i，A_i、R_i(i＝1，2，3)间距离为d_i；

以O₁为原点，O₁A₁为X轴正方向，O₁O₂为Z轴正方向，垂直于O₁-XZ面向里为Y轴正方向，建立直角坐标系O₁-XYZ；

依据固定坐标系O₁—XYZ初始几何关系：R₁＝[r_b 0 d₁]^T

在水下推进器推进方向发生较小改变过程中，B_iR_i(i＝1，2，3)在O₁-XY平面上投影所成的角度较小，忽略不计，则B_i坐标为：

联立后可解得Δd₁Δd₂Δd₃，其中Δd₁、Δd₂、Δd₃分别为相应的驱动装置的移动距离，由此得到Bi(i＝1，2，3)坐标与Δd₁ Δd₂ Δd₃之间的关系；令B_i位置矢量为B_i＝[B_ix B_iyB_iz]^T(i＝1，2，3)，根据三个球铰位置矢量B_i＝[B_ix B_iy B_iz]^T(i＝1，2，3)，B_i(i＝1，2，3)这三个点可以形成3个向量B₁B₂、B₁B₃、B₂B₃,可得到B₁B₂(B_2x-B_1x，B_2y-B_1y，B_2z-B_1z),B₁B₃(B_3x-B_1x，B_3y-B_1y，B_3z-B_1z),B₂B₃(B_3x-B_2x，B_3y-B_2y，B_3z-B_2z)；令水下推进器方向向量n＝(a,b,c)，则根据法向量定义的：(B_2x-B_1x)*a+(B_2y-B_1y)*b+(B_2z-B_1z)*c＝0且(B_3x-B_1x)*a+(B_3y-B_1y)*b+(B_3z-B_1z)*c＝0且(B_3x-B_2x)*a+(B_3y-B_2y)*b+(B_3z-B_2z)*c＝0即可得到水下推进器方向向量n＝(a,b,c)；水下推进器在向量μ＝(a,b)方向上偏离固定坐标系Y轴正方向的角度为