一种基于并联机械臂的全向推进器及相应的水下航行器的制作方法

本发明涉及水下航行器，尤其涉及一种基于并联机械臂的全向推进器及相应的水下航行器。

背景技术：

1、水下航行器在执行水下任务时，不仅需要具备一定前进航速，同时还需具备一定的机动性，即具备一定的航向及航深变向能力，或者同时具备航向及航深改变能力。目前改变航行器航向及航深的机动性方式主要两种：一、航行器设置航向舵板(既垂直舵板)及航深舵板(既垂直舵板)方式，依靠具备一定航速的航行器对舵板产生的流体动力从而对航行器产生偏航力矩，从而使航行器机动及偏航；二、航行器采用矢量推进器方式，通过将推进器相对航行器轴线偏转，从而使推进器与航行器轴线具有一定角度，将推进器的推力分解成垂直于航行器轴线的偏航力及平行于航行器轴线的航行器前进推力两部分，垂直于航行器轴线的偏航力对航行器产生偏航力矩，从而使航行器机动及偏航。

2、目前，对于提高航行器机动性的舵板方式及矢量推进器方式等现有技术，存在姿态控制困难、结构复杂、提供的变向力矩较小等缺陷。其中，驻留装置具体存在以下问题：

3、(1)现有的舵板变向方式，靠具备一定航速的航行器对舵板产生的流体动力从而对航行器产生偏航力矩，从而使航行器机动及偏航，其偏航力矩严重依赖航行器的航速、舵板面积及安装位置，不同的航速其偏航力矩不同，且不是线性关系，控制较困难，特别在零航速条件下，不能产生偏航力矩，另外，在既同时航向及航深改变情况下，控制较困难。舵板变向方式结构复杂、控制困难，偏航力矩小，机动性差。

4、(2)现有的矢量推进器方式，通过将推进器偏转，从而使推进器与航行器轴线具有一定角度，将推进器的推力分解成垂直于航行器轴线的偏航力及平行于航行器轴线的航行器前进推力两部分，垂直于航行器轴线的偏航力对航行器产生偏航力矩，从而使航行器机动及偏航。由于推进器的推力分解成两部分，使航行器前进推力减少，影响航行器的航速。矢量推进器结构复杂、控制困难，偏航力矩小，机动性差。

5、(3)现有的多推进器变向方式，通过在水平及垂直方向布置多个推进器，控制同一方向上推进器的不同推力输出，产生偏航或变深力矩，实现航行器的机动。多推进器变向方式在航行器机动时必然会导致航行器前进推力减少，影响航行器的航速，同时，多推进器变向方式结构复杂、控制困难，偏航力矩小，机动性差。

6、因此，如何提供一种具备较大偏航力矩，又不影响航行推力、结构简单、控制可靠矢量推进器，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种具备较大偏航力矩，具备恒定航行推力、结构简单、控制可靠的基于并联机械臂的全向推进器。

2、根据本发明的一方面，提供一种基于并联机械臂的全向推进器，该基于并联机械臂的全向推进器包括并联机械臂组件和推进器，并联机械臂组件包括定盘、三个密封舵机、三个摇臂、多个转向机构、多个连杆以及动盘，三个密封舵机圆周均匀分布在定盘上，三个摇臂的一端一一对应地与密封舵机的输出端连接，摇臂的另一端通过转向机构与对称设置的两个连杆的一端连接，两个连杆的另一端通过转向机构与动盘连接，推进器与动盘固定连接，当并联机械臂组件动力输出时，能够将推进器沿径向进行移动。

3、优选地，本发明基于并联机械臂的全向推进器中，定盘整体呈圆盘形，三个安装基座突起圆周分布在定盘的一侧端面并与定盘的端面一体相连，安装基座突起上设置多个第一紧固孔，定盘的中心设置推进器线缆孔，三个舵机线缆孔圆周分布在推进器线缆孔的外侧，定盘的另一侧端面设置环形定位突起，环形定位突起上设置环形密封槽，多个第二紧固孔圆周分布在环形定位突起上。

4、优选地，本发明基于并联机械臂的全向推进器中，密封舵机的端部设置输出轴，密封舵机的侧部设置电气接头，密封舵机的底部设置多个支座，支座上设置第三紧固孔，该第三紧固孔与安装基座突起上的第一紧固孔相匹配。

5、优选地，本发明基于并联机械臂的全向推进器中，摇臂的一端设置输出轴装配孔，该输出轴装配孔与密封舵机端部设置的输出轴相匹配，摇臂另一端的两侧对称设置第一定位孔，第一定位孔的外侧圆周设置多个第四紧固孔。

6、优选地，本发明基于并联机械臂的全向推进器中，转向机构包括转向轴、挡环和转向座，转向轴的一端设置球头，转向轴的另一端设置定位轴端，转向轴靠近定位轴端的一侧设置安装凸台，两个第五紧固孔对称设置在安装凸台上，该定位轴端与摇臂端部两侧对称设置的第一定位孔相匹配，该第五紧固孔与第一定位孔外侧圆周设置的第四紧固孔相匹配；转向座一端的内侧设置球头装配孔，转向座另一端设置连杆装配孔，该球头装配孔的轴线与连杆装配孔的轴线垂直，转向轴的球头装配在球头装配孔内，挡环设置在球头与球头装配孔之间。

7、优选地，本发明基于并联机械臂的全向推进器中，连杆的两端分别与转向座的连杆装配孔相匹配。

8、优选地，本发明基于并联机械臂的全向推进器中，动盘整体呈多边形，动盘的内侧设置推进器安装孔，三个固定突起圆周分布在动盘的侧面并与动盘一体相连，固定突起的两侧面对称设置第二定位孔，第二定位孔的外侧圆周设置多个第六紧固孔，该第二定位孔与转向轴端部设置的定位轴端相匹配，该第六紧固孔与转向轴的安装凸台上的第五紧固孔相匹配，多个第七紧固孔圆周设置在动盘的本体上。

9、优选地，本发明基于并联机械臂的全向推进器中，推进器的本体上圆周设置多个定位凸台，定位凸台上设置第八紧固孔，该第八紧固孔与动盘本体上设置的第七紧固孔相匹配。

10、优选地，本发明基于并联机械臂的全向推进器，还包括舵机线缆和推进器线缆，舵机线缆的一端与密封舵机侧部设置的电气接头连接，舵机线缆的另一端通过舵机线缆孔装配，推进器线缆的一端与推进器电气连接，推进器线缆的另一端通过推进器线缆孔装配。

11、根据本发明的另一方面，提供一种水下航行器，该水下航行器包括并联机械臂组件、推进器以及航行器，航行器的尾端上圆周设置多个第九紧固孔，第九紧固孔与定盘的环形定位突起上的第二紧固孔相匹配，航行器的尾端内壁与定盘的环形定位突起的外壁相匹配。

12、本发明的基于并联机械臂的全向推进器及相应的水下航行器，通过综合结构设计，具有以下有益效果：

13、1.通过并联机械臂组件实现推进器的全向移动，在不改变前进推力的方向及大小的情况下，同时产生较大的偏航力矩，进而既可以改变航向或航深，又可以同时改变航向和航深；

14、2.通过并联机械臂组件与推进器的综合结构设计，实现单推进器的多向推进效果，在服役运行时只需要控制一个或两个密封舵机就能实现航行器的变向，即便三个密封舵机中某一个或某两个密封舵机失效，仍然能够实现航行器的安全变向，显著提高安全冗余度；

15、3.相对传统的推进器与航行器一体布置结构，通过推进器远离航行器的结构布置，推进器来流及去流的场域均为敞水环境，显著提高推进器效率，延迟推进器空化，提高航行器的临界航速；

16、4.具有结构简单，机动性高，响应速度快以及控制精准的特点，可以适用于多种需要转向推进的场景应用中。