具有四个螺旋桨推进器构成的无人潜水器的制作方法

1.本实用新型涉及一种水下机械人，特别是一种具有四个螺旋桨推进器构成的潜水器。

背景技术：

2.随着科学技术和人工智能技术的发展，无人遥控潜水器逐步应用在高度危险水下环境、被污染环境以及零可见度的水域代替人工在水下长时间作业。目前的潜水器普遍采用两个水平方向侧翼螺旋桨推进器和一个中轴垂直方向螺旋桨驱动器构成，动力性能和运动灵活性有限，特别是难以应付水下水草和其它杂物的缠绕。

技术实现要素：

3.本实用新型的目的是要解决上述问题，发明一种具有优良动力性能和运动灵活性，特别是能够应付水草的缠绕的具有四个螺旋桨推进器构成的潜水器。
4.本实用新型由潜水器主体、四个螺旋桨推进器和电源/控制系统等构成。
5.所述的潜水器主体是一个密封的中空圆管容器，在潜水器主体中部安装四个螺旋桨推进器，4个螺旋桨推进器呈矩形分布，或者采用菱形分布，螺旋桨推进器的轴线与潜水器主体的轴线平行，在潜水器主体安装螺旋桨推进器位置的两侧均有4套安装支架，每一个安装支架上有若干个安装螺旋桨推进器的固定孔，使用螺钉和螺母将螺旋桨推进器固定在安装支架上。
6.潜水器配备电源/控制系统，可以分别调整每一个螺旋桨推进器的启停、转速以及正转和反转，控制潜水器的行进方向、速度和潜水器的姿态。潜水器主体内部还可以配备声呐系统、摄像机、照明灯和机械臂等装置，能提供实时视频、声呐图像，机械臂能抓起重物等功能。
7.潜水器的电源/控制系统可以安装在潜水器主体内部，和地面控制中心实现无线通讯和数据传输；潜水器的控制系统也可以安装在水面的控制中心，通过线缆连接潜水器，和潜水器进行通讯，在线控制和数据传输。
8.优选的，在四个螺旋桨推进器构成的无人潜水器中，水平位置安装的2个螺旋桨推进器的螺旋桨的螺旋方向相反，一个螺旋桨推进器的螺旋方向为左手方向螺旋，另一个螺旋桨推进器的螺旋方向为右手方向螺旋；垂直位置安装的2个螺旋桨推进器的螺旋桨的螺旋方向相反，一个螺旋桨推进器的螺旋方向为左手方向螺旋，另一个螺旋桨推进器的螺旋方向为右手方向螺旋。
9.优选的，在四个螺旋桨推进器构成的无人潜水器中，每一个螺旋桨推进器的轴线与潜水器主体的轴线有一个0
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45
°
的夹角，可以减小潜水器的转弯半径，提高潜水器姿态调整的灵活性。
10.优选的，潜水器主体中间在安装螺旋桨推进器的位置直径可以变小，有利于减小潜水器的外形尺寸，以适应穿行更小的洞穴。
11.所述的螺旋桨推进器由螺旋桨，电机，转子端整流罩，定子端整流罩，轴承和安装支架等构成。
12.所述的电机选用外转子电机，呈圆柱形，左右两个端盖分别是定子端盖和转子端盖，定子端盖和转子端盖分别有固定螺孔。
13.所述的螺旋桨呈圆筒形，螺旋桨中心安装一个圆柱形电机，螺旋桨在对应电机转子端盖固定螺孔的位置有一个连接端板，使用螺钉将螺旋桨的连接端板固定在电机转子端盖上；螺旋桨的端部有一个内圆止口，内圆止口的内径尺寸与滚动轴的外径尺寸呈过盈配合；螺旋桨的外圆有若干个螺旋桨叶，螺旋桨叶的外圆有若干个刀片凹槽，每一个刀片凹槽里面镶嵌1个金属刀片。
14.所述的金属刀片由钢板制成，金属刀片的外径大于螺旋桨叶的外径，金属刀片的两个端面均有小于45
°
的刃口，可以切断水中的水草和杂物。
15.优选的，螺旋桨可以包含两组螺旋桨叶，两组螺旋桨叶的螺距相同，它们的起始位置相差180
°
，分别成为第一头螺旋桨叶和第二头螺旋桨叶。
16.优选的，一个螺旋桨可以包含两组螺旋桨叶，呈左右分布，两组螺旋桨叶的螺旋方向相反，一组螺旋桨叶的螺旋方向为左手方向螺旋，另一组螺旋桨叶的螺旋方向为右手方向螺旋，有利于螺旋桨推进器推力接近中心。
17.所述的螺旋桨推进器两端均有整流罩，以减少水流的阻力，分别称为定子端整流罩和转子端整流罩。
18.所述的转子端整流罩一端是流线型曲面，另一端是圆形凸台，凸台的外径与轴承的内圆呈过盈配合，通过轴承，转子端整流罩与螺旋桨之间实现转动连接；在转子端整流罩的流线型曲面中间有一个与安装支架配合的槽，在对应安装支架的安装孔的位置有双面台阶圆孔，使用螺钉和螺母将安装支架固定在转子端整流罩上。
19.所述的定子端整流罩一端是流线型曲面，另一端是定子端整流罩凸台，定子端整流罩凸台上有四个对应电机定子端盖固定螺孔的台阶圆孔，使用螺钉将定子端整流罩固定在电机定子端盖上；在定子端整流罩流线型曲面中间有一个与安装支架配合的槽，在对应安装支架的安装孔的位置有双面台阶圆孔，使用螺钉和螺母将安装支架固定在定子端整流罩上。
20.所述的安装支架采用不锈钢板加工，安装支架上面有若干个固定孔，使用螺钉就将安装支架的两端分别固定在螺旋桨推进器上和潜水器主体上。
21.本实用新型安装4套螺旋桨推进器，呈矩形分布或者菱形分布，潜水器电源/控制系统可以分别调整每一个螺旋桨推进器的启停、转速以及正转和反转，控制潜水器的行进方向、速度和潜水器的姿态。螺旋桨的旋转推动水产生前进的动力，螺旋桨叶上的金属刀片具有锋锐的刃口，可以切断水中的水草和杂物，有效地避免潜水器被水中的水草和杂物缠绕。
附图说明
22.图1是螺旋桨推进器的立体视图；
23.图2是螺旋桨推进器的侧向剖视图；
24.图3是螺旋桨推进器的侧向剖视图(图2倾角45
°
)；
25.图4是本实用新型具体实施实例1的立体视图；
26.图5是本实用新型具体实施实例1的侧向剖视图；
27.图6是本实用新型具体实施实例2采用倾角螺旋桨推进器的俯视图；
28.图7是本实用新型具体实施实例1的正向视图；
29.图8是本实用新型具体实施实例3采用矩形分布螺旋桨推进器的正向视图；
30.图9是本实用新型具体实施实例2采用二头连续螺旋桨叶的俯视图；
31.图10是本实用新型具体实施实例3包含两组螺旋桨叶的螺旋桨推进器的俯视图；
32.其中：1.转子端整流罩；1-1.槽；1-2.双面台阶圆孔；1-3.凸台；2. 刀片；2-1.刃口；3.螺旋桨；3-1.连续螺旋桨叶；3-2.内圆止口；3-3. 连接端板；3-4.刀片槽；3-5.右手方向螺旋桨叶；3-6左手方向螺旋桨叶；3
‑ꢀ
7.第一头螺旋桨叶；3-8第二头螺旋桨叶；4.定子端整流罩；4-1.槽；4
‑ꢀ
2.台阶圆孔；4-3.凸台；5.螺旋桨推进器；6.轴承；7.电机；7
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1.转子端盖；7-2.定子端盖；7-3.电机电缆；8.潜水器主体；8-1.整流罩；8-2. 螺旋桨推进器的安装位置；8-3.安装支架；8-4.安装孔；8-5.电源系统；8
‑ꢀ
6.控制系统；
33.为了更清楚地说明本实用新型实施实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.实施实例1：
36.本实用新型由潜水器主体和四个螺旋桨推进器等构成。
37.潜水器主体(8)采用碳纤维加工成一个密封的圆管形，两端是流线形的整流罩盖(8
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1)，整流罩盖和潜水器主体采用螺纹连接方式进行连接固定；潜水器主体中间在螺旋桨推进器的安装位置(8
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2)管径缩小，有利于减小潜水器的外形尺寸；在螺旋桨推进器安装位置的两侧镶嵌有四套安装支架(8
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3)，安装支架呈菱形均匀分布，在每一个安装支架上有4个安装孔(8-4)。
38.根据潜水器的具体使用功能，潜水器主体内部可以配备电源和控制系统 (8
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5)，控制系统具有无线接收指令和无线数据传输功能，水面控制中心可以与潜水器实现无线监视、控制和数据传输。
39.螺旋桨推进器(5)由电机(7)，螺旋桨(3)，整流罩(1)/(4)和轴承(6)等构成。
40.电机(7)选用圆柱形外转子电机，两个端盖分别是定子端盖(7
‑ꢀ
2)和转子端盖(7-1)，定子端盖和转子端盖分别有四个固定螺孔。
41.螺旋桨(3)采用碳纤维加工成一个圆筒形，螺旋桨中心安装一个外转子电机(7)，螺旋桨在对应电机转子端盖(7
‑ꢀ
1)的固定螺孔有一个的连接端板(3
‑ꢀ
3)，使用螺钉将螺旋桨的连接端板(3-3)固定在电机转子端盖(7
‑ꢀ
1)上；螺旋桨的端部有一个内圆止口(3
‑ꢀ
2)，
内圆止口上安装一个防水轴承(6)；螺旋桨的外圆有一个连续螺旋桨叶(3-1)，连续螺旋桨叶的外圆有15个凹槽(3
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4)，每一个螺旋桨叶的凹槽里面镶嵌1个金属刀片(2)。金属刀片采用不锈钢板制成，外径大于螺旋桨叶外径，金属刀片的两个端面均有45
°
刃口(2
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1)，可以切断水中的水草和其它缠绕物。
42.转子端整流罩(1)采用塑料加工成型，一端是流线型曲面，另一端是圆形凸台。在流线型曲面中间有一个与潜水器安装支架(8-3)配合的槽(1
‑ꢀ
1)，在对应潜水器安装支架的安装孔(8-4)的位置有双面台阶圆孔(1
‑ꢀ
2)，使用螺钉和螺母将螺旋桨推进器固定在潜水器主体上；转子端整流罩( 1)的另一端是一个凸台(1
‑ꢀ
3)，凸台的外径与轴承(6)的内圆配合，通过轴承，转子端整流罩与螺旋桨之间实现动连接。
43.定子端整流罩(4)与转子端整流罩(1)基本相同，区别在于定子端整流罩的凸台(4-4)上有四个对应电机定子端盖(7
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2)固定螺孔的台阶圆孔(4
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3)，使用螺钉将定子端整流罩(4)固定在电机定子端盖(7-2)上。
44.电机的电缆(7
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3)穿过定子端整流罩(4)和潜水器主体(8)外壳，连接到电源控制系统( 8-5)。
45.实施实例2：
46.实施实例2是在实施实例1的基础上，对螺旋桨推进器的轴向安装方式进行了改进，实施实例1所述的潜水器主体(8)安装四个螺旋桨推进器(5)的轴线与潜水器主体的轴线平行，实施实例3是每一个螺旋桨推进器的轴线与潜水器主体的轴线有一个10
°
的夹角。潜水器的电源和控制系统安装在水面上方，通过线缆控制潜水器实现在线监视、控制和数据传输。
47.另外，对螺旋桨的连续螺旋桨叶进行了改进，实施实例1的连续螺旋桨叶是单头连续螺旋桨叶，实施实例2的螺旋桨包含两组螺旋桨叶，两组螺旋桨叶的螺距相同，它们的起始位置相差180
°
，分别成为第一头螺旋桨叶(3
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7)和第二头螺旋桨叶(3-8)。
48.实施实例3：
49.实施实例3是在实施实例1的基础上进行了部分改动：
50.潜水器主体(8)安装的4个螺旋桨推进器呈矩形均匀分布，两组水平排列的螺旋桨推进器，在垂直方向一一对应。
51.螺旋桨推进器(5)的螺旋桨包含两组螺旋桨叶，两组螺旋桨叶与螺旋桨推进器同轴，呈左右分布，两组螺旋桨叶的螺旋方向相反，一组螺旋桨叶的螺旋方向为右手方向螺旋桨叶(3
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5)，另一组螺旋桨叶的螺旋方向为左手方向螺旋桨叶(3
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6)，有利于螺旋桨推进器推力接近中心。

技术特征：

1.具有四个螺旋桨推进器构成的无人潜水器，由潜水器主体、四个螺旋桨推进器和电源/控制系统构成，其特征在于，潜水器主体是一个密封的中空圆管容器，在潜水器主体中部安装四个螺旋桨推进器，4个螺旋桨推进器呈矩形分布，或者采用菱形分布，螺旋桨推进器的轴线与潜水器主体的轴线平行，在潜水器主体安装螺旋桨推进器位置的两侧均有4套安装支架，每一个安装支架上有若干个安装螺旋桨推进器的固定孔，使用螺钉和螺母将螺旋桨推进器固定在安装支架上。2.如权利要求1所述的具有四个螺旋桨推进器构成的无人潜水器，其特征在于，水平位置安装的2个螺旋桨推进器的螺旋桨的螺旋方向相反，一个螺旋桨推进器的螺旋方向为左手方向螺旋，另一个螺旋桨推进器的螺旋方向为右手方向螺旋；垂直位置安装的2个螺旋桨推进器的螺旋桨的螺旋方向相反，一个螺旋桨推进器的螺旋方向为左手方向螺旋，另一个螺旋桨推进器的螺旋方向为右手方向螺旋。3.如权利要求1所述的具有四个螺旋桨推进器构成的无人潜水器，其特征在于，潜水器主体中间在安装螺旋桨推进器的位置直径可以变小，有利于减小潜水器的外形尺寸，以适应穿行更小的洞穴。4.如权利要求1所述的具有四个螺旋桨推进器构成的无人潜水器，其特征在于，潜水器主体安装四个螺旋桨推进器，每一个螺旋桨推进器的轴线与潜水器主体的轴线有一个0-45
°
的夹角。5.如权利要求1所述的具有四个螺旋桨推进器构成的无人潜水器，其特征在于，螺旋桨可以包含两组螺旋桨叶，两组螺旋桨叶的螺距相同，它们的起始位置相差180
°
。6.如权利要求1所述的具有四个螺旋桨推进器构成的无人潜水器，其特征在于，一个螺旋桨可以包含两组螺旋桨叶，呈左右分布，两组螺旋桨叶的螺旋方向相反，一组螺旋桨叶的螺旋方向为左手方向螺旋，另一组螺旋桨叶的螺旋方向为右手方向螺旋。

技术总结

一种具有四个螺旋桨推进器构成的无人潜水器，潜水器的四个螺旋桨推进器呈矩形分布或者菱形分布，潜水器电源/控制系统可以分别调整每一个螺旋桨推进器的启停、转速以及正转和反转，控制潜水器的行进方向、速度和潜水器的姿态。螺旋桨的旋转推动水产生前进的动力，螺旋桨叶上的金属刀片具有锋锐的刃口，可以切断水中的水草和杂物，有效地避免潜水器被水中的水草和杂物缠绕。水草和杂物缠绕。水草和杂物缠绕。