本发明涉及一种水下推进并联机构，具体涉及一种并联式矢量推进器。
背景技术：
螺旋桨式矢量推进器主要分为：传统螺旋桨式(包含多个固定螺旋桨或二元矢量螺旋桨的组合，如蛟龙号潜水器)、变矢量螺旋桨式(如日本三菱重工曾开发变矢量螺旋桨式，无需改变螺旋桨的方向也可提供矢量力，原理为调整螺旋桨叶片的桨角)、并联式(天津大学曾开发的3rps型并联式，承载能力强，精度高，但是末端质量惯性小)、串联式(由国防科技大学曾开发，结构简单，控制简单，但是所需运动空间较大，集成度较差)和吊舱式(推进器本身360°旋转，如中科院开发)等。
传统螺旋桨式需要多个螺旋桨才可以实现矢量推进功能；变矢量螺旋桨式仅适用于叶片较大的中型大型船舶；串联式末端质量惯性较大且需较大安装空间；而现有的3rps型并联式矢量推进器随集成度高，通常需三个主动件驱动俯仰，横滚及轴向平移三个自由度，而平移自由度实际上属于无效的自由度，却增加了一个主动件，因此，增加了结构及控制的复杂程度。吊舱式结构比较简单，但是只有一个偏航旋转自由度。
技术实现要素：
本发明是为克服现有技术不足，提供一种并联式矢量推进器。该矢量推进器运动平稳，可远距离传动。
一种并联式矢量推进器包含动平台、静平台、螺旋桨驱动器和两个prs驱动支链，螺旋桨驱动器固定在动平台上；还包含prs运动支链，prs运动支链和两个prs驱动支链并联在动平台和静平台之间；
所述prs运动支链包含与动平台连接的球面副、与静平台连接的转动副以及与球面副和转动副相连的连接轴；
所述prs驱动支链包含与动平台连接的球面副、与静平台连接的转动副、与转动副和球面副连接的丝杠副、与丝杠副连接的防水软轴总成以及驱动防水软轴总成进而控制动平台工作姿态的驱动电机，其中，丝杠副的丝母与转动副固接，丝杠副的丝杠两端分别与球面副和防水软轴总成连接，驱动电机输出轴与防水软轴总成连接。
本发明相比现有技术的有益效果是：
本发明结构简单，矢量控制仅需两个电机便可调整执行机构的姿态，控制简单，且使用丝杠及球面副直接连接的方式，集成度高，安装空间小。防水软轴总成的使用实现防水，便于电机与螺旋桨推进器的防水密封隔离。此外该结构形式使用的相应结构件大部分为便于采购的标准件，加工成本低。另外，由于丝杠的轴线存在绕静平台上转动副的摆动，而电机相对于静平台是固定的，因此，存在电机轴线与丝杠轴线的角度变化。软轴可通过自身柔性适应电机轴与丝杠之间的角度变化，实现不同轴的丝杠与电机轴间的转动传动。
本发明可用于水下潜航器的运动方向调整，进行海洋探测，海洋工程，水下救助等作业。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
图1为从一个方向看的本发明并联式矢量推进器的结构示意图；
图2为从另一个方向看的本发明并联式矢量推进器的结构示意图；
图3为软轴总成的结构示意图；
图4为转动副的结构示意图；
图5为联轴器与丝杠、连接轴、球面副相互连接关系示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施方式的一种并联式矢量推进器包含动平台1、静平台2、螺旋桨驱动器3和两个prs驱动支链4，螺旋桨驱动器3固定在动平台1上；还包含prs运动支链5，prs运动支链5和两个prs驱动支链4并联在动平台1和静平台2之间，
所述prs运动支链5包含与动平台1连接的球面副6、与静平台2连接的转动副7以及与球面副6和转动副7相连的连接轴8；
所述prs驱动支链4包含与动平台1连接的球面副6、与静平台2连接的转动副7、与转动副7和球面副6连接的丝杠副、与丝杠副连接的软轴总成10以及驱动软轴总成10进而控制动平台1工作姿态的驱动电机9，其中，丝杠副的丝母11-1与转动副7固接，丝杠副的丝杠11-2两端分别与球面副6和防水软轴总成10连接，驱动电机9输出轴与软轴总成10连接。
两个rps驱动支链4的动力由两个驱动电机9提供，通过防水的软轴3传递至丝杠11-2，实现丝杠11-2沿支链方向的平动，动平台1的姿态由安装在静平台2上的两个rps驱动支链4决定，由此可实现动平台1在两个方向的转动(俯仰和横滚)和一个方向的平动(轴向)。螺旋桨驱动器的动力由驱动电机9通过防水软轴总成10传递，实现水下推进。
进一步地，如图3所示，所述防水软轴总成10包含软轴10-1、软管10-2、软管接头10-3、钢性接头一10-4、钢性接头二10-5和钢性接头三10-6；钢性接头一10-4通过轴承可转动地设置在钢性接头二10-5内腔中，钢性接头一10-4与钢性接头二10-5通过卡簧b和骨架油封c密封连接，钢性接头一10-4的两端分别与驱动电机9的输出轴和软轴10-1连接，软管10-2两端分别固接有软管接头10-3，一个软管接头10-3与钢性接头二10-5可拆卸连接，另一个软管接头10-3与封装接头10-7固接，钢性接头三10-6穿设于封装接头10-7和另一个软管接头10-3的内腔中，钢性接头三10-6通过轴承与封装接头10-7转动连接，钢性接头三10-6的两端分别与软轴10-1和丝杠11-2连接。可选地，驱动电机9选用步进电机，步进电机与螺旋桨推进器3及丝杠10-2均通过软轴连接，故可实现电机的防水密封。软轴的防水方式为使用骨架油封c及卡簧b配合轴套完成普通软轴的防水改造。
基于上述防水软轴总成10的结构，如图2和图5所示，所述螺旋桨驱动器3包含螺旋桨3-1、连接法兰3-2、防水软轴总成10和驱动电机9；螺旋桨3-1安装在传动轴3-3上，传动轴3-3可转动地安装在连接法兰3-2上，连接法兰3-2固定在动平台1上，该防水软轴总成10的软轴10-1两端分别与传动轴3-3和驱动电机9的输出轴连接，该防水软轴总成10的钢性接头三10-6的两端分别与软轴10-2与传动轴3-3连接，该防水软轴总成10的钢性接头一10-4的两端分别与软轴10-1和驱动电机9的输出轴连接。该推进器使用时，靠近螺旋桨3-1一端暴露在水中，螺旋桨3-1的动力由驱动电机9通过软轴10-1传递。
如图1所示，通常，prs运动支链5和两个prs驱动支链4以动平台1和静平台2的轴线为中心，呈120°均布设置。使用时，所述球面副6为球铰或球面轴承。所述转动副7包含固定板7-1和连接固定板7-1的转动轴7-2，转动轴7-1可转动地设置于静平台1的缺口上，固定板7-1固装在丝母11-1上。转动轴7-1的轴向与丝杠11-2的轴向垂直。这样在丝杠平动过程，固定板7-1在转动轴7-1带动下绕静平台2做偏摆运动，进而实现动平台1的俯仰和横滚运动。同时，在驱动电机90的作用下，通过软轴10-1驱动螺旋桨3-1水下机器人实现推进，实现了不同方向的运动。
如图1和图5所示，所述动平台1为正三角形平面结构，螺旋桨驱动器3安装在动平台1的中心，三个球面副6布置在动平台1的三个顶点上。
为了保证传动可靠稳定，如图5所示，并联式矢量推进器还包括联轴器11，所述球面副6与连接轴8之间通过联轴器12连接；所述丝杠11-2与钢性接头三10-6之间通过联轴器12连接，球面副6与丝杠11-2之间布置有与二者连接的联轴器12。联轴器的设计实现可靠传递。
两个rps驱动支链4的动力由两个驱动电机9提供，通过软轴10-1传递至丝杠11-2，实现丝杠11-2沿支链方向的平动，动平台1的姿态由安装在机架上的两个rps驱动支链4决定，由此可实现动平台1在两个方向的转动和一个方向的平动。螺旋桨3-1的动力由驱动电机9通过软轴10-1传递至螺旋桨3-1。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。
1.一种并联式矢量推进器，它包含动平台(1)、静平台(2)、螺旋桨驱动器(3)和两个prs驱动支链(4)，螺旋桨驱动器(3)固定在动平台(1)上；其特征在于：还包含prs运动支链(5)，prs运动支链(5)和两个prs驱动支链(4)并联在动平台(1)和静平台(2)之间；
所述prs运动支链(5)包含与动平台(1)连接的球面副(6)、与静平台(2)连接的转动副(7)以及与球面副(6)和转动副(7)相连的连接轴(8)；
所述prs驱动支链(4)包含与动平台(1)连接的球面副(6)、与静平台(2)连接的转动副(7)、与转动副(7)和球面副(6)连接的丝杠副、与丝杠副连接的防水软轴总成(10)以及驱动防水软轴总成(10)进而控制动平台(1)工作姿态的驱动电机(9)，其中，丝杠副的丝母(11-1)与转动副(7)固接，丝杠副的丝杠(11-2)两端分别与球面副(6)和防水软轴总成(10)连接，驱动电机(9)输出轴与防水软轴总成(10)连接。
2.根据权利要求1所述一种并联式矢量推进器，其特征在于：所述防水软轴总成(10)包含软轴(10-1)、软管(10-2)、软管接头(10-3)、钢性接头一(10-4)、钢性接头二(10-5)和钢性接头三(10-6)；
钢性接头一(10-4)通过轴承可转动地设置在钢性接头二(10-5)内腔中，钢性接头一(10-4)与钢性接头二(10-5)通过卡簧(b)和骨架油封(c)密封连接，钢性接头一(10-4)的两端分别与驱动电机(9)的输出轴和软轴(10-1)连接，软管(10-2)两端分别固接有软管接头(10-3)，一个软管接头(10-3)与钢性接头二(10-5)可拆卸连接，另一个软管接头(10-3)与封装接头(10-7)固接，钢性接头三(10-6)穿设于封装接头(10-7)和另一个软管接头(10-3)的内腔中，钢性接头三(10-6)通过轴承与封装接头(10-7)转动连接，钢性接头三(10-6)的两端分别与软轴(10-1)和丝杠(11-2)连接。
3.根据权利要求2所述一种并联式矢量推进器，其特征在于：所述螺旋桨驱动器(3)包含螺旋桨(3-1)、连接法兰(3-2)、防水软轴总成(10)和驱动电机(9)；螺旋桨(3-1)安装在传动轴(3-3)上，传动轴(3-3)可转动地安装在连接法兰(3-2)上，连接法兰(3-2)固定在动平台(1)上，该防水软轴总成(10)的软轴(10-1)两端分别与传动轴(3-3)和驱动电机(9)的输出轴连接，该防水软轴总成(10)的钢性接头三(10-6)的两端分别与软轴(10-2)与传动轴(3-3)连接，该防水软轴总成(10)的钢性接头一(10-4)的两端分别与软轴(10-1)和驱动电机(9)的输出轴连接。
4.根据权利要求1或3所述一种并联式矢量推进器，其特征在于：prs运动支链(5)和两个prs驱动支链(4)以动平台(1)和静平台(2)的轴线为中心，呈120°均布设置。
5.根据权利要求4所述一种并联式矢量推进器，其特征在于：所述球面副(6)为球铰。
6.根据权利要求5所述一种并联式矢量推进器，其特征在于：所述转动副(7)包含固定板(7-1)和连接固定板(7-1)的转动轴(7-2)，转动轴(7-1)可转动地设置于静平台(1)的缺口上，固定板(7-1)固装在丝母(10-1)上。
7.根据权利要求6所述一种并联式矢量推进器，其特征在于：所述动平台(1)为正三角形平面结构，螺旋桨驱动器(3)安装在动平台(1)的中心，三个球面副(6)布置在动平台(1)的三个顶点上。
8.根据权利要求2或3所述一种并联式矢量推进器，其特征在于：还包括联轴器(11)，所述球面副(6)与连接轴(8)之间通过联轴器(12)连接；所述丝杠(11-2)与钢性接头三(10-6)之间通过联轴器(12)连接，球面副(6)与丝杠(11-2)之间布置有与二者连接的联轴器(12)。
技术总结