一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器的制作方法

1.本发明涉及水下推进器领域，尤其是rov、auv等水下机器人系统的推进器，具体地，涉及一种面向水陆两栖机器人的双模作业推进器。


背景技术：

2.目前水下资源勘探、设施巡检等场景中，水下机器人的应用越来越普遍，推进器作为机器人动力源是其关键设备。
3.现有水下推进器动力输出轴密封方式大多采用动密封形式，其寿命有限，且密封能力受装配影响较大，可靠性不足。同时传统推进器只能够在水下环境通过螺旋桨转动提供推力，在陆地运动时需要一套独立的陆地驱动装置，导致机器人整体结构复杂，质量过大，同时对可靠性提出新的挑战。目前磁耦合传动大多用于磁力泵中，应用于环境不确定的水下推进器中容易发生磁钢腐蚀，传递大扭矩情况下磁耦合传动部件尺寸过大的缺陷。


技术实现要素：

4.为了满足水陆两栖机器人对驱动部件动力性与可靠性的要求，解决驱动部件无法水陆两栖运行，水陆单独工作时部件过多，重量过大，及水下密封可靠性不足的问题，实现水下可靠高效推进与陆地独立驱动，水陆两栖双模作业，本发明提供一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，赋予机器人水下和陆地运动能力。
5.本发明针对现有技术的不足所采用的技术方案是：一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，包括推进器外壳密封部件、导管轮胎复合部件、磁耦合传动部件、行星齿轮动力切换部件和推进器转向部件；
6.所述推进器外壳密封部件由行星齿轮段外壳、电机段外壳、驱动段外壳三部分组成，所述驱动段外壳与电机段外壳通过中间密封转接件连接，所述电机段外壳与中间密封转接件开有o形圈槽与螺纹孔，通过o形圈与螺钉固定实现整体的水下可靠静密封；
7.所述导管轮胎复合部件包括橡胶轮胎、导管和导管支撑杆，所述橡胶轮胎固定于导管外壁上，所述导管通过导管支撑杆连接于行星齿轮段外壳上；
8.所述磁耦合传动部件包括螺旋桨外转子部件、隔离套和内转子部件；
9.所述螺旋桨外转子部件包括耐磨材料、导流头罩、螺旋桨、外转子磁钢和外转子支架，所述耐磨材料倒扣在导流头罩上，所述导流头罩倒扣在外转子支架上，所述外转子磁钢装配于外转子支架内，所述外转子支架与螺旋桨的桨毂配合组成密封结构；
10.所述内转子部件包括内转子磁钢和内转子支架，所述内转子磁钢装配于内转子支架上；
11.所述隔离套将内转子磁钢与外转子磁钢工作环境隔离开，所述内转子部件通过o形圈密封在隔离套内部，所述螺旋桨外转子部件同轴套接在所述隔离套上；
12.所述行星齿轮动力切换部件包括齿轮挡圈、太阳轮、行星轮、行星架和外齿圈，通过固定不同部件实现电机两种不同输出路线；
13.所述外齿圈的一端开有螺纹孔，用于固定齿轮挡圈防止行星轮轴向窜动，另一端开有螺钉槽，与行星齿轮段外壳上的螺钉配合，实现动力切换；所述行星齿轮段外壳与行星架侧面开有螺纹孔，用于动力切换时使用，所述行星齿轮段外壳内装有滚动轴承分别支撑行星架与外齿圈；所述太阳轮通过键与轴端固定螺母固定于电机输出阶梯轴上；所述行星架的一侧为盘状结构，用于装配行星轮，另一侧为轴系，用于驱动内转子部件转动；所述太阳轮、行星轮、外齿圈依次齿轮啮合连接；
14.所述推进器转向部件固定在电机段外壳上，用于实现水下矢量推进与陆地运行方向控制。
15.进一步地，行星齿轮动力切换部件、电机、电机驱动分别装配于行星齿轮段外壳、电机段外壳、驱动段外壳内部，提高水下抗压与驱动散热能力。
16.进一步地，所述导管轮胎复合部件用于实现水下的整流与陆地支撑作用，其导管内壁采用no.19a号导管的线型实现水下高效推进，导管支撑杆用于提高整体强度，提高陆地运行的安全性。
17.进一步地，内外转子磁钢采用halbach阵列方式实现相同尺寸下传递更大扭矩。
18.进一步地，通过内外转子磁耦合将电机传递给内转子的扭矩进一步传递给外转子，从而驱动螺旋桨外转子部件水下转动产生推力。
19.进一步地，所述外转子支架两端开有o形圈槽，实现外转子磁钢的水下可靠静密封。
20.进一步地，所述行星架的一侧为盘状结构，盘面上设有三个用于支撑行星轮的轴，行星轮通过滚针轴承安装在轴上，行星架的另一侧为轴系，轴系末端开有键槽，用于驱动内转子部件转动。
21.进一步地，所述推进器转向部件包括推进器转向杆，所述推进器转向杆固定在电机段外壳上，推进器转向杆上端装有圆锥齿轮，与机器人本体电机输出轴圆锥齿轮配合实现水下矢量推进与陆地运行方向控制。
22.进一步地，不同场景下使用时的动力传递路线为：
23.当在水下用于推进器工作时，外齿圈上的螺钉槽通过螺钉与行星齿轮段外壳周向固定，行星架不进行周向固定，动力由太阳轮、行星轮传递至行星架后带动磁耦合传动部件的内转子部件旋转，通过内外转子磁钢的磁力驱动螺旋桨外转子部件旋转运动。
24.当在陆地运动时，行星架通过侧面的螺纹孔使用螺钉与行星齿轮段外壳固定，外齿圈不进行周向固定，动力由太阳轮、行星轮传递至外齿圈与行星齿轮段外壳上，行星齿轮段外壳通过导管支撑杆与导管轮胎复合部件连接驱动其转动。
25.本发明的有益效果是：本发明提供的基于行星齿轮的双模磁耦合推进器，能够满足水陆两栖机器人对驱动部件动力性与可靠性的要求，解决驱动部件无法水陆两栖运行，水陆单独工作时部件过多，重量过大，及水下密封可靠性不足的问题，实现水下可靠高效推进与陆地独立驱动，水陆两栖双模作业。
附图说明
26.图1为外观效果图；
27.图2为推进器整体爆炸图；
28.图3为螺旋桨外转子部件剖视图；
29.图4为行星齿轮动力切换部件爆炸图；
30.图5为推进器转向部件外观图；
31.图6为内转子磁钢阵列图；
32.图7为中间密封转接件外观图；
33.图2中：1.橡胶轮胎，2.导管，3.导管支撑杆，4.螺旋桨外转子部件，5.隔离套，6.内转子部件，7.行星齿轮动力切换部件，8.推进器转向部件，9.推进器外壳密封部件；
34.图3中：41.耐磨材料，42.导流头罩，43.螺旋桨，44.外转子磁钢，45.外转子支架。
35.图4中：71.齿轮挡圈，72太阳轮，73.行星轮，74.行星架，75.外齿圈，76.行星齿轮段外壳。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
37.如图1、图2所示，本发明提供了一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，包括导管轮胎复合部件、磁耦合传动部件、行星齿轮动力切换部件7、推进器外壳密封部件9和推进器转向部件8。
38.所述推进器外壳密封部件9主要由行星齿轮段外壳76、电机段外壳、驱动段外壳三部分组成，行星齿轮动力切换部件7、电机、电机驱动分别装配于其中，提高水下抗压与驱动散热能力；驱动段外壳与电机段外壳通过中间密封转接件连接，电机段外壳与中间密封转接件开有o形圈槽与螺纹孔，如图7所示，通过o形圈与螺钉固定实现整体的水下可靠静密封。
39.所述导管轮胎复合部件用于实现水下的整流与陆地支撑作用，包括橡胶轮胎1、导管2和导管支撑杆3，橡胶轮胎1通过螺钉固定于导管2外壁上，导管2内壁采用no.19a号导管的线型实现水下高效推进，导管2通过导管支撑杆3螺纹连接于行星齿轮段外壳76上，导管支撑杆3可提高整体强度，提高陆地运行的安全性。
40.所述磁耦合传动部件包括螺旋桨外转子部件4、隔离套5和内转子部件6。
41.如图3所示，所述螺旋桨外转子部件4包括耐磨材料41、导流头罩42、螺旋桨43、外转子磁钢44和外转子支架45，通过内外转子磁耦合将电机传递给内转子的扭矩进一步传递给外转子，从而驱动螺旋桨外转子部件4水下转动产生推力；导流头罩42倒扣在外转子支架45上，耐磨材料41倒扣在导流头罩42上，可以减少螺旋桨转动时的摩擦损耗，同时减小螺旋桨反转时的流体阻力；螺旋桨43可采用ka4-70螺旋桨；外转子磁钢44可采用海尔贝克halbach阵列组成筒形结构；外转子磁钢44装配于外转子支架45内，具体地，halbach阵列的外转子磁钢44周向贴在外转子支架45内，可以增加内外转子耦合时可传递的最大转矩；外转子支架45与螺旋桨43的桨毂配合组成密封结构，防止磁钢与海水接触腐蚀；具体地，外转子支架45两端开有o形圈槽，实现外转子磁钢44的水下可靠静密封。
42.所述内转子部件6包括内转子磁钢和内转子支架，内转子磁钢装配于内转子支架上，具体地，内转子支架燕尾槽与内转子磁钢凸起配合安装。
43.所述隔离套5将内转子磁钢与外转子磁钢44工作环境隔离开；所述内转子部件6通过o形圈密封在隔离套5内部；所述螺旋桨外转子部件4同轴套接在所述隔离套5上。
44.如图4所示，所述行星齿轮动力切换部件7包括齿轮挡圈71、太阳轮72、行星轮73、行星架74和外齿圈75，通过固定不同部件实现电机两种不同输出路线。
45.外齿圈75的一端开有螺纹孔，用于固定齿轮挡圈71防止行星轮73轴向窜动，另一端开有螺钉槽，与行星齿轮段外壳76上的螺钉配合，实现动力切换；行星齿轮段外壳76与行星架74侧面开有螺纹孔，用于动力切换时使用，行星齿轮段外壳76内装有滚动轴承分别支撑行星架74与外齿圈75；太阳轮72通过键与轴端固定螺母固定于电机输出阶梯轴上；行星轮73通过滚针轴承装配在行星架74上；太阳轮72、行星轮73、外齿圈75依次齿轮啮合连接；具体地，行星架74的一侧为盘状结构，盘面上设有三个用于支撑行星轮73的轴，行星轮73通过滚针轴承安装在轴上，行星架74的另一侧为轴系，轴系末端开有键槽，用于驱动内转子部件6转动。
46.如图5所示，推进器转向部件8包括推进器转向杆，推进器转向杆固定在电机段外壳上，推进器转向杆上端装有圆锥齿轮，与机器人本体电机输出轴圆锥齿轮配合实现水下矢量推进与陆地运行方向控制。
47.如图6所示，内外转子磁钢采用halbach阵列方式实现相同尺寸下传递更大扭矩。不同场景下使用时的动力传递路线为：在水下用于推进器工作时，外齿圈75上的螺钉槽通过螺钉与行星齿轮段外壳76周向固定，行星架74不进行周向固定，动力由太阳轮72、行星轮73传递至行星架74后带动磁耦合传动部件的内转子部件6旋转，通过内外转子磁钢的磁力驱动螺旋桨外转子部件4旋转运动；当在陆地运动时，行星架74通过侧面的螺纹孔使用螺钉与行星齿轮段外壳76固定，外齿圈75不进行周向固定，动力由太阳轮72、行星轮73传递至外齿圈75与行星齿轮段外壳76上，行星齿轮段外壳76通过导管支撑杆3与导管轮胎复合部件连接驱动其转动。【实施例1】
48.推进器搭载于水陆两栖机器人中，当机器人水下运行时，推进器成为水下机器人的动力来源。
49.如图1、图2与图4所示，推进器整体通过推进器转向部件8的锥齿轮实现推进器的控制和电机驱动力输出到行星齿轮动力切换部件7中的太阳轮72上，外齿圈75通过螺钉与行星齿轮段外壳76固定，动力由太阳轮72、行星轮73传递至行星架74后带动磁耦合传动部件的内转子部件6旋转，通过内外转子磁钢n、s极推拉作用传递电机扭矩驱动螺旋桨外转子部件4旋转运动，从而驱动与外转子一体的螺旋桨旋转运动，配合推进器转向部件8实现水下机器人的矢量推进，提高整体运动的灵活性。
50.【实施例2】
51.推进器搭载于水陆两栖机器人中，当机器人陆地运行时，推进器成为独立控制的驱动轮。
52.如图1、图2与图4所示，当在陆地运动时，推进器的控制和电机驱动力输出到行星齿轮动力切换部件7中的太阳轮72上，行星架74通过侧面的螺纹孔使用螺钉与行星齿轮段外壳76固定，外齿圈75不进行周向固定，动力由太阳轮72、行星轮73传递至外齿圈75与行星齿轮段外壳76上，行星齿轮段外壳76通过导管支撑杆3与导管轮胎复合部件连接驱动其转动。每个推进器都具有转向驱动功能，比常规两轮驱动控制灵活性更高。
53.本技术领域的人员根据本发明所提供的文字描述、附图以及权利要求书能够很容易在不脱离权利要求书所限定的本发明的思想和范围条件下，可以做出多种变化和改动。
凡是依据本发明的技术思想和实质对上述实施例进行的任何修改、等同变化，均属于本发明的权利要求所限定的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，其特征在于，包括推进器外壳密封部件、导管轮胎复合部件、磁耦合传动部件、行星齿轮动力切换部件和推进器转向部件；所述推进器外壳密封部件由行星齿轮段外壳、电机段外壳、驱动段外壳三部分组成，所述驱动段外壳与电机段外壳通过中间密封转接件连接，所述电机段外壳与中间密封转接件开有o形圈槽与螺纹孔，通过o形圈与螺钉固定实现整体的水下可靠静密封；所述导管轮胎复合部件包括橡胶轮胎、导管和导管支撑杆，所述橡胶轮胎固定于导管外壁上，所述导管通过导管支撑杆连接于行星齿轮段外壳上；所述磁耦合传动部件包括螺旋桨外转子部件、隔离套和内转子部件；所述螺旋桨外转子部件包括耐磨材料、导流头罩、螺旋桨、外转子磁钢和外转子支架，所述耐磨材料倒扣在导流头罩上，所述导流头罩倒扣在外转子支架上，所述外转子磁钢装配于外转子支架内，所述外转子支架与螺旋桨的桨毂配合组成密封结构；所述内转子部件包括内转子磁钢和内转子支架，所述内转子磁钢装配于内转子支架上；所述隔离套将内转子磁钢与外转子磁钢工作环境隔离开，所述内转子部件通过o形圈密封在隔离套内部，所述螺旋桨外转子部件同轴套接在所述隔离套上；所述行星齿轮动力切换部件包括齿轮挡圈、太阳轮、行星轮、行星架和外齿圈，通过固定不同部件实现电机两种不同输出路线；所述外齿圈的一端开有螺纹孔，用于固定齿轮挡圈防止行星轮轴向窜动，另一端开有螺钉槽，与行星齿轮段外壳上的螺钉配合，实现动力切换；所述行星齿轮段外壳与行星架侧面开有螺纹孔，用于动力切换时使用，所述行星齿轮段外壳内装有滚动轴承分别支撑行星架与外齿圈；所述太阳轮通过键与轴端固定螺母固定于电机输出阶梯轴上；所述行星架的一侧为盘状结构，用于装配行星轮，另一侧为轴系，用于驱动内转子部件转动；所述太阳轮、行星轮、外齿圈依次齿轮啮合连接；所述推进器转向部件固定在电机段外壳上，用于实现水下矢量推进与陆地运行方向控制。2.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，其特征在于，行星齿轮动力切换部件、电机、电机驱动分别装配于行星齿轮段外壳、电机段外壳、驱动段外壳内部，提高水下抗压与驱动散热能力。3.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，其特征在于，所述导管轮胎复合部件用于实现水下的整流与陆地支撑作用，其导管内壁采用no.19a号导管的线型实现水下高效推进，导管支撑杆用于提高整体强度，提高陆地运行的安全性。4.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，其特征在于，内外转子磁钢采用halbach阵列方式实现相同尺寸下传递更大扭矩。5.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，其特征在于，通过内外转子磁耦合将电机传递给内转子的扭矩进一步传递给外转子，从而驱动螺旋桨外转子部件水下转动产生推力。6.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，其特征在于，所述外转子支架两端开有o形圈槽，实现外转子磁钢的水下可靠静密封。7.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，其特征在于，所
述行星架的一侧为盘状结构，盘面上设有三个用于支撑行星轮的轴，行星轮通过滚针轴承安装在轴上，行星架的另一侧为轴系，轴系末端开有键槽，用于驱动内转子部件转动。8.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，其特征在于，所述推进器转向部件包括推进器转向杆，所述推进器转向杆固定在电机段外壳上，推进器转向杆上端装有圆锥齿轮，与机器人本体电机输出轴圆锥齿轮配合实现水下矢量推进与陆地运行方向控制。9.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，其特征在于，当在水下用于推进器工作时，外齿圈上的螺钉槽通过螺钉与行星齿轮段外壳周向固定，行星架不进行周向固定，动力由太阳轮、行星轮传递至行星架后带动磁耦合传动部件的内转子部件旋转，通过内外转子磁钢的磁力驱动螺旋桨外转子部件旋转运动。10.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，其特征在于，当在陆地运动时，行星架通过侧面的螺纹孔使用螺钉与行星齿轮段外壳固定，外齿圈不进行周向固定，动力由太阳轮、行星轮传递至外齿圈与行星齿轮段外壳上，行星齿轮段外壳通过导管支撑杆与导管轮胎复合部件连接驱动其转动。

技术总结
本发明公开了一种基于行星齿轮的双模作业磁耦合推进器，该推进器主要由推进器外壳密封部件、导管轮胎复合部件、磁耦合传动部件、行星齿轮动力切换部件和推进器转向部件组成；推进器外壳密封部件由行星齿轮段外壳、电机段外壳、驱动段外壳三部分组成；磁耦合传动部件由螺旋桨外转子部件、隔离套和内转子部件三部分组成；本发明可搭载在ROV、AUV等装置中用作矢量水下推进器，在陆上机器人中充当驱动转向轮毂使用，使用推进器外壳密封部件实现水下可靠密封，通过行星齿轮固定实现不同动力传递方向，可以实现水陆两栖工作，为机器人水下路上提供驱动力。提供驱动力。提供驱动力。


技术研发人员：徐子健 金浩然 杨克己 周志新 徐晟凯 吴海腾
受保护的技术使用者：杭州申昊科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/8/5