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1、(10)申请公布号 CN 102951283 A (43)申请公布日 2013.03.06 C N 1 0 2 9 5 1 2 8 3 A *CN102951283A* (21)申请号 201110251277.8 (22)申请日 2011.08.29 B63H 25/30(2006.01) (71)申请人中国科学院沈阳自动化研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市东陵区南塔街 114号 (72)发明人尹远 胡志强 衣瑞文 郑荣 (74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限 公司 21002 代理人白振宇 (54) 发明名称 一种连杆式液压舵机 (57) 摘要 本发明涉及操舵装置，具体地说是一。
2、种连杆 式液压舵机，可适用于水下机器人以及其他一些 需要大扭矩但是空间狭小的海洋运载器，包括伺 服油缸、耳环、舵柄、舵杆、铜套及舵叶，伺服油缸 位于水下机器人载体内部，伺服油缸内可伸缩的 活塞杆的输出端设有耳环；铜套安装在水下机器 人载体上，舵杆由铜套穿过，舵杆的一端位于水下 机器人载体内、与舵柄的一端相连，舵柄的另一端 与所述耳环铰接，舵杆的另一端位于水下机器人 载体外部、安装有舵叶，所述舵杆通过活塞杆的伸 缩相对铜套旋转，舵叶与舵杆连动。本发明采用液 压伺服油缸作为舵机的动力来源，可以提供大中 型水下机器人操舵需要的大扭矩输出。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图5页。
3、 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 1/1页 2 1.一种连杆式液压舵机，其特征在于：包括伺服油缸(3)、耳环(11)、舵柄(2)、舵杆 (9)、铜套(10)及舵叶(8)，其中伺服油缸(3)位于水下机器人载体内部，伺服油缸(3)内 可伸缩的活塞杆(17)的输出端设有耳环(11)；所述铜套(10)安装在水下机器人载体(15) 上，舵杆(9)由铜套(10)穿过，舵杆(9)的一端位于水下机器人载体(15)内、与舵柄(2)的 一端相连，舵柄(2)的另一端与所述耳环(11)铰接，舵杆(9)的另一端位于水下机器人载 体(15)外部。
4、、安装有舵叶(8)，所述舵杆(9)通过活塞杆(17)的伸缩相对铜套(10)旋转， 舵叶(8)与舵杆(9)连动。 2.按权利要求1所述的连杆式液压舵机，其特征在于：所述铜套(10)上螺纹连接有对 其轴向限位的防松螺母(1)。 3.按权利要求2所述的连杆式液压舵机，其特征在于：所述防松螺母(1)与耳环(11) 之间设有套在舵杆(11)上的挡圈(14)。 4.按权利要求1或2所述的连杆式液压舵机，其特征在于：所述铜套(10)内部开有供 舵杆(9)穿过的阶梯孔，铜套(10)的一端为与水下机器人载体(15)固接的法兰，另一端设 有螺纹，铜套(10)上的法兰处设有保证水密的O形密封圈(13)。 5.按权利。
5、要求1或2所述的连杆式液压舵机，其特征在于：所述舵杆(9)的一端为方 形柱、与舵柄(2)固接，另一端开有凹槽，所述舵叶(8)夹持在该凹槽内，通过螺栓固接。 6.按权利要求1或2所述的连杆式液压舵机，其特征在于：所述舵杆(9)位于铜套(10) 内的部分沿周向开有密封槽(18)，在密封槽(18)内容置有实现舵机与外界水环境水密的O 形密封圈(13)。 7.按权利要求1或2所述的连杆式液压舵机，其特征在于：所述舵柄(2)的一端开有 与舵杆(9)固接的方形孔，另一端通过圆柱销(12)与耳环(11)铰接，所述耳环(11)为“U” 形。 8.按权利要求1或2所述的连杆式液压舵机，其特征在于：在水下机器人载。
6、体内部设 有安装底座(7)，该安装底座(7)上安装有支撑耳环(6)，所述伺服油缸(3)固定在支撑耳 环(6)上。 9.按权利要求8所述的连杆式液压舵机，其特征在于：所述支撑耳环(6)为“凸”形，凸 出的部分设有通孔(16)，所述伺服油缸(3)上设有固定销，该固定销置于通孔(16)内实现 伺服油缸(3)的固定。 10.按权利要求9所述的连杆式液压舵机，其特征在于：所述安装底座(7)上固接有两 个相对布置的支撑耳环(6)，每个支撑耳环(6)上均设有通孔(16)，所述伺服油缸(3)位于 两个支撑耳环(6)之间，通过固定销通孔(16)内实现铰接限位。 权 利 要 求 书CN 102951283 A 1。
7、/4页 3 一种连杆式液压舵机 技术领域 0001 本发明涉及操舵装置，具体地说是一种连杆式液压舵机，可适用于水下机器人以 及其他一些需要大扭矩但是空间狭小的海洋运载器。 背景技术 0002 水下机器人作为一种水下观测、作业平台，已经在海洋科学研究、海洋工程、海洋 资源勘探、水库堤坝检修等众多水下领域得到广泛应用。 0003 水下机器人具有非常好的灵活性，可以实现水下空间六自由度运动。传统的水下 无人潜航器包括AUV(自主水下机器人)和ROV(遥控水下机器人)两类。ROV主要依靠多 部螺旋桨矢量布置来实现水下空间六自由度运动，而AUV主要依靠操舵来实现水下空间六 自由度运动。 0004 传统的。
8、水下机器人体积比较小，航行速度比较慢，空间机动性不强，因此其实现空 间六自由度运动所需要的操纵力矩较小，所以传统的AUV可以主要依靠小型电动舵机这种 扭矩较小的舵机产生扭矩来实现操舵。 0005 随着水下机器人技术的发展，各种大型、中型水下机器人的研制相继提上议事议 程。这种大中型水下机器人相比传统的AUV需要更大的操纵力矩，此时继续使用传统的小 型电动舵机已经无法满足大中型水下机器人的需要。 0006 传统的小型电动舵机应用到大中型水下机器人中的弊端主要是两个方面： 0007 第一、扭矩比较小，无法满足大中型水下机器人对操舵扭矩的需求。 0008 第二、继续使用纯电动方式则能源消耗高，蓄电池。
9、携带能源无法满足频繁的大扭 矩操舵需求。 发明内容 0009 为了解决水下机器人传统的电动舵机扭矩小、能源消耗高等弊端，本发明的目的 在于提供一种连杆式液压舵机。该舵机采用液压驱动，液压源可由内燃机驱动液压站提供， 摆脱了传统的水下机器人依靠蓄电池驱动电动舵机的能源消耗紧张现状，同时由于是液压 驱动因此可以达到大扭矩输出。 0010 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 0011 本发明包括伺服油缸、耳环、舵柄、舵杆、铜套及舵叶，其中伺服油缸位于水下机器 人载体内部，伺服油缸内可伸缩的活塞杆的输出端设有耳环；所述铜套安装在水下机器人 载体上，舵杆由铜套穿过，舵杆的一端位于水下机器人载体内、。
10、与舵柄的一端相连，舵柄的 另一端与所述耳环铰接，舵杆的另一端位于水下机器人载体外部、安装有舵叶，所述舵杆通 过活塞杆的伸缩相对铜套旋转，舵叶与舵杆连动。 0012 其中：所述铜套上螺纹连接有对其轴向限位的防松螺母；所述防松螺母与耳环之 间设有套在舵杆上的挡圈；所述铜套内部开有供舵杆穿过的阶梯孔，铜套的一端为与水下 机器人载体固接的法兰，另一端设有螺纹，铜套上的法兰处设有保证水密的O形密封圈；所 说 明 书CN 102951283 A 2/4页 4 述舵杆的一端为方形柱、与舵柄固接，另一端开有凹槽，所述舵叶夹持在该凹槽内，通过螺 栓固接；所述舵杆位于铜套内的部分沿周向开有密封槽，在密封槽内容置有。
11、实现舵机与外 界水环境水密的O形密封圈；所述舵柄的一端开有与舵杆固接的方形孔，另一端通过圆柱 销与耳环铰接，所述耳环为“U”形；在水下机器人载体内部设有安装底座，该安装底座上安 装有支撑耳环，所述伺服油缸固定在支撑耳环上；所述支撑耳环为“凸”形，凸出的部分设有 通孔，所述伺服油缸上设有固定销，该固定销置于通孔内实现伺服油缸的固定；所述安装底 座上固接有两个相对布置的支撑耳环，每个支撑耳环上均设有通孔，所述伺服油缸位于两 个支撑耳环之间，通过固定销通孔内实现铰接限位。 0013 本发明的优点与积极效果为： 0014 1.本发明采用液压伺服油缸作为舵机的动力来源，可以提供大中型水下机器人操 舵需要。
12、的大扭矩输出。 0015 2.本发明在铜套上螺纹连接了防松螺母，并配以挡圈，对舵杆轴向限位，还防止了 铜套滑出水下机器人载体。 0016 3.本发明体积小，适宜水下机器人这种对设备体积要求严格的装备使用。 0017 4.本发明的舵杆末端采用凹槽的夹紧舵叶的形式，供连接舵叶，做到了既不影响 结构强度又不影响流线形外形。 0018 5.本发明安装底座的高度可以根据需要进行调整，使舵机具有了更广泛的适用 性。 附图说明 0019 图1为本发明立体结构示意图； 0020 图2为本发明的结构主视图； 0021 图3为本发明的俯视装配图； 0022 图4为图1中舵杆的结构示意图； 0023 图5为图4中的。
13、A-A剖视图； 0024 图6为图4的左视图； 0025 图7为图1中安装底座的结构示意图； 0026 图8为图7的俯视图； 0027 图9为图7的左视图； 0028 图10为图1中铜套的结构示意图； 0029 图11为图10的俯视图； 0030 其中：1为防松螺母，2为舵柄，3为伺服油缸，4为螺栓，5为垫片，6为支撑耳环，7 为安装底座，8为舵叶，9为舵杆，10为铜套，11为耳环，12为圆柱销，13为O形密封圈，14为 挡圈，15为水下机器人载体，16为通孔，17为活塞杆，18为密封槽。 具体实施方式 0031 下面结合附图对本发明作进一步详述。 0032 如图13所示，本发明包括防松螺母1。
14、、舵柄2、伺服油缸3、支撑耳环6、安装底座 7、舵叶8、舵杆9、铜套10及耳环11，其中安装底座7包括一个底板及两个相互平行的竖板， 说 明 书CN 102951283 A 3/4页 5 如图79所示，底板上开有四个螺纹孔，用四组螺栓4以及垫片5将安装底座7固定在需 要安装舵机的平台上；本发明的安装底座7的高度可以根据实际需要进行灵活调整。在安 装底座7的两个竖板上各设有一个支撑耳环6，每个支撑耳环6通过两组螺栓4以及垫片5 固定在安装底座7上，两个支撑耳环6相对布置，相互平行。支撑耳环6为“凸”形，凸出的 部分设有通孔16，所述伺服油缸3位于两个支撑耳环6之间，伺服油缸3上设有固定销，该 固。
15、定销置于通孔16内实现伺服油缸3的铰接限位。 0033 伺服油缸3内设可伸缩的活塞杆17，活塞杆17的输出端接耳环11，该耳环11为 “U”形。铜套10安装在水下机器人载体15上，如图10、图11所示，铜套10内部开有供舵 杆9穿过的阶梯孔，铜套10的一端为与水下机器人载体15固接的法兰，另一端设有螺纹； 为防止漏水，铜套10的法兰处设有O形密封圈13、保证水密。舵杆9由铜套10穿过，舵杆 9置于铜套10中保护水下机器人载体15免受磨损以及保护舵杆9减少磨损并兼具支撑作 用，铜套10属于易磨损件，可定期更换；舵杆9的一端位于水下机器人载体15内、与舵柄2 的一端固接，舵柄2的另一端与耳环11通。
16、过圆柱销12铰接，舵杆9的另一端位于水下机器 人载体15外部、安装有舵叶8，所述舵杆9通过活塞杆17的伸缩相对铜套10旋转，舵叶8 与舵杆9连动。所述铜套10的另一端螺纹连接有对其轴向限位的防松螺母1，以防止铜套 10滑出水下机器人载体15，并在防松螺母1与耳环11之间设有套在舵杆11上的挡圈14， 对舵杆9轴向限位。 0034 如图46所示，舵杆9的一端为方形柱，另一端为中间开有凹槽的放大夹持端， 并在凹槽的两侧夹持叶上各设有四个螺纹孔，所述舵叶8局部凹陷夹持在该凹槽内，通过 四个螺栓与舵杆9连接固定。在舵杆9位于铜套10内的部分沿周向开有密封槽18，该密封 槽18内容置有实现舵机与外界水环。
17、境水密的O形密封圈13。舵柄2的一端开有与舵杆9 固接的方形孔，另一端通过圆柱销12与耳环11铰接。 0035 本发明的工作原理为： 0036 首先，伺服油缸3自身设有固定销，将伺服油缸的一对固定销置于一对设置在左 右两侧的支撑耳环6中，可以将伺服油缸3铰接限位在安装底座7上，实现了将伺服油缸3 缸体限位的目的；伺服油缸3内设置可由液压油控制伸缩的活塞杆17，活塞杆17的输出端 安装U形的耳环11，随着活塞杆17的往复运动，带动U形的耳环11往复运动；耳环11通 过圆柱销12与舵柄2连接，舵柄2的一端(上端)与舵杆9连接固定，由此，当伺服油缸3 的活塞杆17往复运动的时候，可以带动舵柄2摆动；。
18、舵杆9的一端与舵柄2连接固定，而舵 杆9置于铜套10中被限位只能旋转，因此随着舵柄2的摆动，舵杆9实现了转动，舵杆9置 于铜套10中的另一个目的是为了增大水下机器人载体15与舵杆9接触处的强度并减少摩 擦损耗，保护水下机器人载体15免受磨损以及保护舵杆9减少磨损并兼具支撑作用，铜套 10属于易磨损件，可定期更换；舵杆9上开密封槽18并设置O形密封圈13，实现了舵机与 外界水环境的水密；舵杆9的另一端加工成夹式末端，通过四个螺栓与舵叶8实现夹持、紧 定的可靠连接固定，这样随着舵杆9的转动，最终带动了舵叶8的转动，达到了操舵的目的； 铜套10固定在水下机器人载体15上，为防止漏水，铜套10的法兰处。
19、设置O形密封圈13、保 证水密；为防止铜套10滑出水下机器人载体15，铜套10上螺纹连接防松螺母1，与水下机 器人载体15牢固固定，并在舵杆9上设置挡圈14用于轴向限位舵杆9；安装底座7设置在 底部，并可根据实际布置的需要自由修改安装底座7的高度。 说 明 书CN 102951283 A 4/4页 6 0037 本发明适用于大中型水下机器人操纵系统作为操舵装置使用，对飞机、船舶等需 要舵机的场合同样适用。 说 明 书CN 102951283 A 1/5页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102951283 A 2/5页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102951283 A 3/5页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102951283 A 4/5页 10 图4 图5 图6 图7 图8 图9 说 明 书 附 图CN 102951283 A 10 5/5页 11 图10 图11 说 明 书 附 图CN 102951283 A 11 。