CN102170073B - 水下运载器专用水下插头湿插拔辅助连接装置 - Google Patents

Abstract

水下运载器专用的水下插头湿插拔辅助连接装置，属于海洋工程技术领域，包括机械手支撑基座、杠杆机构和水下插头导向连接装置。该装置固接在海底观测网节点旁，辅助水下运载器完成海底观测网节点上的高精度水下插头湿插拔连接作业。该装置通过采用机械结构的水下插头导向连接装置，保证了水下插头与插头插座在连接过程中相对位置的准确程度，避免了使用激光定位装置，降低了制造和维护成本；同时通过合理利用杠杆机构，降低了水下插头湿插拔需要的机械手输出力度，简化了水下运载器的机械手操作，提高了水下插头湿插拔连接作业的成功率。

Description

水下运载器专用水下插头湿插拔辅助连接装置

技术领域

本发明涉及一种水下插头湿插拔辅助连接装置，特别是适用于海底观测网节点上的高精度水下插头湿插拔连接任务的水下运载器专用水下插头湿插拔辅助连接装置，属于海洋工程技术领域。

背景技术

水下插头湿插拔辅助连接装置是海底观测网观测节点的组成部分。海底观测网是通过将安装有海底温度、盐度、水深等仪器的观测节点安放于海底，通过有线和无线网络将多个观测节点连接，由陆上基站向各个观测节点供应能量、收集信息和发送控制指令，实现全天候、长期、连续的自动海底环境监测的网络系统。海底观测网观测节点之间通过水下光电缆连接传输电力和通信。在建立海底观测网过程中，各个观测节点被布放至指定海底位置时不带光电缆，水下光电缆在此之后由海缆布放船只、海缆埋设设备或者水下运载器进行布放，最后水下光电缆与观测节点之间的连接是由潜水员或者水下运载器完成的。对于近海浅水水域的海底观测网建立可以采用潜水员进行水下插头的连接作业，但是深海海底观测网则必须使用深水型水下运载器完成连接任务。大型的深水水下运载器都安装有两个机械手和专用水下作业工具，能够执行诸如水下取样、海底地形测绘、环境评估等深水作业任务。在进行水下插头湿插拔连接时，需要对水下插头和其插座的位置进行精确定位，同时需要相当大的插拔力。水下运载器依靠自身的推进系统无法在水中悬停静止，会受到水流等因素的扰动，同时水下运载器上的机械手不能提供足够大的插拔力。因此，单单依靠水下运载器进行水下插头湿插拔连接作业是非常困难的。

国外针对海底观测网建设中的水下插头连接问题已经研制成功了特种的水下插头辅助连接工具。在已有技术中，加拿大的VENUS实时海底观测系统观测节点采用了激光定位水下连接工具。该激光定位水下连接工具的主要功能构件包括机械手支撑和激光定位连接装置。机械手支撑机构安装在海底观测网节点上，用于水下运载器上的一支机械手夹持，使得水下运载器在水流作用下保持悬停静止。激光定位连接装置安装在需要连接的水下插头上，由水下运载器的另一支机械手夹持，激光定位连接装置上的水下激光器发射激光确定观测节点上的水下插头连接位置，然后通过控制机械手姿态使水下插头对准观测节点上的插座连接位置。最后操作机械手将水下插头推入插座内。该激光定位水下连接工具能够以很高精度完成水下插头湿插拔连接作业，同时激光定位连接装置结构体积小，便于机械手的夹持。但是使用水下激光器成本高，容易出现故障不易维修，同时激光定位连接装置的控制系统复杂，对水下运载器的机械手操作员要求很高。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明设计了一种针对深海海底观测网节点的高精度水下插头湿插拔连接作业的水下运载器专用水下插头湿插拔辅助连接装置。该装置采用机械结构完成高精度的水下插头湿插拔连接作业，结构简单、制造成本低，同时减少了水下插头湿插拔需要的机械手输出力度，降低了对水下运载器上机械手的操控要求，提高了水下插头湿插拔连接作业的成功率。该装置与海底观测网节点固接在一起，可按需要拆卸，不会影响到海底观测网节点的正常工作。

本发明所采用的技术方案如下：本发明固接在海底观测网节点旁，和海底观测网节点一起布置于海底指定地点。本发明包括机械手支撑基座、杠杆机构和水下插头导向连接装置。机械手支撑基座固接在海底观测网节点旁，和海底观测网节点一起布置于海底指定地点，为水下运载器提供水下支撑和固定平台，并可按需要从海底观测网节点上拆卸。机械手支撑基座包括两根竖直支撑长梁、两根竖直支撑短梁、两根斜撑梁、顶部横梁、四根底部横梁、两个机械手支撑板、机械手支撑杆和两个杠杆吸附磁铁。竖直支撑长梁、竖直支撑短梁、斜撑梁、顶部横梁和底部横梁均采用铝合金或不锈钢型材。四根底部横梁长度相同，焊接成方框结构，两根竖直支撑长梁的下端和两根竖直支撑短梁的下端分别与方框结构的四个角垂直焊接。顶部横梁两端分别与两根竖直支撑长梁的上端焊接。两根斜撑梁的两端分别固接在两根竖直支撑短梁的上端和两根竖直支撑长梁的中部，两根斜撑梁均与水平方向呈45°夹角。两个机械手支撑板尺寸相同，均为采用不锈钢板材制作的细长梯形结构体。两个机械手支撑板的前端均开孔，后端分别垂直安装在两根竖直支撑长梁的上端左侧。机械手支撑杆为不锈钢管，两端分别穿过两个机械手支撑板的前端孔并固接。两个半圆形杠杆吸附磁铁分别固接在两个机械手支撑板的前端。在水下插头湿插拔连接作业中，水下运载器上的一支机械手抓住机械手支撑杆后保持悬停静止，另一支机械手完成水下插头的湿插拔作业。

杠杆机构包括两块杠杆主体、杠杆抓杆、杠杆轴和两个杠杆基座。两个杠杆基座均为不锈钢材料加工的等腰梯形结构体，分别位于两个机械手支撑板的下方，通过螺栓安装在两根竖直支撑长梁的上部左侧。两块杠杆主体为尺寸相同的等腰梯形不锈钢板。在两块杠杆主体的左下角均开有大小相同的半圆槽，半圆槽槽口朝向等腰梯形的左侧。两块杠杆主体的顶端和右下角均开孔。杠杆轴为不锈钢管，其两端分别穿过两块平行的杠杆主体的右下角孔并固接。杠杆轴的两端分别铰接在两个杠杆基座的前端，使得两块杠杆主体和杠杆抓杆能够以杠杆轴的轴心为中心转动。杠杆抓杆为不锈钢管，其两端分别穿过两块平行的杠杆主体的顶端孔并固接。

水下插头导向连接装置包括插头导向、支撑面板、水下插头、两根插头侧杆和插头插座。水下插头导向连接装置通过支撑面板固接在两根斜撑梁上。插头导向为铝合金或不锈钢材料制成的薄壁圆筒，上半段圆筒直径大于下半段圆筒直径。在插头导向上半段圆筒筒壁两侧分别开有两个相同长度和宽度的导向槽，两导向槽处于同一竖直平面，均开口向上，开口至插头导向上半段圆筒的上端。支撑面板为不锈钢矩形板，中间开孔，支撑面板的两边分别固接在两根斜撑梁上，为插头导向提供固定和支撑。插头导向的下半段圆筒下端垂直焊接在支撑面板的中央位置。水下插头是可以进行水下湿插拔作业的特种光电缆水密接插件插头，置于插头导向内。水下插头的前端直径稍小于插头导向下半段圆筒的内径，水下插头的后端连接水下光电缆。两根插头侧杆均为长度相同的铝合金杆，分别垂直焊接在水下插头两侧的外侧壁上，两根插头侧杆处于同一直线，其直径均小于插头导向上半段圆筒筒壁两侧的导向槽宽度。插头插座为水下插头的湿插拔连接终端，插头插座开口向上，垂直安装在支撑面板的中心孔内。在水下插头的湿插拔连接作业过程中，两根插头侧杆分别位于插头导向上半段圆筒筒壁两侧的两个导向槽内，保证水下插头与插头插座的准确定位对接。

本发明配合水下运载器进行水下插头的湿插拔连接作业。在水下插头湿插拔连接作业前，两块杠杆主体分别被两个杠杆吸附磁铁吸附在两个机械手支撑板上。在水下插头插入连接过程中，水下运载器的左机械手首先抓住机械手支撑杆，使得水下运载器在水中保持悬停静止；水下运载器的右机械手夹持水下插头的后部，将水下插头前端朝下放置入插头导向内，同时水下插头两侧的两根插头侧杆分别进入插头导向上半段圆筒的两个导向槽内；水下运载器右机械手松开水下插头，抓住杠杆抓杆，向下持续按压，使得两块杠杆主体与两块杠杆吸附磁铁分离，两块杠杆主体绕着杠杆轴的轴心向下转动。两块杠杆主体左下角的半圆槽推动水下插头上的两根插头侧杆沿着插头导向上半段圆筒筒壁两侧的两个导向槽向下移动，带动水下插头完全插入插头插座，右机械手松开杠杆抓杆，水下插头插入连接作业完成。在水下插头拔出作业过程中，右机械手抓住杠杆抓杆向上抬起，两块杠杆主体左下角的半圆槽结构推动两根插头侧杆分别沿着插头导向上半段圆筒筒壁两侧的两个导向槽向上移动，带动水下插头沿着与插入连接作业相反的路径和插头插座完全分离，水下插头拔出作业完成。

本发明的有益效果：采用简单经济的机械结构使得水下运载器能够完成海底观测网高精度水下插头湿插拔连接作业任务。通过采用机械结构的水下插头导向连接装置，保证了水下插头与插座在连接过程中相对位置的准确程度，避免了使用激光定位装置，降低了制造和维护成本；同时通过合理利用杠杆机构，降低了水下插头湿插拔连接需要的机械手输出力度，简化了水下运载器的机械手操作，使得本发明能够适用于更多型号的水下运载器。

附图说明

图1是本发明水下插头湿插拔辅助连接装置的总体结构示意图；

图2是本发明水下插头湿插拔辅助连接装置的机械手支撑基座结构示意图；

图3是本发明水下插头湿插拔辅助连接装置的杠杆机构结构示意图；

图4A是本发明水下插头湿插拔辅助连接装置中水下插头导向连接装置结构示意图；

图4B是本发明水下插头湿插拔辅助连接装置中水下插头导向连接装置右视示意图；

图4C是本发明水下插头湿插拔辅助连接装置图4B的A-A剖面视图；

图中1是竖直支撑长梁，2是竖直支撑短梁，3是斜撑梁，4是顶部横梁，5是底部横梁，6是机械手支撑板，7是机械手支撑杆，8是杠杆吸附磁铁，9是杠杆主体，10是杠杆抓杆，11是杠杆轴，12是杠杆基座，13是插头导向，14是支撑面板，15是水下插头，16是插头侧杆，17是插头插座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施做进一步描述：

如图1、图2、图3、图4A、图4B、图4C所示，本发明包括机械手支撑基座、杠杆机构和水下插头导向连接装置。机械手支撑基座固接在海底观测网节点旁，和海底观测网节点一起布置于海底指定地点，为水下运载器提供水下支撑和固定平台，并可按需要从海底观测网节点上拆卸。机械手支撑基座包括两根竖直支撑长梁1、两根竖直支撑短梁2、两根斜撑梁3、顶部横梁4、四根底部横梁5、两个机械手支撑板6、机械手支撑杆7和两个杠杆吸附磁铁8。竖直支撑长梁1、竖直支撑短梁2、斜撑梁3、顶部横梁4和底部横梁5均采用铝合金或不锈钢型材。四根底部横梁5长度相同，焊接成方框结构，两根竖直支撑长梁1的下端和两根竖直支撑短梁2的下端分别与方框结构的四个角垂直焊接。顶部横梁4两端分别与两根竖直支撑长梁1的上端焊接。两根斜撑梁3的两端分别固接在两根竖直支撑短梁2的上端和两根竖直支撑长梁1的中部，两根斜撑梁3均与水平方向呈45°夹角。两个机械手支撑板6尺寸相同，均为采用不锈钢板制作的细长梯形结构体。两个机械手支撑板6的前端均开孔，后端分别垂直安装在两根竖直支撑长梁1的上端左侧。机械手支撑杆7为不锈钢空心管，两端分别穿过两个机械手支撑板6的前端孔并固接。两个半圆形杠杆吸附磁铁8分别固接在两个机械手支撑板6的前端。在水下插头15湿插拔连接作业中，水下运载器上的一支机械手抓住机械手支撑杆7后保持悬停静止，另一支机械手完成水下插头15的湿插拔作业。

杠杆机构包括两块杠杆主体9、杠杆抓杆10、杠杆轴11和两个杠杆基座12。两个杠杆基座12均为不锈钢材料加工的等腰梯形结构体，分别位于两个机械手支撑板6的下方，通过螺栓安装在两根竖直支撑长梁1的上部左侧。两块杠杆主体9均为尺寸相同的等腰梯形不锈钢板材。在两块杠杆主体9的左下角均开有大小相同的半圆槽，半圆槽槽口朝向等腰梯形的左侧。两块杠杆主体9的顶端和右下角均开孔。杠杆轴11为不锈钢管，其两端分别穿过两块平行的杠杆主体9的右下角孔并固接。杠杆轴11的两端分别铰接在两个杠杆基座12的前端，使得两块杠杆主体9和杠杆抓杆10能够以杠杆轴11的轴心为中心转动。杠杆抓杆10)为不锈钢管，其两端分别穿过两块平行的杠杆主体9的顶端孔并固接。

水下插头导向连接装置包括插头导向13、支撑面板14、水下插头15、两根插头侧杆16和插头插座17。水下插头导向连接装置通过支撑面板14固接在两根斜撑梁3上。插头导向13为铝合金或不锈钢材料制成的薄壁圆筒，上半段圆筒直径大于下半段圆筒直径。在插头导向13上半段圆筒筒壁两侧分别开有两个相同长度和宽度的导向槽，两导向槽处于同一竖直平面，均开口向上，开口至插头导向13上半段圆筒的上端。支撑面板14为不锈钢矩形板，中间开孔，支撑面板14的两边分别固接在两根斜撑梁3上，为插头导向13提供固定和支撑。插头导向13的下半段圆筒下端垂直焊接在支撑面板14的中央位置。水下插头15是可以进行水下湿插拔作业的特种光电缆水密接插件插头，置于插头导向13内。水下插头15的前端直径稍小于插头导向13下半段圆筒的内径，水下插头15的后端连接水下光电缆。两根插头侧杆16均为长度相同的铝合金杆，分别垂直焊接在水下插头15两侧的外侧壁上，两根插头侧杆16处于同一直线，其直径均小于插头导向13上半段圆筒筒壁两侧的导向槽宽度。插头插座17为水下插头15的湿插拔连接终端，插头插座17开口向上，垂直安装在支撑面板14的中心孔内。在水下插头15的湿插拔连接作业过程中，两根插头侧杆16分别位于插头导向13上半段圆筒筒壁两侧的两个导向槽内，保证水下插头15与插头插座17的准确定位对接。

本发明配合水下运载器进行水下插头15的湿插拔连接作业。在水下插头15湿插拔连接作业前，两块杠杆主体9分别被两个杠杆吸附磁铁8吸附在两个机械手支撑板6上。在水下插头15插入连接过程中，水下运载器的左机械手首先抓住机械手支撑杆7，使得水下运载器在水中保持悬停静止；水下运载器的右机械手夹持水下插头15的后部，将水下插头15前端朝下放置入插头导向13内，同时水下插头15两侧的两根插头侧杆16分别进入插头导向13上半段圆筒上的两个导向槽内。水下运载器右机械手松开水下插头15，抓住杠杆抓杆10，向下持续按压，使得两块杠杆主体9与两块杠杆吸附磁铁8分离，两块杠杆主体9绕着杠杆轴11的轴心向下转动。两块杠杆主体9左下角的半圆槽推动水下插头15上的两根插头侧杆16沿着插头导向13上半段圆筒筒壁两侧的两个导向槽向下移动，带动水下插头15完全插入插头插座17，右机械手松开杠杆抓杆10，水下插头15插入连接作业完成。在水下插头15拔出作业过程中，右机械手抓住杠杆抓杆10向上抬起，两块杠杆主体9左下角的半圆槽推动两根插头侧杆16分别沿着插头导向13上半段圆筒筒壁两侧的两个导向槽向上移动，带动水下插头15沿着与插入连接作业相反的路径和插头插座17完全分离，水下插头15拔出作业完成。

Claims (5)

1.一种水下运载器专用水下插头湿插拔辅助连接装置，包括机械手支撑基座，其特征还在于包括杠杆机构和水下插头导向连接装置，机械手支撑基座固接在海底观测网节点旁，和海底观测网节点一起布置于海底指定地点，机械手支撑基座包括两根竖直支撑长梁(1)、两根竖直支撑短梁(2)、两根斜撑梁(3)、顶部横梁(4)、四根底部横梁(5)、两个机械手支撑板(6)、机械手支撑杆(7)和两个杠杆吸附磁铁(8)；四根底部横梁(5)长度相同，焊接成方框结构，两根竖直支撑长梁(1)的下端和两根竖直支撑短梁(2)的下端分别与方框结构的四个角垂直焊接；顶部横梁(4)两端分别与两根竖直支撑长梁(1)的上端焊接；两根斜撑梁(3)的两端分别固接在两根竖直支撑短梁(2)的上端和两根竖直支撑长梁(1)的中部；两个机械手支撑板(6)均为尺寸相同的等腰梯形结构体；两个机械手支撑板(6)的前端均开孔，后端分别垂直安装在两根竖直支撑长梁(1)的上端左侧；机械手支撑杆(7)的两端分别穿过两个机械手支撑板(6)的前端孔并固接；两个半圆形杠杆吸附磁铁(8)分别固接在两个机械手支撑板(6)的前端；杠杆机构包括两块杠杆主体(9)、杠杆抓杆(10)、杠杆轴(11)和两个杠杆基座(12)；两个杠杆基座(12)均为等腰梯形结构体，分别位于两个机械手支撑板(6)的下方，通过螺栓安装在两根竖直支撑长梁(1)的上部左侧；两块杠杆主体(9)均为尺寸相同的等腰梯形板；在两块杠杆主体(9)的左下角均开有大小相同的半圆槽，半圆槽槽口朝向等腰梯形的左侧，两块杠杆主体(9)的顶端和右下角均开孔；杠杆轴(11)的两端分别穿过两块平行的杠杆主体(9)的右下角孔并固接；杠杆轴(11)的两端分别铰接在两个杠杆基座(12)的前端；杠杆抓杆(10)的两端分别穿过两块平行的杠杆主体(9)的顶端孔并固接；水下插头导向连接装置包括插头导向(13)、支撑面板(14)、水下插头(15)、两根插头侧杆(16)和插头插座(17)；水下插头导向连接装置通过支撑面板(14)固接在两根斜撑梁(3)上；插头导向(13)为薄壁圆筒，上半段圆筒直径大于下半段圆筒直径；在插头导向(13)上半段圆筒筒壁两侧分别开有两个相同长度和宽度的导向槽，两导向槽处于同一竖直平面，均开口向上，开口至插头导向(13)上半段圆筒的上端；支撑面板(14)为不锈钢矩形板，中间开孔，支撑面板(14)的两边分别固接在两根斜撑梁(3)上；插头导向(13)的下半段圆筒下端垂直焊接在支撑面板(14)的中央位置；水下插头(15)置于插头导向(13)内，水下插头(15)的前端直径稍小于插头导向(13)下半段圆筒的内径，水下插头(15)的后端连接水下光电缆；两根插头侧杆(16)均为长度相同的铝合金杆，分别垂直焊接在水下插头(15)两侧的外侧壁上，两根插头侧杆(16)处于同一直线，其直径均小于插头导向(13)上半段圆筒筒壁两侧的导向槽宽度；插头插座(17)开口向上，垂直安装在支撑面板(14)的中心孔内。

2.根据权利要求l所述的水下运载器专用水下插头湿插拔辅助连接装置，其特征是所述的竖直支撑长梁(1)、竖直支撑短梁(2)、斜撑梁(3)、顶部横梁(4)和底部横梁(5)均采用铝合金或不锈钢型材制作，两根斜撑梁(3)均与水平方向呈45°夹角。

3.根据权利要求l所述的水下运载器专用水下插头湿插拔辅助连接装置，其特征是所述的机械手支撑杆(7)、杠杆抓杆(10)和杠杆轴(11)均为不锈钢管。

4.根据权利要求l所述的水下运载器专用水下插头湿插拔辅助连接装置，其特征是所述的机械手支撑板(6)、杠杆主体(9)和杠杆基座(12)均为采用不锈钢板材加工。

5.根据权利要求1所述的水下运载器专用水下插头湿插拔辅助连接装置，其特征是所述的插头导向(13)为铝合金或不锈钢材料制成。

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