CN103158797B - 水下无人遥控重载作业车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下无人遥控重载作业车，包括车架(15)、第一行走履带(101)、第二行走履带(102)、电子舱(10)、液压阀舱(4)、液压泵站舱(6)、右摆臂辅履带(141)和左摆臂辅履带(142)，左摆臂辅履带驱动油缸(111)和右摆臂辅履带驱动油缸(112)两端分别铰接在车架(15)上和相应侧的所述的右摆臂辅履带(141)和左摆臂辅履带(142)的左摆臂辅履带支撑架(182)和右摆臂辅履带支撑架(182)上。应用液压油缸驱动三角形辅助履带的摆动，运动幅度大、易于水下作业、结构简单、重量轻、安装维护简便、节约成本。油缸易于锁死，刚性好，极水下重载作业。通过采用液压油缸摆臂驱动系统，极提高了水下无人遥控重载作业车在复杂环境下通过性和越障能力，极大地增强了其在海底水下复杂环境下的适应性。

Description

水下无人遥控重载作业车

技术领域

本发明涉及一种作业车，特别是涉及一种水下无人遥控重载作业车。

背景技术

随着陆地矿产资源的逐渐枯竭，寻求新的矿源是人类的必经之路，而广袤的大洋正是一个巨大的资源宝库，蕴藏着极丰富的矿产资源，如多金属结核、钴结壳、热液硫化物、天然气水合物等，其海底异常丰富的矿产资源必将成为人类21世纪的资源的新来源，具有巨大的经济价值和战略意义，开发前景十分广阔。

为了对海底的情况进行探测或进行深海矿产资源开采，海底自主移动作业机器人的工作环境极为恶劣，面临着上百至几百个大气压的高压，1～4°的低温，不均匀海流的作用，并且，在没有自然光的环境中，海底充斥着稀软沉积物底质，地形地貌复杂多变。同时，作业机器人还要携带探测、采矿、集矿、输送等设备在复杂的海底环境下行走作业。这使得自主移动作业机器人在稀软底质上行走机理完全不同于陆地，且需具有超强的稀软底质通过能力与爬坡越障能力。同时在海底行走和采矿过程中，在多种外力耦合作用下，海底自主移动作业车在稀软底质上极易发生打滑和下陷，在崎岖的地形上采矿时极易发生翻转，这将直接影响行走采矿过程是否能正常运行。

海底自主移动作业机器人的应用范围非常广泛。目前，海洋矿产资源和海洋油气的勘探通过船舶在海水中拖航勘矿仪的方式来实现，此时勘探仪器离海底存在几十至上百米高度，降低了矿物勘探精度。将勘矿仪器置于海底自主移动作业机器人上，进行海底表面勘探，将大大提高其矿物勘探精度。同时，海底自主移动作业机器人车还可携带钻探器，利用自主移动作业机器人动力钻取岩芯，获取海底地质第一手资料。在跨海大桥、河流大桥、海底隧道和过江隧道的建设中，可将物探仪器安装于海底自主移动作业机器人上进行工程勘察，来获得精准和可靠的工程资料。对于水库堤坝渗漏检测，可利用海底自主移动作业机器人，在水库蓄水状态下，携带检测仪器进行检测水库堤坝渗漏状况。此外，在军事上，海底自主移动作业机器人可用于水雷探测与反制、军港工程水下维护、水中试验武器的打捞与回收等工作。

可见，为了满足在海底或水下的广泛应用，适应复杂多变的作业 条件，高效地完成海底与水下采矿和探测等任务，作为载体的海底自主移动作业机器人必须具有良好的重载性、机动性、越障性、稳定性、自主性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在进行深海采矿或水下探测时，能极大地提高作业车的越障性能和过沟能力，以适应不同环境情况下的作业要求的水下无人遥控重载作业车。

为了解决上述技术问题，本发明提供的水下无人遥控重载作业车，包括车架、第一行走履带、第二行走履带、电子舱、液压阀舱、液压泵站舱、右摆臂辅履带和左摆臂辅履带，左摆臂辅履带驱动油缸的两端分别铰接在所述的车架上和相应侧的所述的左摆臂辅履带的左摆臂辅履带支撑架上，右摆臂辅履带驱动油缸的两端分别铰接在所述的车架上和相应侧的所述的右摆臂辅履带的右摆臂辅履带支撑架上。

所述的第一行走履带和所述的第二行走履带均为橡胶宽幅履带，渐开线齿形。

所述的电子舱、液压阀舱、液压泵站舱安装有压力补偿装置，所述的车架安装有电缆防护网罩。

在所述的车架的前后对称中心处安装有后螺旋桨和前螺旋桨，所述的后螺旋桨和前螺旋桨的旋转轴线与行走履带的从动轮轴线平行，且朝左右两侧反向布置。

所述的右摆臂辅履带和工摆臂辅履带的驱动轮与作业车行走履带驱动轮之间通过螺栓连接。

所述的右摆臂辅履带和左摆臂辅履带均为三角形，平放时，其接地边处于水平位置，与所述的第一行走履带和第二行走履带处于同一行走平面。

采用上述技术方案的水下无人遥控重载作业车，右摆臂辅履带和右摆臂辅履带的摆动过程是通过左摆臂辅履带驱动油缸和右摆臂辅履带驱动油缸的伸缩来实现的。分布在作业车左右两侧的两个摆臂辅履带分别由一个摆臂辅履带驱动油缸来控制其角度的变化。摆臂辅履带驱动油缸的一端铰接在车体上，另一端铰接在摆臂辅履带的支撑架上，通过液压系统控制摆臂辅履带驱动油缸的伸缩，实现摆臂角度的调节。采用摆臂辅履带驱动油缸来实现摆臂辅履带动作，结构简单，摆臂辅履带动作容易控制，易于装拆，维护方便，非常适宜与水下等复杂环境应用，降低了成本，减轻了重量，大大简化了整车的驱动和控制系统的设计与维护。并且，在摆臂辅履带调整到恰当的角度位置后，锁紧摆臂辅履带驱动油缸，摆臂辅履带驱动油缸能够承受在行走 越障或越沟中遇到的极大的反向力矩，保持角度不变，具有极佳的角度保持刚性，能极大提高越障能力和通过性。该水下无人遥控作业车属于海洋工程应用领域，其整车及摆臂机构相对于陆地上的小型侦察机器人而言是非常巨大的，为了实现较巨大的摆臂的角度调节，应用液压缸，恰好能够体现液压系统的优势特点，高效简洁完成摆臂动作。同时，由于油缸的支撑作用，作业车辅助履带的稳定性与可靠性得到增强。

本发明的辅履带摆臂驱动轮与行走履带驱动轮之间通过螺栓连接，当作业环境较好，不需要跨越较大的障碍时，摆臂辅履带及摆臂辅履带驱动油缸可以拆卸下来，作业车仍能够正常行驶，进行采矿或探测作业。

本发明的作业车行走履带悬架高，具有较大的接近角和离去角，车架离地高，通过性能好。第一行走履带和第二行走履带采用橡胶宽幅履带，有助于减小接地比压，采用柔性悬挂，渐开线齿形，使得作业车行走作业过程具有良好的地面适应性，同时减小在行走过程中对周围环境的扰动。

本发明的摆臂辅履带设计为三角形结构。当摆臂辅履带放下时，摆臂辅履带的接地边和行走履带处在同一接地平面，作业车整体增长，大大提高越沟性能，同时，增大了接地面积，减小接地比压，更易于通过稀软的泥地，使得作业车的通过性增强。当摆臂辅履带抬起，与地面呈一定的角度，此时相当于整个作业车的履带的接近角可调，大大增强了作业车的越障能力。车体在越垂直障碍过程中，当主履带落至地面时将产生很大的着地冲力，此时，由于三角形履带是一条边着地，着地面积增加，减小了辅助履带所受的冲击力，从而改善辅助履带的受力状况，增加辅助履带耐用性。

本发明的车架带外框结构，电缆接口处有防护网栏，保护电缆，同时防止在浪摇时，作业车会碰到船边。

本发明的电子舱、液压泵站舱、液压阀舱分别独立布置，且液压泵站舱安装有压力补偿系统，使得液压系统外部水压转化到液压系统内部，维持液压系统内外压力平衡，可减轻液压泵站舱和液压阀舱壁设计厚度，从而减轻液压系统重量。电子舱采用耐压结构。

本发明的水下浮力材料对称安装在作业车上。该浮力材料密度低、耐压强度高、吸水率低、耐腐蚀、对环境友好，能够保持车体在水中的平衡，为作业车提供所需的浮力，确保稳定的水下工作状态。

本发明的作业车车体上一前一后布置两个螺旋桨，两螺旋桨安装方向相反，分别朝向左右两侧。在作业车下放和回收过程中，开启动作，以平衡海浪、海流或其他作用力的干扰，及时调整作业车的姿态。

本发明的作业车车体上预留了扩展区。根据不同的需要，可安装机械手、机械臂、云台、摄像头或其他探测和作业设备，拓展了作业车的应用领域，能够完成水下采矿、探测、勘察等多种任务。

附图说明

图1水下无人遥控重载作业车主视图。

图2水下无人遥控重载作业车俯视图。

图3水下无人遥控重载作业车跨越沟障碍第一步示意图。

图4水下无人遥控重载作业车跨越沟障碍第二步示意图。

图5水下无人遥控重载作业车跨越沟障碍第三步示意图。

图6水下无人遥控重载作业车越障第一步示意图。

图7水下无人遥控重载作业车越障第二步示意图。

图8水下无人遥控重载作业车越障第三步示意图。

图9水下无人遥控重载作业车越障第四步示意图。

图10水下无人遥控重载作业车在极其稀软底质行走示意图。

图11水下无人遥控重载作业车在拆除摆臂履带及其驱动装置后的行走示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，作业车主体采用履带行走方式，车架15离地高，第一行走履带101、第二行走履带102为橡胶宽幅履带，渐开线齿形，采用浮动支重轮9，具有大的接近角和离去角。电子舱10、液压阀舱4、液压泵站舱6分别独立布置在车架15上，同时安装有压力补偿装置8、电缆防护网罩7。另外，在车架15的前后对称中心处安装有后螺旋桨21、前螺旋桨22，其旋转轴线与行走履带的从动轮3轴线平行，且朝左右两侧反向布置。左摆臂辅履带驱动油缸111的两端分别铰接在所述的车架15上和相应侧的所述的左摆臂辅履带142的左摆臂辅履带支撑架182上，右摆臂辅履带驱动油缸112的两端分别铰接在所述的车架15上和相应侧的所述的右摆臂辅履带141的右摆臂辅履带支撑架上。右操作手131、左操作手132位于车体15前部中央处，其后为扩展区16，其下部有探测仪器17。右摆臂辅履带141、左摆臂辅履带142驱动轮与作业车行走履带驱动轮12之间通过螺栓连接。右摆臂辅履带141和左摆臂辅履带142均为三角形，平放时，其接地边处于水平位置，与第一行走履带101、第二行走履带102处于同一行走平面。

参见图3、图4和图5，作业车在行进过程中，遇到较宽沟障碍时，控制左摆臂辅履带驱动油缸111、右摆臂辅履带驱动油缸112伸长，放下摆臂辅履带，使辅履带的接地边与行走履带处于同一行走平 面，然后锁死摆臂驱动油缸，作业车车体增长，履带接地面积增大，接地比压变小，作业车更易通过较宽的沟障碍。在作业车下放和回收过程中，开启后螺旋桨21和前螺旋桨22动作，以平衡海浪、海流或其他作用力的干扰，及时调整作业车的姿态。

参见图6、图7、图8和图9，作业车行进过程中遇到较大障碍时，控制左摆臂辅履带驱动油缸111、右摆臂辅履带驱动油缸112收缩，抬起摆臂辅履带，在调整到合适的角度后，锁死摆臂驱动油缸，作业车继续行走，便能够跨越较高的障碍。作业车摆臂辅履带的摆动角度可调，从整体看，类似于一接近角可调、接近边很长的履带系统，特别是摆臂辅履带的接地边接近90°时，其结构原理类似一爬壁机器人，同样，作业车的越障能力成倍提高。车体在越垂直障碍过程中，当主履带落至地面时将产生很大的着地冲力，此时，由于三角形履带是一条边着地，着地面积增加，减小了辅助履带所受的冲击力，从而改善辅助履带的受力状况，增加辅助履带耐用性。

参见图10，当行走的路面较平坦，但是路面极其稀软时，作业车易下陷，可将摆臂辅履带的接地边下放到水平位置，然后锁紧摆臂驱动油缸，增大了履带的接地面积，减小了接地比压，同时车体增长，使整车在稀软路面上的通过性增强。

参见图11，摆臂辅履带的驱动轮与行走履带驱动轮通过螺栓连接。当作业车所处的作业环境，路面不是太稀软，障碍不大时，可以将摆臂辅履带及其驱动系统拆下，作业车仍为一完整工作整体，能够进行相应的作业。作业车行走履带采用宽幅履带形式，采用渐开线齿形，车架离地高，并且采用浮动支重轮，具有较大的接近角和离去角，此时作业车仍具有较强的通过性和越障能力。

Claims (5)

1.一种水下无人遥控重载作业车，包括车架(15)、第一行走履带(101)、第二行走履带(102)、电子舱(10)、液压阀舱(4)、液压泵站舱(6)、右摆臂辅履带(141)和左摆臂辅履带(142)，左摆臂辅履带驱动油缸(111)的两端分别铰接在所述的车架(15)上和相应侧的所述的左摆臂辅履带(142)的左摆臂辅履带支撑架(182)上，右摆臂辅履带驱动油缸(112)的两端分别铰接在所述的车架(15)上和相应侧的所述的右摆臂辅履带(141)的右摆臂辅履带支撑架上，其特征是：在所述的车架(15)的前后对称中心处安装有后螺旋桨(21)和前螺旋桨(22)，所述的后螺旋桨(21)和前螺旋桨(22)的旋转轴线与行走履带的从动轮(3)轴线平行，且朝左右两侧反向布置。

2.根据权利要求1所述的水下无人遥控重载作业车，其特征是：所述的第一行走履带(101)和所述的第二行走履带(102)均为橡胶宽幅履带，渐开线齿形。

3.根据权利要求1或2所述的水下无人遥控重载作业车，其特征是：所述的电子舱(10)、液压阀舱(4)、液压泵站舱(6)安装有压力补偿装置(8)、所述的车架(15)安装有电缆防护网罩(7)。

4.根据权利要求1或2所述的水下无人遥控重载作业车，其特征是：所述的右摆臂辅履带(141)和左摆臂辅履带(142)的驱动轮与作业车行走履带驱动轮(12)之间通过螺栓连接。

5.根据权利要求1或2所述的水下无人遥控重载作业车，其特征是：所述的右摆臂辅履带(141)和左摆臂辅履带(142)均为三角形，平放时，其接地边处于水平位置，与所述的第一行走履带(101)和第二行走履带(102)处于同一行走平面。