CN104201512B - 水下充电连接机构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供水下充电连接机构，该机构包括内外筒短接触式直线副机构、自正式空心球铰机构，弹簧保力机构。该机构以液压缸或其它直线驱动机构作为动力来源，通过设计和合理布置弹簧、选取合适型号的自润滑向心关节球轴承和设计空心轴承轴的长度，使拥有倾斜自适应能力的自正式空心球铰机构带动磁耦合充电装置送电器的充电接口平面与水下机器人上的收电器的充电接口平面紧密贴合，弹簧保力机构保证长时间的大小一定的贴合力。本发明充电接头可被动的调节自身姿态，以适应对接装置与AUV充电接口存在的角度偏差，保证充电接头和充电接口连接后的精度。

Description

水下充电连接机构

技术领域

本发明涉及的是一种对接机构，具体地说是水下对接机构。

背景技术

在各类水下机器人的使用过程中，特别是自治式水下机器人(简称AUV)的使用，由于自带能源的限制，通常需要频繁打捞到岸上进行充电和数据交换。采用水下充电方式，即通过将AUV充电接口与水下对接装置充电接头连接进行能源补充，则可解决频繁的打捞工作，减少人力物力的耗费，提高水下机器人的工作效率。当AUV在水下对接装置中被锁紧后，AUV上的充电接口与对接装置上的充电接头会存在角度上的偏差，此偏差很难消除，因此设计一种能适应这种偏差的充电连接机构以满足充电连接的精度要求是很有必要。

目前可以在水下完成AUV与对接装置充电模块连接的机构很少。蒙特利海湾水下研究中心(Monterey Bay Aquarium Research Institute)针对AUV与对接装置充电接头的连接设计了一种双插针导向的连接机构，充电机构由一对金属结构的导向针和充电接头构成，整个机构被安装在直线驱动机构上，导向针插入AUV上的导向孔带动充电接头与AUV充电接口的连接，通过双插针与AUV的连接可保证充电接头的连接精度，但是当AUV充电接口与对接装置充电接头存在较大位置偏差时，不能执行连接动作。专利号为“00242747.8”的专利文件介绍了一种应用在电脑上的充电连接机构，其特点是充电座的接口可更换，可适应两种类型的接头；申请号为“200820020341.5”的移动机器人充电连接器介绍了一种通过电机带动齿轮齿条机构带动充电接头运动的机构，特点是可解决充电接头虚连接的问题，上述两种机构都没有涉及到充电接头与充电接口连接时存在角度偏差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供可被动的调节自身姿态，以适应对接装置与AUV充电接口存在的角度偏差的水下充电连接机构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明水下充电连接机构，其特征是：包括送电器、支撑筒、轴承轴、滑动筒、导向筒、底座、弹簧轴、液压缸、盘线筒、液压缸，导向筒固定在底座上方，盘线筒固定在底座下方，滑动筒下端安装滑动筒端盖，可沿导向筒内壁做直线往复运动的滑动筒位于导向筒里，滑动筒内壁设置孔肩，孔肩与滑动筒内壁之间形成凹槽，送电器安装在支撑筒里，轴承轴固定在支撑筒下方，孔肩上安装自润滑向心关节轴承，轴承轴通过设置在其自身上的轴承轴轴肩安装在自润滑向心关节轴承的内圈上，凹槽里设置支撑弹簧，支撑弹簧顶在支撑筒上，滑动筒端盖中部设置中心孔，弹簧轴顶部伸入中心孔并与位于滑动筒里的定位片相连，定位片面积大于中心孔面积，弹簧轴底部连接液压缸的活塞杆，弹簧轴上套有夹紧弹簧，夹紧弹簧一端顶在弹簧轴自身的轴肩上，夹紧弹簧另一端顶在滑动筒端盖上，液压缸安装在盘线筒上，盘线筒一侧开有用于送电器的水密接头和线缆通过的孔，在孔旁设置线卡子，线卡子包括线卡子座和线卡子盖，线卡子座固定在底座上，线卡子盖的两端分别通过螺栓安装在线卡子座上。

本发明还可以包括：

1、轴承轴为空心结构；导向筒的上端固定导向筒端盖。

本发明的优势在于：

1、内外筒短接触式直线副机构相比全接触式可以减小摩擦阻力；

2、自正式空心球铰机构具有全周倾斜自适应能力，能适应角度偏差。夹紧弹簧布置方式节省了空间，实现了自正式空心球铰机构的自正功能；

3、球铰机构采用空心结构，能够内部布线，合理利用了空间，提高了安全可靠性；

4、弹簧保力机构能实现长时间保持夹紧力的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为内部滑动筒端盖零件俯视图；

图3为线夹子结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，导向筒10、滑动筒9和导向筒端盖4组成了短接触式直线副机构，导向筒10下部边缘设计安装孔与底座12相连，底座12连接在对接装置框架上，滑动筒9下端通过螺栓与滑动筒端盖11联接，滑动筒9可沿着导向筒10和导向筒端盖4的内壁做直线往复运动；支撑筒2、轴承轴3、孔用弹性挡圈5、自润滑向心关节轴承6、支撑弹簧7、轴用弹性挡圈8和滑动筒9组成了自正式空心球铰机构，支撑筒2通过螺栓分别与送电器1和轴承轴3联接，自润滑向心关节轴承6通过孔用弹性挡圈5和滑动筒9的孔肩安装在滑动筒9上，轴承轴3通过轴用弹性挡圈8和轴承轴3的轴肩安装在自润滑向心关节轴承6的内圈上，支撑弹簧7安装在滑动筒9上端的凹槽中，另一端抵在支撑筒2上，送电器1可以围绕自润滑向心关节轴承6的中心小角度全周摆动，支撑弹簧7可以保持送电器1初始位置的自正性，球铰机构的空心结构可以布置送电器1的线缆；滑动筒端盖11、定位片14、弹簧轴15和夹紧弹簧16组成了弹簧保力机构，弹簧轴15通过螺纹联接在液压缸19的活塞杆端部，夹紧弹簧16套在弹簧轴15上，滑动筒端盖11如图2所示，弹簧轴15穿过滑动筒端盖11的中心孔，定位片14通过螺栓联接在弹簧轴15上，通过移动液压缸活塞杆可以将夹紧力通过夹紧弹簧16作用在滑动筒端盖11上，并最终作用在送电器1的端面上。盘线筒13通过螺栓联接在底座12上，液压缸19通过螺栓联接在盘线筒13上，盘线筒13一侧开有通孔，可以允许送电器1的水密接头和线缆的通过，线卡子座17和线卡子盖18通过螺栓相连构成线卡子，如图3所示，线卡子座17通过螺栓与底座12相连，通过调节螺栓可以使线卡子座17和线卡子盖18夹住线缆防止脱出，送电器1的线缆需在盘线筒13盘绕一段，满足直线运动过程中对线缆长度的需求。

连接时，液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆向上运动，推动滑动筒端盖11及其上连接的其它机构向上运动，送电器1向上运动并最终与AUV腹部的收电器端面紧密贴合，实现充电接口的连接；送电器1可以围绕自润滑向心关节轴承6的中心小角度全周摆动，当外送电器1与收电器端面存在角度偏差时，送电器1会受到收电器端面的限制，角度偏差会被校正，最终实现两充电端面紧密贴合；此后液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆继续向上运动，通过机械弹簧施加足够的夹紧力；此后液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆停止运动。

本发明它包括内外筒短接触式直线副机构、自正式空心球铰机构，弹簧保力机构；所述内外筒短接触式直线副机构由外部导向筒及内部滑动筒组成，外部导向筒安装在对接装置机架上，内部滑动筒可沿外部导向筒内壁做直线往复运动；所述自正式空心球铰机构由自润滑向心关节轴承、轴承轴、支撑弹簧及支撑筒组成，自润滑向心关节轴承通过孔肩和孔用弹性挡圈安装在内部滑动筒上，轴承轴通过轴肩和轴用弹性挡圈安装在关节轴承内圈上，支撑弹簧一端安装在内部滑动筒的上端凹槽内，另一端抵在支撑筒底面上；弹簧保力机构由夹紧弹簧、弹簧轴和定位片组成，夹紧弹簧套在弹簧轴上，弹簧轴通过螺纹连接在液压缸活塞杆端部，弹簧轴穿过内部滑动筒端盖的中心孔，定位片通过螺栓连接在弹簧轴上。连接过程中，液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆向上运动，推动内部滑动筒及其上连接的其它机构向上运动，送电器端面与AUV腹部的收电器端面接触；液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆继续向上运动，在AUV腹部的收电器端面的作用下，球铰机构及其上连接的送电器端面的角度被校正；液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆继续向上运动，通过弹簧保力机构的作用，最终使送电器和收电器端面紧密贴合，此后液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆停止运动。

本发明的水下柔性充电机构，以液压缸或直线驱动机构作为充电连接机构运动的动力来源，通过合理布置弹簧、设计滑动筒内径和轴承轴的长度，使拥有倾斜自适应能力的自正式空心球铰机构带动送电器端面随收电器端面的角度而调整，保证两者端面紧密贴合。所述支撑弹簧的布置方式节省了空间，实现了球铰机构的自正功能，还可保证支撑筒及其上的送电器在初始位置时受力平衡。所述轴承轴采用空心管结构，可内部走线，合理利用了空间，为送电器及其连接线提供了安全保障。弹簧保力机构通过机械弹簧保持夹紧力，即使液压缸活塞杆因液压油轻微泄露而发生微小位移，弹簧依然能使夹紧力保持在一定范围而不会立即消失。

Claims (2)

1.水下充电连接机构，其特征是：包括送电器、支撑筒、轴承轴、滑动筒、导向筒、底座、弹簧轴、液压缸、盘线筒，导向筒固定在底座上方，盘线筒固定在底座下方，滑动筒下端安装滑动筒端盖，沿导向筒内壁做直线往复运动的滑动筒位于导向筒里，滑动筒内壁设置孔肩，孔肩与滑动筒内壁之间形成凹槽，送电器安装在支撑筒里，轴承轴固定在支撑筒下方，孔肩上安装自润滑向心关节轴承，轴承轴通过设置在其自身上的轴承轴轴肩安装在自润滑向心关节轴承的内圈上，凹槽里设置支撑弹簧，支撑弹簧顶在支撑筒上，滑动筒端盖中部设置中心孔，弹簧轴顶部伸入中心孔并与位于滑动筒里的定位片相连，定位片面积大于中心孔面积，弹簧轴底部连接液压缸的活塞杆，弹簧轴上套有夹紧弹簧，夹紧弹簧一端顶在弹簧轴自身的轴肩上，夹紧弹簧另一端顶在滑动筒端盖上，液压缸安装在盘线筒上，盘线筒一侧开有用于送电器的水密接头和线缆通过的孔，在孔旁设置线卡子，线卡子包括线卡子座和线卡子盖，线卡子座固定在底座上，线卡子盖的两端分别通过螺栓安装在线卡子座上。

2.根据权利要求1所述的水下充电连接机构，其特征是：轴承轴为空心结构；导向筒的上端固定导向筒端盖。