CN106741730B - 一种水下可控伸缩式捕获对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下可控伸缩式捕获对接装置,由壳体组件、驱动控制机构、传动机构、捕获机构组成；壳体组件安装在水下航行器上面，并保护驱动控制机构和传动机构，在水下实现静密封和动密封，捕获机构安装在驱动控制机构的端部。驱动控制机构和传动机构及捕获机构配合,通用性强，可将对接部分安装于任意装置上完成捕获对接，对接控制系统容易实现。对接套及对接柄配合使得捕获过程中对接柄灵活可调，具有较强的容错性，并能实现在一定误差内的各种状态对接。捕获对接装置用于打捞或搜索水下目标,并实现与目标体的捕获对接和分离，结构简单；整个捕获过程人为可控，在水下环境完成对接后与目标体形成刚性连接进行六自由度运动。

Description

一种水下可控伸缩式捕获对接装置

技术领域

本发明涉及机械工程应用技术领域，具体地说，涉及一种水下可控伸缩式捕获对接装置。

背景技术

随着海洋众多资源的发现，开发和利用资源日益成为大多数国家工作研究的重点，各种不同的水下作业装置也倍受关注。为了检测以及采集海洋水下数据，实验装置需要放置在水下，在回收捕获实验装置和取回检测数据或者进行物资的传输和运送时，存在一定的困难，需要有相应的回收捕获的对接机构。而现有的对接机构由于水下工作环境的影响，存在着对接系统复杂、对接精度低以及稳定性差的缺陷。

发明专利201510028555.1公开了”一种机械式灵巧对接锁死机构”，该对接锁死机构由机械臂和对接头组成对接杆，目标体由圆锥套筒、拉爪、触发杆和销块组成，在无源的环境下完成对接头的导入、对接和锁死任务；但机构对接的稳定性和容错性不高，对接锁死完成后无法进行自动解锁以及再次对接操作。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种水下可控伸缩式捕获对接装置。该捕获对接装置用于打捞或搜索水下目标,并实现与目标体的捕获对接和分离；且能在完成对接后与目标体形成刚性连接进行六自由度运动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括壳体组件、驱动控制机构、传动机构、捕获机构，壳体组件安装在水下航行器上面，驱动控制机构位于壳体下表面，传动机构安装在壳体内，捕获机构位于传动机构的端部；所述壳体组件包括壳体、支架、控制盒底板、控制盒、凸台、外壳盖、法兰、支撑板、第一密封槽、第二密封槽，所述壳体为一端敞口、中空的长方体结构，壳体的敞口端固定有法兰，支撑板位于壳体端部法兰上,支撑板与法兰接触面上开有双层密封沟槽，密封沟槽外侧均布有螺孔，壳体端部法兰与支撑板通过螺栓固连，支架位于壳体一侧壁面上部，并与壳体侧面的控制盒底板固连，控制盒底板中间部位加工有长方形孔和外壳接线孔，长方形孔周围有第二密封槽、定位销，控制盒底板上开有第一密封槽,沿第一密封槽外侧有螺孔，控制盒与控制盒底板固连，壳体另一侧壁面加工有长方形孔，凸台焊接在壳体侧壁面长方形孔周围，在凸台接触面上开有密封槽，外壳盖与凸台通过螺栓连接；

所述驱动控制机构包括安装板、齿轮盒、第一电机、第二电机、第一电机驱动器、第二电机驱动器、控制系统安装板、第二齿轮、第三齿轮、电机固定板，驱动控制机构安装在控制盒内，齿轮盒与控制盒底板固连，第一电机与第二电机输出端分别与齿轮盒固连，第二齿轮和第三齿轮位于齿轮盒内,且分别与第一电机和第二电机输出轴固连，第一电机和第二电机通过电机固定板和长螺栓配合固定，安装板通过螺杆与螺母配合固定在控制盒底板的上，第一电机驱动器、第二电机驱动器、控制系统安装板分别固定在安装板上，控制系统安装板上的传感器信号线及电源线通过接线孔安装的防水电连接器与外部通信；

所述传动机构包括滑台端块、滑台杆、滑块、滑台中间块、第一齿轮、第一限位块、丝杠、伸缩杆、触发器支架、第一传感器触发器、第二限位块、伸缩辅助杆、捕获杆、固定支架、第二传感器触发器、丝杠螺母、丝杠支架、伸缩辅助杆固定架；四个伸缩辅助杆固定架和两个丝杠支架分别固定在壳体底部的安装基准面上，丝杠支架分别位于安装基准面的两边，丝杠支架内安装有轴承，丝杠两端与轴承过盈配合；第一齿轮与丝杠固连，并与第三齿轮配合传动，丝杠螺母分别位于第一齿轮两侧与丝杠螺纹配合，第二电机驱动第三齿轮，通过第一齿轮带动丝杠转动，从而形成丝杠螺母的左右同步移动；捕获杆与丝杠螺母通过直线轴承连接，捕获杆与滑块连接，滑块上安装有直线轴承沿滑台杆上滑动，滑块底部安装有陶瓷轴承，在导轨上进行同步滑动；四个伸缩辅助杆固定架与伸缩辅助杆通过直线轴承配合，伸缩辅助杆前端有螺纹，通过螺母与滑台端块固连，滑台杆与滑台端块通过螺纹固连；两个固定架固定在安装基准面上，固定架与伸缩杆通过直线轴承配合，伸缩杆底部开有齿条与第二齿轮配合，第一电机驱动第二齿轮运动并带动伸缩杆前后移动；伸缩杆前端开有螺纹，通过螺母配合与滑台中间块固连，滑台中间块与滑台杆和导轨固连；伸缩辅助杆一端有第一限位块，另一端安装有触发器支架和第一传感器触发器，丝杠螺母下端有第二传感器触发器,第二限位块固定在对称的伸缩辅助杆后端部；

所述捕获机构包括对接套、对接柄、第一捕获杆沟槽、第二捕获杆沟槽、传感器固定支架、第三传感器触发器，两组对接套分别固定在捕获杆端部，两组捕获杆分别连接在第一捕获杆沟槽和第二捕获杆沟槽上，对接套上开有排水孔和减重槽，传感器固定支架安装在对接套上；对接柄安装在目标体上，对接柄侧边有螺纹孔，对接柄上有的减重孔和排水槽用于排水和减轻重量，第三传感器触发器固定在对接柄上。

所述对接套为对接引导直斜面与引导弧面组合结构，对接套与对接柄配合并引导入对接套内；对接柄两侧有倾角，用于增加对接时的容错性。

有益效果

本发明提出的一种水下可控伸缩式捕获对接装置,用于打捞或搜索水下目标,并实现与目标体的捕获对接和分离；并能实现在一定误差内的各种状态对接，在完成对接成功后与目标体形成刚性连接进行六自由度运动。

本发明水下可控伸缩式捕获对接装置,结构简单，使用寿命长，不涉及特殊元器件，可在水下实现静密封和动密封，满足在水中环境下使用；驱动控制机构和传动机构及捕获机构组成配合，具有通用性强，可将对接部分安装于任意装置上完成捕获对接,对接控制系统容易实现。对接套及对接柄的设计使得捕获过程中对接柄的位置灵活,在存在一定的位置偏移和旋转误差情况下仍能完成捕获对接，且具有很强的容错性。

本发明水下可控伸缩式捕获对接装置,驱动控制机构及控制程序的设计，使得整个捕获过程人为可控，对接控制系统可记录捕获进行的状态，捕获杆和对接套完成张开、前进、合拢和后退的动作流程；对接套能准确对接捕获到对接柄，并可执行对接、暂停、紧急停止、复位和继续对接的命令，从而完成水下作业的对接和打捞。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种水下可控伸缩式捕获对接装置作进一步详细说明。

图1为水下可控伸缩式捕获对接装置示意图。

图2为水下可控伸缩式捕获对接装置的壳体左视图。

图3为水下可控伸缩式捕获对接装置的壳体下表面示意图。

图4为水下可控伸缩式捕获对接装置的壳体上表面示意图。

图5为水下可控伸缩式捕获对接装置的壳体及驱动控制装置示意图。

图6为水下可控伸缩式捕获对接装置的传动装置示意图。

图7为水下可控伸缩式捕获对接装置的电机盒及电机组示意图。

图8为水下可控伸缩式捕获对接装置的对接套及对接柄配合示意图。

图9为水下可控伸缩式捕获对接装置的对接柄示意图。

图中:

1.对接柄2.对接套3.传动机构4.壳体5.支架6.控制盒底板7.控制盒8.接线孔9.凸台10.外壳盖11.法兰12.支撑板13.第一密封槽14.外壳接线孔15.第二密封槽16.定位销17.安装基准面18.第三密封槽19.安装板20.第一电机21.齿轮盒22.第一电机驱动器23.控制系统安装板24.第二电机25.第二电机驱动器26.滑台端块27.滑台杆28.滑块29.滑台中间块30.第一齿轮31.陶瓷轴承32.第一限位块33.丝杠34.伸缩杆35.触发器支架36.第一传感器触发器37.第二限位块38.伸缩辅助杆39.捕获杆40.固定支架41.第二传感器触发器42.丝杠螺母43.丝杠支架44.伸缩辅助杆固定架45.导轨46.电机固定板47.第二齿轮48.第三齿轮49.长螺栓50.第三传感器触发器51.传感器固定支架52.排水孔53.减重槽54.第一捕获杆沟槽55.第二捕获杆沟槽56.减重孔57.排水槽

具体实施方式

本实施例是一种水下可控伸缩式捕获对接装置。

参阅图1～图9，本实施例水下可控伸缩式捕获对接装置由壳体组件、驱动控制机构、传动机构、捕获机构组成，壳体组件安装在水下航行器上面，驱动控制机构位于壳体下表面，传动机构固定在壳体内，捕获机构位于传动机构的前部。

壳体4为一端敞口、中空的长方体结构，壳体4的敞口端固定焊接有法兰11；支撑板12位于壳体4端部法兰11上,支撑板12与法兰11接触面上开有双层密封沟槽，用于压紧密封圈实现密封，密封沟槽外侧均布有螺孔，壳体4端部法兰11与支撑板12通过螺栓固定连接。安装时,在支撑板12和水下航行器的外壁上分别加工配套螺孔，将支撑板12连接着整个壳体4与水下航行器通过螺栓固定安装。支架5位于壳体4一侧面上部，并与壳体侧面的控制盒底板6通过螺栓固定连接。在控制盒底板6中间部位加工有长方形孔和外壳接线孔14，长方形孔周围有第二密封槽15、定位销16及螺孔；控制盒底板6上开有第一密封槽13,沿第一密封槽13外侧有螺孔，控制盒7与控制盒底板6通过螺栓钉固定连接，在第一密封槽13内压紧密封圈，保证密封性；控制盒的接线孔8和外壳接线孔14用来安装防水电连接器的走线和传输信号。壳体4上另一侧面加工有长方形孔，用来安装和拆卸传动机构3；凸台焊接在壳体4侧面长方形孔周围，在凸台9接触面上开有密封槽，外壳盖10与凸台9通过螺栓连接。

驱动控制机构安装在控制盒7内，齿轮盒21与控制盒底板6通过螺栓、定位销16固连，齿轮盒21两侧开有与电机输出轴及电机安装固定配套的螺孔，齿轮盒21两侧面开有密封圈沟槽，第一电机20与第二电机24分别安装在齿轮盒21两侧，第二齿轮47与第三齿轮48位于齿轮盒21内,且分别与第一电机20和第二电机24输出轴固连；第一电机20与第二电机24分别通过电机固定板46和长螺栓49配合压紧固定。安装板19通过螺杆与螺母配合安装在控制盒底板6上并悬空固定；第一电机驱动器22、第二电机驱动器25与控制系统安装板23分别固定在安装板19上，控制系统安装板23上的传感器信号线以及电源线通过接线孔8安装的防水电连接器与外部通信。

传动机构3中的四个伸缩辅助杆固定架44和两个丝杠支架43分别固连在同一安装基准面17上，即壳体底的安装基准面；丝杠支架43分别位于安装基准面17的两侧且对称安装，丝杠33两端与轴承31过盈配合；丝杠支架43装有直线轴承，同时用来约束丝杠33的两端，两个丝杠螺母42分别位于第一齿轮30两侧与丝杠33配合传动，第一齿轮30与丝杠33通过键固连，第一齿轮30与第三齿轮48配合传动，第三齿轮48通过键连接固定在第二电机24的电机轴上，当第二电机24转动时，带动第一齿轮30转动，从而带动丝杠33转动，使两个丝杠螺母42左右同步移动；丝杠螺母42上开有通孔安装直线轴承。捕获杆39与丝杠螺母42通过直线轴承连接，捕获杆39前端通过卡簧与滑块28连接，滑块28中间安有直线轴承与滑台杆27配合，滑块28底部安装有陶瓷轴承与导轨45配合，实现丝杠螺母42左右移动带动捕获杆39和滑块28在导轨45上移动，传动机构3两侧结构相同。

四伸缩辅助杆固定架44与伸缩辅助杆38通过直线轴承配合，实现伸缩辅助杆38的前后运动；伸缩辅助杆38前端部有螺纹，且与滑台端块26固连，滑台杆27与滑台端块26固连，滑台端块26底部通过螺栓与导轨45固连，实现伸缩辅助杆38与导轨45的同步前后运动。两个固定架40通过螺栓固定安装在基准面17中间部位，固定架40中间有直线轴承，固定架40与伸缩杆34通过直线轴承配合，伸缩杆34底部加工有齿条与第二齿轮47配合传动，第二齿轮47通过键连接第一电机20的电机轴，第一电机20转动带动第二齿轮47，从而带动伸缩杆34前后运动。伸缩杆34前端开有螺纹，通过螺母配合与滑台中间块29固连；滑台中间块29通过螺钉与滑台杆27和导轨45分别固连；当伸缩杆34前后运动时将带动滑台杆27前后运动。伸缩助辅杆38一端有第一限位块32，另一端安装有触发器支架35和第二限位块37，用来预防伸缩杆34和伸缩辅助杆38前后运动的碰撞；伸缩辅助杆38后端同时固定有传感器触发器支架35，用来安装第一传感器触发器36。丝杠螺母42下端有第二传感器触发器41，捕获杆39前端与对接套2固连；传感器触发器触发后传递信号用来限定前后运动和左右运动的距离。

捕获装置中的对接柄安装在目标体上；两组对接套分别固定在两侧的捕获杆端部，捕获杆39与第一捕获杆沟槽54和第二捕获杆沟槽55分别通过螺栓固连；对接套2上开有排水孔52和减重槽53，传感器固定架51通过螺栓分别安装在对接套2上，第三传感器触发器50固定在对接柄1上。对接柄上的减重孔56和排水槽57起到排水和减轻重量作用。对接套2为对接引导直斜面与对接引导弧面结构，可将具有角度与位置误差的对接柄引导入对接套内，对接柄上下侧面有倾角，用于增加对接时的容错性。

工作过程

步骤一、将捕获对接装置安装在水下航行器上，待水下航行器运行到离目标体一定距离，由操作人员通过主控系统发送对接指令，同时对接机构控制系统向主控系统发出反馈信号，表示接收信号成功。

步骤二、水下可控伸缩式捕获对接装置接收到命令后，第一电机与第二电机通过齿轮传递运动，带动丝杠转动，捕获杆和对接套向两侧张开，张开到一定位置传感器触发信号，第二电机停止转动。第一电机开始转动，通过齿轮齿条传递运动，带动伸缩杆及滑台杆向前运动，前进一定距离，传感器触发信号，第一电机停止转动。第二电机反向转动，对接套开始合拢，当对接套与对接柄对接成功，对接套上传感器触发信号，对接控制系统向主系统发送反馈信号，表示对接成功，第二电机停止转动。第一电机反向转动，伸缩杆开始后退，退回到一定位置，传感器触发，电机停止转动，发送反馈控制信号，表示动作完成。

步骤三、若合拢的过程中，对接套和对接柄没有成功对接，当合拢到一定距离，传感器触发，电机停止，发送反馈控制信号，表示对接失败；操作人员选择继续对接或者复位。

步骤四、在整套动作执行中，操作人员可通过主控系统选择紧急停止。

步骤五、操作人员通过主控系统发送解锁命令，对接机构则会复位到最初位置，对接套松开对接柄，释放目标体。

Claims (2)

1.一种水下可控伸缩式捕获对接装置，其特征在于:包括壳体组件、驱动控制机构、传动机构、捕获机构，壳体组件安装在水下航行器上面，驱动控制机构位于壳体下表面，传动机构安装在壳体内，捕获机构位于传动机构的端部；

所述壳体组件包括壳体、支架、控制盒底板、控制盒、凸台、外壳盖、法兰、支撑板、第一密封槽、第二密封槽，所述壳体为一端敞口、中空的长方体结构，壳体的敞口端固定有法兰，支撑板位于壳体端部法兰上,支撑板与法兰接触面上开有双层密封沟槽，密封沟槽外侧均布有螺孔，壳体端部法兰与支撑板通过螺栓固连，支架位于壳体一侧壁面上部，并与壳体侧面的控制盒底板固连，控制盒底板中间部位加工有长方形孔和外壳接线孔，长方形孔周围有第二密封槽、定位销，控制盒底板上开有第一密封槽,沿第一密封槽外侧有螺孔，控制盒与控制盒底板固连，壳体另一侧壁面加工有长方形孔，凸台焊接在壳体侧壁面长方形孔周围，在凸台接触面上开有密封槽，外壳盖与凸台通过螺栓连接；

所述驱动控制机构包括安装板、齿轮盒、第一电机、第二电机、第一电机驱动器、第二电机驱动器、控制系统安装板、第二齿轮、第三齿轮、电机固定板，驱动控制机构安装在控制盒内，齿轮盒与控制盒底板固连，第一电机与第二电机输出端分别与齿轮盒固连，第二齿轮和第三齿轮位于齿轮盒内,且分别与第一电机和第二电机输出轴固连，第一电机和第二电机通过电机固定板和长螺栓配合固定，安装板通过螺杆与螺母配合固定在控制盒底板的上，第一电机驱动器、第二电机驱动器、控制系统安装板分别固定在安装板上，控制系统安装板上的传感器信号线及电源线通过接线孔安装的防水电连接器与外部通信；

所述传动机构包括滑台端块、滑台杆、滑块、滑台中间块、第一齿轮、第一限位块、丝杠、伸缩杆、触发器支架、第一传感器触发器、第二限位块、伸缩辅助杆、捕获杆、固定支架、第二传感器触发器、丝杠螺母、丝杠支架、伸缩辅助杆固定架；四个伸缩辅助杆固定架和两个丝杠支架分别固定在壳体底部的安装基准面上，丝杠支架分别位于安装基准面的两边，丝杠支架内安装有轴承，丝杠两端与轴承过盈配合；第一齿轮与丝杠固连，并与第三齿轮配合传动，丝杠螺母分别位于第一齿轮两侧与丝杠螺纹配合，第二电机驱动第三齿轮，通过第一齿轮带动丝杠转动，从而形成丝杠螺母的左右同步移动；捕获杆与丝杠螺母通过直线轴承连接，捕获杆与滑块连接，滑块上安装有直线轴承沿滑台杆上滑动，滑块底部安装有陶瓷轴承，在导轨上进行同步滑动；四个伸缩辅助杆固定架与伸缩辅助杆通过直线轴承配合，伸缩辅助杆前端有螺纹，通过螺母与滑台端块固连，滑台杆与滑台端块通过螺纹固连；两个固定架固定在安装基准面上，固定架与伸缩杆通过直线轴承配合，伸缩杆底部开有齿条与第二齿轮配合，第一电机驱动第二齿轮运动并带动伸缩杆前后移动；伸缩杆前端开有螺纹，通过螺母配合与滑台中间块固连，滑台中间块与滑台杆和导轨固连；伸缩辅助杆一端有第一限位块，另一端安装有触发器支架和第一传感器触发器，丝杠螺母下端有第二传感器触发器,第二限位块固定在对称的伸缩辅助杆后端部；

所述捕获机构包括对接套、对接柄、第一捕获杆沟槽、第二捕获杆沟槽、传感器固定支架、第三传感器触发器，两组对接套分别固定在捕获杆端部，两组捕获杆分别连接在第一捕获杆沟槽和第二捕获杆沟槽上，对接套上开有排水孔和减重槽，传感器固定支架安装在对接套上；对接柄安装在目标体上，对接柄侧边有螺纹孔，对接柄上有的减重孔和排水槽用于排水和减轻重量，第三传感器触发器固定在对接柄上。

2.根据权利要求1所述的水下可控伸缩式捕获对接装置，其特征在于:所述对接套为对接引导直斜面与引导弧面组合结构，对接套与对接柄配合并引导入对接套内；对接柄两侧有倾角，用于增加对接时的容错性。