CN109131802A - 一种水下机器人多模式抛载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下机器人多模式抛载装置，其主要由电磁驱动机构、电机驱动机构、纯机械定时驱动机构和释放机构四部分组成，三种驱动机构分别作用在释放机构上，限制释放机构执行抛载动作。每种驱动机构由驱动元件与其对应的执行机构组成，执行机构通过对释放机构的作用，实现压载需要释放时可靠释放、不需要释放时可靠固定。该抛载装置通过释放机构实现压载的便捷安装，以及安装压载后，对压载的自动限位，抛载过程中，对压载的导向。该装置既可以实现压载的可靠释放，也可以在设备正常工作时实现压载的可靠固定，特别适合应用于自主式水下机器人，也可应用于水下工程机械以及其它水下设备。

Description

一种水下机器人多模式抛载装置

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，具体涉及一种水下机器人多模式抛载装置。

背景技术

自主式水下机器人等水下作业设备工作在复杂的海洋环境中，不仅受到周围环境的威胁，而且其自身也可能因各种突发事件而发生故障。当自主式水下机器人诊断出极限故障或者其容错控制策略失效时，放弃作业任务，抛载上浮是自主式水下机器人自救的唯一途径。因此，抛载装置是自主式水下机器人等水下作业设备安全保障系统中的必要装备。

现有的机械式水下抛载装置，如专利号为201020214507.4名称为“一种深海压载释放装置”的专利文件设计的释放装置、专利号为201210404590.5名称为“一种水下机电解脱装置”的专利文件设计的抛载机构、专利号为201410023284.X名称为“一种水下机器人应急释放装置”的专利文件设计的释放机构等，均只有一种驱动方式，虽然可以完成压载的可靠释放，但并未提及压载的固定或者导向问题，同时，压载重量的增加势必会增加各接触面之间的摩擦力，将较大程度地增加释放动作所需的动力，从而需要较大功率的电动机或电磁铁，增加了设备的重量和体积。

发明内容

一种水下机器人多模式抛载装置，包括底板、电磁驱动机构、电机驱动机构、纯机械定时驱动机构和释放机构，

所述的释放机构包括挂钩支座、第一挂钩、第二挂钩、第三挂钩、挂载盘、螺杆、锁紧套、锁紧片、挂载杆；所述的第一挂钩、第二挂钩和第三挂钩分别安装在底板上对应的挂钩支座上，三个挂钩呈120°均匀分布；所述的挂载盘安装在底板上并压在三个挂钩的斜面上；所述的螺杆穿过底板，螺杆的一端通过球头与挂载盘连接，另一端与锁紧套连接；所述的压载块安装在挂载杆上，压载块下端安装有锁紧片；所述的挂载杆上端与锁紧套相连；所述的挂载杆与锁紧套连接处的两个凹槽中均装有不锈钢珠；所述的螺杆位于底板下部分、锁紧套以及挂载杆位于压载块上部分均套在导向罩中，导向罩外侧套有限位罩；

所述的电机驱动机构包括电机、丝杠和电机驱动机构压杆，电机驱动机构安装在底板上；所述的电机一端安有水密头，另一端依次与联轴器和丝杠支座相连；所述的丝杠安装在丝杠支座上，丝杠上套有螺母；所述的电机驱动机构压杆通过连杆与螺母相连，连杆固定在螺母上；所述的电机驱动机构压杆压在第一挂钩末端的第一滚子上；

所述的电磁驱动机构包括电磁铁、电磁铁底座、压载块、第一杠杆；所述的电磁铁底座安装在底板上，电磁铁底座上设有电磁铁支架；所述的电磁铁安装在电磁铁支架上；所述的第一杠杆安装在电磁铁底座上，第一杠杆与第三挂钩相连；

所述的纯机械定时驱动机构包括底座、机械驱动压杆、纯机械驱动装置；所述的底座安装在底板上；所述的机械驱动压杆安装在底座上，机械驱动压杆中间部分设有凸起的豁口；所述的纯机械驱动装置输出端与机械驱动压杆豁口相连；所述的底座内部设有第二杠杆，第二杠杆首端连接在滚子上，滚子通过第一支杆轴定位在底座内，滚子外设有轴套；第二杠杆尾端通过限位螺栓定位在底座内部；机械驱动压杆与第二杠杆末端相接触；第二挂钩末端穿过底座并与第二杠杆底部相接触。

所述的电磁驱动机构的第一杠杆通过第一支杆轴连接在电磁铁底座上；第一杠杆上套有第一轴套，第一轴套外侧靠在电磁铁底座上。

所述的第一挂钩、第二挂钩和第三挂钩结构相同，挂钩下端穿过底板并通过复位弹簧与固定在底板上对应位置的活节螺栓相连。

所述的纯机械定时驱动机构的底座内部与机械驱动压杆左端以及右端连接处均设有上下两个滚子，滚子通过支杆轴定位在底座上；机械驱动压杆左端穿过底座左侧两个滚子的中间部分，机械驱动压杆右端穿过底座右侧两个滚子的中间部分并压在第二杠杆末端的第二滚子上。

所述的纯机械定时驱动机构的底座内部与机械驱动压杆左端以及右端连接处均设有上下两个滚子，滚子通过支杆轴定位在底座上；机械驱动压杆左端穿过底座左侧两个滚子的中间部分，机械驱动压杆右端穿过底座右侧两个滚子的中间部分并压在第二杠杆末端的第二滚子上。

本发明的有益效果在于：

1、对压载块进行导向，避免抛载时压载块与水下机器人壳体发生干涉而导致的抛载失败，有利于提高抛载装置的可靠性。同时，压载安装操作在机器人底部进行，无需拆除释放装置上方的已经安装好的其他部件，操作方便；尤其是流线型自主式水下机器人，压载的安装不涉及外部流线型壳体的拆装。

2、压载采用分块设计，压载重量调整方便，单人即可完成大重量压载的安装。

3、利用压杆将电机的负载由压载块的重量转换成压杆移动的摩擦力，通过滚子将压载移动时的摩擦力转换成滚动摩擦力，通过丝杠螺母的自锁来实现不需要抛载时对压载的可靠固定，二者与可视作杠杆的挂钩串联，可以大大减小电机的功耗，减小了电机的体积与重量。

4、基于压载的安装以及抛载的方式，无需在抛载装置上方预留额外的压载安装所需空间或者释放动作所需空间，因此结构紧凑，所需空间小。

5、可以根据水下机器人底部的剩余空间设计压载块的形状，既可以充分利用空间，又可避免额外增加水下作业设备的运行阻力。

6、多处使用滚子将滑动摩擦力转换成滚动摩擦力，可大大减小系统功耗。

附图说明

图1是一种水下机器人多模式抛载装置的三维视图。

图2是一种水下机器人多模式抛载装置的主视图。

图3是一种水下机器人多模式抛载装置的俯视图。

图4是一种水下机器人多模式抛载装置的A-A剖视图。

图5是一种水下机器人多模式抛载装置的B-B剖视图。

图6是一种水下机器人多模式抛载装置的C-C剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

下面结合附图对本发明专利做进一步详述。

结合图1～4，本发明阐述的是一种水下机器人多模式抛载装置，主要由电磁驱动机构、电机驱动机构、纯机械定时驱动机构和释放机构四部分组成。电磁驱动机构主要由电磁铁16、电磁铁支架17、电磁铁底座18、压载块19、第一杠杆20等构成，电机驱动机构主要由电机9、联轴器10、丝杠支座11、第一螺母12、丝杠13、连杆14、电机驱动机构压杆15等构成，纯机械定时驱动机构主要由底座2、机械驱动压杆13、纯机械驱动装置4等构成，释放机构主要由第一挂钩7、第二挂钩43、球头23、螺杆24、锁紧套25、导向罩26、第一滚子27、复位弹簧28、锁紧片29、挂载杆30、限位罩31、不锈钢珠32等构成，各零部件通过螺栓固定在底板上，组成多模式抛载装置。

如图3所示，三个挂钩呈120°均匀分布。电磁驱动机构中，第一杠杆20与第二挂钩43组成二级杠杆机构，第一杠杆20与电磁铁底座18之间通过支杆轴133实现定位，第一杠杆20与支杆轴133之间由第一轴套38来实现轴向定位和转动，第一杠杆20两侧紧靠第一轴套38内侧，第一轴套38外侧靠在电磁铁底座18上。电机驱动机构中，电机驱动机构压杆15压在第一挂钩7末端的第一滚子27上，电机驱动机构压杆15通过连杆14与螺母12相连，连杆14通过螺纹连接与螺母12固定。

如图4所示，挂载盘8压在三个挂钩的斜面上，锁紧套25与挂载盘8之间通过螺杆24和球头23连接在一起，螺杆24与球头23以及锁紧套25之间通过螺纹连接，不锈钢珠32卡在挂载杆30的凹槽中，实现对挂载杆30的固定，压载块19首先逐片挂载在挂载杆30上，挂载完毕后，通过螺栓和锁紧片29将压载锁紧固定。

如图5所示，第二杠杆40压载第二挂钩43的末端，机械驱动压杆13压在第二杠杆40末端的滚子36上，机械驱动压杆1通过支杆轴133、第二滚子34固定在底座2上。

如图6所示，第一挂钩7和第二挂钩43与挂钩支座6之间通过支杆轴241实现定位，第一挂钩7和第二挂钩43与支杆轴241之间由第二轴套44来实现轴向定位和转动，第一挂钩7和第二挂钩43两侧紧靠第二轴套44内侧，第二轴套44外侧靠在挂钩支座6上。

这种实施方式的工作原理为：

作业设备下水前，通过控制电机9将电机驱动机构压杆15调整至如图3所示的位置，保证电磁铁16正常工作，设定好纯机械驱动装置4的触发时间，沿着导向罩26通过挂载杆30推动挂载盘8落在三个挂钩上，此时，不锈钢珠32刚好卡在挂载杆30的凹槽中，然后逐片安装压载块19，安装完毕后，通过螺栓和锁紧片29将压载固定。

作业设备由抛载需求时，由主控系统发出抛载指令，底层控制系统收到抛载指令后，控制电磁铁16或电机9转动。电磁铁16失去磁力后，失去对第一杠杆20的吸附力，第一杠杆20绕或支杆轴133旋转一定角度后，失去对第二挂钩43的作用，挂载盘8失去平衡，挂载盘8和锁紧套25、挂载杆30以及压载19在压载19重力作用下整体下移一段距离后，不锈钢珠32失去对挂载杆30的作用，挂载杆30和压载19在自身重力作用下被抛掉。电机9转动，通过丝杠螺母副12、13带动连杆15移动，移动一段距离后，电机驱动机构压杆15失去对第一挂钩7作用，压载被抛掉。若电磁铁16或电机9动作失败，等待纯机械驱动装置4到达触发时间后将压载19抛掉。

一种水下机器人多模式抛载装置，其主要由电磁驱动机构、电机驱动机构、纯机械定时驱动机构和释放机构四部分组成，三种驱动机构分别作用在释放机构上，限制释放机构执行抛载动作。每种驱动机构由驱动元件与其对应的执行机构组成，执行机构通过对释放机构的作用，实现压载需要释放时可靠释放、不需要释放时可靠固定。该抛载装置通过释放机构实现压载的便捷安装，以及安装压载后，对压载的自动限位，抛载过程中，对压载的导向。

本发明具有电磁铁、电机和纯机械定时三种驱动方式。三种驱动方式互为冗余，任何一种驱动方式成功动作，均可抛掉压载。

所述的电磁铁驱动机构，它由电磁铁、杠杆、复位弹簧以及螺栓组件等组成。驱动机构中的杠杆与释放机构中的挂钩组成二级杠杆机构，在电磁铁吸附力一定时，可以大大提高抛载装置的负载能力。

所述的电磁铁驱动机构，在吸盘和杠杆之间采用球铰头作为过渡连接。球铰头使吸盘可以有微小的转动，保证电磁铁和吸盘的吸合面可以完全贴合。

所述的电机驱动机构，它由电机、丝杠、螺母、压杆以及螺栓组件等组成。利用压杆将电机的负载由压载块的重量转换成压杆移动的摩擦力，丝杠螺母机构传动比大，增力效果好，具有自锁性，并且还能将电机的旋转运动转换成直线运动，二者串联使用能大大缩短电机驱动机构的传动链，提高系统可靠性。

所述的释放机构，它由挂钩、挂载盘、导向筒、限位罩等组成。安装完压载后，限位罩能实现对压载的自动限位，并且在抛载过程中，导向罩还具有导向作用，避免压载与AUV外壳干涉，从而导致抛载失败或损坏AUV外壳，该结构中挂载盘、锁紧套、导向罩及限位筒等零件还可以重复利用。

所述的压载，它由锁紧套、不锈钢珠、承载结构、压载块等组成。压载采用了分块安装的设计，解决了大重量压载难以安装的问题，并且压载重量方便调整。

Claims (5)

1.一种水下机器人多模式抛载装置，包括底板、电磁驱动机构、电机驱动机构、纯机械定时驱动机构和释放机构，其特征在于：

所述的释放机构包括挂钩支座、第一挂钩、第二挂钩、第三挂钩、挂载盘、螺杆、锁紧套、锁紧片、挂载杆；所述的第一挂钩、第二挂钩和第三挂钩分别安装在底板上对应的挂钩支座上，三个挂钩呈120°均匀分布；所述的挂载盘安装在底板上并压在三个挂钩的斜面上；所述的螺杆穿过底板，螺杆的一端通过球头与挂载盘连接，另一端与锁紧套连接；所述的压载块安装在挂载杆上，压载块下端安装有锁紧片；所述的挂载杆上端与锁紧套相连；所述的挂载杆与锁紧套连接处的两个凹槽中均装有不锈钢珠；所述的螺杆位于底板下部分、锁紧套以及挂载杆位于压载块上部分均套在导向罩中，导向罩外侧套有限位罩；

所述的电机驱动机构包括电机、丝杠和电机驱动机构压杆，电机驱动机构安装在底板上；所述的电机一端安有水密头，另一端依次与联轴器和丝杠支座相连；所述的丝杠安装在丝杠支座上，丝杠上套有螺母；所述的电机驱动机构压杆通过连杆与螺母相连，连杆固定在螺母上；所述的电机驱动机构压杆压在第一挂钩末端的第一滚子上；

所述的电磁驱动机构包括电磁铁、电磁铁底座、压载块、第一杠杆；所述的电磁铁底座安装在底板上，电磁铁底座上设有电磁铁支架；所述的电磁铁安装在电磁铁支架上；所述的第一杠杆安装在电磁铁底座上，第一杠杆与第三挂钩相连；

所述的纯机械定时驱动机构包括底座、机械驱动压杆、纯机械驱动装置；所述的底座安装在底板上；所述的机械驱动压杆安装在底座上，机械驱动压杆中间部分设有凸起的豁口；所述的纯机械驱动装置输出端与机械驱动压杆豁口相连；所述的底座内部设有第二杠杆，第二杠杆首端连接在滚子上，滚子通过第一支杆轴定位在底座内，滚子外设有轴套；第二杠杆尾端通过限位螺栓定位在底座内部；机械驱动压杆与第二杠杆末端相接触；第二挂钩末端穿过底座并与第二杠杆底部相接触。

2.根据权利要求1所述的一种水下机器人多模式抛载装置，其特征在于：所述的电磁驱动机构的第一杠杆通过第一支杆轴连接在电磁铁底座上；第一杠杆上套有第一轴套，第一轴套外侧靠在电磁铁底座上。

3.根据权利要求1或2所述的一种水下机器人多模式抛载装置，其特征在于：所述的第一挂钩、第二挂钩和第三挂钩结构相同，挂钩下端穿过底板并通过复位弹簧与固定在底板上对应位置的活节螺栓相连。

4.根据权利要求1或2所述的一种水下机器人多模式抛载装置，其特征在于：所述的纯机械定时驱动机构的底座内部与机械驱动压杆左端以及右端连接处均设有上下两个滚子，滚子通过支杆轴定位在底座上；机械驱动压杆左端穿过底座左侧两个滚子的中间部分，机械驱动压杆右端穿过底座右侧两个滚子的中间部分并压在第二杠杆末端的第二滚子上。

5.根据权利要求3所述的一种水下机器人多模式抛载装置，其特征在于：所述的纯机械定时驱动机构的底座内部与机械驱动压杆左端以及右端连接处均设有上下两个滚子，滚子通过支杆轴定位在底座上；机械驱动压杆左端穿过底座左侧两个滚子的中间部分，机械驱动压杆右端穿过底座右侧两个滚子的中间部分并压在第二杠杆末端的第二滚子上。