CN109263838A - 一种六自由度的水下回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水下回收装置领域。目的是提供一种六自由度的水下回收装置，该装置可以自主控制圆锥形导向罩实现空间六个自由度的运动，从而改变圆锥形导向罩的位置和姿态，变相地增加了AUV进入圆锥形导向罩的可允许角度。技术方案是：一种六自由度的水下回收装置，其特征在于：该装置包括上平台、下平台、固定在上平台上用于回收AUV的对接装置以及呈“W”状地依次安装在上平台与下平台之间以调整对接装置位置的六根伸缩杆；该六根伸缩杆的结构相同且相邻两根伸缩杆之间的夹角相同；所述伸缩杆的下端通过第一虎克铰与下平台可转动地连接为一体，所述伸缩杆的上端通过第二虎克铰与上平台可转动地连接为一体。
Description
技术领域
本发明属于水下回收装置领域，具体是一种六自由度的水下回收装置。
背景技术
随着无缆自治式水下机器人(AUV)的广泛应用，尤其是在深海科学技术考察及勘测等领域的应用，使得可用于信息传输以及能源补充的水下回收装置也逐渐受到重视。目前AUV的回收方式可以划分为四类：水面起吊回收方式、水下对接回收方式、水下驮带回收方式和鱼雷管回收方式。其中，水下对接回收方式的回收装置在使用时不需要考虑水面风、浪等情况，所考虑因素较少，适用于军用及民用。
传统的水下对接回收方式中的圆锥形导向罩在进行回收工作时，对接装置通常固定于海底。这种回收方式使得AUV可以进入圆锥形导向罩的可允许角度和位置偏差值范围较小，当存在洋流干扰时不易回收AUV。因此，需要对现有的回收装置进行改进，以增大AUV进入圆锥形导向罩的可允许角度，方便AUV的回收。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种六自由度的水下回收装置，该装置可以自主控制圆锥形导向罩实现空间六个自由度的运动，从而改变圆锥形导向罩的位置和姿态，变相地增加了AUV进入圆锥形导向罩的可允许角度，有利于AUV的回收，并且该装置具有结构稳定、操作简单、便于控制的特点。
本发明提供的技术方案是：
一种六自由度的水下回收装置，其特征在于：该装置包括上平台、下平台、固定在上平台上用于回收AUV的对接装置以及呈“W”状地依次安装在上平台与下平台之间以调整对接装置位置的六根伸缩杆；该六根伸缩杆的结构相同且相邻两根伸缩杆之间的夹角相同；所述伸缩杆的下端通过第一虎克铰与下平台可转动地连接为一体，所述伸缩杆的上端通过第二虎克铰与上平台可转动地连接为一体；
所述伸缩杆包括从下往上依次固定连接的第一杆、第二杆、第三杆、第四杆以及第五杆，还包括固定安装在第二杆上部的二杆内腔中以提供动力的步进电机、安装在第三杆的三杆内腔中且下端与步进电机的转动轴固定连接的第一联轴器、固定在第四杆中的滚动轴承、可沿自身轴线滑动地定位在第五杆上端的五杆空腔中的丝杠螺母、与丝杠螺母通过螺纹啮合传动且下端穿过滚动轴承后与第一联轴器的上端固定连接的丝杠、与丝杠螺母固定连接以便随丝杠螺母在所述五杆空腔中运动的第六杆以及与第六杆上端固定连接的第二联轴器；所述第一杆的下端与第一虎克铰连接；所述第二联轴器的上端与第二虎克铰连接；
所述对接装置包括固定在上平台上的支架、用于回收AUV的圆锥形导向罩以及若干套装在圆锥形导向罩的锥部并通过螺钉固定在支架上的导向罩固定箍；所述导向罩固定箍由两个半圆形框架通过螺钉固定拼接而成。
所述第二杆与第三杆的连接处安装有静密封圈；所述步进电机的转动轴与第一联轴器下端的连接处安装有动密封圈，以防止步进电机进水。
所述五杆空腔的内壁开设有与丝杠螺母外周面相适应的导槽以限制丝杠螺母的转动。
所述第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、步进电机的转动轴、第一联轴器、滚动轴承、丝杠以及第二联轴器的中心轴线在同一条直线上。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中的丝杠与丝杠螺母通过螺旋传动来控制第六杆的伸缩运动，具有良好的自锁性并且能够承载较大的轴向力，同时具有较好的稳定性。
(2)本发明中的伸缩杆上、下端均采用虎克铰与上平台和下平台连接，在具有较好的刚度和较强的承载能力条件下，使圆锥形导向罩可以进行更大范围的运动，进而增大了AUV进入圆锥形导向罩的可允许角度，同时满足了经济实用性。
(3)本发明在第二杆与第三杆的连接处安装了静密封圈，在步进电机的转动轴与第一联轴器下端的连接处安装了动密封圈，这将有效防止步进电机进水，延长装置的使用寿命。
(4)本发明采用圆锥形导向罩，便于对AUV进行导向，而不需要在AUV上增加其它的辅助导向机构，减少了对AUV的改造工作量和改造费用。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明中回收装置的立体放大结构示意图。
图3为本发明所述伸缩杆的剖面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
如图1所示的六自由度的水下回收装置，包括上平台3、下平台1、对接装置4和六根伸缩杆2；所述对接装置固定在上平台上用于回收AUV；六根伸缩杆呈“W”状地依次安装在上平台与下平台之间，以便调整对接装置的位置和姿态；该六根伸缩杆结构相同且相邻两根伸缩杆之间的夹角相同(夹角根据需要选择决定)。所述伸缩杆的下端通过第一虎克铰2-1与下平台连接，伸缩杆的上端通过第二虎克铰2-13与上平台连接。
所述伸缩杆包括同轴布置的第一杆2-2、第二杆2-3、第三杆2-5、第四杆2-6、第五杆2-9以及第六杆2-11，还包括步进电机2-14、第一联轴器2-16、滚动轴承2-7、丝杠2-8、丝杠螺母2-10以及第二联轴器2-12。其中，第一杆、第二杆、第三杆、第四杆和第五杆从下往上通过法兰结构和螺钉依次在端面进行相互固定连接(参见图3；图3的左侧为下方，右侧为上方)。
所述第一杆的下端通过第一虎克铰与下平台连接。所述第二杆至第五杆均为空心杆件；其中第二杆开设有二杆内腔2-17，步进电机固定安装在二杆内腔中。所述第三杆的中部开有三杆内腔2-18，第一联轴器安装在三杆内腔中；第三杆的上端端面和下端端面的轴线部位分别开设有通孔；所述步进电机的转动轴穿过下端端面的通孔与第一联轴器2-16的下端固定连接。所述第四杆的内腔中固定有滚动轴承2-7。所述第五杆的上端开有五杆空腔2-19，丝杠螺母定位在五杆空腔中且可沿该空腔轴线滑动(第五杆的的顶端端面制作有缩口，以防丝杠螺母滑脱)；其中，五杆空腔的内壁开有与丝杠螺母外圆周相配合的导槽(图中未显示)以限制丝杠螺母的转动。所述丝杠的下半部分依次穿过滚动轴承和上端端面的通孔与第一联轴器的上端固定连接；丝杠的上半部分留在五杆空腔中与丝杠螺母啮合配合。所述第六杆的下端与丝杠螺母固定连接。当丝杠在步进电机的带动下转动时，丝杠螺母沿五杆空腔内壁的导槽滑动，同时带动第六杆在五杆空腔中作轴向运动。所述第二联轴器的下端与第六杆上端固定连接，第二联轴器的上端与第二虎克铰连接。所述第二杆与第三杆的连接处安装有静密封圈2-4；所述步进电机的转动轴与第一联轴器下端的连接处安装有动密封圈2-15，以防止步进电机进水，延长回收装置的使用寿命。
所述对接装置包括支架4-1、圆锥形导向罩4-3以及若干(图中显示两个)锥部导向罩固定箍4-2。所述支架固定在上平台上。所述圆锥形导向罩通过套装在锥部的导向罩固定箍固定在支架的顶端，从而保证圆锥形导向罩的稳定性，防止使用过程中发生晃动。所述导向罩固定箍由两个半圆形框架通过螺钉固定拼接而成。
本发明利用虎克铰可实现上平台绕X轴、Y轴的转动；第一虎克铰的两个旋转轴分别与第二虎克铰的两个旋转轴相互交叉，可实现上平台绕X轴、Y轴、Z轴进行一定角度的摆动；丝杠与丝杠螺母机构啮合带动第六杆伸缩，可实现上平台沿X轴、Y轴、Z轴的平动，从而使固定在上平台上的圆锥形导向罩实现空间六个自由度的运动，增大AUV进入圆锥形导向罩的可允许角度。另外，可以通过控制六个步进电机的动作来调整圆锥形导向罩的位置和姿态，达到精确定位的目的。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种六自由度的水下回收装置，其特征在于：该装置包括上平台(3)、下平台(1)、固定在上平台上用于回收AUV的对接装置(4)以及呈“W”状地依次安装在上平台与下平台之间以调整对接装置位置的六根伸缩杆(2)；该六根伸缩杆的结构相同且相邻两根伸缩杆之间的夹角相同；所述伸缩杆的下端通过第一虎克铰(2-1)与下平台可转动地连接为一体，所述伸缩杆的上端通过第二虎克铰(2-13)与上平台可转动地连接为一体；
所述伸缩杆包括从下往上依次固定连接的第一杆(2-2)、第二杆(2-3)、第三杆(2-5)、第四杆(2-6)以及第五杆(2-9)，还包括固定安装在第二杆上部的二杆内腔(2-17)中以提供动力的步进电机(2-14)、安装在第三杆的三杆内腔(2-18)中且下端与步进电机的转动轴固定连接的第一联轴器(2-16)、固定在第四杆中的滚动轴承(2-7)、可沿自身轴线滑动地定位在第五杆上端的五杆空腔(2-19)中的丝杠螺母(2-10)、与丝杠螺母通过螺纹啮合传动且下端穿过滚动轴承后与第一联轴器的上端固定连接的丝杠(2-8)、与丝杠螺母固定连接以便随丝杠螺母在所述五杆空腔中运动的第六杆(2-11)以及与第六杆上端固定连接的第二联轴器(2-12)；所述第一杆的下端与第一虎克铰连接；所述第二联轴器的上端与第二虎克铰连接；
所述对接装置包括固定在上平台上的支架(4-1)、用于回收AUV的圆锥形导向罩(4-3)以及若干套装在圆锥形导向罩的锥部并通过螺钉固定在支架上的导向罩固定箍(4-2)；所述导向罩固定箍由两个半圆形框架通过螺钉固定拼接而成。
2.根据权利要求1所述的六自由度的水下回收装置，其特征在于：所述第二杆与第三杆的连接处安装有静密封圈(2-4)；所述步进电机的转动轴与第一联轴器下端的连接处安装有动密封圈(2-15)，以防止步进电机进水。
3.根据权利要求2所述的六自由度的水下回收装置，其特征在于：所述五杆空腔的内壁开设有与丝杠螺母外周面相适应的导槽以限制丝杠螺母的转动。
4.根据权利要求3所述的六自由度的水下回收装置，其特征在于：所述第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、步进电机的转动轴、第一联轴器、滚动轴承、丝杠以及第二联轴器的中心轴线在同一条直线上。
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