CN109501983B - 一种水下执行器及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下执行器，包括水面浮子，所述水面浮子中部设置有转轴电机，所述转轴电机的转轴向竖向伸入水面以下；所述转轴的底端一体化同轴心连接有转盘，所述转轴能带动所述转盘旋转；所述转盘的轮廓边缘呈阵列设置有四个卷扬机；四所述卷扬机分别向下引出四根牵引绳；本发明的结构简单，独立控制四个卷扬机使所对应引出的牵引绳被拉回或放出，进而分别独立控制四根引出的牵引绳的长度，进而实现调整配重单元的姿态；与此同时摄像头单元实时记录水下状态；该结构简单，能实现任意姿态的调整。
Description
技术领域
本发明属于水下作业领域，尤其涉及一种水下执行器及其方法。
背景技术
姿态调整一直是水下作业设备的技术难题，而且水下机械臂的密封性能也关系到水下设备的寿命和可靠性。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能调整姿态的一种水下执行器及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种水下执行器，包括水面浮子，所述水面浮子中部设置有转轴电机，所述转轴电机的转轴向竖向伸入水面以下；所述转轴的底端一体化同轴心连接有转盘，所述转轴能带动所述转盘旋转；所述转盘的轮廓边缘呈阵列设置有四个卷扬机；四所述卷扬机分别向下引出四根牵引绳；
还包括配重座，所述配重座上固定安装有配重单元，配重单元两侧对称固定安装有侧部支架；四根牵引绳的下端分别连接两所述侧部支架的前后两端；所述配重单元的前侧设置有法兰安装盘；
还包括水下机械臂，所述水下机械臂的尾端固定安装在所述法兰安装盘上。
进一步的，所述卷扬机为防水卷扬机，所述配重单元上还固定安装有摄像头单元和照明单元。
进一步的，所述水下机械臂包括尾部支架，所述尾部支架的尾端一体化设置有尾部法兰盘；所述尾部法兰盘与所述配重单元上的法兰安装盘通过法兰螺栓可拆卸锁紧连接；所述尾部支架的前端通过轴承转动设置有横向的摆动转轴；所述尾部支架的侧部固定安装第一电机，所述第一电机的第一电机输出轴驱动连接所述摆动转轴；
所述尾部支架的前方设置有前后贯通的筒状电机安装壳体，所述电机安装壳体的尾端密封固定连接有尾箱盖；还包括连接柱，所述连接柱的一端垂直一体化连接所述摆动转轴中部，另一端固定连接所述尾箱盖；所述电机安装壳体的前方还同轴心设置有前后贯通筒状的磁耦合传动壳体；
所述磁耦合传动壳体的尾端轮廓与电机安装壳体的前端轮廓通过第一密封法兰盘密封合箱连接；所述电机安装壳体内固定同轴心安装有第二电机，且所述第二电机前端的第二电机输出轴同轴心伸入所述磁耦合传动壳体内；所述第二电机输出轴上同步连接有磁耦合内转子；
还包括与所述磁耦合内转子相同轴心的旋转筒，所述旋转筒的尾端外壁通过两滚珠轴承转动连接所述磁耦合传动壳体尾部内壁，两所述两滚珠轴承的前侧还同轴心设置有密封圈；所述旋转筒的尾端内筒中同步设置有磁耦合外转子；所述磁耦合外转子与所述磁耦合内转子磁耦合传动连接；所述磁耦合外转子与所述磁耦合内转子之间设置有隔离罩，磁耦合外转子和磁耦合内转子均与所述隔离罩的内外壁保持间隙，所述隔离罩密封包裹在所述磁耦合内转子外侧，且隔离罩尾端罩缘通过密封法兰盘锁紧在所述第二电机的机壳前端部；
所述旋转筒的前方还设置有电磁铁安装壳体，所述电磁铁安装壳体的尾端通过第二密封法兰盘合箱固定密封连接所述旋转筒前端；所述电磁铁安装壳体的壳腔内固定安装有直动式电磁铁；所述电磁铁安装壳体的前端一体化设置有密封端壁，所述密封端壁的中心部位设置有推杆穿过孔，所述推杆穿过孔内设置有密封圈，所述直动式电磁铁的电磁铁推拉杆活动穿出过所述推杆穿过孔；所述电磁铁推拉杆的前端固定设置有连杆座；还包括两对称设置的夹持爪，两所述夹持爪的根部分别铰接连接所述电磁铁安装壳体的前端两侧，且两所述夹持爪末端的爪尖向内弯曲；还包括两对称的连杆，两所述连杆的一端分别铰接连接两所述夹持爪中部，两所述连杆的另一端分别铰接连接所述连杆座两侧；所述电磁铁推拉杆上还套设有复位弹簧，所述复位弹簧位于所述密封端壁与所述连杆座之间。
进一步的，一种水下执行器的工作方法，配重单元的姿态调整方法：通过水面浮子内部的转轴电机控制转轴的旋转，进而控制转盘的旋转，进而通过四根牵引绳的扭动实现配重单元的方位旋转调整；分别独立控制四个卷扬机使所对应引出的牵引绳被拉回或放出，进而分别独立控制四根引出的牵引绳的长度，进而实现调整配重单元的姿态；与此同时摄像头单元实时记录水下状态；
水下机械臂的夹持姿势微调方法：通过第一电机控制摆动转轴的旋转，进而带动电机安装壳体沿该摆动转轴轴线摆动；通过第二电机带动磁耦合内转子旋转，进而带动磁耦合外转子做同步的电磁耦合运动；进而带动电磁铁安装壳体沿轴线转动，进而调整该两夹持爪的夹持姿态；
水下夹持方法：启动直动式电磁铁使电磁铁推拉杆回拉，进而通过连杆带动两夹持爪的爪尖做相互靠近的回拉动作，进而实现夹持水下物体的效果；需要松开时，仅需将直动式电磁铁断电即可，进而在复位弹簧的回复力作用下使两夹持爪重新恢复张开状态。
有益效果：本发明的结构简单，独立控制四个卷扬机使所对应引出的牵引绳被拉回或放出，进而分别独立控制四根引出的牵引绳的长度，进而实现调整配重单元的姿态；与此同时摄像头单元实时记录水下状态；该结构简单，能实现任意姿态的调整；磁耦合结构磁体磁极的异性相吸、同性相斥原理及其磁力线能够穿过非铁磁性物质的特性；当电动机拖动磁耦合内转子39时，通过磁力作用，磁耦合内转子带动磁耦合外转子同步旋转，从而实现转矩的非直接接触传动；同时，通过隔离罩实现了传动转矩时轴端的静态全密封，把传统轴端的动态密封变为安全、可靠的静态密封。
附图说明
附图1为本发明的水面浮子及其水下配重的配合立体结构示意图；
附图2为附图1的正视图；
附图3为水下机械臂的正视图；
附图4为附图3的B向视图；
附图5为附图3的A向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至5所示的一种水下执行器，包括水面浮子9，所述水面浮子9中部设置有转轴电机，所述转轴电机的转轴8向竖向伸入水面以下；所述转轴8的底端一体化同轴心连接有转盘7，所述转轴8能带动所述转盘7旋转；所述转盘7的轮廓边缘呈阵列设置有四个卷扬机10；四所述卷扬机10分别向下引出四根牵引绳11；还包括配重座1，所述配重座1上固定安装有配重单元2，配重单元2两侧对称固定安装有侧部支架3；四根牵引绳11的下端分别连接两所述侧部支架3的前后两端；所述配重单元2的前侧设置有法兰安装盘4；还包括水下机械臂，所述水下机械臂的尾端固定安装在所述法兰安装盘4上；通过水面浮子9内部的转轴电机控制转轴8的旋转，进而控制转盘7的旋转，进而通过四根牵引绳11的扭动实现配重单元2的方位旋转调整；分别独立控制四个卷扬机10使所对应引出的牵引绳11被拉回或放出，进而分别独立控制四根引出的牵引绳11的长度，进而实现调整配重单元2的姿态；与此同时摄像头单元6实时记录水下状态；
本实施例的卷扬机10为防水卷扬机，所述配重单元2上还固定安装有摄像头单元6和照明单元5；所述水下机械臂包括尾部支架15，所述尾部支架15的尾端一体化设置有尾部法兰盘44；所述尾部法兰盘44与所述配重单元2上的法兰安装盘4通过法兰螺栓可拆卸锁紧连接；所述尾部支架15的前端通过轴承转动设置有横向的摆动转轴16；所述尾部支架15的侧部固定安装第一电机43，所述第一电机43的第一电机输出轴42驱动连接所述摆动转轴16；通过第一电机43控制摆动转轴16的旋转，进而带动电机安装壳体41沿该摆动转轴16轴线摆动；
所述尾部支架15的前方设置有前后贯通的筒状电机安装壳体41，所述电机安装壳体41的尾端密封固定连接有尾箱盖60；还包括连接柱17，所述连接柱17的一端垂直一体化连接所述摆动转轴16中部，另一端固定连接所述尾箱盖60；所述电机安装壳体41的前方还同轴心设置有前后贯通筒状的磁耦合传动壳体38；所述磁耦合传动壳体38的尾端轮廓与电机安装壳体41的前端轮廓通过第一密封法兰盘40密封合箱连接；所述电机安装壳体41内固定同轴心安装有第二电机18，且所述第二电机18前端的第二电机输出轴22同轴心伸入所述磁耦合传动壳体38内；所述第二电机输出轴22上同步连接有磁耦合内转子39；还包括与所述磁耦合内转子39相同轴心的旋转筒37，所述旋转筒37的尾端外壁通过两滚珠轴承20转动连接所述磁耦合传动壳体38尾部内壁，两所述两滚珠轴承20的前侧还同轴心设置有密封圈21；所述旋转筒37的尾端内筒中同步设置有磁耦合外转子36；所述磁耦合外转子36与所述磁耦合内转子39磁耦合传动连接；所述磁耦合外转子36与所述磁耦合内转子39之间设置有隔离罩35，磁耦合外转子36和磁耦合内转子39均与所述隔离罩35的内外壁保持间隙，所述隔离罩35密封包裹在所述磁耦合内转子39外侧，且隔离罩35尾端罩缘通过密封法兰盘锁紧在所述第二电机18的机壳前端部；通过第二电机18带动磁耦合内转子39旋转，进而带动磁耦合外转子36做同步的电磁耦合运动；进而带动电磁铁安装壳体34沿轴线转动，进而调整该两夹持爪30的夹持姿态；
磁耦合结构磁体磁极的异性相吸、同性相斥原理及其磁力线能够穿过非铁磁性物质的特性；当电动机拖动磁耦合内转子39时，通过磁力作用，磁耦合内转子39带动磁耦合外转子36同步旋转，从而实现转矩的非直接接触传动；同时，通过隔离罩35实现了传动转矩时轴端的静态全密封，把传统轴端的动态密封变为安全、可靠的静态密封，从根本上解决了动态轴封“跑、冒、滴、漏”的技术难题，有效保护第二电机18的运行安全。
所述旋转筒37的前方还设置有电磁铁安装壳体34，所述电磁铁安装壳体34的尾端通过第二密封法兰盘47合箱固定密封连接所述旋转筒37前端；所述电磁铁安装壳体34的壳腔33内固定安装有直动式电磁铁24；所述电磁铁安装壳体34的前端一体化设置有密封端壁31，所述密封端壁31的中心部位设置有推杆穿过孔31.1，所述推杆穿过孔31.1内设置有密封圈，所述直动式电磁铁24的电磁铁推拉杆25活动穿出过所述推杆穿过孔31.1；所述电磁铁推拉杆25的前端固定设置有连杆座27；还包括两对称设置的夹持爪30，两所述夹持爪30的根部分别铰接连接所述电磁铁安装壳体34的前端两侧，且两所述夹持爪30末端的爪尖29向内弯曲；还包括两对称的连杆28，两所述连杆28的一端分别铰接连接两所述夹持爪30中部，两所述连杆28的另一端分别铰接连接所述连杆座27两侧；所述电磁铁推拉杆25上还套设有复位弹簧26，所述复位弹簧26位于所述密封端壁31与所述连杆座27之间。
本方案的姿态调整等方法整理如下：
配重单元2的姿态调整方法：通过水面浮子9内部的转轴电机控制转轴8的旋转，进而控制转盘7的旋转，进而通过四根牵引绳11的扭动实现配重单元2的方位旋转调整；分别独立控制四个卷扬机10使所对应引出的牵引绳11被拉回或放出，进而分别独立控制四根引出的牵引绳11的长度，进而实现调整配重单元2的姿态；与此同时摄像头单元6实时记录水下状态；
水下机械臂的夹持姿势微调方法：通过第一电机43控制摆动转轴16的旋转，进而带动电机安装壳体41沿该摆动转轴16轴线摆动；通过第二电机18带动磁耦合内转子39旋转，进而带动磁耦合外转子36做同步的电磁耦合运动；进而带动电磁铁安装壳体34沿轴线转动，进而调整该两夹持爪30的夹持姿态；
水下夹持方法：启动直动式电磁铁24使电磁铁推拉杆25回拉，进而通过连杆28带动两夹持爪30的爪尖29做相互靠近的回拉动作，进而实现夹持水下物体的效果；需要松开时，仅需将直动式电磁铁24断电即可，进而在复位弹簧26的回复力作用下使两夹持爪30重新恢复张开状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种水下执行器，其特征在于：包括水面浮子(9)，所述水面浮子(9)中部设置有转轴电机，所述转轴电机的转轴(8)向竖向伸入水面以下；所述转轴(8)的底端一体化同轴心连接有转盘(7)，所述转轴(8)能带动所述转盘(7)旋转；所述转盘(7)的轮廓边缘呈阵列设置有四个卷扬机(10)；四所述卷扬机(10)分别向下引出四根牵引绳(11)；
还包括配重座(1)，所述配重座(1)上固定安装有配重单元(2)，配重单元(2)两侧对称固定安装有侧部支架(3)；四根牵引绳(11)的下端分别连接两所述侧部支架(3)的前后两端；所述配重单元(2)的前侧设置有法兰安装盘(4)；
还包括水下机械臂，所述水下机械臂的尾端固定安装在所述法兰安装盘(4)上；
所述水下机械臂包括尾部支架(15)，所述尾部支架(15)的尾端一体化设置有尾部法兰盘(44)；所述尾部法兰盘(44)与所述配重单元(2)上的法兰安装盘(4)通过法兰螺栓可拆卸锁紧连接；所述尾部支架(15)的前端通过轴承转动设置有横向的摆动转轴(16)；所述尾部支架(15)的侧部固定安装第一电机(43)，所述第一电机(43)的第一电机输出轴(42)驱动连接所述摆动转轴(16)；
所述尾部支架(15)的前方设置有前后贯通的筒状电机安装壳体(41)，所述电机安装壳体(41)的尾端密封固定连接有尾箱盖(60)；还包括连接柱(17)，所述连接柱(17)的一端垂直一体化连接所述摆动转轴(16)中部，另一端固定连接所述尾箱盖(60)；所述电机安装壳体(41)的前方还同轴心设置有前后贯通筒状的磁耦合传动壳体(38)；
所述磁耦合传动壳体(38)的尾端轮廓与电机安装壳体(41)的前端轮廓通过第一密封法兰盘(40)密封合箱连接；所述电机安装壳体(41)内固定同轴心安装有第二电机(18)，且所述第二电机(18)前端的第二电机输出轴(22)同轴心伸入所述磁耦合传动壳体(38)内；所述第二电机输出轴(22)上同步连接有磁耦合内转子(39)；
还包括与所述磁耦合内转子(39)相同轴心的旋转筒(37)，所述旋转筒(37)的尾端外壁通过两滚珠轴承(20)转动连接所述磁耦合传动壳体(38)尾部内壁，两所述两滚珠轴承(20)的前侧还同轴心设置有密封圈(21)；所述旋转筒(37)的尾端内筒中同步设置有磁耦合外转子(36)；所述磁耦合外转子(36)与所述磁耦合内转子(39)磁耦合传动连接；所述磁耦合外转子(36)与所述磁耦合内转子(39)之间设置有隔离罩(35)，磁耦合外转子(36)和磁耦合内转子(39)均与所述隔离罩(35)的内外壁保持间隙，所述隔离罩(35)密封包裹在所述磁耦合内转子(39)外侧，且隔离罩(35)尾端罩缘通过密封法兰盘锁紧在所述第二电机(18)的机壳前端部；
所述旋转筒(37)的前方还设置有电磁铁安装壳体(34)，所述电磁铁安装壳体(34)的尾端通过第二密封法兰盘(47)合箱固定密封连接所述旋转筒(37)前端；所述电磁铁安装壳体(34)的壳腔(33)内固定安装有直动式电磁铁(24)；所述电磁铁安装壳体(34)的前端一体化设置有密封端壁(31)，所述密封端壁(31)的中心部位设置有推杆穿过孔(31.1)，所述推杆穿过孔(31.1)内设置有密封圈，所述直动式电磁铁(24)的电磁铁推拉杆(25)活动穿出过所述推杆穿过孔(31.1)；所述电磁铁推拉杆(25)的前端固定设置有连杆座(27)；还包括两对称设置的夹持爪(30)，两所述夹持爪(30)的根部分别铰接连接所述电磁铁安装壳体(34)的前端两侧，且两所述夹持爪(30)末端的爪尖(29)向内弯曲；还包括两对称的连杆(28)，两所述连杆(28)的一端分别铰接连接两所述夹持爪(30)中部，两所述连杆(28)的另一端分别铰接连接所述连杆座(27)两侧；所述电磁铁推拉杆(25)上还套设有复位弹簧(26)，所述复位弹簧(26)位于所述密封端壁(31)与所述连杆座(27)之间。
2.根据权利要求1所述的一种水下执行器，其特征在于：所述卷扬机(10)为防水卷扬机，所述配重单元(2)上还固定安装有摄像头单元(6)和照明单元(5)。
3.根据权利要求2所述的一种水下执行器的工作方法，其特征在于：
配重单元(2)的姿态调整方法：通过水面浮子(9)内部的转轴电机控制转轴(8)的旋转，进而控制转盘(7)的旋转，进而通过四根牵引绳(11)的扭动实现配重单元(2)的方位旋转调整；分别独立控制四个卷扬机(10)使所对应引出的牵引绳(11)被拉回或放出，进而分别独立控制四根引出的牵引绳(11)的长度，进而实现调整配重单元(2)的姿态；与此同时摄像头单元(6)实时记录水下状态；
水下机械臂的夹持姿势微调方法：通过第一电机(43)控制摆动转轴(16)的旋转，进而带动电机安装壳体(41)沿该摆动转轴(16)轴线摆动；通过第二电机(18)带动磁耦合内转子(39)旋转，进而带动磁耦合外转子(36)做同步的电磁耦合运动；进而带动电磁铁安装壳体(34)沿轴线转动，进而调整该两夹持爪(30)的夹持姿态；
水下夹持方法：启动直动式电磁铁(24)使电磁铁推拉杆(25)回拉，进而通过连杆(28)带动两夹持爪(30)的爪尖(29)做相互靠近的回拉动作，进而实现夹持水下物体的效果；需要松开时，仅需将直动式电磁铁(24)断电即可，进而在复位弹簧(26)的回复力作用下使两夹持爪(30)重新恢复张开状态。
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