CN110126987A - 一种水面无人船定深采样吊放回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水面无人船定深采样吊放回收装置，包括动力驱动装置和容缆卷筒装置，动力驱动装置驱动容缆卷筒装置中的容缆卷筒转动，还包括槽轮、压轮、第一传动机构和第二传动机构，容缆卷筒通过第一传动机构与槽轮建立第一传动连接，容缆卷筒通过第二传动机构与压轮建立第二传动连接，压轮和槽轮之间形成供缆绳经过的间隙；容缆卷筒放缆时，容缆卷筒的驱动力经过槽轮和压轮作用于缆绳上，槽轮与压轮的线速度大于容缆卷筒的线速度。本发明具有的有益效果：通过线速度更快的槽轮和压轮保证放缆过程中缆绳的张力，避免发生缆绳散乱的情况，在此基础上，通过主动切断传动保证收揽过程中缆绳的张力，避免发生缆绳散乱和绕缆的情况。

Description

一种水面无人船定深采样吊放回收装置

技术领域

本发明属于无人船控制技术领域，具体涉及一种水面无人船定深采样吊放回收装置。

背景技术

无人水面艇（unmanned surface vessel，简称USV），是一种无人操作的水面舰艇。主要用于执行危险以及不适于有人船只执行的任务，也在环境监测，军事，海洋科学研究方面获得广泛应用。

无人艇用于环境监测非常具有现实意义，环境监测中的水质监测离不开水质及沉积物的采样工作，水质采样工作一直以来都是靠人工完成的。人工采样工作量大，操作安全性差，标准难以统一。因此我国近年一直在发展在线监测技术，如在水面放置漂浮性水文监测站，或在岸边安装设备，通过水下管道抽取水样。但这些技术的建设成本较高，且监测位置不够灵活，不能够进行机动性的取样观测。

环境监测类无人艇有效的解决了以上问题，实现了机动性的统一标准的高效率取样，可以完成较高位置精度的且完全符合国家标准的定时、定点、定量水样采集任务。

而现有的船和无人船使用的吊放装置存在以下几点不足，使其无法出色完成无人船的采样工作：

1.由于无人艇的体积小，所能搭载的配重较小，除动力推进系统以及一些必备的监测仪器外，没有过多的配重容余量来搭载笨重复杂的吊放装置。现有的吊放装置大多结构复杂，重量较大，不便在无人艇上安装使用。

2.无人艇（USV）在外出采样作业时无法进行人为干预，需要自主的完成采样装置的布放与回收，且进行采样工作时需要确定吊放装置的放缆长度以确定吊放装置所处的水深。现有的吊放装置大多只具备单一的收放功能，可控性差，不具备速度的控制，以及定深系统，无法完成无人船的定深采样工作。

3.无人艇采样完成后还需确保样品的完整运输，吊放装置在不使用时需能够克服所起吊的采样装置及装置内样品的重力，避免发生自滑。现有的吊放装置只能保证使用过程中的可靠性，在停用时整个装置并不受控制，不使用于无人艇的作业条件。

4.整个作业过程中，一旦发生意外情况，无人艇只能返航进行维护，这使得无人船作业时需要更高的可控性及稳定性。现有的吊放回收装置对人的依赖性强，容易发生绕缆，缆绳堆散等状况，对无人艇作业影响极大，并不适宜在水面无人艇上使用。

5.现有的多机构组合式吊放装置在收、放缆过程中没有考虑缆绳与机构间摩擦力的作用，收缆时缆绳与机构间的摩擦力将带动整个装置的运行，造成散缆的问题。

针对上述问题，本发明提出了有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种水面无人船定深采样吊放回收装置，通过线速度更快的槽轮和压轮保证放缆过程中缆绳的张力，避免发生缆绳散乱的情况，在此基础上，通过主动切断传动保证收揽过程中缆绳的张力，避免发生缆绳散乱和绕缆的情况。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种水面无人船定深采样吊放回收装置，包括动力驱动装置和容缆卷筒装置，动力驱动装置驱动容缆卷筒装置中的容缆卷筒转动，还包括槽轮、压轮、第一传动机构和第二传动机构，容缆卷筒通过第一传动机构与槽轮建立第一传动连接，容缆卷筒通过第二传动机构与压轮建立第二传动连接，压轮和槽轮之间形成供缆绳经过的间隙；

容缆卷筒放缆时，容缆卷筒的驱动力经过槽轮和压轮作用于缆绳上，槽轮与压轮的线速度大于容缆卷筒的线速度。

进一步地，第一传动连接和第二传动连接均为单向传动连接，容缆卷筒收缆时，容缆卷筒的驱动力经过缆绳作用于槽轮和压轮上，槽轮与压轮的线速度不超过容缆卷筒的线速度。

进一步地，第一传动机构和槽轮中至少一个部件为单向转动安装从而形成第一传动连接；第二传动机构和压轮中至少一个部件为单向转动安装从而形成第二传动连接。

进一步地，第一传动机构包括同步带传动机构，第二传动机构包括齿轮传动机构。

进一步地，还包括活动支座，活动支座转动安装，并且与第二传动机构中的齿轮传动机构的输出端同轴，活动支座上距离其转动轴心一定距离处转动安装压轮；第二传动机构还包括安装在活动支座上的同步带传动机构，第二传动机构中的齿轮传动机构的输出端通过第二传动机构中的同步带传动机构与压轮建立第二传动连接。

进一步地，还包括弹性部件，弹性部件连接活动支座使压轮具有压向缆绳的趋势。

进一步地，还包括出缆轮，容缆卷筒放缆时，缆绳先经过槽轮，后经过出缆轮。

进一步地，动力驱动装置包括电机和蜗轮蜗杆传动机构，电机通过蜗轮蜗杆传动机构连接容缆卷筒。

进一步地，还包括缆绳压板，缆绳压板具有压向容缆卷筒的缠绕面的趋势。

进一步地，压向容缆卷筒的缠绕面的趋势通过缆绳压板的自身弹力、自身重力或外部作用力而形成。

本发明具有的有益效果：通过线速度更快的槽轮和压轮保证放缆过程中缆绳的张力，避免发生缆绳散乱的情况，在此基础上，通过主动切断传动保证收揽过程中缆绳的张力，避免发生缆绳散乱和绕缆的情况。

附图说明

图1为本发明第一个优选实施例在放缆时的传动原理图；

图2为图1所示实施例的结构主视图；

图3为图1所示实施例的结构俯视图；

图4为图1所示实施例的结构左视图；

图5为图2为图1所示实施例的局部示意图；

图6为图2为图1所示实施例在收缆时的传动原理图；

图7为本发明第二个优选实施例在放缆时的的原理图；

图8为本发明第三个优选实施例在放缆时的的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

如图1至5所示，一种水面无人船定深采样吊放回收装置，可以安装在无人船上使用。该吊放回收装置包括动力驱动装置100和容缆卷筒装置200，为了便于安装，该吊放回收装置采用支架1进行相关部件的安装。具体地，动力驱动装置100设于支架1的一侧，容缆卷筒装置200设于支架1中部，其中的容缆卷筒6与卷筒中轴5固连，卷筒中轴5转动安装在支架1上。动力驱动装置100包括驱动电机2和减速机构，驱动电机2通过减速机构连接卷筒中轴5，从而使驱动电机2能够驱动容缆卷筒6转动。

吊放回收装置还包括均设于支架1上的槽轮8、压轮10、第一传动机构400和第二传动机构500。容缆卷筒6通过第一传动机构400驱动槽轮8转动，通过第二传动机构500驱动压轮10转动。具体地，槽轮8与输送轴7相连，输送轴7转动安装在支架1上，压轮10与压轮中轴14相连，压轮中轴14转动安装在支架1上。卷筒中轴5通过第一传动机构400与输送轴7建立第一传动连接，压轮10通过第二传动机构500与槽轮8建立第二传动连接使容缆卷筒6的驱动力还能够通过第二传动机构500作用于压轮10上，即容缆卷筒6的驱动力并不直接驱动压轮10，而是先通过第一传动机构400作用于输送轴7上，然后再通过第二传动机构500作用于压轮中轴14上。

压轮10和槽轮8之间形成供缆绳17经过的间隙。容缆卷筒6放缆时，容缆卷筒6的驱动力经过槽轮8和压轮10作用于缆绳17上，槽轮8与压轮10的线速度大于容缆卷筒6的线速度。优选地，压轮10的线速度为槽轮8的线速度的1.1～1.2倍，槽轮8的线速度为容缆卷筒6的线速度的1.1～1.2倍。如此一来，在放缆时，槽轮8和压轮10能够对缆绳17施加拉拽力从而保证缆绳17的拉力，使其处于拉直状态从而避免发生散缆的情况。

为了确保在收揽时缆绳17也能处于拉直状态而避免发生散缆、绕缆的情况，第一传动连接和第二传动连接均为单向传动连接，如此一来，容缆卷筒6收缆时，容缆卷筒6的驱动力经过缆绳17作用于槽轮8和压轮10上，槽轮8与压轮10的线速度不超过容缆卷筒6的线速度。

第一传动连接是这样形成的：第一传动机构400的输入端与卷筒中轴5之间、第一传动机构400的输出端与输送轴7之间、槽轮8与输送轴7之间这三处连接至少有一处采用单向轴承进行安装，其余则采用键连接等进行安装。同理，第二传动连接是这样形成的：槽轮8与输送轴7之间、第二传动机构500的输入端与输送轴7之间、第二传动机构500的输出端与压轮中轴14之间、压轮10与压轮中轴14之间这四处连接至少有一处采用单向轴承进行安装，其与则采用键连接等进行安装。这样安装的目的是：在容缆卷筒6放缆时，其驱动力通过第一传动机构400传递到槽轮8上使其转动，通过第二传动机构500传递到压轮10上使其转动，从而实现槽轮8和压轮10能够对缆绳17进行拉拽使拉绳17处于绷直状态。但是在容缆卷筒6收揽时，其驱动力无法传递到槽轮8和压轮10上，而是直接作用于缆绳17上，槽轮8和压轮10受到缆绳17的摩擦力作用而转动，从而保证缆绳17处于绷直状态。

第一传动机构400包括同步带传动机构，其包括作为输入端的主动带轮一401、作为输出端的从动带轮一403和同步带402。主动带轮一401安装在卷筒中轴5上，从动带轮一403安装在输送轴7上，同步带402套装在主动带轮一401和从动带轮一403上形成传动连接。

第二传动机构500包括齿轮传动机构，其包括主动齿轮502和从动齿轮501，主动齿轮502安装在输送轴7上，从动齿轮501安装在压轮中轴14上。

作为实施例一的改进例，吊放回收装置还包括活动支座13，活动支座轴9转动安装在支架1上，活动支座13转动安装在活动支座轴9上，并且与第二传动机构500中的齿轮传动机构的输出端同轴，活动支座13上距离其转动轴心一定距离处转动安装压轮10；第二传动机构500还包括安装在活动支座13上的同步带传动机构，第二传动机构500中的齿轮传动机构的输出端通过第二传动机构500中的同步带传动机构与压轮10建立第二传动连接。第二传动机构500的同步带传动机构包括主动带轮二11、从动带轮二12和同步带二20，主动带轮二11安装在活动支座轴9上，从动带轮二12安装在压轮中轴14上，压轮中轴14安装在活动支座13上。如此一来，压轮10即可在一定范围内活动，从而压紧缆绳17的同时还使其保持绷直状态。活动支座13通过弹性部件16而使压轮10具有压向缆绳17的趋势，优选地，弹性部件16为弹簧，其一端连接活动支座13，另一端连接支架1。

吊放回收装置还包括出缆轮15，容缆卷筒6放缆时，缆绳17先经过槽轮8，后经过出缆轮16。

减速机构为蜗轮蜗杆传动机构，其包括蜗轮4和蜗杆3，蜗杆3连接驱动电机2的主轴，蜗轮4安装在卷筒中轴5上，蜗轮4和蜗杆3相互啮合。蜗轮蜗杆传动机构不仅能够实现减速，而且还具有自锁特性，能够避免装置在不使用时因缆绳17受重物重力而发生容缆卷筒6自转的情况，避免安全事故发生。

吊放回收装置还包括缆绳压板18，缆绳压板18具有压向容缆卷筒6的缠绕面的趋势。缆绳压板18能够使缆绳17回收时在其压力作用下按层紧密排列，从而实现有序收揽的目的。压向容缆卷筒6的缠绕面的趋势可通过缆绳压板18的自身弹力、自身重力或外部作用力而形成。

如图1所示，吊放回收装置进行放缆时，驱动电机2顺时针转动，扭矩经过放大后作用于卷筒中轴5上，同时通过第一传动机构400将该扭矩传递到输送轴7上带动主动齿轮502和槽轮8顺时针转动。在齿轮传动和同步带传动的作用下，活动支座轴9和压轮中轴14逆时针转动，最终带动压轮14逆时针转动，压轮14与槽轮8刚好对缆绳17的两侧施加同一方向的拉拽力（即摩擦力）令缆绳17在放缆时保持绷直状态，从而保证采样装置19在下沉过程中的稳定性。为了增大放缆时与缆绳17之间的摩擦力，压轮10和槽轮8上与缆绳17接触的表面设有防滑纹路。放缆长度和速度均可通过驱动电机2来控制。

如图6所示，吊放回收装置进行收缆时，驱动电机2逆时针转动，扭矩经过放大后作用于卷筒中轴5上，容缆卷筒6开始缠绕缆绳，此时由于第一传动机构400和第二传动机构500均为单向传动，此时卷筒中轴5上的扭矩无法传递到压轮10和槽轮8上。因此压轮10和槽轮8仅在此时缆绳17的摩擦力带动下转动，两者的线速度不超过容缆卷筒6的线速度从而保证在该过程中缆绳17仍然保持绷直状态。在收揽时，压轮10和槽轮8仅起到约束作用，缆绳17的拉力全部来自容缆卷筒6，故缆绳17能够被拉直。

实施例二

如图7所示，与实施例一不同之处在于，本实施例中，第二传动机构500的输入端安装在卷筒中轴5上，其输出端安装在压轮中轴14或者活动支座轴9上。具体地，主动齿轮502安装在卷筒中轴5上，从动齿轮501安装在压轮中轴14或者活动支座轴9上。由此可见，这种连接方式使得容缆卷筒6的驱动力可以直接通过第二传动机构500直接作用于压轮10上，而无需在通过输送轴7进行过渡。

实施例三

如图8所示，与实施例一不同之处在于，本实施例中，第一传动机构400的输入端安装在压轮中轴14或者活动支座轴9上，其输出端安装在输送轴7上。第二传动机构500的输入端安装在卷筒中轴5上，其输出端安装在压轮中轴14或者活动支座轴9上。具体地，第一传动机构400包括主动齿轮一404和从动齿轮二405，主动齿轮一404安装在压轮中轴14或者活动支座轴9上，从动齿轮二405安装在输送轴7上，主动齿轮一404与从动齿轮一405相啮合。第二传动机构500包括主动齿轮二503和从动齿轮二504，主动齿轮二503安装在卷筒中轴5上，从动齿轮二504安装在压轮中轴14或者活动支座轴9上，主动齿轮二503和从动齿轮二504相啮合。

由此可见，这种连接方式使得容缆卷筒6的驱动力通过第二传动机构500作用于压轮10上，然后经过第一传动机构400作用于输送轴7上。

由上述实施例可知，实施例一和实施例三种，与容缆卷筒6同轴安装的部件数量仅为一个，分别为主动带轮一401和主动齿轮二503。因此吊放回收装置的最大轴向尺寸最小，整体布局更加紧凑，从而减小整体占用空间、减轻重量、提高可靠性，满足无人船自主外出作业的要求。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水面无人船定深采样吊放回收装置，包括动力驱动装置（100）和容缆卷筒装置（200），所述动力驱动装置（100）驱动所述容缆卷筒装置（200）中的容缆卷筒（6）转动，其特征在于：还包括槽轮（8）、压轮（10）、第一传动机构（400）和第二传动机构（500），所述容缆卷筒（6）通过所述第一传动机构（400）与所述槽轮（8）建立第一传动连接，所述所述容缆卷筒（6）通过所述第二传动机构（500）与所述压轮（10）建立第二传动连接，所述压轮（10）和所述槽轮（8）之间形成供缆绳（17）经过的间隙；

所述容缆卷筒（6）放缆时，所述容缆卷筒（6）的驱动力经过所述槽轮（8）和所述压轮（10）作用于所述缆绳（17）上，所述槽轮（8）与所述压轮（10）的线速度大于所述容缆卷筒（6）的线速度。

2.根据权利要求1所述的一种水面无人船定深采样吊放回收装置，其特征在于：所述第一传动连接和所述第二传动连接均为单向传动连接，所述容缆卷筒（6）收缆时，所述容缆卷筒（6）的驱动力经过所述缆绳（17）作用于所述槽轮（8）和所述压轮（10）上，所述槽轮（8）与所述压轮（10）的线速度不超过所述容缆卷筒（6）的线速度。

3.根据权利要求2所述的一种水面无人船定深采样吊放回收装置，其特征在于：所述第一传动机构（400）和所述槽轮（8）中至少一个部件为单向转动安装从而形成所述第一传动连接；所述第二传动机构（500）和所述压轮（10）中至少一个部件为单向转动安装从而形成所述第二传动连接。

4.根据权利要求3所述的一种水面无人船定深采样吊放回收装置，其特征在于：所述第一传动机构（400）包括同步带传动机构，所述第二传动机构（500）包括齿轮传动机构。

5.根据权利要求4所述的一种水面无人船定深采样吊放回收装置，其特征在于：还包括活动支座（13），所述活动支座（13）转动安装，并且与所述第二传动机构（500）中的齿轮传动机构的输出端同轴，所述活动支座（13）上距离其转动轴心一定距离处转动安装所述压轮（10）；所述第二传动机构（500）还包括安装在所述活动支座（13）上的同步带传动机构，所述第二传动机构（500）中的齿轮传动机构的输出端通过所述第二传动机构（500）中的同步带传动机构与所述压轮（10）建立所述第二传动连接。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种水面无人船定深采样吊放回收装置，其特征在于：还包括弹性部件（16），所述弹性部件（16）连接所述活动支座（13）使所述压轮（10）具有压向所述缆绳（17）的趋势。

7.根据权利要求1至5任一所述的一种水面无人船定深采样吊放回收装置，其特征在于：还包括出缆轮（15），所述容缆卷筒（6）放缆时，所述缆绳（17）先经过所述槽轮（8），后经过所述出缆轮（16）。

8.根据权利要求1至5任一所述的一种水面无人船定深采样吊放回收装置，其特征在于：所述动力驱动装置（100）包括电机（2）和蜗轮蜗杆传动机构，所述电机（2）通过所述蜗轮蜗杆传动机构连接所述容缆卷筒（6）。

9.根据权利要求1至5任一所述的一种水面无人船定深采样吊放回收装置，其特征在于：还包括缆绳压板（18），所述缆绳压板（18）具有压向所述容缆卷筒（6）的缠绕面的趋势。

10.根据权利要求9所述的一种水面无人船定深采样吊放回收装置，其特征在于：所述压向所述容缆卷筒（6）的缠绕面的趋势通过所述缆绳压板（18）的自身弹力、自身重力或外部作用力而形成。