CN111268070B - 一种大型uuv用载荷搭载与释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人水下航行器领域，具体地说是一种大型UUV用载荷搭载与释放装置，包括框架结构、开门机构、展开机构及挂载机构，其中框架结构安装于航行体上，该框架结构上安装有用于打开或关闭载荷通道的开门机构，所述展开机构安装在框架结构上，该展开机构上设有夹紧或释放所述载荷的挂载机构，所述挂载机构及载荷通过展开机构的展开动作由航行体的内部移动至航行体的外部。本发明通过液压油缸驱动平行四杆机构动作，形成死点结构，展开动作牢固可靠；本发明通过液压油缸驱动开门机构、展开机构和挂载机构实现大型UUV载荷的水下搭载与释放，所设计结构均隐藏于航行体内部，不会额外增加航行体航行阻力。

Description

一种大型UUV用载荷搭载与释放装置

技术领域

本发明属于无人水下航行器领域，具体地说是一种大型UUV用载荷搭载与释放装置。

背景技术

UUV(无人水下航行器)作为可以在水下自主航行的移动节点，具有传统航行器无法比拟的优势，在海洋环境研究、海洋资源探测和开发等民用领域和海洋军事方面具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值。随着人类探索海洋程度的加深以及任务需求的发展，大型UUV逐渐成为未来发展的主流。

目前，普遍应用的UUV多以中小型为主，小型UUV多搭载固定载荷无需释放，中型UUV多采用外挂形式的载荷搭载释放方式，此种方式若直接应用于大型UUV，会显著增加航行体阻力，进而影响航行体的整体性能。因此，鉴于大型UUV的特殊性及发展前景，有必要设计一种大型UUV用载荷搭载与释放装置，以满足多样化的任务需求。

发明内容

为了拓展大型UUV的使用功能、实现任务多样化，本发明的目的在于提供一种大型UUV用载荷搭载与释放装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括框架结构、开门机构、展开机构及挂载机构，其中框架结构安装于航行体上，该框架结构上安装有用于打开或关闭载荷通道的开门机构，所述展开机构安装在框架结构上，该展开机构上设有夹紧或释放所述载荷的挂载机构，所述挂载机构及载荷通过展开机构的展开动作由航行体的内部移动至航行体的外部；

其中：所述开门机构包括液压油缸A、导流罩框架及导流罩，该导流罩框架的一端铰接于所述框架结构上，另一端为自由端，所述导流罩框架上安装有导流罩；所述液压油缸A的一端铰接于框架结构上，另一端与所述导流罩框架铰接；所述导流罩框架通过液压油缸A的驱动打开或关闭；

所述展开机构包括液压油缸B、推拉杆及平行四杆机构，该液压油缸B的一端铰接于所述框架结构上，另一端与所述推拉杆的一端铰接，所述平行四杆机构的一端铰接于框架结构上，另一端安装有所述挂载机构，所述推拉杆的另一端与平行四杆机构铰接；

所述平行四杆机构包括斜拉杆A、斜拉杆B及安装架，该斜拉杆A与斜拉杆B的一端分别铰接于所述框架结构上，另一端分别与所述安装架的两端铰接；所述推拉杆的另一端与斜拉杆A或斜拉杆B铰接；

所述液压油缸B的一侧或两侧均设置有平行四杆机构，当两侧均设置时，两侧的所述平行四杆机构对称设置，且分别通过推拉杆与所述液压油缸B的另一端铰接；

所述展开机构为多个，沿所述航行体竖直方向的Z轴上下布置；

所述挂载机构包括抱环、限位块、万向节、液压油缸C及液压驱动连杆机构，该限位块安装在所述展开机构上，所述液压油缸C的一端铰接于展开机构上，另一端由限位块插入，所述限位块的两侧分别设有铰接于展开机构上的抱环，该抱环的一端抱紧或释放所述载荷，另一端分别通过所述万向节、液压驱动连杆机构与液压油缸C的另一端连接，两侧的所述抱环通过液压油缸C的驱动同步向内转动抱紧载荷或向外转动释放载荷；

所述液压驱动连杆机构包括推拉杆C、推拉杆D、组合导向杆及轴套，该组合导向杆与所述限位块滑动连接，组合导向杆的一端套设有轴套，另一端与所述液压油缸C的另一端相连；所述推拉杆C及推拉杆D分别设置于组合导向杆的两侧，该推拉杆C及推拉杆D的一端分别与两侧的万向节铰接，另一端分别与所述轴套相连；

所述组合导向杆包括导向销A、导向销B及连接板，该导向销A及导向销B位于所述限位块内，导向销A及导向销B的两端均由限位块的上下表面穿出、并均连接有连接板，所述导向销A由轴套穿过，所述导向销B由液压油缸C另一端的关节轴承穿过；

所述限位块为中空结构，前后左右四面分别开孔，该限位块的上下表面上均开设有滑槽，所述导向销A及导向销B的两端分别由限位块上下表面上开设的滑槽穿出，分别与位于限位块外部的所述连接板固接；所述导向销A及导向销B在抱环抱紧或释放过程中在滑槽内往复滑动；

所述推拉杆C的一端与轴套相连，另一端与同侧的万向节一端铰接，该万向节的另一端与同侧的抱环的另一端铰接；所述推拉杆D的一端轴套相连，另一端与同侧的万向节一端铰接，该万向节的另一端与同侧的抱环的另一端铰接；

每侧的所述万向节两端的铰接方向相互垂直，将所述液压驱动连杆机构的动作方向由水平方向转换为垂直方向，控制所述抱环抱紧或释放。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明通过液压油缸驱动平行四杆机构动作，形成死点结构，展开动作牢固可靠。

2.本发明通过液压油缸驱动开门机构、展开机构和挂载机构实现大型UUV载荷的水下搭载与释放，所设计结构均隐藏于航行体内部，不会额外增加航行体航行阻力。

3.本发明通过液压油缸驱动开门机构、展开机构和挂载机构实现大型UUV载荷的水下释放，工作过程较为隐蔽。

4.本发明可通过多组组合实现多种载荷的搭载与释放。

5.本发明的挂载机构实现了载荷的水下搭载与释放，结构简单紧凑，占用空间小，工作过程较为隐蔽。

附图说明

图1为本发明与航行体的装配示意图(载荷释放状态)；

图2为本发明的轴测图(载荷释放状态)；

图3为本发明的左视图(载荷释放状态)；

图4为本发明的展开机构与挂载机构的俯视图；

图5为本发明挂载机构的轴测图；

图6为本发明挂载机构(抱紧状态)的主视图；

图7为本发明挂载机构(抱紧状态)的俯视图；

图8为本发明挂载机构(抱紧状态)的左视图；

图9为本发明挂载机构(释放状态)的主视图；

图10为本发明挂载机构(释放状态)的俯视图；

其中：1为框架结构，2为开门机构，3为展开机构，4为挂载机构，5为液压油缸A，6为导流罩框架，7为导流罩，8为支座A，9为旋转轴A，10为液压油缸B，11为推拉杆A，12为推拉杆B，13为旋转轴B，14旋转轴C，15为斜拉杆A，16为斜拉杆B，17为支座B，18为旋转轴D，19为旋转轴E，20为安装架，21为抱环，22为限位块，23为万向节，24为推拉杆C，25为推拉杆D，26为液压油缸C，27为支座C，28为轴套，29为导向销A，30为导向销B，31为连接板，32为销轴A，33为销轴B，34为销轴C，35为滑槽，A为重载何搭载与释放装置，B为航行体，C为载荷，D为平行四杆机构，E为液压驱动连杆机构，F为组合导向杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～4所示，本发明包括框架结构1、开门机构2、展开机构3及挂载机构4，其中框架结构1固定安装于航行体B上，用于安装各种舱外设备；该框架结构1上安装有开门机构2，用于打开或关闭载荷C侧移的通道；展开机构3安装在框架结构1上，用于实现载荷C由航行体B内部移动至航行体B两侧的展开动作；在展开机构3上设有挂载机构4，该挂载机构4与载荷C直接配合，用于夹紧或释放载荷C。

如图2、图3所示，开门机构2包括液压油缸A5、导流罩框架6、导流罩7、支座A8和旋转轴A9，导流罩框架6的一端铰接于框架结构1上，另一端为自由端，导流罩框架6上安装有导流罩7；液压油缸A5的一端铰接于框架结构1上，另一端与导流罩框架6铰接；导流罩框架6通过液压油缸A5的驱动打开或关闭。本实施例每个导流罩框架6上连接了两个液压油缸A5，这两个液压油缸A5前后对称分布于导流罩框架6的前后两侧，每个液压油缸A5的一端通过旋转轴A9与支座A8铰接，支座A8与框架结构1固定连接；每个液压油缸A5的另一端通过旋转轴A9与导流罩框架6铰接。导流罩框架6与导流罩7固定连接，并通过导流罩框架6一端的前后两个铰接点与框架结构连接。本发明的开门机构2为四个，并于航行体B的Y轴和Z轴成上下、左右对称分布。液压油缸A5驱动导流罩框架6，液压油缸A5伸出，开门机构2打开，为展开机构3的动作提供通路；液压油缸A5缩回，开门机构2关闭。

如图2、图4所示，展开机构3包括液压油缸B10、推拉杆及平行四杆机构D，该液压油缸B10的一端铰接于框架结构1上，另一端与推拉杆的一端铰接，平行四杆机构D的一端铰接于框架结构1上，另一端安装有挂载机构4，推拉杆的另一端与平行四杆机构D铰接。平行四杆机构D包括斜拉杆A15、斜拉杆B16及安装架20，斜拉杆A15与斜拉杆B16的一端分别铰接于框架结构1上，另一端分别与安装架20的两端铰接；推拉杆的另一端与斜拉杆A15或斜拉杆B16铰接。液压油缸B10的一侧或两侧均设置有平行四杆机构D，当两侧均设置时，两侧的平行四杆机构对称设置，且分别通过推拉杆与液压油缸B10的另一端铰接。本发明的展开机构3可为多个，沿航行体B竖直方向的Z轴上下布置，布置在框架结构1的上下两侧。

本实施例的展开机构在液压油缸B10的左右两侧对称设置有平行四杆机构D，液压油缸B10的一端通过旋转轴A9与支座A8铰接，支座A8与框架结构1固定连接；液压油缸B10的另一端通过旋转轴B13分别与推拉杆A11的一端和推拉杆B12的一端铰接。平行四杆机构D一端设置于框架结构1上，另一端安装有挂载机构4。斜拉杆A15包含三个铰接点，其中一个铰接点(即斜拉杆A15的一端)通过旋转轴D18与支座B17铰接，支座B17与框架结构1固定连接；斜拉杆A15的第二个铰接点(即斜拉杆A15的另一端)通过旋转轴E19与安装架20的一端铰接；斜拉杆A15的第三个铰接点通过旋转轴C14与推拉杆A11的另一端铰接。斜拉杆B16包含两个铰接点，其中一个铰接点(即斜拉杆B16的一端)通过旋转轴D18与支座B17铰接，支座B17与框架结构1固定连接；斜拉杆B16的第二个铰接点(即斜拉杆B16的另一端)通过旋转轴E19与安装架20的另一端铰接。斜拉杆A15关于航行体B的X轴对称分布，斜拉杆B16关于航行体B的X轴对称分布；液压油缸B10驱动两侧的平行四杆机构D同步动作，液压油缸B10伸出，驱动推拉杆A11和推拉杆B12形成死点结构，通过平行四杆机构D将载荷C由航行体B内部移动至航行体B两侧；完成载荷C释放后，液压油缸B10缩回，通过推拉杆A11、推拉杆B12拉动平行四杆机构D缩回至航行体B内部。

如图5～10所示，挂载机构4包括抱环21、限位块22、万向节23、液压油缸C26及液压驱动连杆机构E，限位块22固定在安装架20上，为中空结构，前后左右四面分别开孔，该限位块22的上下表面上均开设有滑槽35。液压油缸C26的一端与固定在安装架20上的支座C铰接，另一端(输出端)插入到限位块22的内部。限位块22的两侧分别设有抱环21，该抱环21通过销轴A31铰接于安装架20上，一端呈圆弧状、用于抱紧或释放载荷C，两侧的抱环21的另一端分别通过万向节23、液压驱动连杆机构E与液压油缸C26的另一端连接，两侧的抱环21通过液压油缸C26的驱动同步向内转动抱紧载荷C或向外转动释放载荷C。

液压驱动连杆机构E包括推拉杆C24、推拉杆D25、组合导向杆F及轴套28，该组合导向杆F与限位块22滑动连接，组合导向杆F的一端套设有轴套28，另一端与液压油缸C26的另一端相连。推拉杆C24及推拉杆D25分别设置于组合导向杆F的两侧，该推拉杆C24及推拉杆D25的一端分别与两侧的万向节23铰接，另一端分别与轴套28相连。

组合导向杆F包括导向销A29、导向销B30及连接板31，该导向销A29及导向销B30位于限位块22内，导向销A29及导向销B30的两端均由限位块22上下表面上开设的滑槽35穿出，分别与位于限位块22外部的连接板31固接，导向销A29及导向销B30在抱环21抱紧或释放过程中在滑槽35内往复滑动，进一步控制液压驱动连杆机构E的动作方向。导向销A29由轴套28穿过，导向销B30由液压油缸C26输出端的关节轴承穿过。

推拉杆C24的一端与轴套28相连，另一端与同侧的万向节23一端通过销轴C34铰接，该万向节23的另一端与同侧的抱环21的另一端通过销轴B33铰接。推拉杆D25的一端轴套28相连，另一端与同侧的万向节23一端铰接，该万向节23的另一端与同侧的抱环21的另一端铰接。每侧的万向节23两端的铰接方向相互垂直，将液压驱动连杆机构E的动作方向由水平方向转换为垂直方向，控制抱环21抱紧或释放。

本发明的工作原理为：

载荷C由挂载机构4夹紧，置于框架结构1设定位置，液压油缸A5和液压油缸B10均处收缩状态。UUV航行至预定位置接受任务后，控制计算机发出指令，液压油缸A5伸出，开门机构2打开，提供载荷C侧移通道；液压油缸A5完全展开后，反馈液压油缸A5实时状态，液压油缸B10伸出，展开机构3打开，将载荷C由航行体B内部移动至航行体B两侧；挂载机构4打开，释放载荷C，载荷C在自身作用下实施下一步任务。

液压油缸C26的另一端伸出，驱动推拉杆C24及推拉杆D25形成死点结构，带动两侧的抱环21向内转动保持抱紧动作、抱紧载荷C。挂载机构4释放载荷C时，控制计算机发出指令控制液压油缸C26的另一端缩回，驱动推拉杆C24及推拉杆D25带动抱环21向外转动、打开两侧抱环21，释放载荷C。

Claims (11)

1.一种大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：包括框架结构(1)、开门机构(2)、展开机构(3)及挂载机构(4)，其中框架结构(1)安装于航行体(B)上，该框架结构(1)上安装有用于打开或关闭载荷(C)通道的开门机构(2)，所述展开机构(3)安装在框架结构(1)上，该展开机构(3)上设有夹紧或释放所述载荷(C)的挂载机构(4)，所述挂载机构(4)及载荷(C)通过展开机构(3)的展开动作由航行体(B)的内部移动至航行体(B)的外部；

所述挂载机构(4)包括抱环(21)、限位块(22)、万向节(23)、液压油缸C(26)及液压驱动连杆机构(E)，该限位块(22)安装在所述展开机构(3)上，所述液压油缸C(26)的一端铰接于展开机构(3)上，另一端由限位块(22)插入，所述限位块(22)的两侧分别设有铰接于展开机构(3)上的抱环(21)，该抱环(21)的一端抱紧或释放所述载荷(C)，另一端分别通过所述万向节(23)、液压驱动连杆机构(E)与液压油缸C(26)的另一端连接，两侧的所述抱环(21)通过液压油缸C(26)的驱动同步向内转动抱紧载荷(C)或向外转动释放载荷(C)。

2.根据权利要求1所述的大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：所述开门机构(2)包括液压油缸A(5)、导流罩框架(6)及导流罩(7)，该导流罩框架(6)的一端铰接于所述框架结构(1)上，另一端为自由端，所述导流罩框架(6)上安装有导流罩(7)；所述液压油缸A(5)的一端铰接于框架结构(1)上，另一端与所述导流罩框架(6)铰接；所述导流罩框架(6)通过液压油缸A(5)的驱动打开或关闭。

3.根据权利要求1所述的大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：所述展开机构(3)包括液压油缸B(10)、推拉杆及平行四杆机构(D)，该液压油缸B(10)的一端铰接于所述框架结构(1)上，另一端与所述推拉杆的一端铰接，所述平行四杆机构(D)的一端铰接于框架结构(1)上，另一端安装有所述挂载机构(4)，所述推拉杆的另一端与平行四杆机构(D)铰接。

4.根据权利要求3所述的大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：所述平行四杆机构(D)包括斜拉杆A(15)、斜拉杆B(16)及安装架(20)，该斜拉杆A(15)与斜拉杆B(16)的一端分别铰接于所述框架结构(1)上，另一端分别与所述安装架(20)的两端铰接；所述推拉杆的另一端与斜拉杆A(15)或斜拉杆B(16)铰接。

5.根据权利要求3所述的大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：所述液压油缸B(10)的一侧或两侧均设置有平行四杆机构(D)，当两侧均设置时，两侧的所述平行四杆机构对称设置，且分别通过推拉杆与所述液压油缸B(10)的另一端铰接。

6.根据权利要求1所述的大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：所述展开机构(3)为多个，沿所述航行体(B)竖直方向的Z轴上下布置。

7.根据权利要求1所述的大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：所述液压驱动连杆机构(E)包括推拉杆C(24)、推拉杆D(25)、组合导向杆(F)及轴套(28)，该组合导向杆(F)与所述限位块(22)滑动连接，组合导向杆(F)的一端套设有轴套(28)，另一端与所述液压油缸C(26)的另一端相连；所述推拉杆C(24)及推拉杆D(25)分别设置于组合导向杆(F)的两侧，该推拉杆C(24)及推拉杆D(25)的一端分别与两侧的万向节(23)铰接，另一端分别与所述轴套(28)相连。

8.根据权利要求7所述的大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：所述组合导向杆(F)包括导向销A(29)、导向销B(30)及连接板(31)，该导向销A(29)及导向销B(30)位于所述限位块(22)内，导向销A(29)及导向销B(30)的两端均由限位块(22)的上下表面穿出、并均连接有连接板(31)，所述导向销A(29)由轴套(28)穿过，所述导向销B(30)由液压油缸C(26)另一端的关节轴承穿过。

9.根据权利要求8所述的大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：所述限位块(22)为中空结构，前后左右四面分别开孔，该限位块(22)的上下表面上均开设有滑槽(35)，所述导向销A(29)及导向销B(30)的两端分别由限位块(22)上下表面上开设的滑槽(35)穿出，分别与位于限位块(22)外部的所述连接板(31)固接；所述导向销A(29)及导向销B(30)在抱环(21)抱紧或释放过程中在滑槽(35)内往复滑动。

10.根据权利要求7所述的大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：所述推拉杆C(24)的一端与轴套(28)相连，另一端与同侧的万向节(23)一端铰接，该万向节(23)的另一端与同侧的抱环(21)的另一端铰接；所述推拉杆D(25)的一端轴套(28)相连，另一端与同侧的万向节(23)一端铰接，该万向节(23)的另一端与同侧的抱环(21)的另一端铰接。

11.根据权利要求10所述的大型UUV用载荷搭载与释放装置，其特征在于：每侧的所述万向节(23)两端的铰接方向相互垂直，将所述液压驱动连杆机构(E)的动作方向由水平方向转换为垂直方向，控制所述抱环(21)抱紧或释放。

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