CN112045706B - 棘轮自锁海底提缆机械爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棘轮自锁海底提缆机械爪，包括抓取结构和锁紧结构，抓取结构完成对电缆的抓取，锁紧结构完成对抓取结构的锁紧。该棘轮自锁海底提缆机械爪，利用遥控潜水机器人搭载该机械爪，可以安全、方便、经济地实现海底电缆的打捞。本发明利用棘轮自锁的原理，当触发板第一次被抬起时，锁紧板会卡住两个夹爪，当再次抬起触发板时，锁紧板会释放两个夹爪，实现对电缆的抓取和释放。本发明通过纯机械的方式实现了抓取和释放的控制，无需电力，简单可靠。该装置便于以海底电缆为代表的水下打捞工作的进行，为海缆打捞维护提供更便捷的解决方案。

Description

棘轮自锁海底提缆机械爪

技术领域

本发明涉及海底提缆领域，具体涉及棘轮自锁海底提缆机械爪。

背景技术

海底电缆铺设后常年在海底运行，但复杂且恶劣的海底环境会对海底电缆造成破坏。其中较为严重的一种破坏即海流冲刷，电缆底部的泥沙被逐渐冲走，使电缆出现悬空段，仅靠海底礁石作为支撑点。随着海流的继续冲击，电缆悬空段会摇晃窜动，此时礁石支撑点会对电缆的外皮造成严重的损伤。在海底电缆的运行维护过程中，发现这些损伤点并对其进行修复是重要的一个环节，需要将电缆打捞到母船上进行修复。目前较为普遍的一种打捞方法为蛙人打捞，但蛙人打捞危险系数大、成本高。随着工作任务数量增大和难度加重，蛙人方案的弊端逐渐显露了出来。

现有的一种机器人打捞方式为，机器人利用机械臂抱住目标物，船载起重机将机器人拉上来。这种起重机-机器人-目标物的方式打捞沉重的海底电缆时，机器人作为中间连接点，承受巨大的拉伸载荷，容易造成机器人的损坏。

发明内容

针对现有的海底电缆打捞过程存在的问题，本发明提供了一种棘轮自锁海底提缆机械爪。

本发明采用以下的技术方案：

棘轮自锁海底提缆机械爪，包括抓取结构和锁紧结构，所述抓取结构包括两个支架板，两个支架板的下部之间连接有主轴，主轴上转动连接有两个相对设置的第一夹爪件和第二夹爪件，第一夹爪件包括弧形的第一夹爪，第二夹爪件包括弧形的第二夹爪，第一夹爪的上端设置有第一轴套，第二夹爪的上端设置有第二轴套，第一轴套的外周的底部开有纵向的第一凹槽，第二轴套的外周的底部开有纵向的第二凹槽，第一轴套和第二轴套套接在主轴上，第一夹爪和第二夹爪闭合时，第一凹槽和第二凹槽对齐，第一夹爪和第二夹爪张开时，第一凹槽和第二凹槽错开；

所述锁紧结构包括锁紧板和安装架杆，安装架杆的前后端固定在两个支架板的中部，安装架杆的中间的底部设置有横向的架板，架板的左右两侧的下部连接有棘轮套筒，棘轮套筒内连接有棘轮组件；

所述锁紧板位于第一轴套和第二轴套的下方，锁紧板的内中部纵向的设置有凸起的凸条，锁紧板的中间的内两侧设置有通孔，锁紧板的中间的外两侧设置有垂直的连接板，连接板的顶部设置有连接片；

所述棘轮组件包括从动棘轮件和驱动棘轮件，驱动棘轮件与从动棘轮件连接，驱动棘轮件穿接在通孔中，两个驱动棘轮件的底部通过触发板连接，触发板位于锁紧板的下方，从动棘轮件的顶部与连接片连接，第一凹槽和第二凹槽对齐状态下，通过触发板带动驱动棘轮件上移，驱动棘轮件能带动从动棘轮件上移并卡接在棘轮套筒的内壁上，从而使得锁紧板的凸条插入第一凹槽和第二凹槽中；驱动棘轮件还能带动从动棘轮件自棘轮套筒的内壁上移下，从而使得锁紧板的凸条脱离第一凹槽和第二凹槽。

优选地，还包括起吊轴，起吊轴的前后端固定在两个支架板的上部。

优选地，所述第一夹爪件和第二夹爪件的结构相同；

所述第一夹爪和第二夹爪的下部均向外弯曲形成爪钩，第一夹爪和第二夹爪的上部的中间位置处均开设有弧形的缺口；所述第一轴套和第二轴套均为两个，两个第一轴套位于第一夹爪的缺口的两侧，两个第二轴套位于第二夹爪的缺口的两侧，第一夹爪和第二夹爪的上部对接后，第一轴套和第二轴套交错放置，并由主轴依次穿过。

优选地，所述棘轮套筒和连接板都置于缺口处。

优选地，所述棘轮套筒的内壁上环设有4个弧形的凸板，每两个凸板之间形成一个竖直的导向通道，凸板的上端面设置有倾斜的导入面和导出面，导入面和导出面呈锯齿形，导入面和导出面之间形成夹槽。

优选地，所述从动棘轮件包括从动棘轮和导向柱，从动棘轮置于棘轮套筒内，从动棘轮的外周上设置有4个凸棱，凸棱的下端面为倾斜面，从动棘轮上设置有圆孔，从动棘轮的下部设置有插接柱；

所述凸棱能在导向通道内滑动，凸棱的倾斜面能滑入或滑出夹槽；

所述导向柱插在圆孔内，在导向柱上套接有弹簧，导向柱的上端穿过架板，并与连接片固定连接，所述弹簧的上端抵接在架板的下表面上，弹簧的下端抵接在圆孔内，从动棘轮能带动导向柱上移并压缩弹簧。

优选地，所述驱动棘轮件包括驱动棘轮，驱动棘轮滑动连接在棘轮套筒内，驱动棘轮的下端连接有连接杆，连接杆穿接在通孔中，并能在通孔中滑动，连接杆的下端与触发板连接；

所述驱动棘轮的上部开有插口，驱动棘轮的上端面的周向上设置有多个斜齿，驱动棘轮的上部的外壁的周向上设置有4个导向块；

所述导向块滑动连接在导向通道内，斜齿能与凸棱的倾斜面的内侧接触，所述插接柱能插入到插口内；

所述驱动棘轮上的斜齿能向上推动凸棱，并把凸棱自导向通道内引导到夹槽内，从而完成锁紧板的锁定；驱动棘轮上的斜齿也能将凸棱自夹槽内引导至导向通道内。

优选地，将第一夹爪和第二夹爪闭合锁定时，第一凹槽和第二凹槽对齐，通过触发板带动连接杆上移，连接杆带动驱动棘轮上移，驱动棘轮上的斜齿向上推动凸棱，并把凸棱自导向通道内引导到夹槽内，此时锁紧板的凸条插在第一凹槽和第二凹槽内；

第一夹爪和第二夹爪解除闭合锁定时，通过触发板带动连接杆上移，连接杆带动驱动棘轮上移，驱动棘轮上的斜齿将凸棱自夹槽内引导至导向通道内，在弹簧的作用力下，从动棘轮和导向柱下移，使得锁紧板的凸条脱离第一凹槽和第二凹槽。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供的棘轮自锁海底提缆机械爪，利用遥控潜水机器人搭载该机械爪，可以安全、方便、经济地实现海底电缆的打捞。本发明利用棘轮自锁的原理，当触发板第一次被抬起时，锁紧板会卡住两个夹爪，当再次抬起触发板时，锁紧板会释放两个夹爪，实现对电缆的抓取和释放。本发明通过纯机械的方式实现了抓取和释放的控制，无需电力，简单可靠。该装置便于以海底电缆为代表的水下打捞工作的进行，为海缆打捞维护提供更便捷的解决方案。

附图说明

图1为棘轮自锁海底提缆机械爪的结构上视图。

图2为棘轮自锁海底提缆机械爪的结构下视图。

图3为第一夹爪件的结构示意图。

图4为第一凹槽和第二凹槽对齐的示意图。

图5为第一凹槽和第二凹槽错开的示意图。

图6为安装架杆的结构示意图。

图7为锁紧结构的示意图。

图8为棘轮自锁海底提缆机械爪的部分结构示意图。

图9为锁紧结构的部分示意图。

图10为棘轮套筒的内部结构示意图。

图11为凸板的结构示意图。

图12为从动棘轮的示意图。

图13为驱动棘轮和连接杆的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

结合图1至图13，棘轮自锁海底提缆机械爪，包括抓取结构和锁紧结构。

抓取结构包括两个支架板1，两个支架板的下部之间连接有主轴，主轴上转动连接有两个相对设置的第一夹爪件和第二夹爪件，第一夹爪件和第二夹爪件的结构相同。

第一夹爪件包括弧形的第一夹爪2，第二夹爪件包括弧形的第二夹爪3，第一夹爪的上端设置有第一轴套4，第二夹爪的上端设置有第二轴套5。

第一轴套的外周的底部开有纵向的第一凹槽6，第二轴套的外周的底部开有纵向的第二凹槽7，第一轴套和第二轴套套接在主轴上。

第一夹爪和第二夹爪闭合时，第一凹槽和第二凹槽对齐，第一夹爪和第二夹爪张开时，第一凹槽和第二凹槽错开。

第一夹爪和第二夹爪的下部均向外弯曲形成爪钩8，此种结构能够方便电缆“挤入”到两个夹爪闭合的空间中。

第一夹爪和第二夹爪的上部的中间位置处均开设有弧形的缺口9，缺口是为下述的棘轮套筒和连接板留出位置。

第一轴套和第二轴套均为两个，两个第一轴套位于第一夹爪的缺口的两侧，两个第二轴套位于第二夹爪的缺口的两侧，第一夹爪和第二夹爪的上部对接后，第一轴套和第二轴套交错放置，并由主轴依次穿过。

这样，在第一夹爪和第二夹爪张开后，第一凹槽和第二凹槽相互错开。如图5所示。

第一夹爪和第二夹爪闭合时，第一凹槽和第二凹槽对齐。如图4所示。

在第一凹槽和第二凹槽对齐状态下，可通过锁紧结构对第一夹爪和第二夹爪锁紧，保证第一夹爪和第二夹爪闭合不动。

具体的，如图6和图7所示，锁紧结构包括锁紧板10和安装架杆11，安装架杆的前后端固定在两个支架板的中部，安装架杆的中间的底部设置有横向的架板12，架板的左右两侧的下部连接有棘轮套筒13，棘轮套筒内连接有棘轮组件。

锁紧板10位于第一轴套和第二轴套的下方，锁紧板整体呈弧形，锁紧板的内中部纵向的设置有凸起的凸条14，锁紧板的中间的内两侧设置有通孔，锁紧板的中间的外两侧设置有垂直的连接板15，连接板的顶部设置有连接片16，连接片置于架板上方。

其中，凸条能卡接在对齐后的第一凹槽和第二凹槽内。

棘轮套筒和连接板都置于缺口处。

图8为去掉第二夹爪件后的机械爪的结构示意图，能够清晰的展示其内部结构。

棘轮组件包括从动棘轮件和驱动棘轮件，驱动棘轮件位于从动棘轮件的下方，驱动棘轮件与从动棘轮件连接，驱动棘轮件穿接在通孔中，两个驱动棘轮件的底部通过触发板29连接，触发板位于锁紧板的下方，从动棘轮件的顶部与连接片连接。

第一凹槽和第二凹槽对齐状态下，通过触发板带动驱动棘轮件上移，驱动棘轮件能带动从动棘轮件上移并卡接在棘轮套筒的内壁上，从而使得锁紧板的凸条插入第一凹槽和第二凹槽中，使得第一夹爪和第二夹爪闭合锁紧。

再次通过触发板带动驱动棘轮件上移，驱动棘轮件能带动从动棘轮件自棘轮套筒的内壁上移下，从而使得锁紧板的凸条脱离第一凹槽和第二凹槽，使得第一夹爪和第二夹爪能自由张开。

具体的，如图10和图11所示，棘轮套筒的内壁上环设有4个弧形的凸板17，每两个凸板之间形成一个竖直的导向通道18，凸板的上端面设置有倾斜的导入面19和导出面20，导入面和导出面呈锯齿形，导入面和导出面之间形成夹槽。

从动棘轮件包括从动棘轮21和导向柱22，从动棘轮置于棘轮套筒内，从动棘轮的外周上设置有4个凸棱23，凸棱的下端面为倾斜面，从动棘轮上设置有圆孔24，从动棘轮的下部设置有插接柱25。

凸棱能在导向通道内滑动，凸棱的倾斜面能滑入或滑出夹槽。

导向柱插在圆孔内，但与从动棘轮不固定。

在导向柱上套接有弹簧26，导向柱的上端穿过架板，并与连接片固定连接，弹簧的上端抵接在架板的下表面上，弹簧的下端抵接在圆孔内，从动棘轮能带动导向柱上移并压缩弹簧。

驱动棘轮件包括驱动棘轮27，驱动棘轮滑动连接在棘轮套筒内，驱动棘轮的下端连接有连接杆28，连接杆穿接在通孔中，并能在通孔中滑动，连接杆的下端与触发板29连接。

驱动棘轮的上部开有插口，驱动棘轮的上端面的周向上设置有多个斜齿30，驱动棘轮的上部的外壁的周向上设置有4个导向块31。

导向块滑动连接在导向通道内，斜齿能与凸棱的倾斜面的内侧接触，插接柱能插入到插口内。

驱动棘轮上的斜齿能向上推动凸棱，并把凸棱自导向通道内引导到夹槽内，从而完成锁紧板的锁定。

驱动棘轮上的斜齿也能将凸棱自夹槽内引导至导向通道内。

该机械爪还包括起吊轴32，起吊轴的前后端固定在两个支架板的上部。起吊轴上能穿接钢索33，钢索的另一端固定在船载起重机上。

需要将第一夹爪和第二夹爪闭合锁定时，第一凹槽和第二凹槽对齐，通过触发板带动连接杆上移，连接杆带动驱动棘轮上移，驱动棘轮上的斜齿向上推动凸棱，并把凸棱自导向通道内引导到夹槽内，这个过程中从动棘轮通过导向柱带动锁紧板上移，具体为：斜齿带动凸棱自导向通道内移动到导入面的最上端，凸棱的倾斜面沿着导入面滑入到夹槽中，整个从动棘轮位置固定不动，此时锁紧板的凸条上移插在第一凹槽和第二凹槽内，完成第一夹爪和第二夹爪闭合锁定。

第一夹爪和第二夹爪解除闭合锁定时，再次通过触发板带动连接杆上移，连接杆带动驱动棘轮上移，驱动棘轮上的斜齿将凸棱自夹槽内引导至导向通道内，具体为：斜齿带动凸棱上移，使得凸棱的最下端超过导出面的最上端，凸棱的倾斜面沿着导出面滑入到导向通道内，在弹簧的作用力下，从动棘轮和导向柱下移，使得锁紧板的凸条脱离第一凹槽和第二凹槽，完成第一夹爪和第二夹爪的解锁。

本发明提供的棘轮自锁海底提缆机械爪的大致工作过程为：

棘轮自锁海底提缆机械爪搭载在遥控潜水机器人上，可以与遥控潜水机器人电磁连接，从而保证遥控潜水机器人能自由捕获或释放该机械爪。

打捞电缆：

母船到达电缆附近海面，在母船上将船载起重机的钢索与起吊轴相连，遥控潜水机器人与该机械爪电磁连接后，遥控潜水机器人带着该机械爪下潜到电缆处，遥控潜水机器人带动第一夹爪和第二夹爪的闭合处放置在电缆的上方，继续向下移动，使得电缆自闭合处“挤入”到两个夹爪闭合的空间中，由于此时的第一夹爪和第二夹爪并没有锁紧，所以电缆能很轻易的“挤入”到两个夹爪闭合的空间中，在这个过程中，遥控潜水机器人为操作人员提供视野，继续控制机械爪下移，使得电缆碰触到触发板，通过触发板带动连接杆上移，连接杆带动驱动棘轮上移，驱动棘轮上的斜齿向上推动凸棱，并把凸棱自导向通道内引导到夹槽内，这个过程中从动棘轮通过导向柱带动锁紧板上移，具体为：斜齿带动凸棱自导向通道内移动到导入面的最上端，凸棱的倾斜面沿着导入面滑入到夹槽中，整个从动棘轮位置固定不动，此时锁紧板的凸条上移插在第一凹槽和第二凹槽内，完成第一夹爪和第二夹爪闭合锁定，之后，遥控潜水机器人与该机械爪脱离，遥控潜水机器人返回母船待命，船载起重机拉起钢索打捞电缆；由于第一夹爪和第二夹爪闭合锁定，所以电缆不会脱出该机械爪，而且，上提过程中，电缆重力向下，钢索拉力向上，电缆不会触发到触发板；

维修后返回电缆：

船载起重机通过钢索下放电缆，这个过程中，电缆重力向下，钢索通过机械爪拉力向上，电缆不会触动触发板，电缆触底到海床后，机械手继续下放，靠自身重力接触电缆，电缆触动触发板，触发板带动连接杆上移，连接杆带动驱动棘轮上移，驱动棘轮上的斜齿将凸棱自夹槽内引导至导向通道内，具体为：斜齿带动凸棱上移，使得凸棱的最下端超过导出面的最上端，凸棱的倾斜面沿着导出面滑入到导向通道内，在弹簧的作用力下，从动棘轮和导向柱下移，使得锁紧板的凸条脱离第一凹槽和第二凹槽，完成第一夹爪和第二夹爪的解锁，上提钢索，使得电缆自第一夹爪和第二夹爪的闭合处滑出，完成机械爪与电缆的脱离，在这个机械爪脱离电缆的过程中，可通过遥控潜水机器人对脱离过程进行监视，以便保证脱离过程成功。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.棘轮自锁海底提缆机械爪，其特征在于，包括抓取结构和锁紧结构，所述抓取结构包括两个支架板，两个支架板的下部之间连接有主轴，主轴上转动连接有两个相对设置的第一夹爪件和第二夹爪件，第一夹爪件包括弧形的第一夹爪，第二夹爪件包括弧形的第二夹爪，第一夹爪的上端设置有第一轴套，第二夹爪的上端设置有第二轴套，第一轴套的外周的底部开有纵向的第一凹槽，第二轴套的外周的底部开有纵向的第二凹槽，第一轴套和第二轴套套接在主轴上，第一夹爪和第二夹爪闭合时，第一凹槽和第二凹槽对齐，第一夹爪和第二夹爪张开时，第一凹槽和第二凹槽错开；

所述锁紧结构包括锁紧板和安装架杆，安装架杆的前后端固定在两个支架板的中部，安装架杆的中间的底部设置有横向的架板，架板的左右两侧的下部连接有棘轮套筒，棘轮套筒内连接有棘轮组件；

所述锁紧板位于第一轴套和第二轴套的下方，锁紧板的内中部纵向的设置有凸起的凸条，锁紧板的中间的内两侧设置有通孔，锁紧板的中间的外两侧设置有垂直的连接板，连接板的顶部设置有连接片；

所述棘轮组件包括从动棘轮件和驱动棘轮件，驱动棘轮件与从动棘轮件连接，驱动棘轮件穿接在通孔中，两个驱动棘轮件的底部通过触发板连接，触发板位于锁紧板的下方，从动棘轮件的顶部与连接片连接，第一凹槽和第二凹槽对齐状态下，通过触发板带动驱动棘轮件上移，驱动棘轮件能带动从动棘轮件上移并卡接在棘轮套筒的内壁上，从而使得锁紧板的凸条插入第一凹槽和第二凹槽中；驱动棘轮件还能带动从动棘轮件自棘轮套筒的内壁上移下，从而使得锁紧板的凸条脱离第一凹槽和第二凹槽。

2.根据权利要求1所述的棘轮自锁海底提缆机械爪，其特征在于，还包括起吊轴，起吊轴的前后端固定在两个支架板的上部。

3.根据权利要求1所述的棘轮自锁海底提缆机械爪，其特征在于，所述第一夹爪件和第二夹爪件的结构相同；

所述第一夹爪和第二夹爪的下部均向外弯曲形成爪钩，第一夹爪和第二夹爪的上部的中间位置处均开设有弧形的缺口；所述第一轴套和第二轴套均为两个，两个第一轴套位于第一夹爪的缺口的两侧，两个第二轴套位于第二夹爪的缺口的两侧，第一夹爪和第二夹爪的上部对接后，第一轴套和第二轴套交错放置，并由主轴依次穿过。

4.根据权利要求3所述的棘轮自锁海底提缆机械爪，其特征在于，所述棘轮套筒和连接板都置于缺口处。

5.根据权利要求1所述的棘轮自锁海底提缆机械爪，其特征在于，所述棘轮套筒的内壁上环设有4个弧形的凸板，每两个凸板之间形成一个竖直的导向通道，凸板的上端面设置有倾斜的导入面和导出面，导入面和导出面呈锯齿形，导入面和导出面之间形成夹槽。

6.根据权利要求5所述的棘轮自锁海底提缆机械爪，其特征在于，所述从动棘轮件包括从动棘轮和导向柱，从动棘轮置于棘轮套筒内，从动棘轮的外周上设置有4个凸棱，凸棱的下端面为倾斜面，从动棘轮上设置有圆孔，从动棘轮的下部设置有插接柱；

所述凸棱能在导向通道内滑动，凸棱的倾斜面能滑入或滑出夹槽；

所述导向柱插在圆孔内，在导向柱上套接有弹簧，导向柱的上端穿过架板，并与连接片固定连接，所述弹簧的上端抵接在架板的下表面上，弹簧的下端抵接在圆孔内，从动棘轮能带动导向柱上移并压缩弹簧。

7.根据权利要求6所述的棘轮自锁海底提缆机械爪，其特征在于，所述驱动棘轮件包括驱动棘轮，驱动棘轮滑动连接在棘轮套筒内，驱动棘轮的下端连接有连接杆，连接杆穿接在通孔中，并能在通孔中滑动，连接杆的下端与触发板连接；

所述驱动棘轮的上部开有插口，驱动棘轮的上端面的周向上设置有多个斜齿，驱动棘轮的上部的外壁的周向上设置有4个导向块；

所述导向块滑动连接在导向通道内，斜齿能与凸棱的倾斜面的内侧接触，所述插接柱能插入到插口内；

所述驱动棘轮上的斜齿能向上推动凸棱，并把凸棱自导向通道内引导到夹槽内，从而完成锁紧板的锁定；驱动棘轮上的斜齿也能将凸棱自夹槽内引导至导向通道内。

Images