CN112454248B - 一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋机器人技术领域，具体地说是一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置。包括机器人分段结构框架支撑端和密封舱盖姿态调整端。机器人分段结构框架支撑端包括载体支撑座和轨道小车，可实现机器人分段结构框架六自由度的位姿调整。密封舱盖姿态调整端包括移动升降平台、多自由度姿态调整机构和移动支撑框架，可实现密封舱盖六自由度的位姿调整。本发明可实现密封舱盖与机器人分段结构框架的六自由度姿态调节，可实现大尺度、大重量密封舱盖与结构框架约束空间内的密封舱快速、精准对接，辅助装配，有效提高大型水下机器人的装配效率，降低装配风险，降低装配人员劳动强度，使整个拆装过程更加安全可靠。

Description

一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置

技术领域

本发明属于海洋机器人领域，具体地说是一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置。

背景技术

海洋是人类发展的四大战略空间中继陆地之后的第二大空间，是生物资源、能源、水资源和金属资源的战略性开发基地，作为人类探索海洋和维护海洋权益的大国重器，水下机器人发挥着重要而不可替代的作用，是国家海洋战略重要组成部分。通过近几十年的发展，国内外中小型水下机器人技术已逐渐走向成熟，广泛应用于军事和民用领域。相比于传统的百公斤级、吨级中小型水下机器人，美国已将大型(LDUUV)、超大型(XLUUV)水下机器人列入明确规划，美国波音公司研制的50吨级“回声巡航者”大型无人潜航器已进入最后的试验阶段，最大工作深度达3300米；可见，水下机器人正朝着大型化、大潜深方向发展。

为了提升水下机器人的下潜深度，近年来国内外所研制的大型水下机器人均摒弃了传统潜艇全耐压的结构形式，采用开架式模块化结构，其中耐压器件、设备和传感器等直接固定在结构框架上与海水接触，非耐压结构通过密封舱进行防护，然后固定到结构框架上，整个机器人由外部流线型浮力材、内部龙骨框架、密封舱和舱外组件等组成。

由于大型水下机器人单个密封舱重量可达几十吨，直接将其从端面装入结构框架内难度和风险较大；一般装配顺序是先将空舱装入结构框架，然后装入舱内组部件，最后安装密封舱盖。密封舱盖通过周向一圈螺栓固定到密封舱上。

为了实现密封舱与密封舱盖的精准对接安装，需要密封舱盖具备六自由度的位姿调整能力。传统中小型水下机器人密封舱盖的安装基本都是通过装配人员与车间行吊配合完成，装配效率完全取决于装配人员的经验，且风险较高。而对于大型水下机器人，更缺乏专用的辅助拆装装置。因此有必要研制大型机器人使用的辅助拆装装置，有效提供密封舱的拆装效率。

发明内容

针对现有密封舱盖拆装存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，包括机器人分段结构框架支撑端和密封舱盖姿态调整端；

所述机器人分段结构框架支撑端包括轨道小车及载体支撑座，所述载体支撑座的下端左右两侧对称安装有轨道小车，所述轨道小车可前后移动，该轨道小车的小车框架上设有顶升油缸安装座，该顶升油缸安装座上安装有顶升油缸，所述顶升油缸与所述载体支撑座之间通过球铰连接，所述顶升油缸安装座的两侧设有安装于小车框架上、使载体支撑座左右移动的横移油缸；待安装的密封舱的机器人分段结构框架整体放置在所述载体支撑座上，通过轨道小车、横移油缸、顶升油缸及球铰实现机器人分段结构框架六自由度的位姿调整；

所述密封舱盖姿态调整端包括移动升降平台、多自由度姿态调整机构和移动支撑框架，所述移动支撑框架在所述移动升降平台上前后移动，所述多自由度姿态调整机构在所述移动支撑框架上左右移动，待安装的密封舱盖通过向心关节轴承与所述多自由度姿态调整机构连接，进而实现所述密封舱盖六自由度的位姿调整。

所述轨道小车包括小车框架、小车滚轮、顶升油缸安装座、顶升油缸和至少一组左右对称设置的横移油缸，所述小车滚轮的轮轴安装于所述小车框架上，所述轨道小车通过小车滚轮实现前后移动；所述顶升油缸安装座位于小车框架的上方，该顶升油缸安装座的左右两侧对称设有至少一组横移油缸，所述顶升油缸安装座的左右两侧分别与各个所述横移油缸的活塞杆连接，所述横移油缸均固定安装在小车框架上，所述顶升油缸安装座上安装有顶升油缸，所述顶升油缸的活塞杆与所述载体支撑座的下端通过球铰连接。

每组的两个所述横移油缸的活塞杆的轴向中心线共线，各所述横移油缸的活塞杆的轴向中心线共面，且与水平面平行或共面。

所述顶升油缸的活塞杆的轴向中心线与水平面相垂直。

所述移动升降平台上设有轨道B，所述移动支撑框架的下端设有与轨道B滑动连接的滑块，所述滑块沿着所述轨道B前后移动。

所述移动支撑框架上设有上下相对设置的轨道C和轨道D；

所述多自由度姿态调整机构包括设有向心关节轴承的轴承固定架、若干个姿态调整螺栓及密封舱盖连接盘，所述轴承固定架位于所述轨道C和所述轨道D之间，并可分别沿着所述轨道C和所述轨道D左右移动，所述姿态调整螺栓设置在所述轴承固定架上，沿所述向心关节轴承的外围均布，所述密封舱盖连接盘与所述向心关节轴承的内圈固定连接，所述密封舱盖连接盘通过所述向心关节轴承与所述轴承固定架形成球铰副，各所述姿态调整螺栓的一端分别与所述密封舱盖连接盘的盘面主体抵接，另一端分别与所述轴承固定架螺纹连接；

所述密封舱盖连接盘的盘面主体远离所述移动支撑框架的一侧面上设有若干组上下对应的挂钩连接座和销轴连接座，待安装的密封舱盖的密封本体上分别设有挂钩和连接耳，所述挂钩的设置位置与所述挂钩连接座的设置位置相对应，所述连接耳的设置位置与所述销轴连接座的设置位置相对应；所述挂钩挂设在对应的所述挂钩连接座上后，所述连接耳伸入至对应的所述销轴连接座中并插入销轴固定，从而使所述密封舱盖连接盘与密封舱盖连接。

所述多自由度姿态调整机构还包括压接件及压接端盖，所述密封舱盖连接盘的盘面主体中心部为空心套筒部，所述空心套筒部穿入所述向心关节轴承的内圈中，所述压接件穿入所述空心套筒部，所述压接件穿入所述空心套筒部的端面上设有若干螺柱，且所述螺柱分别穿过所述压接端盖并通过螺母对所述压接端盖限位，所述压接端盖与所述压接件共同将所述密封舱盖连接盘与所述向心关节轴承的内圈压紧进而使所述密封舱盖连接盘与所述向心关节轴承的内圈共同转动。

所述空心套筒部的外侧套设有压接套筒，且所述套筒设置在所述向心关节轴承的内圈与所述密封舱盖连接盘的盘面主体之间，所述向心关节轴承通过该压接套筒及压接端盖实现轴向定位。

所述轴承固定架的下部设有若干个与所述轨道D相配合的横移轮，所述横移轮沿着所述轨道D滚动。

所述轴承固定架的上部设有若干个与所述轨道C相配合的导向轮，所述导向轮沿着所述轨道C滚动。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明可实现密封舱盖与机器人分段结构框架的六自由度姿态调节，可实现大尺度、大重量密封舱盖与结构框架约束空间内的密封舱快速、精准对接，辅助装配，有效提高大型水下机器人的装配效率，降低装配风险，降低装配人员劳动强度，使整个拆装过程更加安全可靠。

2.本发明通用性强，只要密封舱盖上留有与密封舱盖连接盘一致机械接口，即可使用，可应用于不同尺寸、重量的密封舱盖拆装。

3.本发明调试、维护方便，本发明的安装和拆卸方便。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的轨道小车结构示意图；

图3为本发明的移动支撑框架上各部件的安装结构示意图；

图4为本发明的多自由度姿态调整机构的结构示意图；

图5为本发明的另一个视角的多自由度姿态调整机构的结构示意图；

图6为本发明的密封舱盖的结构示意图；

图7为本发明的向心关节轴承与密封舱盖连接盘的连接结构示意图。

图中：1-轨道小车、101-小车框架、102-小车滚轮、103-顶升油缸安装座、104-横移油缸、105-顶升油缸、2-载体支撑座、3-机器人分段结构框架、4-密封舱、5-密封舱盖、501-密封舱盖本体、502-挂钩、503-连接耳、6-多自由度姿态调整机构、601-横移轮、602-轴承固定架、603-姿态调整螺栓、604-向心关节轴承、605-压接端盖、606-密封舱盖连接盘、607-导向轮、608-压接件、609-挂钩连接座、610-销轴连接座、611-压接套筒、7-移动支撑框架、701-轨道C、702-轨道D、8-配重、9-滑块、10-移动升降平台、11-轨道B。

具体实施方式

下面结合附图1-7对本发明作进一步详述。

一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，如图1所示，包括机器人分段结构框架支撑端和密封舱盖姿态调整端；

机器人分段结构框架支撑端包括两个前后平行设置的载体支撑座2，每个载体支撑座2下端的左右两侧对称安装一个轨道小车1，轨道小车1与载体支撑座2之间通过球铰连接，轨道小车1可沿对应设置的轨道A(说明书附图中未示出)前后移动，机器人分段结构框架3整体放置在两个载体支撑座2上，通过由球铰连接的轨道小车1与载体支撑座2，可实现机器人分段结构框架3六自由度的位姿调整。

密封舱盖姿态调整端包括移动升降平台10、多自由度姿态调整机构6和移动支撑框架7，移动支撑框架7在移动升降平台10上前后移动(本实施例的移动升降平台10为现有技术)，待安装的密封舱盖5与多自由度姿态调整机构6连接，多自由度姿态调整机构6在移动支撑框架7上左右移动，移动升降平台10、多自由度姿态调整机构6和移动支撑框架7的配合设置，可实现密封舱盖5六自由度的位姿调整，方便密封舱盖5与机器人分段结构框架3内部装设的密封舱4连接。

具体而言，如图2所示，轨道小车1包括小车框架101、小车滚轮102、顶升油缸安装座103、顶升油缸105和至少一组左右对称设置的横移油缸104，小车滚轮102的轮轴安装于小车框架101上，小车滚轮102可在轨道A上行走；顶升油缸安装座103位于小车框架101的上方，该顶升油缸安装座103的左右两侧对称设有至少一组横移油缸104，每组的两个横移油缸104对称设置于顶或油缸安装座103的左右两侧，且油缸活塞杆的轴向中心线共线，顶升油缸安装座103的左右两侧分别与各个横移油缸104的活塞杆连接，各个横移油缸104均固定安装在小车框架101上；顶升油缸安装座103上安装有顶升油缸105，顶升油缸105的活塞杆与载体支撑座2的下端通过球铰连接；本实施例的横移油缸104与顶升油缸105均为市购产品，并分别与外接液压站及控制装置连接，由外接液压站及控制装置进行控制，本实施例的控制装置、控制方法及连接方式均为现有技术，在此不再赘述。小车滚轮102可沿着轨道A前后移动，横移油缸104动作使顶升油缸安装座103左右移动，顶升油缸105控制载体支撑座2上下动作，且顶升油缸105与载体支撑座2之间通过球铰连接，从而实现载体支撑座2上机器人分段结构框架3六自由度的位姿调整。

具体而言，各横移油缸104的活塞杆的轴向中心线共面，且与水平面相平行或共面。

具体而言，顶升油缸105的活塞杆的轴向中心线与水平面相垂直。

具体而言，如图1和图3所示，移动升降平台10上对称设有轨道B 11，移动支撑框架7的下端设有与轨道B 11滑动连接的滑块9，滑块9沿着轨道B 11前后移动；本实施例的移动支撑框架7的尾部还设有配重8，用以平衡倾翻载荷防止发生倾覆。

具体而言，如图3所示，移动支撑框架7上设有上下相对设置的轨道C 701和轨道D702。

如图4-6所示，多自由度姿态调整机构6包括设有向心关节轴承604的轴承固定架602、若干个姿态调整螺栓603及密封舱盖连接盘606，轴承固定架602位于轨道C 701和轨道D 702之间，并可分别沿着轨道C 701和轨道D 702左右移动，姿态调整螺栓603设置在轴承固定架602上，沿向心关节轴承604的外围均布；本实施例的姿态调整螺栓603为四个，呈“十”字形布置。密封舱盖连接盘606与向心关节轴承604的内圈固定连接，密封舱盖连接盘606通过向心关节轴承604与轴承固定架602形成球铰副，各姿态调整螺栓603的一端分别与密封舱盖连接盘606的盘面主体抵接，使用扳手分别旋动各个姿态调整螺栓603，改变各个姿态调整螺栓603支撑点的位置，从而调节密封舱盖连接盘606的朝向角度；各姿态调整螺栓603的另一端分别与轴承固定架602螺纹连接。

密封舱盖连接盘606的盘面主体远离移动支撑框架7的一侧面上设有若干组上下对应的挂钩连接座609和销轴连接座610，待安装的密封舱盖5的密封本体501朝向密封舱盖连接盘606的一面上分别设有挂钩502和连接耳503，挂钩502的设置位置与挂钩连接座609的设置位置相对应，连接耳503的设置位置与销轴连接座610的设置位置相对应；挂钩502挂设在对应的挂钩连接座609上后，连接耳503伸入至对应的销轴连接座610中并插入销轴固定，从而使密封舱盖连接盘606与密封舱盖5连接。

具体而言，如图7所示，多自由度姿态调整机构6还包括压接件608及压接端盖605，密封舱盖连接盘606的盘面主体中心部为空心套筒部，空心套筒部穿入向心关节轴承604的内圈中，压接件608穿入空心套筒部，压接件608穿入空心套筒部的端面上设有若干螺柱，且螺柱分别穿过压接端盖605并通过螺母对压接端盖605限位，压接端盖605与压接件608共同将密封舱盖连接盘606与向心关节轴承604的内圈压紧进而使密封舱盖连接盘606与向心关节轴承604的内圈共同转动。

具体而言，如图7所示，空心套筒部的外侧套设有压接套筒611，且套筒611设置在向心关节轴承604的内圈与密封舱盖连接盘606的盘面主体之间。向心关节轴承604通过该压接套筒611及压接端盖605实现轴向定位。

具体而言，轴承固定架602的下部设有若干个与轨道D 702相配合的横移轮601，横移轮601沿着轨道D 702滚动，使轴承固定架602可方便地沿着轨道D 702左右移动。

具体而言，轴承固定架602的上部设有若干个与轨道C 701相配合的导向轮607，导向轮607沿着轨道C 701滚动，使轴承固定架602可稳定地沿着轨道D 702左右移动。

工作原理：

安装密封舱盖5时，使用吊车将内部装设密封舱4的机器人分段结构框架3放置在载体支撑座2上；然后使用吊车将密封舱盖5吊至多自由度姿态调整机构6的密封舱盖连接盘606附近，使密封舱盖连接盘606与密封舱盖5固定连接；人工推动移动支撑框架7沿轨道B11移动，使密封舱盖连接盘606与密封舱盖5一同进入机器人分段结构框架3内部；使用扳手旋拧姿态调整螺栓603，进而调整密封舱盖5的姿态；同时，横移油缸104工作，调整密封舱4的姿态，使密封舱4对中，进而使密封舱盖5与密封舱4安装面对齐；密封舱盖5与密封舱4的姿态调整完毕后，将密封舱盖5与密封舱4进行连接；安装完毕后密封舱盖连接盘606从密封舱盖5移除；拆卸密封舱盖5的方式步骤则与安装方式相反。

Claims (9)

1.一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，其特征在于：包括机器人分段结构框架支撑端和密封舱盖姿态调整端；

所述机器人分段结构框架支撑端包括轨道小车(1)及载体支撑座(2)，所述载体支撑座(2)的下端左右两侧对称安装有轨道小车(1)，所述轨道小车(1)可前后移动，该轨道小车(1)的小车框架(101)上设有顶升油缸安装座(103)，该顶升油缸安装座(103)上安装有顶升油缸(105)，所述顶升油缸(105)与所述载体支撑座(2)之间通过球铰连接，所述顶升油缸安装座(103)的两侧设有安装于小车框架(101)上、使载体支撑座(2)左右移动的横移油缸(104)；待安装的密封舱(4)的机器人分段结构框架(3)整体放置在所述载体支撑座(2)上，通过轨道小车(1)、横移油缸(104)、顶升油缸(105)及球铰实现机器人分段结构框架(3)六自由度的位姿调整；

所述密封舱盖姿态调整端包括移动升降平台(10)、多自由度姿态调整机构(6)和移动支撑框架(7)，所述移动支撑框架(7)在所述移动升降平台(10)上前后移动，所述多自由度姿态调整机构(6)在所述移动支撑框架(7)上左右移动，待安装的密封舱盖(5)通过向心关节轴承(604)与所述多自由度姿态调整机构(6)连接，进而实现所述密封舱盖(5)六自由度的位姿调整；

所述移动支撑框架(7)上设有上下相对设置的轨道C(701)和轨道D(702)；

所述多自由度姿态调整机构(6)包括设有向心关节轴承(604)的轴承固定架(602)、若干个姿态调整螺栓(603)及密封舱盖连接盘(606)，所述轴承固定架(602)位于所述轨道C(701)和所述轨道D(702)之间，并可分别沿着所述轨道C(701)和所述轨道D(702)左右移动，所述姿态调整螺栓(603)设置在所述轴承固定架(602)上，沿所述向心关节轴承(604)的外围均布，所述密封舱盖连接盘(606)与所述向心关节轴承(604)的内圈固定连接，所述密封舱盖连接盘(606)通过所述向心关节轴承(604)与所述轴承固定架(602)形成球铰副，各所述姿态调整螺栓(603)的一端分别与所述密封舱盖连接盘(606)的盘面主体抵接，另一端分别与所述轴承固定架(602)螺纹连接；

所述密封舱盖连接盘(606)的盘面主体远离所述移动支撑框架(7)的一侧面上设有若干组上下对应的挂钩连接座(609)和销轴连接座(610)，待安装的密封舱盖的密封本体(501)上分别设有挂钩(502)和连接耳(503)，所述挂钩(502)的设置位置与所述挂钩连接座(609)的设置位置相对应，所述连接耳(503)的设置位置与所述销轴连接座(610)的设置位置相对应；所述挂钩(502)挂设在对应的所述挂钩连接座(609)上后，所述连接耳(503)伸入至对应的所述销轴连接座(610)中并插入销轴固定，从而使所述密封舱盖连接盘(606)与密封舱盖连接。

2.根据权利要求1所述的一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，其特征在于：所述轨道小车(1)包括小车框架(101)、小车滚轮(102)、顶升油缸安装座(103)、顶升油缸(105)和至少一组左右对称设置的横移油缸(104)，所述小车滚轮(102)的轮轴安装于所述小车框架(101)上，所述轨道小车(1)通过小车滚轮(102)实现前后移动；所述顶升油缸安装座(103)位于小车框架(101)的上方，该顶升油缸安装座(103)的左右两侧对称设有至少一组横移油缸(104)，所述顶升油缸安装座(103)的左右两侧分别与各个所述横移油缸(104)的活塞杆连接，所述横移油缸(104)均固定安装在小车框架(101)上，所述顶升油缸安装座(103)上安装有顶升油缸(105)，所述顶升油缸(105)的活塞杆与所述载体支撑座(2)的下端通过球铰连接。

3.根据权利要求2所述的一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，其特征在于：每组的两个所述横移油缸(104)的活塞杆的轴向中心线共线，各所述横移油缸(104)的活塞杆的轴向中心线共面，且与水平面平行或共面。

4.根据权利要求2所述的一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，其特征在于：所述顶升油缸(105)的活塞杆的轴向中心线与水平面相垂直。

5.根据权利要求1所述的一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，其特征在于：所述移动升降平台(10)上设有轨道B(11)，所述移动支撑框架(7)的下端设有与轨道B(11)滑动连接的滑块(9)，所述滑块(9)沿着所述轨道B(11)前后移动。

6.根据权利要求1所述的一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，其特征在于：所述多自由度姿态调整机构(6)还包括压接件(608)及压接端盖(605)，所述密封舱盖连接盘(606)的盘面主体中心部为空心套筒部，所述空心套筒部穿入所述向心关节轴承(604)的内圈中，所述压接件(608)穿入所述空心套筒部，所述压接件(608)穿入所述空心套筒部的端面上设有若干螺柱，且所述螺柱分别穿过所述压接端盖(605)并通过螺母对所述压接端盖(605)限位，所述压接端盖(605)与所述压接件(608)共同将所述密封舱盖连接盘(606)与所述向心关节轴承(604)的内圈压紧进而使所述密封舱盖连接盘(606)与所述向心关节轴承(604)的内圈共同转动。

7.根据权利要求6所述的一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，其特征在于：所述空心套筒部的外侧套设有压接套筒(611)，且所述套筒(611)设置在所述向心关节轴承(604)的内圈与所述密封舱盖连接盘(606)的盘面主体之间，所述向心关节轴承(604)通过该压接套筒(611)及压接端盖(605)实现轴向定位。

8.根据权利要求1所述的一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，其特征在于：所述轴承固定架(602)的下部设有若干个与所述轨道D(702)相配合的横移轮(601)，所述横移轮(601)沿着所述轨道D(702)滚动。

9.根据权利要求1所述的一种大型水下机器人密封舱盖辅助拆装装置，其特征在于：所述轴承固定架(602)的上部设有若干个与所述轨道C(701)相配合的导向轮(607)，所述导向轮(607)沿着所述轨道C(701)滚动。

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