CN112623162A - 一种内置载荷水下径向释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种内置载荷水下径向释放装置，属于水下滑翔机释放载荷领域；包括框架结构、开门机构和释放机构，框架结构作为NACA翼型展向的一段；开门机构包括固定舱门、活动舱门、铰接机构、旋转电机；活动舱门通过铰接机构与固定舱门铰接；通过旋转电机控制活动舱门的开合；释放机构包括控制系统、电磁铁和固定卡环；多个电磁铁固定于活动舱门上；固定卡环的外环面沉孔内放置电磁铁，多个固定卡环沿载荷的轴向均布于载荷的外周面，电磁铁与沉孔一一对应设置且能相互吸附；控制系统用于控制电磁铁的通断电；当所述霍尔传感器感应到感应片，控制系统判断活动舱门打开到指定位置，同时控制电磁铁通电、消磁，即电磁铁与固定卡环的吸附力消失，载荷被释放。

Description

一种内置载荷水下径向释放装置

技术领域

本发明属于水下滑翔机释放载荷领域，具体涉及一种内置载荷水下径向释放装置。

背景技术

海洋是人类赖以生存和发展的空间，是能源、生物资源和金属资源的战略性开发基地，关系到人类的生存和发展。由于人类的肆意开发资源，一些资源面临短缺的问题，因此，越来越多的国家开始把关注的焦点转向蕴含丰富能源和资源的海洋空间。目前各国都在积极开展海底和水生生物矿产资源调查的海洋调查，由于海洋环境较恶劣，因此，自主式无人探索设备是进行海洋调查所必需的。

水下滑翔机是一种新型的水下机器人，它通过调节自身浮力完成水下滑翔，具有滑翔距离远、功耗低等优点，利用这些优点，滑翔机可以搭载探测设备到指定区域进行投放，进行定点信息采集，完成任务之后再进行回收。由于海洋环境的复杂多样性，干扰因素较多，且为了不影响滑翔机的滑翔姿态，需要一种稳定可靠的内置载荷水下释放装置。然而，目前的内置载荷水下释放装置不能满足释放的可靠性和稳定性，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滑翔机，会显著影响滑翔机的滑翔性能。

经文献检索，发表日期为2019年1月、名称为《水下自治平台载荷释放与升沉运动组合控制》的论文，其中第三章34-36页内容，提出了一种基于液压系统控制的可分离式载荷的推出机构，该机构主要由滑杆，上、下滑块(竖直滑轨上)，钢缆与滑轮，推杆，滑块(滑槽内)，滑槽等部分组成，若滑槽连接的为AUV等需要与水下自治平台主体分离的载荷，则使用爆炸螺栓或电化学腐蚀的方式实现滑槽与载荷的连接与分离。推出机构搭载载荷从与平台基本相同的高度进行垂直释放，载荷在释放之后由于水流扰动可能会与平台发生碰撞，而且，载荷与主体的分离方式不够安全可靠。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种内置载荷水下径向释放装置，将水下滑翔机机翼的一部分作为释放装置的框架，并在其上设置开门机构和驱动机构，通过开门机构控制框架结构的活动舱门打开，然后由释放机构实现载荷的径向释放。

本发明的技术方案是：一种内置载荷水下径向释放装置，其特征在于：包括框架结构、开门机构和释放机构，所述框架结构作为NACA翼型展向的一段；

所述框架结构包括相对平行设置的两个面板，并通过沿面板边缘设置的多个加强筋连接为一体结构；两个所述面板垂直于NACA翼型的展向，其外端面均与滑翔机主体固定连接；

所述开门机构包括舱门、铰接机构、旋转电机、霍尔传感器、传感器安装架和感应片；所述舱门位于框架结构的两个面板之间，作为载荷的释放出口，包括固定舱门和活动舱门，所述固定舱门固定于第一面板的内端面的外缘处，活动舱门通过铰接机构与固定舱门铰接；所述旋转电机固定于第一面板的外端面，其输出轴通过传动机构与铰接机构的铰接轴连接，通过驱动铰接轴旋转实现活动舱门的开合；所述霍尔传感器通过传感器安装架固定于固定舱门外侧壁，所述感应片固定于铰接机构上；

所述释放机构包括控制系统、电磁铁和固定卡环；多个电磁铁固定于所述活动舱门的内侧面，并位于同一直线上，该直线平行于所述铰接轴；所述固定卡环的外环面设置有沉孔，用于放置所述电磁铁，多个固定卡环沿载荷的轴向均布于载荷的外周面，电磁铁与固定卡环的沉孔一一对应设置且能相互吸附；所述控制系统用于控制电磁铁的通断电；当所述霍尔传感器感应到感应片，控制系统判断活动舱门打开到指定位置，同时控制电磁铁通电、消磁，即电磁铁与固定卡环的吸附力消失，载荷被释放。

本发明的进一步技术方案是：所述框架结构包括5个加强筋，并均布于框架结构的同一侧，框架结构的另一侧用于安装开门机构。

本发明的进一步技术方案是：所述活动舱门上设置有多个凸台，用于安装所述电磁铁。

本发明的进一步技术方案是：所述铰接机构包括转轴支座、转轴连接架、悬梁和传动轴，所述传动轴通过多个转轴支座安装于固定舱门的内侧面，作为铰接轴；所述转轴连接架为非对称的U形结构，一侧为短支臂，另一侧为长支臂；3个转轴连接架并联设置，其中第一、第二转轴连接架的短支臂端头处开有通孔，通过键与传动轴固定连接，长支臂端头固定于所述活动舱门上；第三转轴连接架的短支臂端头通过轴和支座铰接于固定舱门上，长支臂端头固定于所述活动舱门上，所述轴与传动轴同轴；所述悬梁垂直固定于3个转轴连接架的长支臂上，将3个转轴连接架连接为一体，实现3 个转轴连接架的同步转动。

本发明的进一步技术方案是：所述传动机构包括同步带和同步带轮，所述同步带轮同轴固定于传动轴上，同步带套装于旋转电机的输出轴和同步带轮上，通过旋转电机驱动同步带转动，进而带动同步带轮、传动轴旋转。

本发明的进一步技术方案是：所述同步带轮通过轴端挡圈限制其轴向位移。

本发明的进一步技术方案是：所述传动轴与转轴支座为间隙配合，并通过轴端挡圈限制其轴向位移。

本发明的进一步技术方案是：所述旋转电机和控制系统均采用防水密封结构。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1.本发明整个装置为滑翔机翼型的一部分，所设计结构为滑翔机结构的一部分，不会额外增加滑翔机的滑翔阻力。

2.本发明通过电机带动开门机构，开闭速度可根据实际需要调节，载荷释放速度小，对滑翔机的扰动小。

3.本发明的挂载机构结构简单紧凑，释放方式简单。

附图说明

图1为本发明一种内置载荷水下径向释放装置总体结构立体示意图；

图2为本发明框架结构的立体示意图；

图3为本发明开门机构的结构立体示意图；

图4为本发明释放机构的立体示意图；

图5为本发明一种内置载荷水下径向释放装置的运动状态示意图；

图6为本发明一种内置载荷水下径向释放装置的运动状态示意图；

附图标记说明：1、框架结构，2、开门机构，3、释放机构，4、面板，5、面板， 6、7、8、9、10、11、加强筋，12、固定舱门，13、活动舱门，14、传感器安装架， 15、霍尔传感器，16、转轴支座，17、旋转电机，18、转轴支座，19、同步带，20、同步带轮，21、转轴支座，22、传感器安装架，23、霍尔传感器，24、转轴支座，25、感应片，26、转轴连接架，27、转轴连接架，28、转轴连接架，29、传动轴，30、悬梁，31、感应片，32、电磁铁，33、电磁铁，34、电磁铁，35、固定卡环，36、固定卡环，37、固定卡环，38、载荷。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-6所示，本发明一种内置载荷水下轴向释放装置，包括框架结构1、开门机构2和释放机构3，通过各个部分的协同动作，完成内置载荷水下径向释放。

参照图2所示，所述的框架结构1至少由面板4、面板5和加强筋6、7、8、9、 10、11组成，加强筋6、7、8、9、10、11将平行相对设置的面板4和面板5连接为一体件，加强筋6、7、8、9、10、11均布于框架结构的同一侧，框架结构的另一侧用于安装开门机构2。这种结构具有开仓门可靠、稳定的优点，面板4有三个安装孔，面板5有四个安装孔，用于与滑翔机主体的固连，使得框架结构的形状为NACA翼型的一部分。

参照图3所示，所述的开门机构2包括固定舱门12，活动舱门13，转轴支座16、 18、21、24,旋转电机17、转轴连接架26、27、28，旋转电机17，霍尔传感器15、23，、传感器安装架14、22，感应片25、31，传动轴29，悬梁30，同步带19和同步带轮 20；所述的固定舱门12与框架结构1的面板4固连，所述的转轴支座16、18、21、 24与面板4固连，且均设置有通孔；所述的旋转电机17与面板4固连，旋转电机通过同步带19带动同步带轮20转动，同步带轮20带动传动轴29同向旋转，所述的同步带轮19有通孔和键槽，与传动轴29过渡配合，通过键连接，同步带轮20通过轴端挡圈进行轴向限位；所述的传动轴29与转轴支座16、18、21放入通孔过渡配合，通过轴端挡圈进行轴向限位；所述的转轴连接架26、27一端有通孔，与传动轴29过渡配合，通过键连接，另一端与活动舱门13固连；所述的转轴连接架28一端有通孔，与转轴支座24通过轴进行连接，另一端与活动舱门13固连；所述的转轴连接架16 贴有感应片25，转轴连接架28贴有感应片31，且能被霍尔传感器感应，所述的霍尔传感器15与传感器安装架14固连，霍尔传感器23与传感器安装架22固连，所述的传感器安装架14、22与固定舱门12固连，所述的转轴连接架26、27、28与悬梁26 固连，实现转轴连接架26、27、28的同步转动；开门机构2可以实现旋转电机17转动，通过同步带19，同步带轮20，传动轴29，转轴连接架26、27、28，带动活动舱门13的旋转，实现活动舱门13的开启和关闭。

参照图3所示，所述的释放机构3包括控制系统、电磁铁32、33、34，固定卡环 35、36、37，载荷38，所述的电磁铁32、33、34与活动舱门13的凸台固连，所述的固定卡环35、36、37与载荷38固连，外环面上设置有与电磁铁32、33、34圆柱部分相同直径的沉孔，且能被电磁铁32、33、34吸附，所述的载荷重力大于浮力。控制系统设置于框架结构1内。

参照图1、5、6所示，工作过程：初始时刻，装置未做任何动作，活动舱门完全 闭合。控制系统收到控制指令，旋转电机17启动，旋转电机17的转动带动活动舱门 13旋转，固定舱门12安装有霍尔传感器23，转轴连接架28贴有感应片31，随着活 动舱门13的不断转动，当霍尔传感器22感应到感应片31，控制系统判断活动舱门13 转动到位，开合角度如图6所示，控制系统控制电磁铁32、33、34通电，电磁铁32、 33、34消磁，电磁铁32、33、34与固定卡环35、36、37的吸附力消失，载荷释放； 旋转电机17继续转动，带动活动舱门13旋转，随着活动舱门13的不断转动，当霍尔 传感器16感应到感应片25，控制系统判断活动舱门13转动到位，开合角度如图6所 示，此时，旋转电机停止转动，等待载荷完全释放，载荷33释放之后，在重力和浮力 的作用下，不断下落，且载荷33释放之后，活动舱门13继续开启，保证载荷33下落 过程中，活动舱门13远离载荷33，即载荷33释放后不断远离滑翔机，保证释放的可 靠性和安全性，等待一段时间，载荷完全释放，位移电机转动带动活动舱门13关闭。

所述的驱动电机和控制系统部分，均采用防水密封。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种内置载荷水下径向释放装置，其特征在于：包括框架结构、开门机构和释放机构，所述框架结构作为NACA翼型展向的一段；

所述框架结构包括相对平行设置的两个面板，并通过沿面板边缘设置的多个加强筋连接为一体结构；两个所述面板垂直于NACA翼型的展向，其外端面均与滑翔机主体固定连接；

所述开门机构包括舱门、铰接机构、旋转电机、霍尔传感器、传感器安装架和感应片；所述舱门位于框架结构的两个面板之间，作为载荷的释放出口，包括固定舱门和活动舱门，所述固定舱门固定于第一面板的内端面的外缘处，活动舱门通过铰接机构与固定舱门铰接；所述旋转电机固定于第一面板的外端面，其输出轴通过传动机构与铰接机构的铰接轴连接，通过驱动铰接轴旋转实现活动舱门的开合；所述霍尔传感器通过传感器安装架固定于固定舱门外侧壁，所述感应片固定于铰接机构上；

所述释放机构包括控制系统、电磁铁和固定卡环；多个电磁铁固定于所述活动舱门的内侧面，并位于同一直线上，该直线平行于所述铰接轴；所述固定卡环的外环面设置有沉孔，用于放置所述电磁铁，多个固定卡环沿载荷的轴向均布于载荷的外周面，电磁铁与固定卡环的沉孔一一对应设置且能相互吸附；所述控制系统用于控制电磁铁的通断电；当所述霍尔传感器感应到感应片，控制系统判断活动舱门打开到指定位置，同时控制电磁铁通电、消磁，即电磁铁与固定卡环的吸附力消失，载荷被释放。

2.根据权利要求1所述内置载荷水下径向释放装置，其特征在于：所述框架结构包括5个加强筋，并均布于框架结构的同一侧，框架结构的另一侧用于安装开门机构。

3.根据权利要求1所述内置载荷水下径向释放装置，其特征在于：所述活动舱门上设置有多个凸台，用于安装所述电磁铁。

4.根据权利要求1所述内置载荷水下径向释放装置，其特征在于：所述铰接机构包括转轴支座、转轴连接架、悬梁和传动轴，所述传动轴通过多个转轴支座安装于固定舱门的内侧面，作为铰接轴；所述转轴连接架为非对称的U形结构，一侧为短支臂，另一侧为长支臂；3个转轴连接架并联设置，其中第一、第二转轴连接架的短支臂端头处开有通孔，通过键与传动轴固定连接，长支臂端头固定于所述活动舱门上；第三转轴连接架的短支臂端头通过轴和支座铰接于固定舱门上，长支臂端头固定于所述活动舱门上，所述轴与传动轴同轴；所述悬梁垂直固定于3个转轴连接架的长支臂上，将3个转轴连接架连接为一体，实现3个转轴连接架的同步转动。

5.根据权利要求1所述内置载荷水下径向释放装置，其特征在于：所述传动机构包括同步带和同步带轮，所述同步带轮同轴固定于传动轴上，同步带套装于旋转电机的输出轴和同步带轮上，通过旋转电机驱动同步带转动，进而带动同步带轮、传动轴旋转。

6.根据权利要求5所述内置载荷水下径向释放装置，其特征在于：所述同步带轮通过轴端挡圈限制其轴向位移。

7.根据权利要求1所述内置载荷水下径向释放装置，其特征在于：所述传动轴与转轴支座为间隙配合，并通过轴端挡圈限制其轴向位移。

8.根据权利要求1所述内置载荷水下径向释放装置，其特征在于：所述旋转电机和控制系统均采用防水密封结构。

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