CN113120201B - 一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，涉及水下无人机回收装置。本发明是为了解决现有ROV续航时长短，进而导致的回收效率低，并伴有水面回收难的问题。本发明所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，只需要通过调整螺杆电机的旋转方向、速度、圈数就能控制回收装置的收展形态、收展速度和收展程度，进而快速捕获水下无人机，提高回收效率。同时，由于回转部的角度调整，使得在回收过程中，提高水下无人机的回收精准度。
Description
技术领域
本发明属于水下探测技术领域，尤其涉及水下无人机回收装置。
背景技术
遥控无人潜水器(ROV)是用于水下观察、检查和施工的水下机器人，是无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)的一种，其组成一般包括：动力推进器、遥控电子通讯装置、黑白或彩色摄像头、摄像俯仰云台、用户外围传感器接口、实时在线显示单元、导航定位装置、自动舵手导航单元、辅助照明灯和凯夫拉零浮力拖缆等单元部件。ROV功能多种多样，不同类型的ROV用于执行不同的任务，被广泛应用于军队、海岸警卫、海事、海关、核电、水电、海洋石油、渔业、海上救助、管线探测和海洋科学研究等各个领域。
目前ROV开发领域发展正直上升期，但是由于ROV在水下独立工作，其续航时长是限制ROV工作效率的巨大因素。因此ROV工作时必须要有水下工作站的配合，如果没有水下工作站，ROV的就很难应用到海洋工作环境中。而由于现有的ROV水下续航时长短，因此需要水下工作站频繁回收ROV，导致其回收效率低，同时还伴随有水面回收难的问题。
发明内容
本发明是为了解决现有ROV续航时长短，进而导致的回收效率低，并伴有水面回收难的问题，现提供一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置。
一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，包括回转部和捕获机构，捕获机构包括：剪叉机构、N个挡板以及剪叉机构的驱动部，N为正整数，
挡板为弧形板，N个挡板呈环状结构排布，该环状结构用于捕获进入其中的水下无人机，每个挡板的中线处均开有一条滑槽，该滑槽与环状结构的主轴平行，挡板上设有两根减震杆，一根减震杆的一端嵌入滑槽内、且能够在滑槽内滑动，另一根减震杆固定在滑槽外且位于滑槽的一端，两根减震杆的自由端分别设有一个连接件；
剪叉机构包括N个剪叉组，每个剪叉组的两个主体杆件在中点位置相互铰接，两个主体杆件的端部分别与四个连接件铰接，该四个连接件分别位于两个相邻的挡板上，且两个主体杆件朝向相同的一端分别连接在位于同一个挡板上的两个连接件，连接件为圆筒结构；
剪叉机构的驱动部包括：螺纹杆、螺杆电机、两个滑轨、支撑板、滑动杆和两个承载杆，两个滑轨相互平行固定在支撑板上表面，承载杆的两端分别嵌在两个滑轨上，使得承载杆能够沿滑轨滑动，螺纹杆和滑动杆分别通过支架架设在两个承载杆上，螺杆电机固定在螺纹杆所在承载杆上、且其动力输出端与螺纹杆的一端相连；
位于同一个挡板上的两个连接件均套接在滑动杆上，与该挡板相邻挡板上的两个连接件均套接在螺纹杆上、且其中一个连接件的内圆周面设有螺纹，该连接件与螺纹杆螺纹连接；
当螺杆电机带动螺纹杆以其主轴为转轴旋转时，与螺纹杆螺纹连接的连接件能够沿螺纹杆长度方向移动；
捕获机构固定在回转部上，回转部用于带动捕获机构旋转。
进一步的，上述回转部包括：蜗轮、回转部电机、底板、齿圈、齿轮、回转副轴、回转主轴、蜗杆和蜗杆支架，齿圈的半径大于齿轮的直径；
回转副轴和回转主轴的末端均与底板上表面转动连接、且回转副轴和回转主轴均与底板垂直，回转主轴的首端和齿圈均与支撑板的下表面固定连接、且回转主轴和齿圈的轴均与支撑板垂直，蜗杆通过蜗杆支架架设在底板上表面，回转部电机的动力输出端与蜗杆的一端相连，齿轮和蜗轮均套固在回转副轴上，齿轮与齿圈相互啮合，蜗杆与蜗轮相互啮合，
当回转部电机驱动蜗杆以其主轴为转轴旋转时，依次通过蜗轮、回转副轴、齿轮和齿圈带动支撑板旋转。
进一步的，上述主体杆件与连接件通过铆钉铰接。
进一步的，上述两个主体杆件的铰接处通过主杆推力轴承相连接。
进一步的，上述两个滑轨通过滑轨支撑件固定在支撑板上表面，承载杆通过滑轨轴承嵌在滑轨的轨道中。
进一步的，上述剪叉机构的驱动部还包括螺杆电机支撑件，螺杆电机支撑件包括两个能够与螺杆电机外表面相配合的框架，两个框架固定在螺杆电机所在承载杆上，螺杆电机嵌入在两个框架中。
进一步的，上述滑动杆的两端均设有闷盖，螺纹杆的另一端也设有闷盖。
进一步的，上述回转部还包括回转部电机支撑件，回转部电机支撑件包括两个能够与回转部电机外表面相配合的框架，两个框架固定在底板上表面，回转部电机嵌入在两个框架中。
进一步的，上述回转部还包括底座第一推力轴承，回转副轴通过底座第一推力轴承与底板上表面转动连接。
进一步的，上述回转部还包括底座第二推力轴承，回转主轴通过底座第二推力轴承与底板上表面转动连接。
本发明所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，只需要通过调整螺杆电机的旋转方向、速度、圈数就能控制回收装置的收展形态、收展速度和收展程度，进而快速捕获水下无人机，提高回收效率。同时，由于回转部的角度调整，使得在回收过程中，提高水下无人机的回收精准度。
附图说明
图1为本发明所述一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置的结构示意图；
图2为回转部分的结构示意图。
图中：挡板1，减震杆2，铆钉3，主杆推力轴承4，主体杆件5，滑轨轴承6，滑轨支撑件7，螺纹杆8，连接件9，螺杆电机10，蜗轮11，回转部电机支撑件12，回转部电机13，滑轨14，底板15，齿圈16，支撑板17，闷盖18，滑动杆19，承载杆20，螺杆电机支撑件21，齿轮22，回转副轴23，第一推力轴承24，第二推力轴承25，回转主轴26，蜗杆27，蜗杆支架28。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，包括回转部和捕获机构。
捕获机构包括：剪叉机构、6个挡板1以及剪叉机构的驱动部。
如图1所示，挡板1为弧形板，6个挡板1呈环状结构排布，当6个挡板1相邻边紧密贴合时能够合围成一个闭合的圆环，所述环状结构用于捕获进入其中的水下无人机。每个挡板1的中线处均开有一条滑槽，该滑槽与环状结构的主轴平行。每个挡板1上均设有两根减震杆2，其中一根减震杆2的一端嵌入滑槽内、且能够在滑槽内滑动，另一根减震杆2固定在滑槽外且位于滑槽的一端，两根减震杆2的自由端分别设有一个连接件9。
剪叉机构包括6个剪叉组，每个剪叉组的两个主体杆件5在中点位置通过主杆推力轴承4相互铰接，两个主体杆件5的端部分别与四个连接件9铰接，具体的，主体杆件5与连接件9通过铆钉3铰接。该四个连接件9分别位于两个相邻的挡板1上，且两个主体杆件5朝向相同的一端分别连接在位于同一个挡板1上的两个连接件9，连接件9为圆筒结构。
剪叉机构的驱动部包括：螺纹杆8、螺杆电机10、两个滑轨14、支撑板17、滑动杆19、两个承载杆20和螺杆电机支撑件21。
两个滑轨14相互平行、并通过滑轨支撑件7固定在支撑板17的上表面。承载杆20的两端分别通过滑轨轴承6嵌在两个滑轨14的轨道中，使得承载杆20能够沿滑轨14滑动，且两个承载杆20也相互平行并垂直于滑轨14。螺纹杆8和滑动杆19分别通过支架架设在两个承载杆20上。具体的以螺纹杆8为例，两个支架固定在螺纹杆8所在承载杆20两端，支架顶部有圆孔，螺纹杆8的两端分别嵌入到圆孔中，使得螺纹杆8相对支架能够转动。滑动杆19也同样设置。滑动杆19的两端均设有闷盖18，螺纹杆8的另一端也设有闷盖18，这样设置以防止套接在其上的连接件9脱落。
螺杆电机支撑件21包括两个能够与螺杆电机10外表面相配合的框架，这两个框架固定在螺杆电机10所在承载杆20上，螺杆电机10嵌入在两个框架中，使得螺杆电机10固定在螺纹杆8所在承载杆20上、且其动力输出端与螺纹杆8的一端相连。
在6个挡板1中任意选取一个，该挡板1上的两个连接件9均套接在滑动杆19上，与该挡板1相邻挡板上的两个连接件9均套接在螺纹杆8上、且其中一个连接件9的内圆周面设有螺纹，该设有螺纹的连接件9与螺纹杆8螺纹连接。
当螺杆电机10带动螺纹杆8以其主轴为转轴旋转时，与螺纹杆8螺纹连接的连接件9能够沿螺纹杆8长度方向移动，此时连接在螺纹杆8和滑动杆19之间的剪叉组实现开合。进一步带动螺纹杆8和滑动杆19沿滑轨14移动。与此同时，由于一个剪叉组的开合动作，进而带动了所有剪叉组均实现开合动作，位于滑槽内的减震杆2在滑槽中滑动。当同一个挡板1上的两根减震杆2趋近，相邻的两个挡板1相互远离，使得6个挡板1合围的环状结构直径扩大，能够起到释放水下无人机的作用。当同一个挡板1上的两根减震杆2远离，相邻的两个挡板1相互趋近，使得6个挡板1合围的环状结构直径减小，能够起到夹持水下无人机的作用。
进一步的，将捕获机构整体固定在回转部上，回转部用于带动捕获机构旋转，便于根据水下无人机姿态改变自身角度，提高水下无人机的捕获效率。
具体的，如图2所示，回转部包括：蜗轮11、回转部电机支撑件12、回转部电机13、底板15、齿圈16、齿轮22、回转副轴23、底座第一推力轴承24、底座第二推力轴承25、回转主轴26、蜗杆27和蜗杆支架28。齿圈16为圆环形，其内圆周面上设有齿，齿圈16的半径大于齿轮22的直径。
回转副轴23和回转主轴26的末端均与底板15上表面转动连接、且回转副轴23和回转主轴26均与底板15垂直。具体的，回转副轴23通过底座第一推力轴承24与底板15上表面转动连接；回转主轴26通过底座第二推力轴承25与底板15上表面转动连接，使得转动更加顺滑。
回转主轴26的首端和齿圈16均与支撑板17的下表面固定连接、且回转主轴26和齿圈16的轴均与支撑板17垂直。蜗杆27通过蜗杆支架28架设在底板15上表面。
回转部电机支撑件12包括两个能够与回转部电机13外表面相配合的框架，两个框架固定在底板15上表面，回转部电机13嵌入在两个框架中，从而将回转部电机13固定在底板15上。回转部电机13的动力输出端与蜗杆27的一端相连，齿轮22和蜗轮11均套固在回转副轴23上。齿轮22位于齿圈16内部、并与齿圈16内圆周面上的齿相互啮合，蜗杆27与蜗轮11相互啮合。
当回转部电机13驱动蜗杆27以其主轴为转轴旋转时，蜗杆27带动蜗轮11旋转，则与其固定连接的回转副轴23和齿轮22也同时旋转，进而使得齿轮22带动齿圈16旋转，固定在齿圈16上的支撑板17也一同旋转，最终实现回转部带动捕获机构整体旋转。
由于本实施方式是在水下工作，因此螺杆电机10和回转部电机13均为防水电机。
本实施方式所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，回转部电机13通过驱动蜗杆27旋转带动蜗轮11，进而使得齿轮22和齿圈16产生联动，实现了整个回收装置捕获机构的360°转动。因此，只需要控制回转部电机13的转动，就可以获得精确的大扭矩转动平台。螺杆电机10驱动螺纹杆8转动，通过螺纹啮合推动带内螺纹的连接件9沿螺纹杆8长度方向移动，此时通过六个剪叉组成的环状剪叉机构，实现了回收装置的收放，与连接件9固连的减震杆2和挡板1在收缩时挤压ROV，实现了回收过程的减震和紧贴。因此，只需控制螺杆电机10的转动就可以控制整个回收装置的收展及其幅度。
Claims (9)
1.一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，其特征在于，包括回转部和捕获机构，捕获机构包括：剪叉机构、N个挡板(1)以及剪叉机构的驱动部，N为正整数，
挡板(1)为弧形板，N个挡板(1)呈环状结构排布，该环状结构用于捕获进入其中的水下无人机，每个挡板(1)的中线处均开有一条滑槽，该滑槽与环状结构的主轴平行，挡板(1)上设有两根减震杆(2)，一根减震杆(2)的一端嵌入滑槽内、且能够在滑槽内滑动，另一根减震杆(2)固定在滑槽外且位于滑槽的一端，两根减震杆(2)的自由端分别设有一个连接件(9)；
剪叉机构包括N个剪叉组，每个剪叉组的两个主体杆件(5)在中点位置相互铰接，两个主体杆件(5)的端部分别与四个连接件(9)铰接，该四个连接件(9)分别位于两个相邻的挡板(1)上，且两个主体杆件(5)朝向相同的一端分别连接在位于同一个挡板(1)上的两个连接件(9)，连接件(9)为圆筒结构；
剪叉机构的驱动部包括：螺纹杆(8)、螺杆电机(10)、两个滑轨(14)、支撑板(17)、滑动杆(19)和两个承载杆(20)，两个滑轨(14)相互平行固定在支撑板(17)上表面，承载杆(20)的两端分别嵌在两个滑轨(14)上，使得承载杆(20)能够沿滑轨(14)滑动，螺纹杆(8)和滑动杆(19)分别通过支架架设在两个承载杆(20)上，螺杆电机(10)固定在螺纹杆(8)所在承载杆(20)上、且其动力输出端与螺纹杆(8)的一端相连；
位于同一个底部挡板(1)上的两个连接件(9)均套接在滑动杆(19)上，与该挡板(1)相邻挡板上的两个连接件(9)均套接在螺纹杆(8)上、且其中一个连接件(9)的内圆周面设有螺纹，该连接件(9)与螺纹杆(8)螺纹连接；
当螺杆电机(10)带动螺纹杆(8)以其主轴为转轴旋转时，与螺纹杆(8)螺纹连接的连接件(9)能够沿螺纹杆(8)长度方向移动；
捕获机构固定在回转部上，回转部用于带动捕获机构旋转；
回转部包括：蜗轮(11)、回转部电机(13)、底板(15)、齿圈(16)、齿轮(22)、回转副轴(23)、回转主轴(26)、蜗杆(27)和蜗杆支架(28)，齿圈(16)的半径大于齿轮(22)的直径；
回转副轴(23)和回转主轴(26)的末端均与底板(15)上表面转动连接、且回转副轴(23)和回转主轴(26)均与底板(15)垂直，回转主轴(26)的首端和齿圈(16)均与支撑板(17)的下表面固定连接、且回转主轴(26)和齿圈(16)的轴均与支撑板(17)垂直，蜗杆(27)通过蜗杆支架(28)架设在底板(15)上表面，回转部电机(13)的动力输出端与蜗杆(27)的一端相连，齿轮(22)和蜗轮(11)均套固在回转副轴(23)上，齿轮(22)与齿圈(16)相互啮合，蜗杆(27)与蜗轮(11)相互啮合，
当回转部电机(13)驱动蜗杆(27)以其主轴为转轴旋转时，依次通过蜗轮(11)、回转副轴(23)、齿轮(22)和齿圈(16)带动支撑板(17)旋转。
2.根据权利要求1所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，其特征在于，主体杆件(5)与连接件(9)通过铆钉(3)铰接。
3.根据权利要求1所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，其特征在于，两个主体杆件(5)的铰接处通过主杆推力轴承(4)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，其特征在于，两个滑轨(14)通过滑轨支撑件(7)固定在支撑板(17)上表面，承载杆(20)通过滑轨轴承(6)嵌在滑轨(14)的轨道中。
5.根据权利要求1所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，其特征在于，剪叉机构的驱动部还包括螺杆电机支撑件(21)，螺杆电机支撑件(21)包括两个能够与螺杆电机(10)外表面相配合的框架，两个框架固定在螺杆电机(10)所在承载杆(20)上，螺杆电机(10)嵌入在两个框架中。
6.根据权利要求1所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，其特征在于，滑动杆(19)的两端均设有闷盖(18)，螺纹杆(8)的另一端也设有闷盖(18)。
7.根据权利要求1所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，其特征在于，回转部还包括回转部电机支撑件(12)，回转部电机支撑件(12)包括两个能够与回转部电机(13)外表面相配合的框架，两个框架固定在底板(15)上表面，回转部电机(13)嵌入在两个框架中。
8.根据权利要求1或7所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，其特征在于，回转部还包括底座第一推力轴承(24)，回转副轴(23)通过底座第一推力轴承(24)与底板(15)上表面转动连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于环状剪叉机构的水下无人机回收装置，其特征在于，回转部还包括底座第二推力轴承(25)，回转主轴(26)通过底座第二推力轴承(25)与底板(15)上表面转动连接。
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