CN113306688B

CN113306688B - 一种自平衡样品转运装置

Info

Publication number: CN113306688B
Application number: CN202110689589.0A
Authority: CN
Inventors: 周吉祥; 杨源; 李志彤; 杜凯; 刘慧敏
Original assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Current assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2041-06-22
Also published as: CN113306688A

Abstract

本发明涉及一种转运装置，具体涉及一种自平衡样品转运装置。所述装置整体呈扁平状结构，包括主体框架、样品储存室、浮力块、调平抛载机构、载重平衡监测机构、配重底座和通讯及电控机构。所述样品储存室设置在主体框架的中部。所述浮力块设置在主体框架的侧部且与样品储存室水平设置。所述调平抛载机构设置在主体框架的端部且与浮力块的顶面保持水平。所述载重平衡监测机构设置在主体框架的底部且与主体框架固定连接。所述配重底座设置在载重平衡监测机构的底部且于载重平衡监测机构活动连接。所述通讯及电控机构设置在样品储存室的中心，所述调平抛载机构、载重平衡监测机构和配重底座与通讯及电控机构连接。本发明便于回收释放以及平稳转运。

Description

一种自平衡样品转运装置

技术领域

本发明涉及一种转运装置，具体涉及一种自平衡样品转运装置。

背景技术

目前，深水潜器普遍存在负载能力或可拓展空间有限的问题，在进行水下作业，尤其是深水作业时，潜器需要花费大量时间往返水面、水下运输水下样品或者更换作业工具，导致工作效率低下。同时，因频繁出入水也会加剧潜器相关设备的损耗。

为了解决现有深水潜器在作业过程中存在的上述问题，现有技术中设计了一种适用于深水潜器的样品转运装置。该样品转运装置由原水下着陆器改装，该种装置类似于着陆器，由浮体、框架、样品篮及配重组成。其在设计时为保证水中姿态，结构上采用浮体在上，样品篮及配重在下的结构，该结构能确保其在上浮过程中保持相对稳定。

但是，在实际的使用过程中发现，现有装置存在以下问题：①现有上下结构的转运装置在实际使用中其操作窗口只有浮体与样品篮之间的部分空间，不便于潜器机械臂的操作。②现有装置总体高度较大，对于部分起吊高度较低的A型架，回收释放较存在困难。③现有装置无法计算水下实际载重，实际使用时只能估算，故每次装载的样品数量往往较为保守，转运效率低。④现有装置无法实现自主调节，常会出现因配载不均衡导致部分样品遗失的问题。⑤现有装置在水下使用时只能依靠超短基线水下定位信标导向，在水下能见度较低时潜器不容易发现装置的位置。

因此，为了解决现有样品转运装置存在的上述问题，现在亟需对现有样品转运装置的结构进行重新设计。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种自平衡样品转运装置。

本发明的技术方案为：

一种自平衡样品转运装置，所述自平衡样品转运装置整体呈扁平状结构，包括主体框架、样品储存室、浮力块、调平抛载机构、载重平衡监测机构、配重底座和通讯及电控机构。所述样品储存室设置在主体框架的中部。所述浮力块设置在主体框架的侧部且与样品储存室水平设置。所述调平抛载机构设置在主体框架的端部，并且，所述调节抛载机构的顶面与浮力块的顶面保持水平。所述载重平衡监测机构设置在主体框架的底部且与主体框架固定连接。所述配重底座设置在载重平衡监测机构的底部且于载重平衡监测机构活动连接。所述通讯及电控机构设置在样品储存室的中心，所述调平抛载机构、载重平衡监测机构和配重底座与通讯及电控机构连接。

进一步的，所述样品储存室设置为上部开口的矩形结构，所述样品储存室的底面设置为中心向下逐级凹陷的中心低四周高的结构。

进一步的，所述浮力块设置为对称的2组或4组。

进一步的，所述调平抛载机构包括驱动电机、释放销触发转盘和释放配重组件。所述驱动电机的输出端与释放销触发转盘连接，所述释放销触发转盘与释放配重组件连接。

更进一步的，所述释放配重组件设置为周向间隔距离设置的若干组，每组释放配重组件包括释放销、抛载销、弹簧和调平配重。所述抛载销穿过调平配重和主体框架上的固定孔与释放销连接，所述抛载销的尾部设置有挡块，所述弹簧套设在抛载销上，且设置于挡块和调平配重之间；所述释放销触发转盘上设置有与释放销匹配的拨叉。

进一步的，所述载重平衡监测机构包括载重平衡框架、侧支撑腿、中心支撑腿和测量舱。所述载重平衡框架设置为矩形结构，所述侧支撑腿设置在载重平衡框架的4个顶点上，所述中心支撑腿设置在载重平衡框架的中心位置，所述测量舱分别设置在侧支撑腿和中心支撑腿上。

更进一步的，所述中心支撑腿的长大于所述侧支撑腿的长。

进一步的，所述测量舱包括油缸、活塞和压力传感器，所述活塞设置在油缸内，所述活塞与主体框架通过螺纹固定连接，所述压力传感器穿过油缸壁与通讯及电控机构连接。

更进一步的，所述配重底座包括配重框架、侧支撑腿底座、中心支撑腿底座和释放器挂点。所述侧支撑腿底座设置在配重框架的4个角上，与侧支撑腿间隙配合。所述中心支撑腿底座设置在配重框架的中心位置，与中心支撑腿配合。所述释放器挂点固定在配重框架上，与设置在通讯及电控机构中的释放器连接。

进一步的，所述侧支撑腿底座和中心支撑腿底座的顶部设置有连接凹槽，所述侧支撑腿和中心支撑腿底部设置有与连接凹槽相匹配的半球形间隙配合连接件。

进一步的，所述通讯及电控机构包括定位信标、指示灯、释放器信号接收单元、电子舱保护壳体、电子舱和释放器。所述定位信标固定在样品储存室的中心位置，所述指示灯固定在定位信标的两侧，用于导航指示或指示样品储存室载重状态。所述释放器信号接收单元通过电子舱与释放器电性连接。

本发明所达到的有益效果为：

1、本发明一种自平衡样品转运装置，整体呈扁平状结构结构，即样品储存室与浮力块设置在同一平面内，方便机械臂在水下取放样品操作。并且，相比现有上下结构的转运装置，装置整体的高度降低，便于水面的回收布放工作。

2、本发明一种自平衡样品转运装置，通过载重平衡监测机构的设置，可有效的计算样品储存室在水下的实际载重，提高运送效率。

3、本发明一种自平衡样品转运装置，通过载重平衡监测机构获取样品储存室的载重数据，并通过控制调平抛载机构可实现装置自主调节，降低样品遗失的风险问题。

4、本发明一种自平衡样品转运装置，通过增加状态指示灯，潜器在水下工作时可根据指示灯信号了解装置的配载状态，无须与装置建立物理通讯连接。同时，指示灯还可作为水下潜器的辅助导航装置，帮助潜器更快寻找装置位置及避免与水下潜器碰撞。

5、本发明一种自平衡样品转运装置，释放器与释放器信号接收单元采用分体式设计，通过设置在释放器与释放器信号接收单元采之间的电子舱来进行控制，可实现如传统的声学释放、潜器在水下触动感应开关进行本地释放、按照预定的程序进行定时释放等多种释放模式。

6、本发明一种自平衡样品转运装置，优化现有装置只能依靠声学释放器远程控制抛载的工作方式，该装置通过载重平衡监测机构和调平抛载机构的设置，可额外实现潜器水下控制抛载和定时抛载功能。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明底面结构示意图。

图3是本发明去除浮力块和载重平衡监测机构的结构示意图。

图4是主体框架和调平抛载机构的结构示意图。

图5是图4中A部放大图。

图6是载重平衡监测机构结构示意图。

图7是测量舱截面示意图。

图8是载配重底座结构示意图。

图9是通讯及电控机构结构示意图。

图中，1、主体框架；11、固定孔；2、样品储存室；3、浮力块；4、调平抛载机构；41、调平配重；42、驱动电机；43、释放销触发转盘；431、拨叉；44、释放销；45、抛载销；46、弹簧；5、配重底座；51、侧支撑腿底座；52、配重框架；53、连接凹槽；54、中心支撑腿底座；55、释放器挂点；6、通讯及电控机构；61、超短基线定位信标；62、指示灯；63、释放器信号接收单元；64、电子舱保护壳体；65、声学释放器；66、电子舱；7、载重平衡监测机构；71、侧支撑腿；72、载重平衡框架；73、中心支撑腿；74、连接件；75、油缸；76、活塞；77、压力传感器。

具体实施方式

为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1～9所示，一种自平衡样品转运装置，所述自平衡样品转运装置整体呈扁平状结构。包括主体框架1、样品储存室2、浮力块3、调平抛载机构4、载重平衡监测机构7、配重底座5和通讯及电控机构6。

所述样品储存室2设置在主体框架1的中部。所述样品储存室2设置为上部开口的矩形结构，所述样品储存室2的底面设置为中心向下逐级凹陷的中心低四周高的结构。本实施例中，所述样品储存室2设置为样品储存篮，由金属框架和格栅板组成，样品储存篮底部中心低四周高，采用此结构可使样品堆聚向中心聚集，使整体重心更稳。当然，样品储存篮内部可按实际需求进行分隔。同时，在储存小颗粒样品时可将格栅替换为其他板材。

所述浮力块3设置在主体框架1的侧部且与样品储存室2水平设置。所述浮力块3设置为对称的2组或4组。本实施例中，所述浮力块3设置为对称分布的4块。

所述调平抛载机构4设置在主体框架1的端部，并且，所述调节抛载机构的顶面与浮力块3的顶面保持水平。本实施例中，所述调平抛载机构4分别设置在主体框架1的4个角上，且设置在两相邻的浮力块3之间。所述调平抛载机构4包括驱动电机42、释放销触发转盘43和释放配重组件。所述驱动电机42的输出端与释放销触发转盘43连接，所述释放销触发转盘43与释放配重组件连接。驱动电机42设置为步进电机。

所述释放配重组件设置为周向间隔距离设置的若干组，每组释放配重组件包括释放销44、抛载销45、弹簧46和调平配重41。所述抛载销45穿过调平配重41和主体框架1上的固定孔11与释放销44连接，所述抛载销45的尾部设置有挡块，所述弹簧46套设在抛载销45上，且设置于挡块和调平配重41之间。为了避免抛载销45在弹出时卡住，所述抛载销45设置有挡块的一端低于相对的另一端。所述释放销触发转盘43上设置有与释放销44匹配的拨叉431。

在实际的使用过程中，释放销触发转盘43每转动一定角度，转盘上的突起的拨叉431将对应位置的释放销44推出，抛载销45上的弹簧46将抛载销45弹出，对应位置的调平配重41抛载。电子舱66通过控制步进电机的转动角度即可实现不同方向的定量抛载，实现自动平衡功能。本装置采用的是抛载调平配重41的方式，其他如通过抛载浮力块的方式也可实现调平抛载。

所述载重平衡监测机构7设置在主体框架1的底部且与主体框架1固定连接。所述载重平衡监测机构7包括载重平衡框架72、侧支撑腿71、中心支撑腿73和测量舱。所述载重平衡框架72设置为矩形结构，所述侧支撑腿71设置在载重平衡框架72的4个顶点上，所述中心支撑腿73设置在载重平衡框架72的中心位置，所述侧支撑腿71和中心支撑腿73的底部设置有半球型结构的连接件74，与配重底座5上的半球形凹槽53配合，同时所述中心支撑腿73的长大于所述侧支撑腿71的长。半球形结构设计、中心支撑腿73的长大于所述侧支撑腿71的长及一定的配合间隙，是为了在上部载重不均衡时监测装置可随上部一同一定角度的倾斜，保证监测部分的测量准确性。

所述测量舱分别设置在侧支撑腿71和中心支撑腿73上。所述测量舱包括油缸75、活塞76和压力传感器77，所述活塞76设置在油缸75内，所述活塞76与主体框架1通过螺纹固定连接，所述压力传感器77穿过油缸75壁与通讯及电控机构6连接。在实际的使用过程中，所述油缸75内注油，活塞76，上部样品储存篮支撑腿通过螺纹连接，样品储存篮内的载重变化可通过测量舱内压力获得，通过5个测量舱的压力变化即可得到样品储存篮的载重及载重平衡状态。并且，在样品转运装置上浮的过程中，借助调平抛载机构4和电子舱66中的姿态传感器，可及时根据反馈的数据进行调平，避免上浮过程中样品的损失。另外，本装置采用的是油缸监测压力的方式，其他通过金属形变等方式也可实现载重平衡监测。

所述配重底座5设置在载重平衡监测机构7的底部且于载重平衡监测机构7活动连接。所述配重底座5包括配重框架52、侧支撑腿底座51、中心支撑腿底座54和释放器挂点55。所述侧支撑腿底座51设置在配重框架52的4个角上，与侧支撑腿71间隙配合。所述中心支撑腿底座54设置在配重框架52的中心位置，与中心支撑腿73配合。所述释放器挂点55固定在配重框架52上，与设置在通讯及电控机构6中的释放器连接。在具体的使用过程中，该部分为装置的抛载配重，装置携带该配重底座5从水面下潜，完成工作后，释放器脱钩释放，该部分被抛载留在海底，装置的其他部分上浮至水面。

所述通讯及电控机构6设置在样品储存室2的中心，所述通讯及电控机构6包括超短基线定位信标61、指示灯62、释放器信号接收单元63、电子舱保护壳体64、电子舱66和声学释放器65。所述超短基线定位信标61固定在样品储存室2的中心位置，所述指示灯62固定在超短基线定位信标61的两侧，四个指示灯62可用于水下潜器搜寻的导航指示，也可指示载重状态，以避免过载导致浮力不足无法上浮。所述释放器信号接收单元63通过电子舱66与声学释放器65电性连接。所述释放器信号接收单元63设置在护壳的上端，所述电子舱66和电池舱和2个对称分布的声学释放器65设置在护壳内。

本实施例中，使用分体式的声学释放器65，将接收单元的数据通过电子舱66转发给释放机构，这样可以实现多种释方式，如传统的声学释放、潜器在水下触动感应开关进行本地释放、按照预定的程序进行定时释放等。

本实施例中，电子舱66中集成姿态传感器，在抛载上浮之前依据载重平衡监测机构7的油缸75压力参数调节平衡，抛载后参照电子舱66中姿态传感器的姿态数据进行二次调整，保证其水中上浮姿态。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种自平衡样品转运装置，其特征在于：所述自平衡样品转运装置整体呈扁平状结构，包括主体框架（1）、样品储存室（2）、浮力块（3）、调平抛载机构（4）、载重平衡监测机构（7）、配重底座（5）和通讯及电控机构（6）；所述样品储存室（2）设置在主体框架（1）的中部；所述浮力块（3）设置在主体框架（1）的侧部且与样品储存室（2）水平设置；所述调平抛载机构（4）设置在主体框架（1）的端部，并且，所述调平抛载机构的顶面与浮力块（3）的顶面保持水平；所述载重平衡监测机构（7）设置在主体框架（1）的底部且与主体框架（1）固定连接；所述配重底座（5）设置在载重平衡监测机构（7）的底部且与载重平衡监测机构（7）活动连接；所述通讯及电控机构（6）设置在样品储存室（2）的中心，所述调平抛载机构（4）、载重平衡监测机构（7）和配重底座（5）与通讯及电控机构（6）连接。

2.根据权利要求1所述的一种自平衡样品转运装置，其特征在于：所述样品储存室（2）设置为上部开口的矩形结构，所述样品储存室（2）的底面设置为中心向下逐级凹陷的中心低四周高的结构。

3.根据权利要求1所述的一种自平衡样品转运装置，其特征在于：所述调平抛载机构（4）包括驱动电机（42）、释放销触发转盘（43）和释放配重组件；所述驱动电机（42）的输出端与释放销触发转盘（43）连接，所述释放销触发转盘（43）与释放配重组件连接。

4.根据权利要求3所述的一种自平衡样品转运装置，其特征在于：所述释放配重组件设置为周向间隔距离设置的若干组，每组释放配重组件包括释放销（44）、抛载销（45）、弹簧（46）和调平配重（41）；所述抛载销（45）穿过调平配重（41）和主体框架（1）上的固定孔（11）与释放销（44）连接，所述抛载销（45）的尾部设置有挡块，所述弹簧（46）套设在抛载销（45）上，且设置于挡块和调平配重（41）之间；所述释放销触发转盘（43）上设置有与释放销（44）匹配的拨叉（431）。

5.根据权利要求1所述的一种自平衡样品转运装置，其特征在于：所述载重平衡监测机构（7）包括载重平衡框架（72）、侧支撑腿（71）、中心支撑腿（73）和测量舱；所述载重平衡框架（72）设置为矩形结构，所述侧支撑腿（71）设置在载重平衡框架（72）的4个顶点上，所述中心支撑腿（73）设置在载重平衡框架（72）的中心位置，所述测量舱分别设置在侧支撑腿（71）和中心支撑腿（73）上。

6.根据权利要求5所述的一种自平衡样品转运装置，其特征在于：所述中心支撑腿（73）的长大于所述侧支撑腿（71）的长。

7.根据权利要求5所述的一种自平衡样品转运装置，其特征在于：所述测量舱包括油缸（75）、活塞（76）和压力传感器（77），所述活塞（76）设置在油缸（75）内，所述活塞（76）与主体框架（1）通过螺纹固定连接，所述压力传感器（77）穿过油缸（75）壁与通讯及电控机构（6）连接。

8.根据权利要求5所述的一种自平衡样品转运装置，其特征在于：所述配重底座（5）包括配重框架（52）、侧支撑腿底座（51）、中心支撑腿底座（54）和释放器挂点（55）；所述侧支撑腿底座（51）设置在配重框架（52）的4个角上，与侧支撑腿（71）间隙配合；所述中心支撑腿底座（54）设置在配重框架（52）的中心位置，与中心支撑腿（73）配合；所述释放器挂点（55）固定在配重框架（52）上，与设置在通讯及电控机构（6）中的释放器连接。

9.根据权利要求8所述的一种自平衡样品转运装置，其特征在于：所述侧支撑腿底座（51）和中心支撑腿底座（54）的顶部设置有连接凹槽（53），所述侧支撑腿（71）和中心支撑腿（73）底部设置有与连接凹槽（53）相匹配的半球形间隙配合连接件（74）。

10.根据权利要求1所述的一种自平衡样品转运装置，其特征在于：所述通讯及电控机构（6）包括定位信标、指示灯（62）、释放器信号接收单元（63）、电子舱保护壳体（64）、电子舱（66）和释放器；所述定位信标固定在样品储存室（2）的中心位置，所述指示灯（62）固定在定位信标的两侧，用于导航指示或指示样品储存室（2）载重状态；所述释放器信号接收单元（63）通过电子舱（66）与释放器电性连接。