CN114408094A - 一种小型无人艇舷外u型机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型无人艇舷外U型机械臂，包括：U型机械臂本体、机械臂驱动组件、绞车模块、光电复合缆和固体浮力模块；U型机械臂本体通过机械臂转轴销接在小型无人艇的后半段左舷和右舷外；机械臂驱动组件用于对U型机械臂本体1进行旋转驱动和角度调整，光电复合缆均绕装在绞车模块外部，固体浮力模块通过光电复合缆柔性安装在U型机械臂本体上，固体浮力模块内部设有电磁铁，表面设有机械接口和电气接口；本发明克服了现有的小型无人艇在海上自主作业过程中的问题，提升了小型无人艇靠泊母船、水下探测和海上救援三种作业场景下的作业效率。

Description

一种小型无人艇舷外U型机械臂

技术领域

本发明属于小型无人艇海上靠泊、水下探测以及海上救生技术领域，具体涉及一种小型无人艇舷外U型机械臂。

背景技术

目前，小型无人艇技术趋于成熟，其作为海上无人作业的主要平台，已经在多个领域广泛应用。但是在实际应用过程中，还存在一些关键问题。

在外海作业靠泊母船过程中，面对复杂海况，小型无人艇受波浪和海流的影响，在海上无法自主靠泊母船，给靠泊回收作业带来很大困难，不仅导致作业效率的降低，还增加了作业风险。

当小型无人艇用于水下探测时，需要搭载声呐等水下探测仪器。目前针对小型无人艇，由于其尺寸受限，只能采用水下固定安装的方式。这种安装方式对于设备的维修更换十分不便，同时在探测作业过程中无法调节设备的水下探测深度和角度。因此，在使用和维修两个方面都存在缺陷。

当小型无人艇用于海上救援时，如果海况较差，为避免无人艇与被救人员发生碰撞造成二次伤害，小型搜救无人艇需要与被救人员保持一定的距离，这就会降低救援作业的效率。另一方面，如果在夜间环境下进行海上救援作业，无法准确定位被救人员与无人艇的相对位置关系，进一步增加作业难度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小型无人艇舷外U型机械臂，克服了现有的小型无人艇在海上自主作业过程中的问题，具体为，海上靠泊母船作业难度大，水下探测作业的使用性和维修性较差，高海况和夜间环境下海上救援作业效率低三个问题，提升了小型无人艇在以上三种作业场景下的作业效率。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种小型无人艇舷外U型机械臂，包括：U型机械臂本体、机械臂驱动组件、光电复合缆和固体浮力模块；

所述U型机械臂本体为一个U型的机械框架，机械框架的外形与小型无人艇船舷前半部分外形一致；机械框架的两端分别设置有机械臂转轴，两个机械臂转轴同轴，所述U型机械臂本体通过机械臂转轴销接在小型无人艇的后半段左舷和右舷外，且所述U型机械臂本体可绕机械臂转轴的轴线转动；

所述机械臂驱动组件与机械臂转轴连接，用于驱动机械臂转轴转动，进而对U型机械臂本体进行旋转驱动和角度调整；

所述固体浮力模块通过光电复合缆安装在U型机械臂本体上，光电复合缆的长度可调节，进而用于对固体浮力模块的收放。

进一步的，所述固体浮力模块内部设有电磁铁，电磁铁通过光电复合缆与小型无人艇的电源电性连接，电源通过光电复合缆对电磁铁供电，使电磁铁通电产生磁吸附力。

进一步的，所述固体浮力模块上设有机械接口和电气接口，待进行探测的探测设备通过所述机械接口安装在固体浮力模块上，电气接口的一端与探测设备电性连接，另一端通过光电复合缆与小型无人艇的控制中心连接。

进一步的，所述机械臂驱动组件沿小型无人艇的中心线对称设置，包括：旋转驱动器、两个驱动轴、两个驱动齿轮和两个从动齿轮；所述旋转驱动器位于小型无人艇的中心线上，两个驱动轴分别安装在旋转驱动器的两个相对端，两个驱动轴同轴，其中，每个驱动轴一端均与旋转驱动器的输出轴连接，另一端均同轴安装有驱动齿轮；两个所述从动齿轮分别一一对应同轴固定安装在两个机械臂转轴上，两个驱动齿轮分别和两个从动齿轮一一对应啮合。

进一步的，两个所述光电复合缆均绕装在绞车模块外部，所述绞车模块安装在小型无人艇内部的中心线上，绞车模块上设置有沿中心线对称的两个导缆口，每根所述光电复合缆的端部由绞车模块的一个导缆口引出，穿过U型机械臂本体后，与固体浮力模块连接。

进一步的，所述U型机械臂本体为中空结构，中空结构的内腔为空腔管道，位于船舷前端的U型机械臂本体的外侧加工有两个通孔A，通孔A与U型机械臂本体的空腔管道相通；

所述机械臂转轴加工有一个与空腔管道相通的通孔D；

所述固体浮力模块的一个外侧面加工有两个连接孔；两个所述连接孔与U型机械臂本体两个通孔A一一相对；

两根所述光电复合缆分别依次穿过对应的机械臂转轴的通孔D、对应侧舷外的U型机械臂本体的空腔管道、对应的通孔A和对应的连接孔后，与固体浮力模块连接，将固体浮力模块连接在船舷前端的U型机械臂本体的外侧。

进一步的，所述U型机械臂本体的空腔管道采取动密封措施进行水密。

进一步的，所述固体浮力模块采用固体浮力材料。

有益效果：

(1)本发明克服了现有无人艇在海上作业中存在作业效率低、风险高的缺陷，能够根据需求对U型机械臂的角度和固体浮力模块的收放实时控制，适用于海上靠泊母船、水下探测以及海上搜救等多种作业场景，提升作业效率，降低作业风险。

(2)本发明在小型无人艇进行靠泊母船作业时，调整U型机械臂水平向前，当固体浮力模块接触母船时，固体浮力模块内部的电磁铁通电，使固体浮力模块吸附于母船钢板上；然后释放光电复合缆，使小型无人艇与母船处于柔性连接状态，从而既可以使小型无人艇处于母船控制范围之内，又可以避免海浪和海流导致的二者之间相互碰撞。

(3)本发明在小型无人艇进行海上救援作业时，调整机械臂水平向后，释放固体浮力模块，通过控制无人艇，带动固体浮力模块靠近被救人员，实施救援工作，避免了小型无人艇与被救人员的近距离接触，降低高海况下小型无人艇与被救人员发生碰撞的风险；并且，在夜间海上救援过程中，固体浮力模块上的探测设备的光源，能引导被救人员主动抓取固体浮力模块，提升救生的成功率。

(4)在小型无人艇进行水下探测作业时，根据作业需求情况动态调整U型机械臂的旋转角度，来控制探测设备的深度和角度；并且，本发明在作业完毕、进出港口、遇到水下障碍物等情况时，能够及时转动机械臂，回收探测设备。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2固体浮力模块与机械臂前端连接示意图；

图3是固体浮力模块结构图；

图4是舷外U型机械臂转动0°的状态示意图；

图5是舷外U型机械臂转动180°的状态示意图；

图6是舷外U型机械臂转动45°的状态示意图；

图7是舷外U型机械臂转动90°的状态示意图；

图8是靠泊母船时本发明作业状态示意图；

图9是海上救援时本发明作业状态示意图；

图10是水下探测时本发明作业状态示意图；

其中，1-U型机械臂本体、2-旋转驱动器、3-绞车模块、4-光电复合缆、5-固体浮力模块、6-驱动轴、7-驱动齿轮、8-从动齿轮、9-机械臂转轴。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种小型无人艇舷外U型机械臂，参见附图1，包括：U型机械臂本体1、机械臂驱动组件、绞车模块3、两根光电复合缆4和固体浮力模块5；

所述U型机械臂本体1为一个U型的机械框架，机械框架的外形与小型无人艇船舷前半部分的外形一致；U型机械臂本体1为中空结构，中空结构的内腔为空腔管道，通过采取动密封措施对空腔管道进行水密；机械框架两端分别设置有机械臂转轴9，两个机械臂转轴9同轴；所述U型机械臂本体1通过机械臂转轴9销接在小型无人艇的后半段左舷和右舷外，且所述U型机械臂本体1可绕机械臂转轴9的轴线转动，所述机械臂转轴9加工有一个与空腔管道相通的通孔D；

所述机械臂驱动组件沿小型无人艇的中心线对称设置，包括：旋转驱动器2、两个驱动轴6、两个驱动齿轮7和两个从动齿轮8；所述旋转驱动器2位于小型无人艇的中心线上，两个驱动轴6分别安装在旋转驱动器2的两个相对端，两个驱动轴6同轴，其中，每个驱动轴6一端均与旋转驱动器2的输出轴连接，另一端均同轴安装有驱动齿轮7；两个所述从动齿轮8分别一一对应同轴固定安装在两个机械臂转轴9上，两个驱动齿轮7分别和两个从动齿轮8一一对应啮合；

位于小型无人艇的船舷前端的U型机械臂本体1的外侧加工有两个通孔A，通孔A与U型机械臂本体1的空腔管道相通；所述固体浮力模块5位于船舷前端的U型机械臂本体1的外侧，固体浮力模块5的一个外侧面加工有两个连接孔，两个所述连接孔与U型机械臂本体1两个通孔A一一相对；所述固体浮力模块5内部还设有电磁铁，用于海上母船靠泊作业；固体浮力模块5的外部还设有机械、电气接口，用于安装水下探测设备，探测设备上有光源；固体浮力模块5采用固体浮力材料，使得固体浮力模块5与连接孔所在侧面相对的侧面具有良好的碰撞缓冲性，又使得固体浮力模块5在水上具有足够的浮力，用于海上救援作业；

所述绞车模块3安装在小型无人艇内部的中心线上，绞车模块3上设置有沿中心线对称的两个导缆口，两个所述光电复合缆4均绕装在绞车模块3外部，每根所述光电复合缆4的端部由绞车模块3的一个导缆口引出，依次穿过对应的机械臂转轴9的通孔D、对应侧舷外的U型机械臂本体1的空腔管道、一组相对的通孔A和连接孔后，与固体浮力模块5连接，将固体浮力模块5压紧或者柔性连接在船舷前端的U型机械臂本体1的外侧。光电复合缆4能够耐受高强度拉力，且能够对固体浮力模块5进行信号传输和电力传输；参见附图2，通过控制绞车模块3实现两根光电复合缆4的同步收放，从而实现固体浮力模块5的释放和回收。固体浮力模块5的电磁铁通过所述光电复合缆4与小型无人艇上的电源电性连接电源通过光电复合缆4对电磁铁供电，使电磁铁通电产生磁吸附力；待进行探测的探测设备通过所述机械接口安装在固体浮力模块5上，固体浮力模块5上的电气接口的一端与探测设备电性连接，另一端通过光电复合缆4与小型无人艇的控制中心连接，所述光电复合缆4用于实现所述控制中心与探测设备之间的信号传输和电力传输。

工作原理：

U型机械臂本体1的旋转驱动和角度调整：参见附图2-7，通过旋转驱动器2驱动两个驱动轴6转动、进而带动两个驱动齿轮7转动，两个驱动齿轮7带动与其一一啮合的从动齿轮8转动，两个从动齿轮8带动与其一一对应固连的机械臂转轴9转动，从而实现对U型机械臂本体1的旋转驱动和角度调整；

固体浮力模块5的释放与回收：通过绞车模块3控制光电复合缆4的收放，从而实现U型机械臂本体1前端的固体浮力模块5的释放与回收。

本发明可适用于以下三种不同的工况：

(1)在小型无人艇进行靠泊母船作业时，参见附图8，调整U型机械臂本体1水平向前，即U型机械臂本体1与艇舷的角度为0°，此时U型机械臂本体1与小型无人艇共形，操纵小型无人艇低速抵近母船，当固体浮力模块5接触母船时，通过光电复合缆4使固体浮力模块5内部的电磁铁通电，使固体浮力模块5吸附于母船钢板上；然后控制绞车模块3释放光电复合缆4，使小型无人艇与母船处于柔性连接状态，从而既可以使小型无人艇处于母船控制范围之内，又可以避免海浪和海流导致的二者之间相互碰撞；

(2)在小型无人艇进行海上救援作业时，参见附图9，当无人艇抵达救援区域后，调整机械臂水平向后，即U型机械臂本体1与艇舷的角度为180°，控制绞车模块3释放光电复合缆4，从而释放固体浮力模块5，通过控制无人艇，带动固体浮力模块5靠近被救人员，实施救援工作，这种作业模式下，可以避免小型无人艇与被救人员的近距离接触，降低高海况下小型无人艇与被救人员发生碰撞的风险；并且，在夜间海上救援过程中，借助安装于固体浮力模块5上探测设备的光源，可以引导被救人员主动抓取固体浮力模块5，提升救生的成功率；

(3)在小型无人艇进行水下探测作业时，参见附图10，调整U型机械臂本体1垂直向下，即固体浮力模块5位于水下且与艇舷的角度为90°，通过安装在固体浮力模块5上的探测设备完成水下探测任务；并且，参见附图6还可根据作业需求情况动态调整U型机械臂本体1的旋转角度，来控制探测设备的深度和角度，如45°；并且，本发明在作业完毕、进出港口、遇到水下障碍物等情况时，能够及时转动机械臂，回收探测设备。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小型无人艇舷外U型机械臂，其特征在于，包括：U型机械臂本体(1)、机械臂驱动组件、光电复合缆(4)和固体浮力模块(5)；

所述U型机械臂本体(1)为一个U型的机械框架，机械框架的外形与小型无人艇船舷前半部分外形一致；机械框架的两端分别设置有机械臂转轴(9)，两个机械臂转轴(9)同轴，所述U型机械臂本体(1)通过机械臂转轴(9)销接在小型无人艇的后半段左舷和右舷外，且所述U型机械臂本体(1)可绕机械臂转轴(9)的轴线转动；

所述机械臂驱动组件与机械臂转轴(9)连接，用于驱动机械臂转轴(9)转动，进而对U型机械臂本体(1)进行旋转驱动和角度调整；

所述固体浮力模块(5)通过光电复合缆(4)安装在U型机械臂本体(1)上，光电复合缆(4)的长度可调节，进而用于对固体浮力模块(5)的收放。

2.如权利要求1所述一种小型无人艇舷外U型机械臂，其特征在于，所述固体浮力模块(5)内部设有电磁铁，电磁铁通过光电复合缆(4)与小型无人艇的电源电性连接，电源通过光电复合缆(4)对电磁铁供电，使电磁铁通电产生磁吸附力。

3.如权利要求1或2所述一种小型无人艇舷外U型机械臂，其特征在于，所述固体浮力模块(5)上设有机械接口和电气接口，待进行探测的探测设备通过所述机械接口安装在固体浮力模块(5)上，电气接口的一端与探测设备电性连接，另一端通过光电复合缆(4)与小型无人艇的控制中心连接。

4.如权利要求3所述一种小型无人艇舷外U型机械臂，其特征在于，所述机械臂驱动组件沿小型无人艇的中心线对称设置，包括：旋转驱动器(2)、两个驱动轴(6)、两个驱动齿轮(7)和两个从动齿轮(8)；所述旋转驱动器(2)位于小型无人艇的中心线上，两个驱动轴(6)分别安装在旋转驱动器(2)的两个相对端，两个驱动轴(6)同轴，其中，每个驱动轴(6)一端均与旋转驱动器(2)的输出轴连接，另一端均同轴安装有驱动齿轮(7)；两个所述从动齿轮(8)分别一一对应同轴固定安装在两个机械臂转轴(9)上，两个驱动齿轮(7)分别和两个从动齿轮(8)一一对应啮合。

5.如权利要求4所述一种小型无人艇舷外U型机械臂，其特征在于，两个所述光电复合缆(4)均绕装在绞车模块(3)外部，所述绞车模块(3)安装在小型无人艇内部的中心线上，绞车模块(3)上设置有沿中心线对称的两个导缆口，每根所述光电复合缆(4)的端部由绞车模块(3)的一个导缆口引出，穿过U型机械臂本体(1)后，与固体浮力模块(5)连接。

6.如权利要求5所述一种小型无人艇舷外U型机械臂，其特征在于，所述U型机械臂本体(1)为中空结构，中空结构的内腔为空腔管道，位于船舷前端的U型机械臂本体(1)的外侧加工有两个通孔A，通孔A与U型机械臂本体(1)的空腔管道相通；

所述机械臂转轴(9)加工有一个与空腔管道相通的通孔D；

所述固体浮力模块(5)的一个外侧面加工有两个连接孔；两个所述连接孔与U型机械臂本体(1)两个通孔A一一相对；

两根所述光电复合缆(4)分别依次穿过对应的机械臂转轴(9)的通孔D、对应侧舷外的U型机械臂本体(1)的空腔管道、对应的通孔A和对应的连接孔后，与固体浮力模块(5)连接，将固体浮力模块(5)连接在船舷前端的U型机械臂本体(1)的外侧。

7.如权利要求6所述一种小型无人艇舷外U型机械臂，其特征在于，所述U型机械臂本体(1)的空腔管道采取动密封措施进行水密。

8.如权利要求7所述一种小型无人艇舷外U型机械臂，其特征在于，所述固体浮力模块(5)采用固体浮力材料。

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