CN117141693B - 一种抛载装置、装配方法及水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种抛载装置、装配方法及水下机器人，包括基座，还包括固定架、定位架、抛载杆和压载块，其中，基座与固定架相对设置，且固定架并列设置有两个；定位架一端与基座相连接，另一端与两个固定架相连接；抛载杆一端与基座滑动连接，另一端与两个固定架滑动连接；压载块局部延伸至两个固定架之间，且压载块串接在抛载杆上。如上述结构，通过将基座和固定架并列设置，这使得基座和固定架呈线性布设，可减少占用安装空间，且压载块与固定架是通过抛载杆进行串接，压载块向抛载杆施加的是径向力，难以对抛载杆施加轴向力，因此本抛载装置具有占用空间小、工作安全可靠的优点。

Description

一种抛载装置、装配方法及水下机器人

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，尤其涉及一种抛载装置、装配方法及水下机器人。

背景技术

水下机器人是探索和开发海洋的重要工具，而抛载装置，是保证水下机器人作业安全可靠的基本保障装置。水下机器人由于工作环境的未知性及不确定性，在作业过程中很容易发生失联、超时、超深等事故。抛载装置的主要功能是在水下机器人发生失联、超时、超深等事件时自动释放压载块，在压载块与本体脱离后，使水下机器人获得正浮力上浮，从而起到保护的作用。由于抛载装置是在水下机器人出现问题时找回的重要保障，因此抛载装置一般独立于潜航器，以确保在工作时不因系统设备故障等因素影响而失效，且抛载装置对于结构的可靠性也具有很高的要求。

现有申请公布号为CN114789784A的发明专利申请，公开了一种水下机器人用主动式抛载装置。如上述技术方案中，其通过电磁铁吸合两个连杆，以使滑块能够与嵌块滑杆进行配合，从而固定铅块。其在结构上，存在着不稳定性；在电磁铁处于吸合状态时，两个连杆会位于同一直线上，这虽然可使磁铁与连杆有较大的吸合面积，但嵌块滑杆和滑块是斜面配合，其会具有相互作用力，由于嵌块滑杆和嵌块的重力势能，会向连杆Ⅱ施加向连杆Ⅰ位移的力，容易导致两个连杆卡滞，致使在电磁铁失去磁性后，两个连杆和滑块无法动作，不能够实现正常的抛载，因此性能不够可靠；

现有申请公布号为CN105015742A的发明专利申请，公开了一种深海潜水器压载抛弃装置。如上述技术方案中，其驱动件为电磁铁，而执行元件为杠杆，通过电磁铁带动插销移动，解除对杠杆的限位即可实现抛载。其在结构上存在占用空间大问题，以三轴坐标系为基准，设其压载和挂钩安装座在Z轴上并列，则挂钩安装座和平板在Y轴上并列，而平板和电磁铁则在X轴上并列，其为三轴结构，因此会导致安装时占用的空间较大，不利于深海潜水器的小型化发展。

现有授权公告号为CN113212715B的发明专利，公开了一种水下主被动式双驱动抛载装置及其操作方法。如上述技术方案中，其驱动件为电磁铁，以电磁铁推动旋转支撑杆转动，解除与L型吊挂支架的限位后即可实抛载。其在结构上，是以限位弹簧对旋转支撑杆进行了一个柔性的定位，存在着不稳定性，且结构较为复杂，装配起来不够便利；如前述内容，抛载装置一般独立于潜航器，以确保在工作时不因系统设备故障等因素影响而失效，且在通常情况下，压载块是设置在潜航器外，这是为了避免潜航器姿态错误出现无法抛载的问题；而上述的抛载装置，在潜航器外挂时，可能会出现遭受撞击的情形，限位弹簧极易失效导致发生误抛载的问题出现。

由此可见，目前的抛载装置，普遍存在结构可靠性差和占用安装空间较大的问题，因此亟需改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种结构紧凑且工作可靠性高的抛载装置、装配方法及水下机器人，以解决现有抛载装置结构可靠性差和占用安装空间较大的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种抛载装置，包括基座，还包括固定架、定位架、抛载杆和压载块，其中，

基座与固定架相对设置，且固定架并列设置有两个；

定位架一端与基座相连接，另一端与两个固定架相连接；

抛载杆一端与基座滑动连接，另一端与两个固定架滑动连接；

压载块局部延伸至两个固定架之间，且压载块串接在抛载杆上。

在以上技术方案的基础上，优选的，定位架呈弧形板状结构，基座和固定架均呈圆柱状结构，定位架与基座及固定架的周向面贴合，且定位架与基座及固定架通过螺栓固定连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，定位架对应基座和相邻固定架之间的间隔区域设置有第一视窗，定位架对应两个固定架之间的间隔区域设置有第二视窗。

在以上技术方案的基础上，优选的，定位架包括三个并列设置的连接板和多个连接杆，基座和两个固定架上各设置有一个连接板；

基座和相邻固定架上的两个连接板之间设置有两个连接杆，两个连接杆相平行设置，且连接杆与连接板的端部相连接；

两个固定架上的两个连接板之间设置有一个连接杆，且连接杆与连接板的中段相连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括弹簧和电磁铁，抛载杆包括杆体和限位环，其中，

杆体一端与基座插接，另一端与固定架插接；限位环设置在杆体的周向面上；

弹簧套设在杆体上，弹簧一端抵持限位环，另一端抵持相邻的固定架，且弹簧处于压缩状态；

电磁铁设置在基座上，电磁铁与压载块并列设置，电磁铁的活动端贯穿基座，且电磁铁的活动端插接在杆体内。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括定位销，定位销与基座及杆体插接配合。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括限位筒和套筒，其中，基座与其相邻固定架的相对面上均设置一个限位筒；套筒的两端各套接在一个限位筒上，且抛载杆的部分以及弹簧位于套筒内。

在以上技术方案的基础上，优选的，两个固定架中，靠近基座的固定架，具有远离基座的第一面；

远离基座的固定架，具有远离基座的第二面；

抛载杆的滑动距离与第一面到第二面的间隔距离相同。

另一方面，本发明提供了一种水下机器人，包括上述的抛载装置。

再一方面，本发明提供了一种上述抛载装置的装配方法，包括以下步骤：

S1、将得电处于收缩状态的电磁铁装配到基座上；

S2、将抛载杆插接至基座上，并在抛载杆上套设弹簧；

S3、在基座的限位筒上套装套筒，然后将带有限位筒的固定架装配到套筒上；

S4、安装定位架，将定位架与基座上已安装好的固定架进行连接固定；

S5、安装远离基座的固定架，并将该固定架与定位架进行固定连接；

S6、将压载块的局部置于两个固定架之间，推动抛载杆移动，以挤压弹簧，抛载杆串接固定架和压载块；

S7、电磁铁失电，其活动端伸出插接抛载杆，以定位抛载杆。

本发明的抛载装置、装配方法及水下机器人相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过将基座和固定架并列设置，这使得基座和固定架呈线性布设，可减少占用安装空间，且压载块与固定架是通过抛载杆进行串接，压载块向抛载杆施加的是径向力，即使压载块遭受撞击，也难以对抛载杆施加轴向力，因此抛载杆在被定位后，便不容易发生位移，同时在需要移动抛载杆时，压载块对抛载杆施加的径向力也很难影响到抛载杆的位移，因此本抛载装置具有占用空间小、工作安全可靠的优点；

(2)基座和固定架之间是通过定位架进行连接，且定位架上设置有对应基座和相邻固定架之间的间隔区域的第一视窗，还设有对应两个固定架之间的间隔区域的第二视窗，如此一来，方便观测抛载杆及压载块的状态，方便进行检修工作；

(3)通过设置电磁铁用于抛载杆的定位，如此在定位时，电磁铁、抛载杆、固定架和压载块之间是刚性定位，可有效保证压载块安装的稳定性，使本结构具有良好的抗撞击能力，以防止失效；同时电磁铁和压载块是并列设置，如此有利于减小本装置的体积，以降低对安装空间的占用。

(4)通过在基座与相邻固定架之间设置有套筒，这可进一步的对抛载杆和弹簧进行防护，以避免抛载杆和弹簧因外力形变导致失效，提高了应用的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的抛载装置的立体图；

图2为本发明的抛载装置的基座和固定架安装套筒后的立体图；

图3为本发明的图2中结构的爆炸图；

图4为本发明的抛载装置的定位架的立体图；

图5为本发明的抛载装置的剖面图；

图6为本发明的抛载装置的抛载状态剖面图；

图7为本发明的抛载装置的密封结构图；

图8为本发明的抛载装置的电气控制原理图；

图中：1、基座；2、固定架；201、第一面；202、第二面；3、定位架；31、连接板；32、连接杆；301、第一视窗；302、第二视窗；4、抛载杆；41、杆体；42、限位环；5、压载块；6、弹簧；7、电磁铁；8、定位销；9、限位筒；10、套筒；11、密封圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1～7所示，本发明的抛载装置，包括基座1、固定架2、定位架3、抛载杆4、压载块5、弹簧6、电磁铁7和定位销8，其安装在潜航器上，用于在潜航器出现问题时，抛除压载块5，以使潜航器得以浮升；

本发明的水下机器人，包括上述的抛载装置。

如图5和图6所示，基座1与固定架2相对设置，且固定架2并列设置有两个；定位架3一端与基座1相连接，另一端与两个固定架2相连接；抛载杆4一端与基座1滑动连接，另一端与两个固定架2滑动连接；压载块5局部延伸至两个固定架2之间，且压载块5串接在抛载杆4上；

如上述结构，抛载杆4和固定架2会同时对压载块5进行限位，这在本装置装配到水下机器人上后，即使压载块5在受到撞击或因洋流晃动时，也很难对抛载杆4施加轴向力，外力更多的是径向力，如此在抛载杆4串接两个固定架2和压载块5后，一旦对抛载杆4进行定位，抛载杆4便很难滑动，其具有结构稳定、可靠性高的优点；同时基座1、固定架2、抛载杆4是呈线性布设，其具有占用空间小的优点，有利于水下机器人等潜航器的小型化发展。

如图1～4所示，定位架3呈弧形板状结构，基座1和固定架2均呈圆柱状结构，定位架3与基座1及固定架2的周向面贴合，且定位架3与基座1及固定架2通过螺栓固定连接；

如上述结构，在基座1、定位架3和固定架2进行连接后，整体会呈现圆柱状结构，这可进一步的降低本抛载装置的体积，使其结构更加紧凑，尤其是基座1和固定架2为圆柱状时，整体受力均匀，还不易发生损坏。

如图1及图3所示，定位架3对应基座1和相邻固定架2之间的间隔区域设置有第一视窗301，定位架3对应两个固定架2之间的间隔区域设置有第二视窗302；

如上述结构，通过设置第一视窗301，方便直接观测抛载杆4，而通过设置第二视窗302，方便直接观测抛载杆4与压载块5的串接，如此一来，在使用前方便检修，以确保本抛载装置可正常工作。

具体的，如图4所示，定位架3包括三个并列设置的连接板31和多个连接杆32，基座1和两个固定架2上各设置有一个连接板31；基座1和相邻固定架2上的两个连接板31之间设置有两个连接杆32，两个连接杆32相平行设置，且连接杆32与连接板31的端部相连接；两个固定架2上的两个连接板31之间设置有一个连接杆32，且连接杆32与连接板31的中段相连接；

如上述结构，在抛载杆4串接固定架2和压载块5后，压载块5和固定架2的重量，主要是由基座1和相邻固定架2之间的连接杆32承担，因此在此处设置两根连接杆32，并将连接杆32连接于连接板31的端部上，这在保证定位架3具有良好负载能力的同时，连接板31和连接杆32围合形成了较大的第一视窗301，以方便观测抛载杆4的状态；而由于远离基座1的固定架2，承载重量较少，这是由于抛载杆4的串接定位，使得抛载杆4和靠近基座1的固定架2会优先承担重量；在压载块5完成抛载后，两个固定架2之间的一个连接杆32，仅承载一个固定架2的重量，因此无需设置多个连接杆32，仅设置一个即可，其结构设置合理，且形成了第二视窗302，方便观测抛载杆4和压载块5的串接状态，有利于保证抛载工作的正常进行；同时，由于定位架3采用弧形板，因此仅设置一个连接杆32并与连接板31中端连接的结构的设置，还方便将固定架2和压载块5进行串接，提高了压载块5装配的便利性，可避免连接杆32的设置与压载块5发生干涉。

如图5所示，抛载杆4包括杆体41和限位环42，其中，杆体41一端与基座1插接，另一端与固定架2插接；限位环42设置在杆体41的周向面上；弹簧6套设在杆体41上，弹簧6一端抵持限位环42，另一端抵持相邻的固定架2，且弹簧6处于压缩状态；电磁铁7设置在基座1上，电磁铁7与压载块5并列设置，电磁铁7的活动端贯穿基座1，且电磁铁7的活动端插接在杆体41内；

如上述结构，在杆体41串接压载块5后，弹簧6处于压缩状态，此时电磁铁7的活动端插接在杆体41上，便可对抛载杆4进行限位，而当需要抛载压载块5时，电磁铁7动作，使活动端脱离杆体41，弹簧6复位，便可带动抛载杆4脱离压载块5，之后压载块5脱离固定架2，以实现抛载。

如图5所示，定位销8与基座1及杆体41插接配合；

如上述结构，在水下机器人没有入水时，可通过定位销8串接基座1和杆体41，以进一步的将抛载杆4和基座1进行限位，通过定位销8承受弹簧6的弹力，有利于保护电磁铁7，在水下机器人入水前，拔出定位销8，使本抛载装置处于工作状态，在入水即可；

进一步的，电磁铁7也可在水下机器人入水前进行装配，具体的，先装配好电磁铁7，然后拔除定位销8，水下机器人再入水即可，这可充分保证电磁铁7处于良好的状态。

如图6所示，两个固定架2中，靠近基座1的固定架2，具有远离基座1的第一面201；远离基座1的固定架2，具有远离基座1的第二面202；抛载杆4的滑动距离与第一面201到第二面202的间隔距离相同；

如上述的，抛载杆4的滑动距离，依靠限位环42与基座1的间隔进行控制即可，在电磁铁7解除对抛载杆4的限位后，抛载杆4移动使限位环42抵持到基座1上时，抛载杆4的端部由第二面202的位置移动到第一面201即可，此时抛载杆4还串接有一个固定架2，抛载杆4可与定位架3同时承受固定架2的重量，以避免定位架3经久使用发生形变，可保证重复使用时的可靠性。

具体的，基座1和相邻固定架2之间的间隔距离为基座1长度的1.3～1.5倍，而抛载杆4的长度，至少要从第二面202延伸至基座1远离第二面202的一面；

如上述的，这可保证抛载杆4有足够的长度抵持基座1，从而更好的承受压载块5的重量，以避免定位架3发生形变；同时，这使得抛载杆4的端部容纳在基座1和固定架2内，可避免抛载杆4端部遭受撞击，以防止抛载杆4承受轴向力造成误抛载。

如图2、图3及图7所示，基座1与其相邻固定架2的相对面上均设置一个限位筒9；套筒10的两端各套接在一个限位筒9上，且抛载杆4的部分以及弹簧6位于套筒10内；

如上述结构，通过在基座1和相邻的固定架2上均设置有一个限位筒9，这在进行装配时，可利用两个限位筒9安装一个套筒10，如此通过套筒10可对抛载杆4以及弹簧6进行防护，可避免抛载杆4和弹簧6因外力形变导致失效，也可防止异物缠绕抛载杆4和弹簧6，这提高了应用的可靠性；

具体的，套筒10采用透明材质制成，以避免影响观测抛载杆4和弹簧6的状态，从而保证检查的便利性。

如图7所示，在基座1及其相邻固定架2与抛载杆4滑动配合的槽内设置有密封圈11，这在本抛载装置应用时，可避免海水进入套筒10内，以此可避免弹簧6遭受腐蚀，从而保证弹簧6的可靠性，避免因弹簧6腐蚀造成无法抛载的问题出现。

如图8所示，其示出了电磁铁7的控制电路，可见其设置有多个继电器和蓄电池，蓄电池至少设置一个，多个继电器采用并连结构，多个继电器的公共端与蓄电池和电磁铁7采用串联结构；

具体的，每个继电器用于配合一种抛载条件，其中K1继电器通过定时器控制，K2继电器采用深度传感器控制，K3继电器通过抛载指令控制，K4继电器通过信号器控制，如此，抛载装置只要满足时间超时、深度超深、接收到抛载指令或未进行应答这四个条件中的任意一个时，相应的继电器便会闭合，此时电磁铁7得电便会动作，以执行抛载程序。

如上述抛载装置的装配方法，包括以下步骤：

S1、将得电处于收缩状态的电磁铁7装配到基座1上；

S2、将抛载杆4插接至基座1上，并在抛载杆4上套设弹簧6；

S3、在基座1的限位筒9上套装套筒10，然后将带有限位筒9的固定架2装配到套筒10上；

S4、安装定位架3，将定位架3与基座1上已安装好的固定架2进行连接固定；

S5、安装远离基座1的固定架2，并将该固定架2与定位架3进行固定连接；

S6、将压载块5的局部置于两个固定架2之间，推动抛载杆4移动，以挤压弹簧6，抛载杆4串接固定架2和压载块5；

S7、电磁铁7失电，其活动端伸出插接抛载杆4，以定位抛载杆4。

在上述装配过程中，也可最后装配电磁铁7，避免带电操作。

如上述抛载装置的应用方法，包括以下步骤：

S1、将装配好的抛载装置安装到水下机器人上；

S2、通过第一视窗301和第二视窗302检测各组件状态是否正常；

S3、确认正常后，拔除定位销8，水下机器人入水；

S4、水下机器人满足时间超时、深度超深、接收到抛载指令或未进行应答这四个条件中的任意一个时，相对应的继电器进行闭合；

S5、电路接通，电磁铁7得电，电磁铁7的活动端回缩，解除对抛载杆4的限位；

S6、抛载杆4在弹簧6的带动下移动，解除对压载块5的定位，从而完成抛载动作，水下机器人失重上浮。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种抛载装置，包括基座(1)，其特征在于：还包括固定架(2)、定位架(3)、抛载杆(4)、压载块(5)、弹簧(6)和电磁铁(7)，其中，

所述基座(1)与所述固定架(2)相对设置，且所述固定架(2)并列设置有两个；

所述定位架(3)一端与所述基座(1)相连接，另一端与两个所述固定架(2)相连接；

所述抛载杆(4)一端与所述基座(1)滑动连接，另一端与两个所述固定架(2)滑动连接；

所述抛载杆(4)包括杆体(41)和限位环(42)，其中，所述杆体(41)一端与所述基座(1)插接，另一端与所述固定架(2)插接；所述限位环(42)设置在所述杆体(41)的周向面上；

所述压载块(5)局部延伸至两个所述固定架(2)之间，且所述压载块(5)串接在所述抛载杆(4)上；

所述弹簧(6)套设在所述杆体(41)上，所述弹簧(6)一端抵持所述限位环(42)，另一端抵持相邻的所述固定架(2)，且所述弹簧(6)处于压缩状态；

所述电磁铁(7)设置在所述基座(1)上，所述电磁铁(7)与所述压载块(5)并列设置，所述电磁铁(7)的活动端贯穿所述基座(1)，且所述电磁铁(7)的活动端插接在所述杆体(41)内。

2.如权利要求1所述的抛载装置，其特征在于：所述定位架(3)呈弧形板状结构，所述基座(1)和所述固定架(2)均呈圆柱状结构，所述定位架(3)与所述基座(1)及所述固定架(2)的周向面贴合，且所述定位架(3)与所述基座(1)及所述固定架(2)通过螺栓固定连接。

3.如权利要求2所述的抛载装置，其特征在于：所述定位架(3)对应所述基座(1)和相邻所述固定架(2)之间的间隔区域设置有第一视窗(301)，所述定位架(3)对应两个所述固定架(2)之间的间隔区域设置有第二视窗(302)。

4.如权利要求3所述的抛载装置，其特征在于：所述定位架(3)包括三个并列设置的连接板(31)和多个连接杆(32)，所述基座(1)和两个所述固定架(2)上各设置有一个所述连接板(31)；

所述基座(1)和相邻所述固定架(2)上的两个连接板(31)之间设置有两个所述连接杆(32)，两个所述连接杆(32)相平行设置，且所述连接杆(32)与所述连接板(31)的端部相连接；

两个所述固定架(2)上的两个连接板(31)之间设置有一个所述连接杆(32)，且所述连接杆(32)与所述连接板(31)的中段相连接。

5.如权利要求4所述的抛载装置，其特征在于：还包括定位销(8)，所述定位销(8)与所述基座(1)及所述杆体(41)插接配合。

6.如权利要求4所述的抛载装置，还包括限位筒(9)和套筒(10)，其中，

所述基座(1)与其相邻所述固定架(2)的相对面上均设置一个所述限位筒(9)；

所述套筒(10)的两端各套接在一个所述限位筒(9)上，且所述抛载杆(4)的部分以及所述弹簧(6)位于所述套筒(10)内。

7.如权利要求1所述的抛载装置，其特征在于：两个所述固定架(2)中，

靠近所述基座(1)的所述固定架(2)，具有远离所述基座(1)的第一面(201)；

远离所述基座(1)的所述固定架(2)，具有远离所述基座(1)的第二面(202)；

所述抛载杆(4)的滑动距离与所述第一面(201)到所述第二面(202)的间隔距离相同。

8.一种水下机器人，其特征在于：包括如权利要求1～7任意一项所述的抛载装置。

9.如权利要求6所述抛载装置的装配方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将得电处于收缩状态的所述电磁铁(7)装配到所述基座(1)上；

S2、将所述抛载杆(4)插接至所述基座(1)上，并在所述抛载杆(4)上套设所述弹簧(6)；

S3、在所述基座(1)的所述限位筒(9)上套装所述套筒(10)，然后将带有所述限位筒(9)的所述固定架(2)装配到所述套筒(10)上；

S4、安装所述定位架(3)，将所述定位架(3)与所述基座(1)上已安装好的所述固定架(2)进行连接固定；

S5、安装远离所述基座(1)的所述固定架(2)，并将该所述固定架(2)与所述定位架(3)进行固定连接；

S6、将所述压载块(5)的局部置于两个所述固定架(2)之间，推动所述抛载杆(4)移动，以挤压所述弹簧(6)，所述抛载杆(4)串接所述固定架(2)和所述压载块(5)；

S7、所述电磁铁(7)失电，其活动端伸出插接所述抛载杆(4)，以定位所述抛载杆(4)。