CN117382816A - 一种用于水下机器人的回收布放装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下机器人回收布放领域，具体是一种用于水下机器人的回收布放装置。包括A型架和止荡器；A型架和止荡器铰接，A型架用于安装止荡器并利用A架摆动油缸实现从舷内到舷外的变幅，止荡器用于固定水下机器人和减小水下机器人的摇晃。A型架包括A架底座、平衡油缸、A架主梁、A架摆动油缸、上平台和纵摇油缸；止荡器包括摆动架、下支撑和导接头旋转件。与现有技术相比，本发明通过将纵摇油缸铰接在上平台上能实现大力臂的纵摇止荡，防止由于增大力臂造成的钢结构悬空，增强了结构稳定性；摆动架左右对称的横摇油缸同时分摊止荡力，使其更高效的完成横摇止荡。

Description

一种用于水下机器人的回收布放装置

技术领域

本发明涉及水下机器人回收布放领域，具体是一种用于水下机器人的回收布放装置。

背景技术

随着当今世界能源开发及竞争日益激烈，海洋能源的开采和远洋运输的重要性迅速凸显。随之，实现这些开采及运输的海洋设备变得越来越重要，海上恶劣的工况会使回收水下作业机器人过程中产生剧烈的摆荡，造成水下机器人对其他钢结构的碰撞，发生意外，同时也严重影响正常的收放作业。

现有水下机器人回收布放装置通常为利用机械装置被动对止荡器进行横摇纵摇止荡，其止荡效果不明显，其具有滞后性，较为先进的也仅有纵摇止荡的液压装置，由于船体横摇问题不可忽视，有必要增加横摇止荡装置。

发明内容

本发明要解决的问题是由于船体横摇纵摇造成的无法对水下机器人安全对接和回收的问题，本发明提供了一种水下机器人回收布放止荡器、A型摆架，其能够在对接时保障对接工作的顺利完成同时防止回收过程中对其他结构的干涉。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于水下机器人的回收布放装置，包括A型架和止荡器；A型架和止荡器铰接，A型架用于安装止荡器并利用A架摆动油缸实现从舷内到舷外的变幅，止荡器用于固定水下机器人和减小水下机器人的摇晃。

进一步地，A型架包括A架底座、平衡油缸、A架主梁、A架摆动油缸、上平台和纵摇油缸；平衡油缸一端铰接A架底座，另一端铰接上平台，平衡油缸用于调整上平台的姿态，通过控制平衡油缸出杆长度调节上平台使其与甲板平行；A架摆动油缸一端铰接于A架底座，另一端铰接于A架主梁上，通过控制摆动油缸出杆长度控制A架主梁舷内外角度；上平台铰接止荡器，其上有吊耳用于铰接纵摇油缸，通过控制纵摇油缸出杆长度控制止荡器的纵向摆幅。

止荡器包括摆动架、下支撑和导接头旋转件；摆动架铰接于A架上平台并靠纵摇油缸减缓纵向摆幅，摆动架中的垂向方管和下支撑中的左右垂向方管滑动连接；导接头旋转件与下支撑的下回转支承外圈固定连接，用于与水下机器人对接。

进一步地，摆动架包括上梁、横摇油缸、垂向方管、上回转支承、横杆、滑轮、连接架、中间支撑架；上梁与纵摇油缸铰接，上梁两端分别铰接两个横摇油缸的一端；上梁的横梁中间位置铰接横杆；通过调整横摇油缸的液压杆出杆长度，进而控制止荡器的横摇；横杆的两端固定连接垂向方管一端，垂向方管靠近另一端与中间支撑架固定连接且安装有吊耳与横摇油缸的另一端铰接，且垂向方管与下支撑中左右垂向方管滑动连接；上回转支承连接中间支撑架与连接架；连接架与横杆转动连接；滑轮与连接架转动连接，滑轮绳槽内缠绕缆绳。

进一步地，上回转支承分为上回转支承内圈和上回转支承外圈；上回转支承内圈和上回转支承外圈能相互转动，上回转支承外圈固定安装在中间支撑架上，上回转支承内圈与连接架固定连接；当出绳方向改变，上回转支承内圈转动，带动连接架转动，实现缆绳的换向。

进一步地，下支撑包含支撑板、左右垂向方管、下回转支承、齿轮和液压马达；支撑板与左右垂向方管固定连接，下回转支承包含下回转支承外圈和下回转支承内圈，下回转支承外圈和下回转支承内圈能相对转动；下回转支承内圈与支撑板固定连接，下回转支承外圈为齿轮结构且与齿轮配合安装，齿轮与液压马达的输出轴固定连接；液压马达固定安装在支撑板上；当液压马达的主轴转动时，带动齿轮转动，进而带动下回转支承的外圈齿轮转动，从而实现导接头旋转件的转动来调节水下机器人的朝向。

进一步地，垂向方管和下支撑中的左右垂向方管内部设置有伸缩油缸，伸缩液压缸一端铰接于所述摆动架垂向方管内，另一端固定在下支撑中的左右垂向方管中；伸缩油缸用于控制下支撑的纵向升降。

进一步地，导接头旋转件包含导接头筒体、底板、可移动缓冲盘、橡胶球、尼龙导缆筒和橡胶垫；导接头筒体和所述底板焊接在一起，所述尼龙导缆筒固定安装在导接头筒体内；底板开有多个孔，多个连接轴穿过底板上的孔与可移动缓冲盘上焊接固定，进而移动缓冲盘与底板沿连接轴产生相对移动；橡胶球设置在移动缓冲盘与底板之间，且与底板固定安装，当可移动缓冲盘向上抬起时，橡胶球缓冲水下机器人对接时的冲击力，可移动缓冲盘与水下机器人接触部位安装有橡胶垫，橡胶垫用以缓冲水下机器人对接时的冲击同时避免对钢结构的磨损、冲击。

进一步地，导接头旋转件还包括卡钳、卡钳液压缸；导接头筒体上的凸台位置设置有空槽，铰接安装卡钳，卡钳液压缸铰接安装在卡钳上，通过调整卡钳液压缸出杆长度，带动卡钳实现解锁和锁死的功能。

进一步地，上梁为四根方管焊接成的矩形框，矩形框中间有间隔，使摆动架中的横杆与垂向方管在止荡器随动时不与其他部位干涉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用A架上平台，通过将纵摇油缸铰接在上平台上能实现大力臂的纵摇止荡，防止由于增大力臂造成的钢结构悬空，增强了结构稳定性；

(2)摆动架连接板安装在回转支承上具有方向可调的功能，满足了甲板不同的布置下都能完成回收布放作业的要求；

(3)摆动架的上梁为四根方管焊接成的矩形框，矩形框中间有间隔，止荡器随动时，可以使止荡器摆动架中的横杆与垂向方管在小幅度横摇的同时不与其他部位干涉；

(4)水下机器人被缆绳牵引出水面，缆绳穿过止荡器，滑轮和尼龙导缆筒对缆绳的挤压力在一定程度上具有初步止荡功能；

(5)在摆动架上安装有横摇油缸，将液压杆位移传感器检测到的出杆位移输入控制系统将实时位移与理论位移进行做差，经反馈进而转化成输出的位移和油缸压力，摆动架左右对称的横摇油缸同时分摊止荡力，使其更高效的完成横摇止荡。A型架从舷外摆动到舷内指定角度时，由内置伸缩油缸进行水下机器人的放置。伸缩方管减小了A型架舷内角度，利于作业，同时节省了空间。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的摆动架结构示意图；

图3为本发明的下支撑结构示意图；

图4为本发明的导接头旋转件结构示意图；

附图标记说明：1、A架底座；2、平衡油缸；3、A架主梁；4、A架摆动油缸；5、上平台；6、纵摇油缸；7、摆动架；8、下支撑；9、导接头旋转件；10、水下机器人；

701、上梁；702横摇油缸；703、垂向方管；704上回转支承；705横杆；706、滑轮；707、连接架；708、中间支撑架。

801、支撑板；802、左右垂向方管；803、下回转支承；804、齿轮；805、液压马达。

901、导接头筒体；902、卡钳；903、底板；904、可移动缓冲盘；905、橡胶球；906尼龙导缆筒；907、卡钳液压缸；908、橡胶垫。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

结合图1，一种用于水下机器人的回收布放装置，包括A型架和止荡器。A型架和止荡器铰接，A型架用于安装止荡器并利用A架摆动油缸4实现从舷内到舷外的变幅，止荡器用于固定水下机器人和减小水下机器人的摇晃。

A型架包括A架底座1、平衡油缸2、A架主梁3、A架摆动油缸4、上平台5和纵摇油缸6；A架底座1固定于甲板上，A架主梁3一端铰接于A架底座1上，A架主梁3另一端与上平台5铰接；平衡油缸2一端铰接A架底座1，另一端铰接上平台5，平衡油缸2用于调整上平台5的姿态，通过控制平衡油缸2出杆长度调节上平台5使其与甲板平行；所述A架摆动油缸4一端铰接于A架底座1，另一端铰接于A架主梁3上，通过控制摆动油缸4出杆长度控制A架主梁3舷内外角度。

所述上平台5铰接止荡器，同时通过纵摇油缸6控制止荡器纵摇幅度。

所述纵摇油缸6一端铰接于上平台5，另一端铰接于止荡器摆动架7，通过控制纵摇油缸6出杆长度控制止荡器的纵向摆幅。

止荡器包括摆动架7、下支撑8和导接头旋转件9。

摆动架7铰接于A架上平台5并靠纵摇油缸6减缓纵向摆幅，所述摆动架7中的垂向方管703和下支撑8中的左右垂向方管802滑动连接；

摆动架7包括上梁701、横摇油缸702、垂向方管703、上回转支承704、横杆705、滑轮706、连接架707、中间支撑架708；

上梁701设置有上吊耳，通过上吊耳与A架上平台5铰接；上梁701设置有侧吊耳，通过侧吊耳与纵摇油缸6铰接；上梁701两端分别铰接横摇油缸702的一端；上梁701的横梁中间位置铰接横杆705；横摇油缸702的另一端与垂向方管703铰接，通过调整横摇油缸702的液压杆出杆长度，进而控制止荡器的横摇；连接横杆705的两端通过焊接固定连接垂向方管703一端，垂向方管703靠近另一端端部位置与中间支撑架708固定连接，且垂向方管703与下支撑部分8中左右垂向方管802滑动连接；

上梁701为四根方管焊接成的矩形框，矩形框中间有间隔，止荡器随动时，可以使止荡器摆动架7中的横杆705与垂向方管703在小幅度横摇的同时不与其他部位干涉；

上回转支承704分为上回转支承内圈和上回转支承外圈；上回转支承内圈和上回转支承外圈可以相互转动，上回转支承外圈通过螺栓固定安装在中间支撑架708上，上回转支承内圈与连接架707螺栓固定连接；连接架707与横杆705转动连接；滑轮706与连接架707转动连接，滑轮706绳槽内缠绕缆绳；当出绳方向改变，上回转支承内圈转动，带动连接架707转动，实现缆绳的换向。

具体地，所述连接架707和所述滑轮706在缆绳作用力下发生转动，由于绞车在甲板位置随甲板实时布置而改变，需实时自适应调整滑轮出绳方向。

其中，垂向方管703和下支撑8中的左右垂向方管802内部设置有伸缩油缸，伸缩液压缸一端铰接于所述摆动架垂向方管703内，另一端通过螺栓固定在所述下支撑8中的左右垂向方管802中。伸缩油缸用于控制下支撑8的纵向升降。

其中，横摇油缸702的理论液压杆出杆长度根据实时的船体横摇值进行几何计算的。控制系统通过接受到横摇油缸内部的位移传感器测量的出杆长度，与通过船体横摇计算得到的理论液压杆出杆长度进行比较，利用PID控制器纠正液压缸出杆长度，达到止荡效果，最终转化成横摇油缸对应伸出长度，控制止荡器横向摆幅。

所述下支撑8包含支撑板801、左右垂向方管802、下回转支承803、齿轮804和液压马达805。支撑板801与左右垂向方管802通过焊接的方式固定连接，下回转支承803包含下回转支承外圈和下回转支承内圈，下回转支承外圈和下回转支承内圈能相对转动；下回转支承内圈与支撑板801通过螺栓固定连接，下回转支承外圈为齿轮结构，与齿轮804配合安装，齿轮804与液压马达805的输出轴固定连接；液压马达805固定安装在支撑板801上。当液压马达805的主轴转动时，带动齿轮804转动，进而带动下回转支承803的外圈齿轮转动，从而实现导接头旋转件的转动来调节水下机器人的朝向。

所述下回转支承外圈与所述导接头旋转件9螺栓连接。

所述导接头旋转件9包含导接头筒体901、卡钳902、底板903、可移动缓冲盘904、橡胶球905、尼龙导缆筒906、卡钳液压缸907和橡胶垫908。

所述导接头筒体901和所述底板903焊接在一起，所述尼龙导缆筒906固定安装在导接头筒体901内，通过导接头筒体901的台阶进行位置固定。导接头筒体901上的凸台位置设置有空槽，铰接安装卡钳902，卡钳液压缸907铰接安装在卡钳902上，通过调整卡钳液压缸907出杆长度，带动卡钳902实现解锁和锁死的功能。

所述底板903开有多个孔，多个连接轴穿过底板903上的孔与可移动缓冲盘904焊接固定，进而移动缓冲盘904与所述底板903可沿连接轴产生相对移动，但是存在最大移动量的限制；橡胶球905设置在移动缓冲盘904与所述底板903之间，且与底板903固定安装，当可移动缓冲盘904向上抬起时，所述橡胶球905缓冲水下机器人对接时的冲击力，所述可移动缓冲盘904与所述水下机器人接触部位安装有所述橡胶垫908，所述橡胶垫908用以缓冲水下机器人对接时的冲击同时避免对钢结构的磨损、冲击。

所述水下机器人承接头穿过所述可移动缓冲盘904进入所述尼龙导缆筒906后，所述导接头筒体901安装的接近开关检测水下机器人承接头，通过卡钳902锁死，保障了回收过程的安全。

所述滑轮引导缆绳换向穿过摆动架7、下支撑8、导接头旋转件9与水下机器人连接，由于船体横摇造成缆绳的偏移，缆绳与尼龙导缆筒906接触起到约束作用，尼龙材料的耐磨性使结构使用寿命明显增长。

具体的工作原理如下：在需要完成回收布放作业时，船舶停泊在指定位置，舷首的A型架在A架摆动油缸4的作用下从舷内47°摆动到舷外64°，平衡油缸2保障了上平台5保持与甲板平行。纵摇油缸6在无负载情况下进行随动控制，由于止荡器钢结构对甲板及A型架无干涉作用，且上平台5轴座在承受范围内，止荡器在船体纵摇下允许发生一定程度的晃动。

回收准备工作完成后，摆动油缸4和平衡油缸2锁死，止荡器纵摇油缸6和横摇油缸702开始工作，根据纵摇情况，液压杆位移传感器测量液压杆出杆长度，经控制系统与理论出杆长度对比后反馈输出信号控制纵摇油缸出油压力和出杆长度进而使止荡器的纵摇达到稳定值。横摇油缸702上连上梁701，下铰接止荡器摆动架垂向方管703，横摇油缸702同样安装有位移传感器，位移传感器测量液压杆出杆长度，控制横摇油缸702出杆长度和出油压力进而使止荡器的横摇达到稳定值。

绞车放置在甲板上，牵引缆绳进行收放，缆绳绕过滑轮706穿过止荡器摆动架7和导接头旋转件9的尼龙导缆筒906，与水中的水下机器人10绑定，待完全绑定后甲板绞车牵引缆绳将水下机器人10缓慢提升，待水下机器人10即将到达对接位置时绞车牵引速度放慢，减小对止荡器冲击。水下机器人10上方的接触装置与止荡器的橡胶垫908接触，橡胶垫908和可移动缓冲盘904在冲击力作用下压缩缓冲橡胶球905，水下机器人10在缓冲力作用下与止荡器平稳接触，其对接装置承接头深入尼龙导缆筒906。

水下机器人承接头到位后，接近开关检测承接头是否到位，到位后卡钳油缸907开始运行，推动卡钳902对水下机器人10对接装置进行锁死，同时卡钳油缸907锁死，实现止荡器与水下机器人10的结合。后续无需缆绳，依靠止荡器和A型架钢结构作用将水下机器人10回收。

水下机器人10在回收过程中可能由于朝向与船体方向不一致需要对其进行方向调整。下支撑部分8的回转支承803在液压马达805的驱动下，缓慢调整水下机器人10的朝向避免在回收过程中与A架发生干涉撞击。

Claims (10)

1.一种用于水下机器人的回收布放装置，其特征在于，包括A型架和止荡器；A型架和止荡器铰接，A型架用于安装止荡器并利用A架摆动油缸(4)实现从舷内到舷外的变幅，止荡器用于固定和调节水下机器人的位置以及减小水下机器人的摇晃。

2.根据权利要求1所述的用于水下机器人的回收布放装置，其特征在于，A型架包括A架底座(1)、平衡油缸(2)、A架主梁(3)、A架摆动油缸(4)、上平台(5)和纵摇油缸(6)；A架底座(1)固定于甲板上，A架主梁(3)一端铰接于A架底座(1)上，A架主梁(3)另一端与上平台(5)铰接；平衡油缸(2)一端铰接A架底座(1)，另一端铰接上平台(5)，平衡油缸(2)用于调整上平台(5)的姿态，通过控制平衡油缸(2)出杆长度调节上平台(5)使其与甲板平行；A架摆动油缸(4)一端铰接于A架底座(1)，另一端铰接于A架主梁(3)上，通过控制摆动油缸(4)出杆长度控制A架主梁(3)舷内外角度；上平台(5)铰接止荡器部分，同时通过纵摇油缸(6)控制止荡器纵摇幅度；纵摇油缸(6)一端铰接于上平台(5)，另一端铰接于止荡器中的摆动架(7)，通过控制纵摇油缸(6)出杆长度控制止荡器的纵向摆幅。

3.根据权利要求1所述的用于水下机器人的回收布放装置，其特征在于，止荡器包括摆动架(7)、下支撑(8)和导接头旋转件(9)；摆动架(7)铰接于上平台(5)并靠纵摇油缸(6)减缓纵向摆幅，摆动架(7)中的垂向方管(703)和下支撑(8)中的左右垂向方管(802)滑动连接；导接头旋转件(9)与下支撑(8)的下回转支承(803)的外圈固定连接，用于对接水下机器人。

4.根据权利要求3所述的用于水下机器人的回收布放装置，其特征在于，摆动架(7)包括上梁(701)、横摇油缸(702)、垂向方管(703)、上回转支承(704)、横杆(705)、滑轮(706)、连接架(707)、中间支撑架(708)；

上梁701设置有上吊耳，通过上吊耳与A架上平台5铰接；上梁701设置有侧吊耳，通过侧吊耳与纵摇油缸6铰接；上梁(701)两端分别铰接两个横摇油缸(702)的一端；上梁(701)的横梁中部铰接横杆(705)，通过调整横摇油缸(702)的液压杆出杆长度，进而控制止荡器的横摇；横杆(705)的两端固定连接垂向方管(703)一端，垂向方管(703)靠近另一端与中间支撑架708固定连接且安装有吊耳与横摇油缸(702)的另一端铰接，且垂向方管(703)与下支撑(8)中左右垂向方管(802)滑动连接；上回转支承(704)的内圈与连接架(707)固定连接，外圈与中间支撑架(708)固定连接；连接架(707)与横杆(705)转动连接；滑轮(706)与连接架(707)转动连接，滑轮(706)绳槽内缠绕缆绳。

5.根据权利要求4所述的用于水下机器人的回收布放装置，其特征在于，上回转支承(704)分为上回转支承内圈和上回转支承外圈；上回转支承内圈和上回转支承外圈能相互转动，上回转支承外圈固定安装在中间支撑架(708)上，上回转支承内圈与连接架(707)固定连接；当出绳方向改变，上回转支承内圈转动，带动连接架(707)转动，实现缆绳的换向。

6.根据权利要求3所述的用于水下机器人的回收布放装置，其特征在于，下支撑(8)包含支撑板(801)、左右垂向方管(802)、下回转支承(803)、齿轮(804)和液压马达(805)；支撑板(801)与左右垂向方管(802)固定连接，下回转支承(803)包含下回转支承外圈和下回转支承内圈，下回转支承外圈和下回转支承内圈能相对转动；下回转支承内圈与支撑板(801)固定连接，下回转支承外圈为齿轮结构且与齿轮(804)配合安装，齿轮(804)与液压马达(805)的输出轴固定连接；液压马达(805)固定安装在支撑板(801)上；当液压马达(805)的主轴转动时，带动齿轮(804)转动，进而带动下回转支承(803)的外圈齿轮转动，从而实现导接头旋转件的转动来调节水下机器人的朝向。

7.根据权利要求3所述的用于水下机器人的回收布放装置，其特征在于，垂向方管(703)和下支撑(8)中的左右垂向方管(802)内部设置有伸缩油缸，伸缩液压缸一端铰接于所述摆动架垂向方管(703)内，另一端固定在所述下支撑(8)中的左右垂向方管(802)中；伸缩油缸用于控制下支撑(8)的纵向升降。

8.根据权利要求3所述的用于水下机器人的回收布放装置，其特征在于，导接头旋转件(9)包含导接头筒体(901)、底板(903)、可移动缓冲盘(904)、橡胶球(905)、尼龙导缆筒(906)和橡胶垫(908)；

导接头筒体(901)和所述底板(903)焊接在一起，所述尼龙导缆筒(906)固定安装在导接头筒体(901)内；底板(903)开有多个孔，多个连接轴穿过底板(903)上的孔与可移动缓冲盘(904)焊接固定，进而移动缓冲盘(904)与底板(903)沿连接轴产生相对移动；橡胶球(905)设置在移动缓冲盘(904)与底板(903)之间，且与底板(903)固定安装，当可移动缓冲盘(904)向上抬起时，通过撞击橡胶球(905)缓冲水下机器人对接时的冲击力，可移动缓冲盘(904)与水下机器人接触部位安装有橡胶垫(908)，橡胶垫(908)用以缓冲水下机器人对接时的冲击同时避免对钢结构的磨损、冲击。

9.根据权利要求8所述的用于水下机器人的回收布放装置，其特征在于，导接头旋转件(9)还包括卡钳(902)、卡钳液压缸(907)；导接头筒体(901)上的凸台位置设置有空槽，铰接安装卡钳(902)，卡钳液压缸(907)铰接安装在卡钳(902)上，通过调整卡钳液压缸(907)出杆长度，带动卡钳(902)实现解锁和锁死的功能。

10.根据权利要求4所述的用于水下机器人的回收布放装置，其特征在于，上梁(701)为四根方管焊接成的矩形框，矩形框中间有间隔，使摆动架(7)中的横杆(705)与垂向方管(703)在止荡器随动时不与其他部位干涉。