CN210478990U - 一种适用于自主水下航行器安全抛载装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于自主水下航行器安全抛载装置，包括抛载电路和抛载执行机构；所述的抛载电路包括驱动电路、光耦隔离电路、继电器；驱动电路的输入端接外部输入的指令，用于将接收的指令进行高低电平转换，驱动电路的输出端与光耦隔离电路的地端连接，光耦隔离电路的正极与电源连接，光耦隔离电路的输出端连接继电器的线圈的正极，线圈的负极接地，继电器的输出连接抛载执行机构，所述继电器为常开触点，装置上电后，当所述接收指令为低电平或者由于故障导致继电器触点断开，抛载机构断电抛载。

Description

一种适用于自主水下航行器安全抛载装置

技术领域

本实用新型涉及一种安全抛载装置，适用于自主水下航行器安全、可靠抛载。

背景技术

自主水下航行器作为水下重要的探测装备与运载平台，可有效获取海洋的环境信息，进行海洋环境探测，海啸预报与地震等，为海洋工程研究与科考调查提供丰富的海洋数据。然而，随着自主水下航行器智能化发展与大潜深的要求，在复杂海洋环境中无人无缆进行作业时，如何确保自主水下航行器能够执行抛载实现安全上浮是研究的重点与难点。当前，对于自主水下航行器抛载系统的研究，主要采用液压传动抛载、抛掉携带的电池组等部件、爆炸螺栓抛载等方式。但在实际工程应用中，液压传动抛载方式结构复杂，并且需要依靠电来驱动，当自主水下航行器出现系统死机、漏水、掉电或能源不足等问题时，则无法实现抛载；抛掉身携带的电池组实现上浮则会带来成本问题；而使用爆炸螺栓抛载存在一定的危险。因此必须设计一个安全可靠的抛载系统，保证自主水下航行器在水下发生任何故障时，都能实现安全有效抛载。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：为解决自主水下航行器抛载系统的设计难度与设计成本问题，同时满足其在水下发生紧急故障执行抛载上浮时，抛载系统可以有效执行抛载的要求，设计了一种适用于自主水下航行器的水下抛载装置。

本实用新型的技术解决方案是：一种适用于自主水下航行器安全抛载装置，包括抛载电路和抛载执行机构；所述的抛载电路包括驱动电路、光耦隔离电路、继电器；

驱动电路的输入端接外部输入的指令，用于将接收的指令进行高低电平转换，驱动电路的输出端与光耦隔离电路的地端连接，光耦隔离电路的正极与电源连接，光耦隔离电路的输出端连接继电器的线圈的正极，线圈的负极接地，继电器的输出连接抛载执行机构，所述继电器为常开触点，装置上电后，当所述接收指令为低电平或者由于故障导致继电器触点断开，抛载机构断电抛载。

优选的，包括两套驱动电路、光耦隔离电路、继电器与抛载执行机构。

优选的，所述的指令由自主水下航行器的安保计算机发出，上电以后安保计算机通过IO口向驱动电路发送高电平信号，继电器闭合，抛载机构上电吸合，当需要抛载时，安保计算机通过IO口向驱动电路发送低电平信号。

优选的，所述的安保计算机选用ARM控制器。

优选的，所述的故障包括自主水下航行器内部断电、死机或发生漏水导致电路短路、损坏。

优选的，所述的抛载电路包括驱动芯片、电阻R301、光耦隔离芯片、二极管D301、发光二极管LD1、电阻R337、继电器、二极管D8；

驱动芯片的输出串联电阻R301后接入光耦隔离芯片的输入负极，光耦隔离芯片的输入正极接入电源；发光二极管LD1的阴极串联电阻R303后接入光耦隔离芯片的输出地端，发光二极管LD1的阳极接入光耦隔离芯片的电压输出端；二极管D301的阴极、线圈的正极分别接入光耦隔离芯片的电压输出端，二极管D301的阳极、线圈的负极接入光耦隔离芯片的输出地端，继电器的常开触点端与二极管D8的阴极连接，二极管D8的阳极接入光耦隔离芯片的输出地端，继电器的常开触点与抛载执行机构的磁力锁连接。

优选的，所述的驱动芯片为八路达林顿管ULN2003、光耦隔离芯片为 TLP250，继电器型号为G2R-2A4。

所述的抛载执行机构为电磁锁，其中电磁锁的锁体与自主水下航行器固连，锁体下边为抛载块，锁体与抛载块之间通过电磁吸合的方式连接。

优选的，所述的抛载块为实现自主水下航行器抛载上浮的配重块，或者所述的抛载块与重物固连一起作为配重块。

优选的，所述的重物上设置两个轴承孔，其内安装轴承，与安装在自主水下航行器上且垂直向下的两根轴配合，用于保证抛载过程中配重块的下落方向。

本实用新型与现有技术相比有益效果为：

1)可靠性高：可有效、及时、可靠触发抛载，即可通过接收抛载指令进行抛载；当系统出现死机或主控芯片故障而不能输出高电平信号，此时抛载电路可自动采集到低电平信号，触发抛载；当自主水下航行出现漏水导致电路内芯片短路烧毁或电路断电等情况，抛载执行机构亦可掉电执行抛载。

2)结构简单：采用电磁锁的设计方式，通电上锁，断电开锁，即抛载执行机构只由电磁锁、配重块组成；

3)成本低：由于设计的该抛载装置结构简单，相比于其他抛载方式，成本更低；

4)快速、安全抛载：通电上锁、断电开锁的抛载方式，使其可以快速响应抛载指令，同时设计的抛载电路可以有效判断抛载时机，避免发生误抛载或不抛载的情况。

5)设计两路抛载，一路作为常规的抛载使用，另一路作为自主水下航行器的重物压载，通过调节重物压载的重量，可使得自主水下航行器实现无动力下浮。

附图说明

图1为本实用新型抛载装置的原理框图；

图2是本实用新型抛载装置的电路设计原理图。

具体实施方式

下面结合附图1、2及实例对本实用新型作详细说明。

本实用新型提供一种适用于自主水下航行器安全抛载装置，包括抛载电路和抛载执行机构；所述的抛载电路包括驱动电路、光耦隔离电路、继电器。在自主水下航行器航行过程中，由安保计算机接收抛载指令，上电以后安保计算机通过IO口向驱动电路发送高电平信号，继电器闭合，抛载机构上电吸合，当需要抛载时，安保计算机通过IO口向驱动电路发送低电平信号。当自主水下航行器内部断电、死机或发生漏水导致电路短路、损坏等，抛载装置均会由于掉电而自动触发抛载。因此，该装置可使自主水下航行器在接收到程序抛载指令或在水下发生任何需执行抛载的故障时，都能触发抛载，保证自主水下航行器安全上浮。

能够实现上述功能的抛载装置中的驱动电路的输入端接外部输入的指令，用于将接收的指令进行高低电平转换，驱动电路的输出端与光耦隔离电路的地端连接，光耦隔离电路的正极与电源连接，光耦隔离电路的输出端连接继电器的线圈的正极，线圈的负极接地，继电器的输出连接抛载执行机构，所述继电器为常开触点，装置上电后，当所述接收指令为低电平或者由于故障导致继电器触点断开，抛载机构断电抛载。

实际设计过程中根据需要可以设计两套驱动电路、光耦隔离电路、继电器与抛载执行机构。

本实用新型的抛载装置的电路原理图如图2所示，安保计算机采用ARM 处理器，光耦隔离电路为TLP250，驱动芯片为ULN2003，两路继电器型号为 G2R-2A4，两路控制信号PZ_RELAY1与PZ_RELAY2由该控制器产生。系统上电以后安保计算机通过IO口向抛载电路发送抛载指令(正常状态为高电平)。 1.当驱动电路接收到来自控制计算机的IO信号为高电平信号时，驱动电路会将电平转换成低电平并输出给下一级。2.光耦隔离电路的地端(GND)与驱动电路的输出连接，正极与电源连接，当接收到来自驱动电路输出的低电平信号时，此时光耦隔离电路导通，触发发光二极管，使得光耦隔离电路的输出端正负导通，继电器闭合(常开触点)，抛载机构上电吸合。3.当系统遇到故障需要执行抛载指令时，安保计算机的数字IO口输出低电平，导致驱动电路的电平与上述情况相反，最终使继电器触点断开，抛载机构断电抛载。4.当安保计算机出现故障，如死机、芯片烧毁等，此时抛载电路能够自动采集到低电平信号，从而触发抛载。5.当抛载电路出现故障，如驱动芯片损毁或光耦隔离芯片损毁等，抛载执行机构则自动会因为掉电而触发抛载。

具体的，驱动芯片为八路达林顿管ULN2003、光耦隔离芯片为TLP250，继电器型号为G2R-2A4。

两路抛载信号PZ_RELAY1接入ULN2003输入端口1、2、3，PZ_RELAY2 接入ULN2003输入端口4、5、6，ULN2003芯片将两路信号分别通过输出16、 15、14与13、12、11引出，其中1、2、3短接，4、5、6短接，16、15、 14短接，13、12、11短接，以此提高驱动能力。

ULN2003输出的PZ_RELAY1信号通过电阻R301接入光耦TLP250的输入引脚3，TLP250将信号通过引脚6、7输出，并与继电器的输入线圈正极引脚8连接，其中TLP250的6、7引脚短接。继电器触点3、6短接并与抛载执行机构的磁力锁连接，其中继电器的线圈端与触点端分别反接二极管D301和 D8。同时在继电器的线圈两端与发光二极管LD1与电阻R303连接便于抛载电路的调试，即当自主水下航行器正常工作时，发光二极管LD1常亮，此时不抛载，当其遇到紧急状况执行抛载指令时，发光二极管LD1不亮，表示抛载完成。

ULN2003输出的PZ_RELAY2信号连接关系同上。

本实用新型给出一种抛载执行机构为电磁锁，其中电磁锁的锁体与自主水下航行器固连，锁体下边为抛载块，锁体与抛载块之间通过电磁吸合的方式连接。上述抛载块为实现自主水下航行器抛载上浮的配重块，或者所述的抛载块与重物固连一起作为配重块。当配重块中包含重物时，重物上设置两个轴承孔，其内安装轴承，与安装在自主水下航行器上且垂直向下的两根轴配合，用于保证抛载过程中配重块的下落方向。

本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种适用于自主水下航行器安全抛载装置，其特征在于：包括抛载电路和抛载执行机构；所述的抛载电路包括驱动电路、光耦隔离电路、继电器；

驱动电路的输入端接外部输入的指令，用于将接收的指令进行高低电平转换，驱动电路的输出端与光耦隔离电路的地端连接，光耦隔离电路的正极与电源连接，光耦隔离电路的输出端连接继电器的线圈的正极，线圈的负极接地，继电器的输出连接抛载执行机构，所述继电器为常开触点，装置上电后，当所述接收指令为低电平或者由于故障导致继电器触点断开，抛载机构断电抛载。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：包括两套驱动电路、光耦隔离电路、继电器与抛载执行机构。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的指令由自主水下航行器的安保计算机发出，上电以后安保计算机通过IO口向驱动电路发送高电平信号，继电器闭合，抛载机构上电吸合，当需要抛载时，安保计算机通过IO口向驱动电路发送低电平信号。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的安保计算机选用ARM控制器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的故障包括自主水下航行器内部断电、死机或发生漏水导致电路短路、损坏。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的抛载电路包括驱动芯片、电阻R301、光耦隔离芯片、二极管D301、发光二极管LD1、电阻R337、继电器、二极管D8；

驱动芯片的输出串联电阻R301后接入光耦隔离芯片的输入负极，光耦隔离芯片的输入正极接入电源；发光二极管LD1的阴极串联电阻R303后接入光耦隔离芯片的输出地端，发光二极管LD1的阳极接入光耦隔离芯片的电压输出端；二极管D301的阴极、线圈的正极分别接入光耦隔离芯片的电压输出端，二极管D301的阳极、线圈的负极接入光耦隔离芯片的输出地端，继电器的常开触点端与二极管D8的阴极连接，二极管D8的阳极接入光耦隔离芯片的输出地端，继电器的常开触点与抛载执行机构的磁力锁连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述的驱动芯片为八路达林顿管ULN2003、光耦隔离芯片为TLP250，继电器型号为G2R-2A4。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的抛载执行机构为电磁锁，其中电磁锁的锁体与自主水下航行器固连，锁体下边为抛载块，锁体与抛载块之间通过电磁吸合的方式连接。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的抛载块为实现自主水下航行器抛载上浮的配重块，或者所述的抛载块与重物固连一起作为配重块。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所述的重物上设置两个轴承孔，其内安装轴承，与安装在自主水下航行器上且垂直向下的两根轴配合，用于保证抛载过程中配重块的下落方向。

Images