CN111348163B - 一种全海深水下机器人抛载装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全海深水下机器人抛载装置，采用电磁吸盘驱动源。它包括机械本体、挂载机构部分、压载和压载导向机构部分。驱动源部分为全海深电磁吸盘。机械本体提供水下机器人与全海深水下机器人抛载装置之间的连接平台；挂载机构部分包括电缆插座、抛载驱动源、吸盘、执行杠杆等；压载和压载导向机构部分包括挂载盘、铰接件、压载块、导向罩、限位环等。在深海机器人正常作业时，该装置能根据机器人的需求实现挂载或抛载。当全海深水下机器人出现严重故障需要紧急上浮时，如供电故障，抛载装置驱动源断电仍然可以完成抛载动作使机器人紧急上浮。该装置具有供电故障也能作业、可靠性高等优点。

Description

一种全海深水下机器人抛载装置

技术领域

本发明涉及一种抛载装置，尤其涉及一种全海深水下机器人抛载装置。

背景技术

水下机器人等水下作业设备工作在复杂的海洋环境中，不仅受到周围环境的威胁，而且其自身也可能因各种突发事件而发生故障。当自主式水下机器人诊断出极限故障或者其容错控制策略失效时，放弃作业任务，抛载上浮是自主式水下机器人自救的唯一途径。因此，抛载装置是自主式水下机器人等水下作业设备安全保障***中的必要装备。

现有的机械式水下抛载装置，如专利号为201020214507.4名称为“一种深海压载释放装置”的专利文件设计的释放装置、专利号为201210404590.5名称为“一种水下机电解脱装置”的专利文件设计的抛载机构、专利号为201410023284.X名称为“一种水下机器人应急释放装置”的专利文件设计的释放机构等，均只有一个驱动方式，虽然可以完成压载的可靠释放，但并未提及压载的固定或者导向问题，同时，并不具备***断电能够实现抛载的能力，安全性和可靠性不足。

发明内容

本发明专利的目的是为全海深水下机器人提供一种同时实现机器人升沉驱动和安全自救的高可靠性的抛载装置。当全海深水下机器人正常作业时，该抛载装置可根据机器人升沉驱动的需求维持稳定挂载状态或者实现倾斜姿态抛载。而当全海深水下机器人出现故障，无法通过控制信号控制抛载装置抛载时，该抛载装置能够在其电源耗尽时驱动源断电完成抛载上浮，实现机器人的安全自救。

本发明的目的是这样实现的：包括底板、设置在底板下端的导向罩、对称设置底板上一对支座一和一对支座二、设置在地底板中间位置的铰接座、与铰接座铰接的挂载盘、与铰接座下端连接的螺杆、设置在螺杆上的压载串，在每个支座一的上端设置有一电磁吸盘、每个支座一上铰接有一传动杠杆，每个传动杠杆上设置有一吸盘，在每个支座二上交接有一水平方向的执行杠杆，且传动杠杆的下端与执行杠杆的上端面配合，两个执行杠杆相对的两个面为斜面，所述挂载盘的两端面也是也斜面配合的倾斜表面。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.两个执行杠杆成180°对称设置。

2.所述压载串上方设置有限位环，限位环通过沿周向等间距设置在导向罩的限位螺钉固定，压载串由压载块组成。

3.每个限位螺钉螺旋在由四个加固螺钉连接在导向罩上的钢材加固件中。

4.在传动杠杆与吸盘的连接处设置有调整圆盘和固定螺钉。

5.全海深水下机器人下水前，电磁吸盘通电，电磁吸盘与吸盘吸附，经传动杠杆对执行杠杆一端进行限位；当机器人入水后需要抛载时，电磁吸盘断电，电磁吸盘与吸盘间的吸附力消失，传动杠杆一端失去限位，无法对执行杠杆进行限位，执行杠杆在其执行端受到挂载盘整个压载串的重力作用下转动，挂载盘也会绕着与铰接件的铰接处转动，当执行杠杆对挂载盘完全失去限位时，挂载盘连同整个压载串掉落，在掉落的过程中，压载串在导向罩的导向下顺利与机器人分离；在机器人出现故障，控制***无法给抛载装置发送抛载指令时，抛载机构能够等到机器人能源耗尽时电磁吸盘断电，同样执行指令控制抛载的抛载过程实现全海深水下机器人安全自救的过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该抛载装置在驱动源断电时产生抛载动作，因此其能够完成机器人升沉驱动的同时，当机器人发生故障无法发出抛载指令时，抛载装置可以等到其能源耗尽时驱动力断电实现抛载自救。

2、对压载块进行导向，避免抛载时压载块与水下机器人壳体发生干涉，导致抛载失败，有利于提高抛载装置的可靠性，同时，对挂载状态的压载进行限位，防止其因为机器人颠簸博摇晃而意外掉落。压载安装操作在机器人底部进行，无需拆除释放装置上方的已经安装好的其他部件，操作方便，尤其是流线型自主式水下机器人，压载的安装，不涉及外部流线型壳体的拆装。

3、压载采用分块设计，压载重量调整方便，压载安装时可以先将压载串连在螺杆上，再用千斤顶将整个压载串顶起进行挂载，单人即可完成大重量压载的安装，且安装简单迅速。

4、抛载装置的传动执行机构由两级杠杆组成，两级杠杆的扩力比可以根据实际最大抛载重量和电磁吸盘的最大驱动力进行灵活设计，同时杠杆结构结构简单、传动可靠。

5、基于压载的安装以及抛载的方式，无需在抛载装置上方预留额外的压载安装所需空间或者释放动作所需空间，因此，结构紧凑，所需空间小。

6、本发明采用的电磁吸盘为低功率驱动源，可大大减小***功耗。

附图说明

图1为本发明专利的结构简图(主视图)。

图2为本发明专利的结构简图(左视图)。

图3为本发明专利的结构简图(俯视图)。

图4为本发明专利的结构简图(剖视图)。

图中：支座一1、电磁吸盘2、挂载盘3、支座二4、传动杠杆5、执行杠杆6、销轴一7、轴套一8、限位螺钉9、加固螺钉10、加固件11、导向罩12、螺杆13、压载块14、限位环15、底板16、铰接件17、销轴二18、轴套二19、吸盘20、调整圆盘21、固定螺钉22、连接螺钉一23、调整环24、连接螺钉二25、连接螺钉三26、螺母一27、弹簧垫圈一28、弹簧垫圈二29、螺母二30。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明专利采用电力驱动方式，主要由机械本体、挂载机构部分、压载和压载导向机构部分三部分组成。在全海深水下机器人入水前，机械本体通过螺钉与机器人框架连接，挂载机构部分与压载和压载导向机构部分的支座通过螺钉与机械本体相连。在水下机器人正常工作时，根据机器人的需求，当机器人需要维持挂载状态时，抛载机构维持驱动源通电状态，使得电磁吸盘拥有磁吸力，两套传动杠杆和执行杠杆均因吸盘被吸住而不能转动，对挂载盘实现限位，维持挂载状态，即使机器人出现颠簸摇晃等情况，压载导向机构的限位环会限制压载的向上运动和摇摆，能够压载维持稳定的挂载状态；当机器人需要抛载时，给驱动源断电，使得电磁吸盘失去磁吸力，传动杠杆和执行杠杆在一端挂载盘的重力作用下转动，挂载盘失去了执行杠杆的限位而掉落，在掉落的过程中，即使机器人的姿态倾斜严重，压载也会在导向罩的导向下顺利抛掉。当水下机器人出现紧急情况，抛载机构不能正常收到抛载指令时，抛载机构可以等到机器人电源耗尽时驱动源断电实现抛载。

机械本体主要由钢板和多个螺钉组成。钢板加工16个螺纹孔，可实现挂载机构部分与压载和压载导向机构部分的支座与其相连和固定；钢板加工8个螺纹孔，可实现钢板与机器人框架的连接。挂载机构部分主要由两套对称的电缆插座、抛载驱动源、吸盘、传动杠杆、执行杠杆及杠杆支撑座等组成。驱动源电磁吸盘的固定支座和传动杠杆的铰接支座为一体结构，通过该支座的加工精度保证电磁吸盘驱动力与传动杠杆间的精准传递。电磁吸盘通过四个螺钉与支座相连确保其动力的传出。传动杠杆通过轴套和销轴与支座相连保证其顺利传递动力，其一端连接吸盘且吸盘与其通过大间隙连接可保证吸盘与电磁吸盘吸合面能够完全贴合吸附，另一端压着执行杠杆一端，可对其进行限位。执行杠杆通过轴套和销轴与支座相连保证其顺利传递动力，其一端可由传动杠杆进行限位，另一端可对挂载盘进行限位。当两套对称的挂载机构的执行杠杆同时对挂载盘进行限位时，挂载盘维持挂载状态；当其中一个或者两个驱动源断电失去驱动力，使执行杠杆对挂载盘失去限位时，挂载盘失去限位在压载重力作用下掉落，实现抛载。压载和压载导向机构部分主要由挂载盘、铰接件、销轴、轴端挡圈、轴套、螺杆、压载块、导向罩、限位环、限位螺钉及加固块等组成。在挂载状态下，挂载盘由两个成180°对称分布的执行杠杆进行限位，阻止其掉落，挂载盘通过轴套和销轴与铰接件相连保证挂载盘在其中一个执行杠杆对其失去限位时就能够转动实现抛载。铰接件的一端加工有螺纹孔保证与螺杆一端的连接，螺杆的另一端可根据需要悬挂不同数量的压载块。压载块的顶部与限位环接触，限位环通过限位螺钉压紧压载块保证压载块无法向上运动和摇摆，实现稳定挂载。需要抛载时，其中一个或者两个执行杠杆对挂载盘失去限位，在压载块重力作用下带动铰接件和挂载盘一起掉落，当机器人出现姿态倾斜时，压载块在导向罩的导向下顺利掉落，避免出现压载挂在机器人其它部分等状况而影响抛载。

全海深水下机器人抛载装置的工作过程如下：在机器人挂载状态下，维持驱动源电磁吸盘通电状态，使得传动杠杆一端的吸盘与电磁吸盘吸附，对传动杠杆一端进行限位，传动杠杆另一端对执行杠杆进行限位，根据机器人需求将一定数量的压载块串挂在螺杆上，螺杆与铰接件相连，铰接件与挂载盘铰接，挂载盘由两个成180°对称分布的执行杠杆的另一端进行限位，阻止其掉落。当机器人出现颠簸和摇晃状态时，压载导向机构的限位环会限制压载向上运动和摇摆，能够维持压载的稳定挂载状态；当机器人需要抛载时，控制***给驱动源断电或者水下机器人出现紧急情况，抛载机构不能正常收到抛载指令时，抛载机构等到机器人电源耗尽时驱动源断电，使得电磁吸盘失去磁吸力，传动杠杆和执行杠杆在一端挂载盘的重力作用下转动，挂载盘失去了执行杠杆的限位而掉落，在掉落的过程中，即使机器人的姿态倾斜严重，压载也会在导向罩的导向下顺利抛掉。

结合图1～4，本发明阐述的是一种全海深水下机器人抛载装置，主要由机械本体、挂载机构部分、压载和压载导向机构部分三部分组成。机械本体主要由底板16、连接螺钉二25等构成，挂载机构部分由支座一1、电磁吸盘2、支座二4、传动杠杆5、执行杠杆6、销轴一7、轴套一8、吸盘20、调整圆盘21、固定螺钉22、连接螺钉一23、调整环24、连接螺钉三26、螺母一27、弹簧垫圈一28、弹簧垫圈二29、螺母二30等构成，压载和压载导向机构由限位螺钉9、加固螺钉10、加固件11、导向罩12、螺杆13、压载块14、限位环15、铰接件17、销轴二18、轴套二19等构成，由此构成深海机器人抛载装置。

如图2和图3所示，在挂载状态下，电磁吸盘2通电具有驱动力，其由四个连接螺钉一23连接在支座一1上，并由调整圆盘21进行小间隙的调整，保证吸盘20能够与电磁吸盘2的吸合面的距离，同时由调整圆盘21和固定螺钉22调整吸盘20能够与电磁吸盘2的吸合面的吸合角度，使电磁吸盘2能够输出更大的驱动力。

如图1、图2和图4所示，在挂载状态下，传动杠杆5的一端由与其相连并与电磁吸盘2吸合的吸盘20限位，其另一端对执行杠杆6的一端进行限位，挂载机构部分中两个呈180°对称分布的执行杠杆6的执行端同时对挂载盘3进行限位，使其不能掉落。

如图1所示，压载块14串连在螺杆13上，螺杆13的一端与铰接件17的螺纹孔螺旋相连，铰接件17通过销轴二18和轴套二19与挂载盘3铰接，保证挂载盘在其中一个执行杠杆6失去限位时能够转动实现抛载。在挂载状态下，限位环15通过四个限位螺钉9的旋紧压紧在压载串的上端面，使得压载串不能向上运动和任意摇晃，每个限位螺钉9螺旋在由四个加固螺钉10连接在导向罩12壁上的钢材加固件11中，保证限位螺钉9在对压载串限位时的连接强度。导向罩12通过四个连接螺钉二25与底板16相连。

这种实施方式的工作原理为：

全海深水下机器人下水前，给电磁吸盘2通电，电磁吸盘2与吸盘20吸附，经传动杠杆5对执行杠杆6一端进行限位。挂载盘3通过销轴二18和轴套二19与铰接件17铰接，铰接件17通过其一端加工的螺纹与螺杆13的一端相连，将压载块14按需要从螺杆13的另一端串连在螺杆上，利用千斤顶将整个压载串顶起使得两个呈180°对称分布的执行杠杆6的执行端同时对挂载盘3进行限位，整个压载串无法掉落，将限位环15通过限位螺钉9拧紧压紧在压载串上端面。当机器人入水后需要抛载时，给其中一个或者两个驱动源抛载指令，使其断电，电磁吸盘2与吸盘20间的吸附力消失，传动杠杆5一端失去限位，无法对执行杠杆6进行限位，执行杠杆6在其执行端受到挂载盘3整个压载串的重力作用下转动，挂载盘3也会绕着与铰接件17的铰接处转动，当执行杠杆6对挂载盘3完全失去限位时，挂载盘3连同整个压载串掉落，在掉落的过程中，压载串在导向罩12的导向下顺利与机器人分离。在机器人出现故障，控制***无法给抛载装置发送抛载指令时，抛载机构能够等到机器人能源耗尽时电磁吸盘2断电，同样可以执行指令控制抛载的抛载过程实现全海深水下机器人安全自救的过程。

综上，本发明专利涉及一种全海深水下机器人抛载装置。该装置采用电磁吸盘驱动源。它包括机械本体、挂载机构部分、压载和压载导向机构部分。驱动源部分为全海深电磁吸盘。机械本体提供水下机器人与全海深水下机器人抛载装置之间的连接平台；挂载机构部分包括电缆插座、抛载驱动源、吸盘、执行杠杆等；压载和压载导向机构部分包括挂载盘、铰接件、压载块、导向罩、限位环等。在深海机器人正常作业时，该装置能根据机器人的需求实现挂载或抛载。当全海深水下机器人出现严重故障需要紧急上浮时，如供电故障，抛载装置驱动源断电仍然可以完成抛载动作使机器人紧急上浮。该装置具有供电故障也能作业、可靠性高等优点。

Claims (6)

1.一种全海深水下机器人抛载装置，其特征在于：包括底板、设置在底板下端的导向罩、对称设置底板上一对支座一和一对支座二、设置在地底板中间位置的铰接座、与铰接座铰接的挂载盘、与铰接座下端连接的螺杆、设置在螺杆上的压载串，在每个支座一的上端设置有一电磁吸盘、每个支座一上铰接有一传动杠杆，每个传动杠杆上设置有一吸盘，在每个支座二上交接有一水平方向的执行杠杆，且传动杠杆的下端与执行杠杆的上端面配合，两个执行杠杆相对的两个面为斜面，所述挂载盘的两端面也是也斜面配合的倾斜表面；全海深水下机器人下水前，电磁吸盘通电，电磁吸盘与吸盘吸附，经传动杠杆对执行杠杆一端进行限位；当机器人入水后需要抛载时，电磁吸盘断电，电磁吸盘与吸盘间的吸附力消失，传动杠杆一端失去限位，无法对执行杠杆进行限位，执行杠杆在其执行端受到挂载盘整个压载串的重力作用下转动，挂载盘也会绕着与铰接件的铰接处转动，当执行杠杆对挂载盘完全失去限位时，挂载盘连同整个压载串掉落，在掉落的过程中，压载串在导向罩的导向下顺利与机器人分离；在机器人出现故障，控制***无法给抛载装置发送抛载指令时，抛载机构能够等到机器人能源耗尽时电磁吸盘断电，同样执行指令控制抛载的抛载过程实现全海深水下机器人安全自救的过程。

2.根据权利要求1所述的一种全海深水下机器人抛载装置，其特征在于：两个执行杠杆成180°对称设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种全海深水下机器人抛载装置，其特征在于：所述压载串上方设置有限位环，限位环通过沿周向等间距设置在导向罩的限位螺钉固定，压载串由压载块组成。

4.根据权利要求3所述的一种全海深水下机器人抛载装置，其特征在于：每个限位螺钉螺旋在由四个加固螺钉连接在导向罩上的钢材加固件中。

5.根据权利要求1或2所述的一种全海深水下机器人抛载装置，其特征在于：在传动杠杆与吸盘的连接处设置有调整圆盘和固定螺钉。

6.根据权利要求4所述的一种全海深水下机器人抛载装置，其特征在于：在传动杠杆与吸盘的连接处设置有调整圆盘和固定螺钉。

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