专利名称：一种水下机器人回收用牵引装置的制作方法
技术领域：
本发明属于水下机器人回收领域，具体地说是一种水下机器人回收用牵引装置。
背景技术：
水下机器人是一种依靠自身携带能源进行自主航行的水下平台。由于受到海上风浪的影响，水下机器人回收一直是一项比较困难的作业过程。目前，回收水下机器人主要是采用工作艇将其拖至母船附近，然后由工作人员在橡皮艇上进行挂钩的方法，这就增加了在高海况时回收的危险性。
发明内容
为了解决水下机器人回收作业过程中受海况影响、危险性高的问题，本发明的目的在于提供一种水下机器人回收用牵引装置。该牵引装置可以减小风浪对水下机器人回收的影响，为实现人员不下水回收接水下机器人创造条件。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:本发明包括液压绞车、箱体、回转直梁、回转机构、俯仰液压缸、伸缩液压缸及具有回转、俯仰、伸缩三个自由度的牵引臂，其中箱体安装在母船上，所述液压绞车位于箱体内，与水下机器人连接的牵引绳缆经过牵引臂与所述液压绞车相连；所述回转直梁的一端与安装在箱体上的回转机构连接，另一端与所述牵引臂铰接，所述伸缩液压缸安装在牵引臂上、驱动牵引臂伸缩，所述俯仰液压缸安装在回转直梁上，俯仰液压缸的输出端与牵引臂铰接；在箱体内设有为液压绞车、回转机构、俯仰液压缸及伸缩液压缸提供动力的液压站。其中:所述牵引臂的一端与回转直梁的另一端铰接，牵引臂的另一端设有缓冲机构；所述牵引绳缆穿过该缓冲机构、经过牵引臂上的滑轮组与所述液压绞车上的绳索固接；所述缓冲机构包括牵引绳导引环、导引环固定架、缓冲弹簧及连接件，其中牵引绳导引环安装在导引环固定架上，所述导引环固定架安装在缓冲弹簧的一端，所述缓冲弹簧的另一端通过连接件与牵引臂连接；所述牵引臂包括一级横梁及相对滑动地插在该一级横梁内的二级横梁，所述伸缩液压缸的一端铰接在一级横梁上，另一端铰接在二级横梁上，所述俯仰液压缸的一端安装在回转直梁上，另一端与所述一级横梁铰接，所述一、二级横梁在俯仰液压缸的驱动下实现俯仰自由度；所述一级横梁内部的四角上均安装有滑动导轨，二级横梁沿所述滑动导轨相对一级横梁在伸缩液压缸的驱动下往复滑动，实现伸缩自由度；所述一级横梁的两端上方分别设有中间滑轮及后端滑轮，二级横梁位于一级横梁外的一端上方设有前端滑轮，所述牵引绳缆依次经过前端滑轮、中间滑轮及后端滑轮；所述伸缩液压缸、一级横梁及二级横梁相互平行；所述回转机构包括回转液压马达、回转轴组件、主动齿轮及被动回转齿轮，其中回转液压马达安装在所述箱体内、由所述液压站提供动力，该回转液压马达的输出端连接有主动齿轮，所述被动回转齿轮通过回转轴组件安装在箱体上、与所述主动齿轮啮合传动，所述回转直梁的一端与回转轴组件相连，通过回转液压马达的驱动实现所述牵引臂的回转自由度；所述回转轴组件包括直梁转接件，回转轴、上轴承盖、轴承、轴承座及下轴承盖，其中轴承座安装在箱体上表面上，所述回转轴的一端通过轴承安装在轴承座内，另一端通过直梁转接件与所述回转直梁的一端相连接，所述被动回转齿轮安装在回转轴上；所述轴承座的上下两端分别设有上轴承盖及下轴承盖；所述回转轴的一端分别安装有推力调心轴承及圆锥滚子轴承，回转轴一端端部安装有轴承预紧拉盖，该轴承预紧拉盖与所述圆锥滚子轴承内圈之间通过拉紧螺钉拉紧；所述箱体上安装有齿轮箱罩，所述主动齿轮及被动回转齿轮均位于该齿轮箱罩内。本发明的优点与积极效果为:1.本发明的牵引臂具有回转、俯仰及伸缩三个自由度，回收母船可通过本发明牵引水下机器人，使其在水面上与母船同向同速航行，然后在此状态下进行回收作业。这样就可以有效地克服风浪对水下机器人回收的影响，降低水下机器人和起吊装置对接的难度，减小回收作业过程的风险。2.本发明在牵引臂头部设置了缓冲机构，可以缓冲牵引过程中由于波浪对水下机器人的冲击力量，减小受力构件和绳缆所承受的应力，提高牵引过程的安全性和可靠性。3.本发明在牵引臂上设置了三个定滑轮，用于引导牵引绳的运动，从而方便液压绞车对牵引绳缆的收放。4.本发明的回转机构采用较大的被动回转齿轮带动牵引臂旋转，可以有效地减小回转液压马达所需输出转矩并降低旋转速度。5.本发明结构简单可靠，功能齐全，易于操作。
图1为本发明立体结构示意图之一；图2为本发明立体结构示意图之二(去除齿轮箱罩和箱体右侧壁)；图3为本发明缓冲机构的结构示意图；图4为本发明回转机构的结构示意图；其中:1为固定底座,2为缓冲机构,3为箱体,4为箱体上端面,5为齿轮箱罩,6为俯仰液压缸，7为回转直梁，8为一级横梁，9为伸缩液压缸，10为二级横梁，11为牵引绳缆，12为操作面板，13为前端滑轮,14为中间滑轮,15为后端滑轮，16为固定销轴，17为被动回转齿轮，18为主动齿轮，19为回转液压马达，20为回转轴组件，21为液压站，22为液压绞车，23为牵引绳导引环，24为导引环固定架，25为缓冲弹簧，26为连接件，27为固定螺栓，28为直梁转接件，29为回转轴，30为上轴承盖，31为推力调心轴承，32为轴承座，33为圆锥滚子轴承，34为轴承预紧拉盖,35为拉紧螺钉,36为下轴承盖。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详述。如图1、图2所示，本发明包括固定底座1、缓冲机构2、箱体3、俯仰液压缸6、回转直梁7、回转机构、伸缩液压缸9、液压绞车22及具有回转、俯仰、伸缩三个自由度的牵引臂，其中箱体3通过固定底座I安装在母船上，固定底座I预先和母船甲板焊接，然后将包括箱体3在内的整个牵引装置和固定底座I通过螺栓相连接，这样使得本发明的牵引装置和母船实现了可靠的连接，在尽量减小对母船的改动情况下提高了牵引过程中的安全性。箱体3上设置有操作面板12，用于集中安置本发明各执行机构的控制按钮，在操作面板12下设置有相应的控制元器件，通过控制各相关阀体来控制各自由度的运动与停止；本发明的操作面板12为现有技术。液压绞车22安装在箱体3内，与水下机器人连接的牵引绳缆11经过牵引臂上的滑轮组与所述液压绞车22相连。回转直梁7的一端与安装在箱体3上的回转机构连接，另一端通过固定销轴16与所述牵引臂铰接；本发明的牵引臂具有回转、俯仰、伸缩三个自由度，牵引臂包括一级横梁8及二级横梁10，一级横梁8内部的四角上均安装有滑动导轨，二级横梁10相对滑动地插在该一级横梁8内，可在一级横梁8内沿滑动导轨滑动；一级横梁8的一端通过固定销轴16与回转直梁7的另一端铰接，二级横梁10由一级横梁8的另一端插入。伸缩液压缸9的一端铰接在一级横梁8上，另一端铰接在二级横梁10上，并且伸缩液压缸9、一级横梁8及二级横梁10相互平行，伸缩液压缸9直接带动二级横梁10在一级横梁8内部滑动、实现牵引臂的伸缩自由度。俯仰液压缸6的一端安装在回转直梁7上，另一端与所述一级横梁8铰接，俯仰液压缸6与一级横梁8之间倾斜连接，所述一、二级横梁8、10在俯仰液压缸6的驱动下，通过俯仰液压缸6的伸缩运动使得该运动转化为牵引臂的俯仰运动、实现牵引臂的俯仰自由度。 如图3所示，在二级横梁10的头部设有缓冲机构2，用于缓冲牵弓I过程中由于波浪对水下机器人的冲击力量，减小和缓冲受力构件和绳缆所承受的应力，提高牵引过程的安全性和可靠性；该缓冲机构2包括牵引绳导引环23、导引环固定架24、缓冲弹簧25及连接件26，其中牵引绳导引环23与导引环固定架24通过螺钉固接，而导引环固定架24焊接在缓冲弹簧25的一端，所述缓冲弹簧25的另一端与连接件26焊接，通过连接件26与二级横梁10通过螺钉固接。在一级横梁8和二级横梁10上设置有三个定滑轮，用于引导牵引绳缆11的运动，从而方便液压绞车22对牵引绳缆11的收放；一级横梁8的两端上方分别设有中间滑轮14及后端滑轮15，二级横梁10位于一级横梁8外的一端上方设有前端滑轮13，所述牵引绳缆11穿过缓冲机构2头部的牵引绳导引环23，然后依次经过前端滑轮13、中间滑轮14及后端滑轮15，再与液压绞车22上的绳索固接，牵引绳缆11由三个滑轮导向。如图4所示，回转机构包括回转液压马达19、回转轴组件20、主动齿轮18及被动回转齿轮17，其中回转液压马达19安装在所述箱体3内，该回转液压马达19的输出端连接有主动齿轮18，所述被动回转齿轮17通过回转轴组件20安装在箱体3上、与所述主动齿轮18啮合传动，所述回转直梁7的一端与回转轴组件20相连，通过回转液压马达19的驱动实现所述牵引臂的回转自由度。回转轴组件20包括直梁转接件28，回转轴29、上轴承盖30、推力调心轴承31、轴承座32、圆锥滚子轴承33、轴承预紧拉盖34、拉紧螺钉35及下轴承盖36，其中轴承座32通过螺钉固接在箱体上表面4上，所述回转轴29的一端分别安装有推力调心轴承31及圆锥滚子轴承33，回转轴29的一端通过推力调心轴承31及圆锥滚子轴承33安装在轴承座32内，另一端通过直梁转接件28与所述回转直梁7的一端由固定螺栓27固接，被动回转齿轮17安装在回转轴29上；所述轴承座32的上下两端分别设有上轴承盖30及下轴承盖36。回转轴29 —端端部安装有轴承预紧拉盖34，该轴承预紧拉盖34与所述圆锥滚子轴承33内圈之间通过拉紧螺钉35拉紧，用于提供推力调心轴承31及圆锥滚子轴承33之间的预紧力并将回转轴29进行轴向固定。箱体3上安装有齿轮箱罩5，所述主动齿轮18及被动回转齿轮17均位于该齿轮箱罩5内。牵引臂的回转需要克服水下机器人牵引过程的阻力和波浪造成的波浪力。本发明采用较大的被动回转齿轮17带动牵引臂，可以有效地减小回转液压马达19所需输出转矩并降低旋转速度。在箱体3内设有为液压绞车22、回转液压马达19、俯仰液压缸6及伸缩液压缸9提供动力的液压站21，液压站21用以提供各液压马达和液压缸的液压源，为各执行机构的初级源动力。液压站采用母船电力系统供电。本发明通过控制牵引臂的回转使得牵引臂转向母船外侧，通过液压绞车22调整牵引绳缆11的长度，控制水下机器人相对与母船的位置，通过母船以设定航速航行来实现对水下机器人的同步牵引，通过控制牵引臂的伸缩来调整水下机器人和母船之间的距离，通过调节牵引臂的俯仰来调整牵引臂对水下机器人牵引力的方向，使得牵引力尽量和水平面平行，以适应不同的母船侧舷高度，通过控制液压绞车22收放牵引绳缆11可调整水下机器人和牵引装置之间的距离，从而调整水下机器人在母船侧舷的位置，以便进行后续的回收对接作业。本发明的工作原理为:水下机器人使命任务完成后通过遥控从头部弹出一带浮力材料的牵引绳缆，母船工作人员将牵引绳缆11通过捞绳器打捞回母船；通过操作面板12上回转按键使得牵引臂转到和母船侧舷平行并通过伸缩液压缸9使二级横梁10处于缩回状态，将水下机器人头部牵引绳缆穿过缓冲机构头部的牵引绳导引环23，然后将水下机器人牵引绳缆和牵引装置上的牵引绳缆11相互联结，通过回转液压马达19驱动回转直梁7旋转，带动牵引臂、使牵引臂伸向母船外侧舷，通过控制伸缩液压缸9的伸缩量来调整水下机器人和母船之间的侧向距离，通过控制俯仰液压缸6的伸缩量来控制牵引臂对水下机器人牵引力的方向，最后通过控制液压绞车22来调整水下机器人和牵引臂头部之间的距离，以配合水下机器人后续回收对接和起吊的需要。牵引臂的回转是通过如下过程实现的:回转液压马达19旋转带动主动齿轮18旋转；主动齿轮18则带动被动回转齿轮17旋转；由于被动回转齿轮17和回转轴29通过键连接，故被动回转齿轮17的回转会带动回转轴29 —起回转；回转轴29的转动则带动了直梁转接件28的回转；直梁转接件28和回转直梁7通过法兰连接，故直梁转接件28的回转带动回转直梁7的回转并直接带动了整个牵引臂的回转运动。回转轴29底部分别安放有推力调心轴承31和圆锥滚子轴承33两部轴承，用来承受牵引过程中产生的弯矩和向下的压力，减小回转轴29在回转过程中的摩擦和磨损。回转轴29最底部安装轴承预紧拉盖34，轴承预紧拉盖34用拉紧螺钉35和圆锥滚子轴承33内圈拉紧，用于提供两轴承之间的预紧力并将回转轴29进行轴向的固定。两轴承安放在轴承座32中，轴承座通过螺钉固定在箱体上端面4上。在推力调心轴承31上方安装有上轴承盖30，在圆锥滚子轴承33下方安装有下轴承盖36用于防止尘土或海水进入回转轴系。在一级横梁8和二级横梁10之间安装有伸缩液压缸9，且伸缩液压缸9和两横梁平行，两端分别和一级横梁8和二级横梁10通过绞接连接。在一级横梁8内部的四角上安装滑动导轨，二级横梁10则可以在一级横梁8内部滑动，故当伸缩液压缸9在液压站的带动下伸缩运动时可带动二级横梁10在一级横梁8的伸缩运动。在一级横梁8和回转直梁7之间以设定角度安装俯仰液压缸6，且一级横梁8和回转直梁7通过固定销轴16实现连接，故一级横梁8和回转直梁7之间可以相互转动，当俯仰液压缸6做伸缩运动时便带动一级横梁8的俯仰运动，并使得牵引臂实现了俯仰运动。水下机器人头部牵引绳穿过牵引绳导引环23后和液压绞车22上的牵引绳缆11联结，然后将绳缆放在由前端滑轮13、中间滑轮14和后端滑轮15所组成的滑轮组上，由滑轮组进行绳缆收放过程的导向。液压绞车22上的牵引绳缆11 一端和液压绞车22绞盘相固连，另一端和水下机器人头部的牵引绳联结，当液压绞车22绞盘在液压马达的带动下以设定方向旋转则绳缆缠绕在绞盘上，以缩短水下机器人和牵引臂之间的距离；反之，当绞车以相反方向旋转则放松绳缆，使水下机器人和牵引臂之间的距离增加；通过控制液压绞车22的旋转方向来控制牵弓I绳缆的收放，从而控制水下机器人和牵弓I臂之间的距离。在箱体上端面4上安装齿轮箱罩5，将主动齿轮18和被动回转齿轮17整体罩住，减少尘土及水雾等对齿轮的影响，也提高了系统运行的安全性。牵引装置头部安装了缓冲机构2，当水下机器人在牵引过程中遇到波浪的干扰而在水下机器人上产生向后的波浪力，而在牵引绳上产生向后下方的瞬时牵引力，这个牵引力会使缓冲弹簧25向后下方变形，从而减小牵引绳11上所承受的由于波浪造成的冲击力。当航行器穿过波浪后，波浪力减小，缓冲弹簧25恢复原形。回收母船可通过本发明牵引水下机器人，使其在水面上与母船同向同速航行，然后在此状态下进行回收作业。这样就可以有效地克服风浪对水下机器人回收的影响，降低水下机器人和起吊装置对接的难度，减小回收作业过程的风险。
权利要求
1.一种水下机器人回收用牵引装置，其特征在于:包括液压绞车(22)、箱体(3)、回转直梁(7)、回转机构、俯仰液压缸(6)、伸缩液压缸(9)及具有回转、俯仰、伸缩三个自由度的牵引臂，其中箱体(3)安装在母船上，所述液压绞车(22)位于箱体(3)内，与水下机器人连接的牵引绳缆(11)经过牵引臂与所述液压绞车(22)相连；所述回转直梁(7)的一端与安装在箱体(3)上的回转机构连接，另一端与所述牵引臂铰接，所述伸缩液压缸(9)安装在牵引臂上、驱动牵引臂伸缩，所述俯仰液压缸(6)安装在回转直梁(7)上，俯仰液压缸(6)的输出端与牵引臂铰接；在箱体(3)内设有为液压绞车(22)、回转机构、俯仰液压缸(6)及伸缩液压缸(9)提供动力的液压站(21)。
2.按权利要求1所述的水下机器人回收用牵引装置，其特征在于:所述牵引臂的一端与回转直梁的另一端铰接，牵引臂的另一端设有缓冲机构(2);所述牵引绳缆(11)穿过该缓冲机构(2)、经过牵引臂上的滑轮组与所述液压绞车(22)上的绳索固接。
3.按权利要求2所述的水下机器人回收用牵引装置，其特征在于:所述缓冲机构(2)包括牵引绳导引环(23)、导引环固定架(24)、缓冲弹簧(25)及连接件(26)，其中牵引绳导引环(23)安装在导引环固定架(24)上，所述导引环固定架(24)安装在缓冲弹簧(25)的一端，所述缓冲弹簧(25)的另一端通过连接件(26)与牵引臂连接。
4.按权利要求1、2或3所述的水下机器人回收用牵引装置，其特征在于:所述牵引臂包括一级横梁(8)及相对滑动地插在该一级横梁(8)内的二级横梁(10)，所述伸缩液压缸(9)的一端铰接在一级横梁(8)上，另一端铰接在二级横梁(10)上，所述俯仰液压缸(6)的一端安装在回转直梁(7)上，另一端与所述一级横梁(8)铰接，所述一、二级横梁(8、10)在俯仰液压缸￠)的驱动下实现俯仰自由度。
5.按权利要求4所述的水下机器人回收用牵引装置，其特征在于:所述一级横梁(8)内部的四角上均安装有滑动导轨，二级横梁(10)沿所述滑动导轨相对一级横梁(8)在伸缩液压缸(9)的驱动下往复滑动，实现伸缩自由度。
6.按权利要求4所述的水下机器人回收用牵引装置，其特征在于:所述一级横梁(8)的两端上方分别设有中间滑轮(14)及后端滑轮(15)，二级横梁(10)位于一级横梁(8)外的一端上方设有前端滑轮(13)，所述牵引绳缆(11)依次经过前端滑轮(13)、中间滑轮(14)及后端滑轮(15);所述伸缩液压缸(9)、一级横梁(8)及二级横梁(10)相互平行。
7.按权利要求1或2所述的水下机器人回收用牵引装置，其特征在于:所述回转机构包括回转液压马达(19)、回转轴组件(20)、主动齿轮(18)及被动回转齿轮(17)，其中回转液压马达(19)安装在所述箱体(3)内、由所述液压站(21)提供动力，该回转液压马达(19)的输出端连接有主动齿轮(18)，所述被动回转齿轮(17)通过回转轴组件(20)安装在箱体(3)上、与所述主动齿轮(18)啮合传动，所述回转直梁(7)的一端与回转轴组件(20)相连，通过回转液压马达(19)的驱动实现所述牵引臂的回转自由度。
8.按权利要求7所述的水下机器人回收用牵引装置，其特征在于:所述回转轴组件(20)包括直梁转接件( 28)，回转轴(29)、上轴承盖(30)、轴承、轴承座(32)及下轴承盖(36)，其中轴承座(32)安装在箱体上表面(4)上，所述回转轴(29)的一端通过轴承安装在轴承座(32)内，另一端通过直梁转接件(28)与所述回转直梁(7)的一端相连接，所述被动回转齿轮(17)安装在回转轴(29)上；所述轴承座(32)的上下两端分别设有上轴承盖(30)及下轴承盖(36)。
9.按权利要求8所述的水下机器人回收用牵引装置，其特征在于:所述回转轴(29)的一端分别安装有推力调心轴承(31)及圆锥滚子轴承(33)，回转轴(29) —端端部安装有轴承预紧拉盖(34)，该轴承预紧拉盖(34)与所述圆锥滚子轴承(33)内圈之间通过拉紧螺钉(35)拉紧。
10.按权利要求7所述的水下机器人回收用牵引装置，其特征在于:所述箱体(3)上安装有齿轮箱罩(5)，所述·主动齿轮(18)及被动回转齿轮(17)均位于该齿轮箱罩(5)内。
全文摘要
本发明属于水下机器人回收领域，具体地说是一种水下机器人回收用牵引装置，包括液压绞车、箱体、回转直梁、回转机构、俯仰液压缸、伸缩液压缸及具有回转、俯仰、伸缩三个自由度的牵引臂，其中箱体安装在母船上，液压绞车位于箱体内，与水下机器人连接的牵引绳缆经过牵引臂与液压绞车相连；回转直梁的一端与安装在箱体上的回转机构连接，另一端与牵引臂铰接，伸缩液压缸安装在牵引臂上、驱动牵引臂伸缩，俯仰液压缸安装在回转直梁上，俯仰液压缸的输出端与牵引臂铰接；在箱体内设有为液压绞车、回转机构、俯仰液压缸及伸缩液压缸提供动力的液压站。本发明具有结构简单可靠、功能齐全、易于操作等优点。
文档编号B63C7/16GK103183111SQ20111044584
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者武建国, 郑荣, 徐会希, 林扬, 王雷 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所