专利名称：无滑环自动偏转式脐带电缆收放装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及有缆遥控水下机器人脐带电缆收放技术，具体地说是一种特别适用于中型水下机器人的无滑环自动偏转式脐带电缆收放装置。
背景技术：
有缆遥控水下机器人是援潜救生、海难抢险和石油开发的高科技术设备，由于采用有缆的方式使得能源馈送和信息传输非常方便，为保证水下机器人在水下能够高效、准确、安全地作业，消除支持母船运动对水下机器人的扰动，在水下作业期间，要求随时随地、极其频繁地收放脐带电缆，然而，对于脐带电缆的收放目前普遍采用的是必须装有导电滑环或光电滑环的电或液动电缆绞车的收放技术。由于导电滑环，尤其是光电滑环均属多故障部件，又是如同咽喉的关重件，它的可靠与否直接影响水下机器人的可靠性。所以人们一直在寻求无导电滑环或光电滑环收放脐带电缆的方法和装置以提高有缆遥控水下机器人的可靠性。
实用新型内容为了解决中型水下机器人脐带电缆收放装置的无滑环(没有导电滑环或光电滑环)结构和技术问题，针对收放浮球式脐带电缆的特点，本实用新型的目的是提供一种无滑环自动偏转式收放装置，使得中型水下机器人脐带电缆收放装置工作高效准确、安全可靠。
本实用新型技术方案是主要由内固定框架、外固定框架、驱动电机、减速机、电缆驱动轮、内导向盖、支座、中心偏转盖、外导向盖、从动轮、导向杆、滑动支座、弹簧、导轨、托板、伸缩支架组成，具体为所述驱动电机和减速机共同安装在内固定框架上，驱动电机的输出轴和减速机的输入轴之间通过联轴器联结；所述电缆驱动轮的驱动轴两端由二块支座支撑，轴与支座孔的配合采用动配合，二支座紧固在内固定框架上部的水平导轨上；电缆驱动轮的驱动轴与减速机输出轴联结；
所述从动轮的支撑轴两端由二块滑动支座支撑，轴与滑动支座孔的配合采用动配合，二滑动支座“松固”在内固定框架上部的水平导轨上；所述电缆驱动轮与脐带电缆间摩擦接触，脐带电缆靠与从动轮间亦为摩擦接触；所述二个弹簧分别套在二根导向杆上，弹簧的一端靠在滑动支座的左侧，弹簧的另一端由导向杆自由端的螺母锁紧，导向杆的另一端穿过滑动支座的孔后固定在内固定框架上；所述导向盖、中心偏转盖、外导向盖，均是以装置中心线为公用轴线的回转体，其中内导向盖为圆环面形，安装在内固定框架上部；外导向盖为椭球面形，位于外固定框架的上方，是外固定框架的一部分；中心偏转盖为倒置喇叭形，联结在外导向盖下部；三者同轴线，并与装置中心线重合；所述内固定框架和外固定框架分别为单体结构，外固定框架固定在内固定框架的底板上而形成一体，内固定框架、外固定框架、内导向盖和托板之间形成容置脐带电缆的环形空间；伸缩支架的顶部与托板联结，伸缩支架的底部与内固定框架的底板联结；所述从动轮的支撑轴的二滑动支座“松固”在内固定框架上部的水平导轨上是指滑动支座与水平导轨保留间隙，以保证滑动支座在导轨上滑动；所述电缆驱动轮的轮缘上设有软齿，其轮缘软齿的齿距与脐带电缆外套的两相邻浮力球的距离相等；从动轮的轮缘为光滑表面；所述电缆驱动轮和从动轮的轮缘均为聚氨脂橡胶材料；所述脐带电缆由电缆和外套浮力球组成，在水下呈中性；整体为悬吊结构。
本实用新型具有如下优点由于本实用新型采用自动偏转式工作原理和无滑环的结构形式，其结构较现有技术中电或液动电缆绞车式收放装置大大简化。实验证明，无滑环自动偏转式中型水下机器人脐带电缆收放装置可靠性高、使用寿命长，使得水下机器人的可靠性指标大幅度提高，其连续无故障时间超过480小时(MTBF)。就收放装置本身而言，它的使用寿命可超过水下机器人15年的服役期，而且维护非常方便，这项技术是水下机器人技术中一项重大突破。
图1为本实用新型无滑环自动偏转式中型水下机器人脐带电缆收放装置简图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详述本实用新型。
如图1所示，本装置的结构采用悬吊方式，主要由内固定框架1、外固定框架2、驱动电机3、减速机4、电缆驱动轮5、内导向盖6、支座7、中心偏转盖8、外导向盖9、从动轮10、导向杆11、滑动支座12、弹簧13、导轨14、托板15和伸缩支架16等组成，其中驱动电机3和减速机4共同安装在内固定框架1上，驱动电机3的输出轴和减速机4的输入轴之间通过联轴器联结。
电缆驱动轮5的驱动轴两端由二块支座7支撑，为实现电缆驱动轮5自由回转，轴与支座7孔的配合采用动配合，二支座7紧固在内固定框架1上部的水平导轨上；电缆驱动轮5的驱动轴与减速机4输出轴之间通过联轴器联结。从动轮10的支撑轴两端由二块滑动支座12支撑为实现从动轮10自由回转，轴与滑动支座12孔的配合采用动配合，二滑动支座12用螺钉“松固”在内固定框架1上部的水平导轨上，所谓“松固”是滑动支座12与导轨14间保留间隙，以保证在调整从动轮10与电缆驱动轮5间的夹紧力、由于脐带电缆18直径变化等因素需弹簧13补偿夹紧力和超载保护时滑动支座12在导轨14上滑动。
所述电缆驱动轮5与脐带电缆18间摩擦接触，脐带电缆18靠与从动轮10间亦为摩擦接触。
为实现弹簧13的力补偿和超载保护功能，二个弹簧13分别套在二根导向杆11上，弹簧13的一端靠在滑动支座12的左侧(就附图而言)，弹簧13的另一端由导向杆11自由端(左端)的螺母锁紧约束，导向杆11的右端穿过支座12的孔后固定在内固定框架1的竖板上，调整导向杆11左端螺母的锁紧位置即可调整从动轮10与电缆驱动轮5间的夹紧力，当脐带电缆18直径变大和超载时(超载时电缆驱动轮5和脐带电缆18间打滑)滑动支座12和从动轮10向左移动同时弹簧13被压缩。
电缆驱动轮5和从动轮10的轮缘均为聚氨脂橡胶材料，其中电缆驱动轮5的轮缘上设有软齿，其轮缘软齿的齿距与脐带电缆18外套的两相邻浮力球的距离相等，之所以采用软齿，其目的在于收放缆时电缆驱动轮5的软齿与脐带电缆18浮球作啮合运动，进而提高驱动脐带电缆18的能力，又在超载打滑时起到保护脐带电缆18的作用。从动轮10的轮缘为光滑表面。
导向盖6、中心偏转盖8、外导向盖9，均是以装置中心线为公用轴线的回转体，其中内导向盖6为圆环面形，用螺钉安装在内固定框架1上部；外导向盖9为椭球面形，位于外固定框架2的上方，是外固定框架2的一部分；中心偏转盖8为倒置喇叭形，用螺钉联接在外导向盖9下部。装配时要求保证三者同轴线，并与装置中心线重合；所述导向盖6和中心偏转盖8由高强度玻璃钢模压成形。
所述内固定框架1和外固定框架2均分别为焊接结构，外固定框架2用螺钉固定在内固定框架1的底板上而形成一体，内固定框架1、外固定框架2、内导向盖6和托板15之间形成容置脐带电缆18的环形空间；伸缩支架16的顶部与托板15用螺钉联结，伸缩支架16的底部与内固定框架1的底板同样用螺钉联结。
为满足收放不同长度脐带电缆18的要求，装置的脐带电缆18容置空间须进行调整。调整四个伸缩支架的高度，即可抬起或降低托板15的高度，从而改变脐带电缆18容置空间的大小。增加脐带电缆18的长度，将托板15降低，缩短脐带电缆18的长度，将托板15抬高。
装置的传动简练，驱动电机3经联轴节驱动减速机4，减速机4经另一联轴节驱动电缆驱动轮5，电缆驱动轮5靠与脐带电缆18间的摩擦力驱动脐带电缆18运动，脐带电缆18靠与从动轮10间的摩擦力驱动从动轮10。由于从动轮10的阻力小，与脐带电缆18之间基本不打滑，因此电缆的长度计数装置常安装在从动轮10上，在此不做详细介绍。
装置的工作原理说明脐带电缆18回收作业时，要求同时有两个运动并有机配合，一是由电缆驱动轮5和从动轮10驱动的脐带电缆18收进运动，二是通过由内导向盖6、中心偏转盖8和外导向盖9使得脐带电缆18发生的自动偏转运动。对于电缆驱动轮5和从动轮10的收进脐带电缆18的原理不难理解，而重点在于为什么在内导向盖6、中心偏转盖8和外导向盖9均为固定零件的情况下脐带电缆18自动发生偏转。当脐带电缆18收进时，驱动电机3通过减速机4驱动电缆驱动轮5回转，由于从动轮10在弹簧13的作用下以适当的正压力使得电缆驱动轮5有足够的摩擦力驱动脐带电缆18向上运动，电缆驱动轮5的轮缘软齿的齿距恰好与脐带电缆18外套的两相邻浮力球的距离相等，由于轮缘软齿的存在，在同样驱动效果的条件下，使得正压力明显下降，大大减小了对脐带电缆18磨损，又由于轮缘软齿的全齿高只有3毫米，如遇超载即可打滑，与弹簧13的可压缩、滑动支座12可在导轨14上滑动功能一道起到保护脐带电缆18的作用。在回收过程中脐带电缆18自动偏转应具备如下条件，脐带电缆18通过对套在电缆上的浮力球进行适当张紧使其坚挺起来，脐带电缆18按某一方向在托板15上事先缠绕数圈。当脐带电缆18被驱动沿装置中心线向上运动时，过内导向盖6中心孔后，收入在装置上层空间的脐带电缆18同时与中心偏转盖8的近下顶点的A点、内导向盖6上方的B点和外导向盖9内的C点接触(A、B、C三点均为某一瞬时接触点)，脐带电缆18的连续向上运动，迫使其沿预先缠绕的方向连续偏转，脐带电缆18的自动偏转是在运动过程发生的，随着继续向上运动和偏转，脐带电缆18一圈又一圈地被缠绕在托板15上部的内固定框架1和外固定框架2的环形空间内。
脐带电缆18放出作业时，只需控制驱动电机3反转，由电缆驱动轮5和从动轮10驱动电缆向下运动，将脐带电缆18从托板15上部的内固定框架1和外固定框架2的环形空间内拉出。
在脐带电缆18的整个收放过程中，通过控制驱动电机3的转速即可改变脐带电缆18的线速度；通过调整弹簧13的作用力即可改变脐带电缆18的线拉力。
联锁机构17用于联锁水下机器人，在此不做过多介绍。
此项实用新型使得中型水下机器人脐带电缆18的收放实现了无滑环化，是水下机器人技术中一项重大突破。
权利要求1.一种无滑环自动偏转式脐带电缆收放装置，其特征是主要由内固定框架(1)、外固定框架(2)、驱动电机(3)、减速机(4)、电缆驱动轮(5)、内导向盖(6)、支座(7)、中心偏转盖(8)、外导向盖(9)、从动轮(10)、导向杆(11)、滑动支座(12)、弹簧(13)、导轨(14)、托板(15)、伸缩支架(16)组成，具体为所述驱动电机(3)和减速机(4)共同安装在内固定框架(1)上，驱动电机(3)的输出轴和减速机(4)的输入轴之间通过联轴器联结；所述电缆驱动轮(5)的驱动轴两端由二块支座(7)支撑，轴与支座(7)孔的配合采用动配合，二支座(7)紧固在内固定框架(1)上部的水平导轨(14)上；电缆驱动轮(5)的驱动轴与减速机(4)输出轴联结；所述从动轮(10)的支撑轴两端由二块滑动支座(12)支撑，轴与滑动支座(12)孔的配合采用动配合，二滑动支座(12)“松固”在内固定框架(1)上部的水平导轨(14)上；所述电缆驱动轮(5)与脐带电缆(18)间摩擦接触，脐带电缆(18)靠与从动轮(10)间亦为摩擦接触；所述二个弹簧(13)分别套在二根导向杆(11)上，弹簧(13)的一端靠在滑动支座(12)的左侧，弹簧(13)的另一端由导向杆(11)自由端的螺母锁紧，导向杆(11)的另一端穿过滑动支座(12)的孔后固定在内固定框架(1)上；所述导向盖(6)、中心偏转盖(8)、外导向盖(9)，均是以装置中心线为公用轴线的回转体，其中内导向盖(6)为圆环面形，安装在内固定框架(1)上部；外导向盖(9)为椭球面形，位于外固定框架(2)的上方，是外固定框架(2)的一部分；中心偏转盖(8)为倒置喇叭形，联结在外导向盖(9)下部；三者同轴线，并与装置中心线重合；所述内固定框架(1)和外固定框架(2)分别为单体结构，外固定框架(2)固定在内固定框架(1)的底板上而形成一体，内固定框架(1)、外固定框架(2)、内导向盖(6)和托板(15)之间形成容置脐带电缆(18)的环形空间；伸缩支架(16)的顶部与托板(15)联结，伸缩支架(16)的底部与内固定框架(1)的底板联结。
2.按照权利要求1所述无滑环自动偏转式脐带电缆收放装置，其特征在于所述从动轮(10)的支撑轴的二滑动支座(12)“松固”在内固定框架(1)上部的水平导轨上是指滑动支座(12)与水平导轨(14)保留间隙，以保证滑动支座(12)在导轨(14)上滑动。
3.按照权利要求1所述无滑环自动偏转式脐带电缆收放装置，其特征在于所述电缆驱动轮(5)的轮缘上设有软齿，其轮缘软齿的齿距与脐带电缆(18)外套的两相邻浮力球的距离相等。
4.按照权利要求1所述无滑环自动偏转式脐带电缆收放装置，其特征在于从动轮(10)的轮缘为光滑表面。
5.按照权利要求1所述无滑环自动偏转式脐带电缆收放装置，其特征在于所述电缆驱动轮(5)和从动轮(10)的轮缘均为聚氨脂橡胶材料。
6.按照权利要求1所述无滑环自动偏转式脐带电缆收放装置，其特征在于所述脐带电缆(18)由电缆和外套浮力球组成，在水下呈中性。
7.按照权利要求1所述无滑环自动偏转式脐带电缆收放装置，其特征在于整体为悬吊结构。
专利摘要本实用新型涉及一种适用于中型水下机器人的无滑环自动偏转式脐带电缆收放装置。它主要由内固定框架、外固定框架、驱动电机、减速机、电缆驱动轮、内导向盖、支座、中心偏转盖、外导向盖、从动轮、导向杆、滑动支座、弹簧、导轨、托板、伸缩支架组成，其中驱动电机经减速机与电缆驱动轮联结，电缆驱动轮与脐带电缆间摩擦接触，脐带电缆靠与从动轮间亦为摩擦接触；外固定框架固定在内固定框架的底板上而形成一体，内固定框架、外固定框架、内导向盖和托板之间形成容置脐带电缆的环形空间；伸缩支架的顶部与托板联结，伸缩支架的底部与内固定框架1的底板联结。本实用新型结构简单，可靠性高、使用寿命长，且维护非常方便。
文档编号B65H75/34GK2603796SQ0321205
公开日2004年2月18日 申请日期2003年3月21日 优先权日2003年3月21日
发明者康守权, 林扬, 孙斌 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所