专利名称：一种水下自动机电连接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于水下的机械对接及大电流插接装置，特别是一种自动实现水下机械及电气对接与分离的装置，属于海洋工程中的水下工程机械领域。
背景技术：
近年来，水下工程领域发展迅速，水下机电设备安装检修、海底观测网建设维护等工程方面的发展对水下的机械、电气连接与分离都提出了很高的要求，尤其是特种水下机器人的发展迫切需要能够在水下实现机械和电气的自动连接的装置。
目前绝大部分水下机电设备的机械及电气连接都只能是在干式环境下人工实现， 因此环境适应很差，而且缺乏灵活性。而对于一些特种水下机器人，例如水下模块化自重构机器人，则必须利用水下机械及电气自动对接分离技术来实现其预定功能。近年来随着海洋开发的逐步深化，我国海底观测网的建设也日益加快。在海底观测网的组建过程中需要在每个观测点进行机械及电气连接，目前国际上通常利用水下机器人的机械手夹持水下湿插拔插接件进行观测点的电缆连接，但是水下湿插拔接插件一般都需要几十公斤的插拔力，而且作业时还要有足够精确的外部定位条件，这种作业方式对水下机器人的要求非常高，而且速度慢，效率低。因此研发一种水下机械及电气自动对接分离装置显得非常必要。
经对现有技术的检索发现，公开号CN 1585205A、名称为《水下自动机电连接装置》的中华人民共和国专利，该专利涉及到一种自动的水下机械及电气对接装置，其机械对接卡爪在主连接面径向布置，不仅机械导引范围小，而且机械对接紧固力小，所以连接不可靠；其电气连接采用的是端面平面密封，密封效果较差，不适合在深水中使用；而且由于其导通触点是端面接触式，触电和插头之间容易产生空隙，不适合大电流的传输。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在水下机器人上搭载的模块化多功能智能水下取样器，其能够使操作人员在水面的母船上通过操作台或者根据自身设定的程序方便地实现水下多种形式的采样，并对采样过程进行实时监控，从而在大大提高采样效率的同时，减小了对工作母船的依赖性，为高质量地完成水下采样工作奠定了良好的 ■石出。
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的水下自动机械及电气对接分离装置，其可以在水下可靠地完成机械及电气连接，并且机械连接强度好，电气连接导电能力强，能大功率输电，电气绝缘性好，使用水深也较大。为水下特种机器人的研制及海底观测网的组建等工程应用奠定良好的基础。
为实现以上目的，本发明通过如下技术方案解决其技术问题
一种水下自动机电连接装置，包括主动对接件和被动对接件，其特征在于所述主动对接件包括卡爪丝杆、卡爪机构、卡爪驱动机构、密封端盖、主动对接体、n+4芯水密接插件、η芯贯穿件、触点座、触点机构、触点驱动机构和定位锥；所述密封端盖固定于壳状主动对接体的后端，形成密封的空间，所述卡爪机构周向均布地固定在主动对接体的侧壁上且与卡爪丝杆连接，所述触点座和固定在其上的触点机构设置于主动对接体的前壁之外，所述n+4芯水密接插件固定于密封端盖上，并且通过置于主动对接体内部空间的η芯贯穿件与触点机构连接，所述卡爪驱动机构和触点驱动机构设置于主动对接体内部的空间中，该卡爪驱动机构连接卡爪丝杆且驱动卡爪机构实现主动对接件与被动对接件的对接与分离， 该触点驱动机构连接触点座且驱动触点座和触点机构前后移动，所述定位锥固定于主动对接体的前壁上；所述被动对接件包括插头、插杆、带有空腔的被动对接体、插头座和η芯水密接插件，所述插头座固定于被动对接体的前端，所述插杆贯穿该插头座，所述插头连接于插杆的前端，所述η芯水密接插件固定于被动对接体的后端且与插杆电连接。本发明所述的水下自动机电连接装置，其触点机构包括弹簧和触点头，该触点头与η芯贯穿件和n+4芯水密接插件电连接，该弹簧内置于所述触点机构中且与该触点头压紧接触；所述卡爪驱动机构包括卡爪链轮和卡爪电机，该卡爪电机通过链条连接卡爪链轮， 该卡爪链轮固定于所述卡爪丝杆的一端；所述卡爪机构包括带有销子的卡爪、带有导向槽的固定的卡爪侧板和旋接于卡爪丝杆上的卡爪螺母，该卡爪螺母连接于卡爪的一端，该卡爪的销子在卡爪侧板的导向槽中滑动；所述触点驱动机构包括触点电机座板、触点电机和触点座丝杆，所述触点座丝杆连接于所述触点座上，所述触点电机通过触点电机座板固定于所述主动对接体的内壁上，该触点电机连接触点座丝杆且推动触点座前后移动；所述η 芯插头座与η芯水密接插件之间的被动对接体空腔内填满硫化胶；在所述卡爪丝杆、密封端盖、n+4芯水密接插件、触点座、触点机构和触点驱动机构分别与主动对接体的连接处以及在所述插头座和η芯水密接插件分别与被动对接体的连接处均设置有密封圈；在所述密封端盖与主动对接体形成的密封空间内部填充有油；所述定位锥的数量为3个，其平均分布在主动对接体的对接面上，所述被动对接体的对接面上设有3个位置与该定位锥相对应的定位孔且与之相套合。本发明相比现有技术具有以下优点本发明的机械卡爪机构在主动对接体外侧周向布置，机械导引范围大，而且机械对接紧固力大，所以连接比较可靠；通过主动对接体上的三个定位锥与被动定位体上的定位孔相套合实现触点与插头之间的精确定位，定位效果好；装置的各构件连接处采用密封圈，密封效果较好，使本发明适合在深水中使用；导通触点头与插头之间通过触点驱动机构和内置弹簧实现挤压接触，触点头与插头之间没有空隙，电气连接导电能力强，电气绝缘性好，能大功率输电。
图1是本发明的总体结构示意图。图2是本发明主动对接件对接面的视图。图3是本发明被动对接件对接面的视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提下给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例。
如图1、图2和图3所示，本实施例所述水下自动机电连接装置包括主动对接件和被动对接件。所述主动对接件包括卡爪丝杆1、卡爪机构9、卡爪驱动机构、密封端盖3、主动对接体10、n+4芯水密接插件6、η芯贯穿件7、触点座12、触点机构13、触点驱动机构和定位锥14 ；；所述被动对接件包括插头15、插杆16、带有空腔的被动对接体17、插头座18和 η芯水密接插件19 ；其中除了两个驱动电机5和8以及触点电机座板4外，装置的其他部分基本呈中心对称布置。
在所述主动对接件中，所述密封端盖3固定于壳状主动对接体10的后端，从而形成密封的空间。所述卡爪机构9数量设有若干(本实施例中为四个)，其周向均布地固定在主动对接体10的侧壁上，并且分别与一卡爪丝杆1连接；该卡爪机构9包括带有销子的卡爪、带有导向槽的固定的卡爪侧板和旋接于卡爪丝杆1上的卡爪螺母，该卡爪螺母连接于卡爪的一端，该卡爪的销子在卡爪侧板的导向槽中滑动。所述卡爪驱动机构设置于壳状主动对接体10内部的密封空间中，其包括卡爪链轮2和卡爪电机8 ；该卡爪电机8通过链条连接卡爪链轮2，该卡爪链轮2固定连接于所述卡爪丝杆1的一端。该卡爪驱动机构的卡爪电机8通过卡爪链轮2、链条和卡爪丝杆1传动，使卡爪螺母将卡爪丝杆1的旋转转换为直线运动，再通过卡爪上的销子在卡爪侧板上的导向槽内滑动，使得卡爪按照设定的路径收紧与张开，从而实现主动对接件与被动对接件的对接与分离。所述触点座12和触点机构13 设置于主动对接体10的前壁之外，该触点机构13固定在触点座12上。所述触点机构13 包括弹簧、插座触点、插座头和触点头，该触点头经过内部线路与η芯贯穿件7和n+4芯水密接插件6进行电连接，该弹簧内置于所述触点机构13中，并且与该触点头压紧接触。所述n+4芯水密接插件6固定于密封端盖3上，并且通过置于主动对接体10内部密封空间的 η芯贯穿件7与触点机构13进行电连接。所述触点驱动机构设置于主动对接体10内部的密封空间中，该触点驱动机构连接触点座12且驱动触点座12和触点机构13前后移动；所述触点驱动机构包括触点电机座板4、触点电机5和触点座丝杆11，所述触点座丝杆11连接于所述触点座12上，所述触点电机5通过触点电机座板4固定于所述主动对接体10的内壁上，该触点电机5连接触点座丝杆11且推动触点座12和触点机构13前后移动。所述定位锥14的数量为3个，其固定于主动对接体10的前壁上，并且平均分布在主动对接体10 的对接面上。为了在水深较大时抵抗水压，在所述密封端盖3与主动对接体10形成的密封空间内部还可以填充有油。
在所述被动对接件中，所述插头座18固定于被动对接体17的前端，所述插杆16 贯穿该插头座18，所述插头15连接于插杆16的前端，所述η芯水密接插件19固定于被动对接体17的后端且与插杆16电连接。所述插头座18与η芯水密接插件19之间的被动对接体17的空腔内填满硫化胶，以保证绝缘和密封。所述被动对接体17的对接面上设有3 个位置与主动对接体10上定位锥14相对应的定位孔，该定位孔与定位锥14相套合，以此实现对接面上的周向定位，进而实现触点头与插头间的精确定位。
为了使本发明所述水下自动机电连接装置能够在深水中使用，提高装置的可靠性，所有与水接触的零件在相互连接接的地方都设置了 0型密封圈，S卩，在所述卡爪丝杆1、 密封端盖3、n+4芯水密接插件6、触点座12、触点机构13和触点驱动机构分别与主动对接体10的连接处，以及在所述插头座18和η芯水密接插件19分别与被动对接体17的连接处，均设置有0型密封圈，密封效果好，可以在深水中使用。
本发明所述的水下自动机电连接装置工作时，首先使各零件处于预对接的状态， 即四个卡爪张开，触点座12收回到底端主动对接体10对接面的底部；其次使两个对接面靠近到合适的位置，通过n+4芯水密接插件6给卡爪电机8供电，使之正向旋转，通过链轮-链条进行传动，带动四个卡爪同步收紧，保证主动对接体10与被动对接体17能够进行安全有效的对接，同时使主动对接体10上的三个定位锥14与被动对接体17上的定位孔相套合，实现周向定位。两个对接面紧贴后，通过n+4芯水密接插件6给触点电机5供电，使之旋转，通过触点座丝杆11进行传动，带动触点座12与触点机构13在轴向做小范围的直线运动向对接面靠近，直到触点座12与插头座18在对接面上贴合，保证触点头与插头之间没有空隙。与此同时，触点机构13的内置弹簧使得对接时触点头与插头之间形成挤压接触，中间没有空隙，提高了传输效率，从而实现大电流传输。触点头与插头之间接触后，电流依次通过n+4芯水密接插件6、舱内线路、η芯贯穿件7、触点机构13、插头15、η芯水密接插件19，从主动对接体10 —侧的电缆传输到被动对接体17 —侧的电缆。最后进行对两端的电缆进行电力传输测试，确保对接正确。当需要分离的时候，通过n+4芯水密接插件6给卡爪电机8供电，使其反向旋转，带动卡爪张开，在弹簧恢复力的作用下两个对接面开始分离，之后通过其他手段将主动对接件和被动对接件完全分开。本发明所述的水下自动机电连接装置自身没有推进器，仅靠自己不能在水下运动。应用在水下模块化自重构机器人上时，需要将该装置整合、固定在装有水下推进器的机体上，应用在水下电缆连接湿插拔连接时，需要由无人有缆水下机器人(ROV)携带并通过操纵ROV完成两个对接面的靠近与对接的任务。
权利要求
1.一种水下自动机电连接装置，包括主动对接件和被动对接件，其特征在于所述主动对接件包括卡爪丝杆(1)、卡爪机构(9)、卡爪驱动机构、密封端盖C3)、主动对接体(10)、 n+4芯水密接插件(6)、η芯贯穿件(7)、触点座(12)、触点机构(13)、触点驱动机构和定位锥(14)；所述密封端盖(3)固定于壳状主动对接体(10)的后端，形成密封的空间，所述卡爪机构(9)周向均布地固定在主动对接体(10)的侧壁上且与卡爪丝杆(1)连接，所述触点座(12)和固定在其上的触点机构(13)设置于主动对接体(10)的前壁之外，所述n+4芯水密接插件(6)固定于密封端盖(3)上，并且通过置于主动对接体(10)内部空间的η芯贯穿件(7)与触点机构(13)连接，所述卡爪驱动机构和触点驱动机构设置于主动对接体(10) 内部的空间中，该卡爪驱动机构连接卡爪丝杆(1)且驱动卡爪机构(9)实现主动对接件与被动对接件的对接与分离，该触点驱动机构连接触点座(1 且驱动触点座(1 和触点机构(1 前后移动，所述定位锥(14)固定于主动对接体(10)的前壁上；所述被动对接件包括插头(15)、插杆(16)、带有空腔的被动对接体(17)、插头座(18)和η芯水密接插件(19)， 所述插头座(18)固定于被动对接体(17)的前端，所述插杆(16)贯穿该插头座(18)，所述插头(15)连接于插杆(16)的前端，所述η芯水密接插件(19)固定于被动对接体(17)的后端且与插杆(16)电连接。
2.根据权利要求1所述的水下自动机电连接装置，其特征在于所述触点机构(13)包括弹簧和触点头，该触点头与η芯贯穿件(11)和n+4芯水密接插件(6)电连接，该弹簧内置于所述触点机构(13)中且与该触点头压紧接触。
3.根据权利要求1或2所述的水下自动机电连接装置，其特征在于所述卡爪驱动机构包括卡爪链轮( 和卡爪电机(8)，该卡爪电机(8)通过链条连接卡爪链轮0)，该卡爪链轮( 固定于所述卡爪丝杆(1)的一端；所述卡爪机构(9)包括带有销子的卡爪、带有导向槽的固定的卡爪侧板和旋接于卡爪丝杆(1)上的卡爪螺母，该卡爪螺母连接于卡爪的一端，该卡爪的销子在卡爪侧板的导向槽中滑动。
4.根据权利要求1或2所述的水下自动机电连接装置，其特征在于所述触点驱动机构包括触点电机座板G)、触点电机( 和触点座丝杆(11)，所述触点座丝杆(11)连接于所述触点座(12)上，所述触点电机(5)通过触点电机座板⑷固定于所述主动对接体(10) 的内壁上，该触点电机( 连接触点座丝杆(11)且推动触点座(1 前后移动。
5.根据权利要求1或2所述的水下自动机电连接装置，其特征在于所述η芯插头座 (18)与η芯水密接插件(19)之间的被动对接体(17)空腔内填满硫化胶。
6.根据权利要求1或2所述的水下自动机电连接装置，其特征在于在所述卡爪丝杆 (1)、密封端盖(3)、n+4芯水密接插件(6)、触点座(12)、触点机构(13)和触点驱动机构分别与主动对接体(10)的连接处以及在所述插头座(18)和η芯水密接插件(19)分别与被动对接体(17)的连接处均设置有密封圈。
7.根据权利要求1或2所述的水下自动机电连接装置，其特征在于在所述密封端盖 (3)与主动对接体(10)形成的密封空间内部填充有油。
8.根据权利要求1或2所述的水下自动机电连接装置，其特征在于所述定位锥(14) 的数量为3个，其平均分布在主动对接体(10)的对接面上，所述被动对接体(17)的对接面上设有3个位置与该定位锥(14)相对应的定位孔且与之相套合。
全文摘要
一种水下自动机电连接装置，包括主动对接件和被动对接件；主动对接件包括卡爪丝杆、卡爪机构、卡爪驱动机构、密封端盖、主动对接体、n+4芯水密接插件、n芯贯穿件、触点座、触点机构、触点驱动机构和定位锥，该卡爪机构周向均布地固定在主动对接体的侧壁上，该卡爪驱动机构连接卡爪丝杆且驱动卡爪机构实现主动对接件与被动对接件的可靠对接与分离，该触点驱动机构驱动触点座和触点机构移动，并配合触点机构内的弹簧，使触点与插头之间形成挤压接触，实现大电流传输；被动对接件包括插头、插杆、带有空腔的被动对接体、插头座和n芯水密接插件；与水接触的零件在相互连接处都设置了密封圈。本发明密封效果好、机械连接强度高、接导电能力强、能大功率输电，适合在深水中使用。
文档编号H01R13/639GK102522658SQ20111032750
公开日2012年6月27日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者刘建民, 吴小辉, 吴超, 庄广胶, 葛彤 申请人:上海交通大学