水下充电连接机构的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供水下充电连接机构，包括导向筒、滑动筒、第一空心连杆、第二空心连杆、空心球头连接杆、充电头安装座、导向座，滑动筒安装在导向筒里，上关节轴承设置在滑动筒里，下关节轴承固定在滑动筒下端部，第一空心连杆固定在下关节轴承下方，第二空心连接杆上端连接充电头安装座，第二空心连接杆下端连接上关节轴承，空心球头连接杆的上下两端分别安装在上关节轴承和下关节轴承里，上关节轴承上连接第一-第四弹簧，第一-第四弹簧的另一端安装在滑动筒内壁上，导向座安装在被充电的水下机器人上。本发明充电接头可被动的调节自身姿态，以适应对接装置与AUV充电接口存在的角度及位置偏差，保证充电接头和充电接口连接后的精度。
【专利说明】水下充电连接机构
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及的是一种连接机构，具体地说是水下连接机构。
【背景技术】
[0002]在各类水下机器人的使用过程中，特别是自治式水下机器人(简称AUV)的使用，由于自带能源的限制，通常需要频繁打捞到岸上进行充电和数据交换。采用水下充电方式，即通过将AUV充电接口与水下对接装置充电接头连接进行能源补充，则可解决频繁的打捞工作，减少人力物力的耗费，提高水下机器人的工作效率。当AUV在水下对接装置中被锁紧后，AUV上的充电接口与对接装置上的充电接头会存在位置及角度上的偏差，此偏差很难消除，因此设计一种能适应这种偏差的充电连接机构以满足充电连接的精度要求是很有必要。
[0003]目前可以在水下完成AUV与对接装置充电模块连接的机构很少。蒙特利海湾水下研究中心(Monterey Bay Aquarium Research Institute)针对AUV与对接装置充电接头的连接设计了一种双插针导向的连接机构，充电机构由一对金属结构的导向针和充电接头构成，整个机构被安装在直线驱动机构上，导向针插入AUV上的导向孔带动充电接头与AUV充电接口的连接，通过双插针与AUV的连接可保证充电接头的连接精度，但是当AUV充电接口与对接装置充电接头存在较大位置偏差时，不能执行连接动作。专利号为“00242747.8”的专利文件介绍了 一种应用在电脑上的充电连接机构，其特点是充电座的接口可更换，可适应两种类型的接头；申请号为“200820020341.5”的移动机器人充电连接器介绍了一种通过电机带动齿轮齿条机构带动充电接头运动的机构，特点是可解决充电接头虚连接的问题，上述两种机构都没有涉及到充电接头与充电接口连接时存在位置偏差的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供能够保证充电接头和充电接口连接后的精度的水下充电连接机构。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006]本发明水下充电连接机构，其特征是:包括导向筒、滑动筒、第一空心连杆、第二空心连杆、空心球头连接杆、充电头安装座、导向座，滑动筒安装在导向筒里并与导向筒形成直线副，上关节轴承设置在滑动筒里，下关节轴承固定在滑动筒下端部，第一空心连杆固定在下关节轴承下方，第二空心连接杆上端连接充电头安装座，第二空心连接杆下端连接上关节轴承，空心球头连接杆的上下两端均为球形结构，空心球头连接杆的上下两端分别安装在上关节轴承和下关节轴承里，上关节轴承上连接第一-第四弹簧，第一-第四弹簧的另一端安装在滑动筒内壁上，导向座安装在被充电的水下机器人上，充电头安装座轮廓与导向座内壁形状相适应。
[0007]本发明还可以包括:
[0008]1、导向筒的下壁上设置通孔，第一空心连接杆下端通过通孔连接对接装置的液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆。
[0009]2、第一-第二弹簧与滑动筒内壁下部连接，第一-第二弹簧相对上关节轴承对称布置成正八字形，第三-第四弹簧与滑动筒内壁下部连接，第三-第四弹簧相对下关节轴承对称布置成倒八字形。
[0010]3、所述的充电头安装座轮廓为外锥形，导向座的内壁为内锥形。
[0011]本发明的优势在于:
[0012]1、双头杆接关节轴承机构具有六个自由度，能适应比较大的位置及角度偏差；
[0013]2、八字型弹簧布置方式节省了空间，实现了双头杆接关节轴承机构的自正功能，正反布置的八字形结构使双头杆接关节轴承在初始位置时受力平衡；
[0014]3、连杆采用空心管结构，能够内部布线，合理利用了空间，提高了安全可靠性能；
[0015]4、锥形导向机构能实现导向和高精度的连接要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图；
[0017]图2为弹簧布置方式主视局部放大图；
[0018]图3为弹簧布置方式左视局部放大图；
[0019]图4为弹簧布置方式俯视局部放大图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
[0021]结合图1?4，导向筒I和滑动筒4组成了直线副机构，导向筒I上部边缘设计安装孔与对接装置框架连接，滑动筒4下端通过螺栓与下关节轴承3联接，滑动筒4可沿着导向筒I的内壁做直线往复运动；第一空心连接杆2、下关节轴承3、空心球头连接杆6、上关节轴承7和弹簧5组成自正式空心双头杆接关节轴承机构，第一空心连接杆2 —端与对接装置上液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆连接，另一端与下关节轴承3通过螺栓联接，空心球头连接杆6连接下关节轴承3和上关节轴承7，上关节轴承7均布接出四根弹簧5，弹簧的另一端与滑动筒4连接，弹簧的布置形式如图2、图3和图4所示；第二空心连接杆8、外锥形充电头安装座9和内锥形导向座10组成锥形充电导向机构，第二空心连接杆8一端通过螺栓与上关节轴承7联接，另一端通过螺栓与外锥形充电头安装座9联接，内锥形导向座10安装在AUV上。
[0022]连接时，液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆向上运动，推动第一空心连接杆2，及其上连接的其它机构向上运动，外锥形充电接头安装座9向内锥形导向座10运动并最终与内锥形导向座10紧密贴合，实现外锥形充电安装座9内的充电模块与AUV上充电接口的连接；空心球头连接杆6下端会在下关节轴承3中转动，上关节轴承7会绕空心球头杆6上端转动，因此，通过第二空心连接杆8连接在上关节轴承7上的外锥形充电接头安装座9位置可摆动，也可绕空心球头杆6上端转动，当外锥形充电接头安装座9与内锥形导向座10的轴线存在角度及位置偏差时，外锥形充电接头安装座9会受到内锥形导向座10的限制，位置和角度偏差会被校正，最终与内锥形导向座紧密贴合；此后液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆停止运动。[0023]本发明的目的在于提供一种柔性的锥形水下充电连接机构，充电接头可被动的调节自身姿态，以适应对接装置与AUV充电接口存在的角度及位置偏差，保证充电接头和充电接口连接后的精度。
[0024]本发明的目的是这样实现的:
[0025]它包括内外筒式直线副机构、自正式空心双头杆接关节轴承机构，锥形充电导向机构；所述内外筒式直线副机构由外部导向筒及内部滑动筒组成，外部导向筒安装在对接装置机架上，内部滑动筒可沿外部导向筒内壁做直线往复运动；所述自正式空心双头杆接关节轴承机构由第一空心连接杆、上下两个关节轴承及空心球头连接杆组成，第一空心连接杆一端连接在对接装置液压缸活塞杆或其它直线驱动机构的运动杆上，另一端连接下关节轴承，下关节轴承连接内外筒式直线副机构的滑动筒，空心球头连接杆将上下两个关节轴承连接，上关节轴承侧面圆周上均布接出四根拉伸弹簧，两根相对的弹簧成正八字形与滑动筒内壁下部连接，另外两根成倒八字形与滑动筒内壁上部连接；锥形充电导向机构由第二空心连接杆、外锥形充电头安装座和同锥度的内锥形导向座组成，第二空心连接杆一端连接双头杆接关节轴承机构的上关节轴承，另一端连接外锥形充电头安装座，内锥形导向座安装在AUV上。连接过程中，液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆向上运动，推动第一空心连接杆及其上连接的其它机构向上运动，外锥形充电头安装座向内锥形导向座运动并与内锥形导向座接触；液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆继续向上运动，在内锥形导向座的作用下，双头杆接关节轴承机构及其上连接的外锥形充电头安装座位置和角度被校正，最终两者紧密贴合，外锥形充电头安装座与内锥形导向座轴线重合，实现定位要求，此后液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆停止运动。
[0026]本发明的水下多方位柔性锥形充电机构，以液压缸或直线驱动机构作为充电连接机构运动的动力来源，通过合理布置弹簧、设计滑动筒内径和第一、二空心连接杆的长度，使拥有六个自由度的自正式空心双头杆接关节轴承机构带动外锥形充电头安装座随内锥形导向座的位置而调整，由于外锥形充电头安装座与内锥形导向座同锥度大小，因此可以保证连接完成时，两者轴线完全重合。所述一对正八子和一对倒八字的弹簧布置方式节省了空间，实现了双头杆接关节轴承机构的自正功能，还可保证双头杆接关节轴承在初始位置时受力平衡。所述连接杆及双头杆接关节轴承采用空心管结构，可内部走线，合理利用了空间，为充电模块及其连接线提供了安全保障。
[0027]本发明一种水下多方位柔性锥形充电连接机构，包括内外筒式直线副机构、自正式空心双头杆接关节轴承机构，锥形充电导向机构；内外筒式直线副机构由两个间隙配合的导向筒和滑动筒组成，外部导向筒连接机架，内部滑动筒在液压缸或其它直线驱动机构的带动下可沿导向筒做直线往复运动；所述自正式空心双头杆接关节轴承机构由上下两个杆接关节轴承组成，杆是空心管结构，上杆接关节轴承处均布接出四根弹簧两两分别成正八字和倒八字型与内筒壁相连；所述锥形充电导向机构由外锥形充电头安装座和同锥度的内锥形导向座构成。
[0028]外部导向筒上部边缘有用于与机架相连的连接孔，底部有用于通过导线和活塞杆的通孔。所述内部滑动筒外壁与外部导向筒内壁间隙配合，滑动筒内壁有用于与弹簧连接的挂耳，底部有用于与自正式空心双头杆接关节轴承机构的下杆接关节轴承相连的螺纹孔。[0029]上杆接关节轴承侧面圆周上均布接出四根拉伸弹簧，两根相对的弹簧成正八字形与滑动筒内壁下部连接，另外两根成倒八字形与滑动筒内壁上部连接。所述下杆接关节轴承与滑动筒底部通螺栓联接。
[0030]外锥形充电头安装座与内锥形导向座同锥度大小，外锥形充电头安装座通过管状连接杆与上杆接关节轴承相连，内锥形导向座安装在待连接的载体上。
【权利要求】
1.水下充电连接机构，其特征是:包括导向筒、滑动筒、第一空心连杆、第二空心连杆、空心球头连接杆、充电头安装座、导向座，滑动筒安装在导向筒里并与导向筒形成直线副，上关节轴承设置在滑动筒里，下关节轴承固定在滑动筒下端部，第一空心连杆固定在下关节轴承下方，第二空心连接杆上端连接充电头安装座，第二空心连接杆下端连接上关节轴承，空心球头连接杆的上下两端均为球形结构，空心球头连接杆的上下两端分别安装在上关节轴承和下关节轴承里，上关节轴承上连接第一-第四弹簧，第一-第四弹簧的另一端安装在滑动筒内壁上，导向座安装在被充电的水下机器人上，充电头安装座轮廓与导向座内壁形状相适应。
2.根据权利要求1所述的水下充电连接机构，其特征是:导向筒的下壁上设置通孔，第一空心连接杆下端通过通孔连接对接装置的液压缸活塞杆或直线驱动机构的运动杆。
3.根据权利要求1或2所述的水下充电连接机构，其特征是:第一-第二弹簧与滑动筒内壁下部连接，第一-第二弹簧相对上关节轴承对称布置成正八字形，第三-第四弹簧与滑动筒内壁下部连接，第三-第四弹簧相对下关节轴承对称布置成倒八字形。
4.根据权利要求1或2所述的水下充电连接机构，其特征是:所述的充电头安装座轮廓为外锥形，导向座的内壁为内锥形。
5.根据权利要求3所述的水下充电连接机构，其特征是:所述的充电头安装座轮廓为外锥形，导向座的内壁为内锥形。
【文档编号】H01R13/629GK103986015SQ201410195469
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】张铭钧, 高海宝, 杜晓飞, 郭炳岐, 宗超勇, 郭冠群, 赵文德, 徐建安, 王玉甲 申请人:哈尔滨工程大学