一种无人潜水器履带式行走装置的制作方法

本发明涉及海洋工程装备领域，尤其涉及一种无人潜水器履带式行走装置。

背景技术：

在海洋工程领域的研究中，水下无人潜水器是开展海洋环境和资源探测开发重要的作业手段，拥有广阔的发展空间。在海洋勘探开发等工程中，已有的水下无人潜水器使用螺旋桨推进，然而，螺旋桨驱动的潜水器由于复杂的配置，流体动力的非线性关系，在姿态的控制方面存在困难。特别是在潮汐环境下，很难保证螺旋桨驱动的可操作性和稳定性。同时，在海底勘探时，海底障碍物较多，螺旋桨极易受到破坏，导致潜水器失效。因此，本申请实施方案提出一种无人潜水器履带式行走装置，能够使无人潜水器满足水中游动和海底行走两种姿态，当无人潜水器在水中游动时，利用螺旋桨为动力推动潜水器前进，当无人潜水器需要在海底进行勘探时，伸出本申请实施方案，关闭螺旋桨，实现在海底行走勘探任务。

技术实现要素：

本发明的目的是为了满足水下无人潜水器在水中游动和在海底走动两种动作而提供一种无人潜水器履带式行走装置。

本发明的目的是这样实现的：包括对称设置在潜水器壳体两侧的舱门开关系统、设置在潜水器壳体内的行走系统，所述行走系统在潜水器壳体内伸出和收回且在潜水器壳体下方自由摆动，所述舱门外形和潜水器壳体外形一致，每侧的舱门开关系统至少有2个，且所述行走系统与舱门开关系统的数量相等。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述舱门开关系统包括舱门、电动推杆、推杆支架，舱门和潜水器壳体是转动连接，电动推杆的一端与舱门铰接、另一端与推杆支架铰接，推杆支架与潜水器壳体固连。

2.所述行走系统包括与潜水器壳体连接的骨架、与骨架连接的总底板、上下布置在总底板上的摆动电机和行走电机、设置在总底板上的箱体、与摆动电机输出轴连接的摆动蜗杆、与摆动蜗杆啮合的摆动蜗轮、与行走电机输出轴连接的行走蜗杆、与行走蜗杆啮合的行走蜗轮、通过万向联轴器与摆动蜗轮轴连接的悬架轴、通过万向联轴器与行走蜗轮轴连接的悬架主轴、通过键设置在悬架轴上的摆臂小齿轮、空套在悬架主轴上的摆臂大齿轮、与摆臂大齿轮端面焊接的摆臂i、与摆臂大齿轮同轴的第一夹持短杆、与第一夹持短杆通过销钉连接的第二夹持短杆、与第二夹持短杆螺纹连接的夹持连接轴、与夹持连接轴螺纹连接的履带行走架、通过键设置在悬架主轴上的一号小带轮，摆动蜗杆、摆动蜗轮、行走蜗杆、行走蜗轮均设置在箱体内，摆臂小齿轮和摆臂大齿轮啮合，摆臂i与摆臂ii的一端均空套在悬架主轴上且与一号小带轮端面焊接、另一端与一号大带轮焊接，一号大带轮与中间轴通过键连接，摆臂i和摆臂ii带动一号大带轮转动从而带动中间轴转动，中间轴上安装有二号小带轮，二号小带轮与二号大带轮之间设置有圆弧齿同步带，履带行走架之间依次设置从动轮轴、夹持连接轴、履带行走架连接轴、负重轮轴、张紧轮一轴和主动轴，二号大带轮与主动轮都安装在主动轴上，运动从二号大带轮传递给主动轮，从动轮轴上设置有从动轮，主动轮和从动轮与履带啮合，将运动传递给履带从而实现潜水器的行走，夹持连接轴与第二夹持短杆连接，履带行走架连接轴将两个履带行走架连接起来，负重轮轴的两端对称设置有负重轮，起到支撑负重作用，张紧轮一轴上设置有张紧轮一，起到张紧圆弧齿同步带的作用，所述总底板上还设置有悬架，悬架轴和悬架主轴穿过悬架，悬架上设置有减震器支架一和减震器支架二，减震器支架一和箱体之间、减震器支架二和箱体之间分别设置有减震器。

3.还包括丝杆夹持系统，丝杆夹持系统包括安装在悬架上的夹持电机、与夹持电机输出轴连接的丝杆轴，所述丝杆轴上设置有两段相反方向的螺纹，且每段螺纹上设置有一夹持手，两个夹持手穿过悬架上设置的孔实现对第二夹持短杆的夹持和放松。

4.摆臂i、第一夹持短杆、第二夹持短杆、履带行走架组成了平行四杆机构，履带足系统的伸出和收回是由平行四杆机构实现的；

在履带足系统需要伸出和收回时，第一夹持短杆被夹紧，此时摆动电机正转将带动摆臂i、摆臂ii一起绕悬架主轴旋转，从而将整个履带足系统水平伸出，摆动电机反转，履带足系统水平收回，当履带足系统伸出到地面后，第一夹持短杆被松开，此时行走电机转动将带动平行四杆机构运动，从而实现履带足系统的行走，由于履带足系统是左右对称的，因此左右两个履带足系统共用一个摆动电机，控制履带足系统的伸出与收回，根据履带左右差速转弯的规律，每一个履带足系统单独使用一个行走电机。

5.负重轮轴有十个，对应的负重轮有十对。

6.履带和同步带上还设置有张紧机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本申请中提供了无人潜水器履带式行走装置，当无人潜水器在海底行走时，螺旋桨关闭，履带足伸出，实现无人潜水器在海底进行探测；履带足系统收回，螺旋桨打开，实现无人潜水器在水中游动探测。2、本申请中提供了无人潜水器履带式行走装置，采用电机驱动，省去了采用液压驱动的油路设计，效率比液压传动高很多，增加了无人潜水器的续航时间。3、本申请中提供了无人潜水器履带式行走装置，通过自由调节摆臂姿态从而使潜水器可以适应一定的坡度，增加了无人潜水器海底勘探的能力。4、本申请中提供了无人潜水器履带式行走装置，在履带足系统的基础上，增设了弹簧阻尼平行四杆悬架系统，能够解决海底左右不平度，调整无人潜水器的姿态，保证行走时潜水器时刻保持水平姿态。5、本申请中提供了无人潜水器履带式行走装置，电机处采用o形圈进行静密封，格莱圈进行动密封，保证潜水器在行走时不会发生海水倒灌问题，提高了密封精度，保障了电机工作的安全性。6、本申请中提供了无人潜水器履带式行走装置，通过悬挂系统中的摆臂和夹持短杆的动作实现履带足水平收回伸出潜水器外壳。

附图说明

图1a为本申请的潜水器总装图，图1b是图1a中位置ⅸ局部放大。

图2为本申请的舱门开关系统局部放大图。

图3为本申请的舱门开关系统装配示意图。

图4a-c分别为本申请的履带足系统主视图、俯视图和左视图。

图5a和图5b本申请的履带足系统位置ii和位置iii的局部放大图。

图6a-c为本申请的悬挂系统的主视图、俯视图和左视图。

图7a和图7b分别为本申请的悬挂系统的位置iv和v的局部放大图。

图8为本申请的丝杆夹持系统装配示意图。

图9a-c为本申请的丝杆夹持系统的位置vi、vii、viii的局部放大图。

图10a和图10b为悬架与丝杆夹持系统的俯视图和左视图。

图11为潜水器总底板与骨架的安装示意图。

附图标号说明：

a、潜水器壳体；b、舱门开关系统；c、行走系统；1、舱门电机密封壳；2、舱门电机；3、内六角螺栓；4、弹簧垫圈；5、内六角螺栓；6、弹簧垫圈；7、内六角螺栓；8、弹簧垫圈；9、螺母；10、骨架；11、o形圈；12、舱门电机密封壳透盖；13、格莱圈；14、舱门；15、铰接支座；16、铰接螺栓；17、星型螺母；18、六角头螺栓；；19、十字型螺栓；20、推杆支架；21、内六角螺栓；22、弹簧垫圈；23、螺母；24、电动推杆；25、铰接支座；26、负重轮；27、深沟球滚动轴承；28、负重轮透盖；29、轴用弹性挡圈；30、中间轴；143、一号大带轮；31、套接螺杆；32、弹簧垫圈；33、六角螺母；34、轴用弹性挡圈；35、从动轮；36、从动轮轴；37、从动轮透盖；38、滑块；39、从动轮轴闷盖；40、夹持连接轴；41、负重轮轴；42、二号小带轮；43、主动轮；44、二号大带轮；45、张紧轮一；46、主动轴；47、轴用弹性挡圈；48、张紧轮一轴；49、履带行走架连接轴；50、履带；51、张紧弹簧一；52、张紧轮一支架；53、张紧轮一弹簧行程轴；54、履带行走架；55、圆弧齿同步带；56、内六角圆柱螺钉；57、弹簧垫圈6；58、悬架外支架闷盖；59、悬架外支架；60、悬架外支架透盖；61、悬架轴；62、摆臂小齿轮；63、孔用弹性挡圈；64、悬架透盖一；65、悬架；66、悬架透盖二；67、万向节联轴器；68、摆动蜗轮轴；69、普通平键；70、箱盖；71、箱体；72、圆锥滚子轴承；73、蜗轮轴透盖；74、格莱圈；75、o形圈；76、摆臂大齿轮；77、内六角圆柱头螺钉；78、弹簧垫圈8；79、六角螺母；80、摆臂i；81、摆臂ii；82、一号小带轮；83、普通平键；84、悬架主轴；85、摆臂无油轴承二；86、摆臂套筒；87、第一夹持短杆；88、行走蜗轮轴；89、轴承座；90、轴承盖；91、电机支架；92、内六角圆柱头螺钉；93、弹簧垫圈；94、六角螺母；95、减震器；96、减震器支架一；97、第二夹持短杆；98、减震器支架二；99、销轴；100、轴用弹性挡圈；101、连杆；102、内六角圆柱头螺钉；103、弹簧垫圈；104、六角螺母；105、电机外壳；106、摆动电机；107、开槽锥端紧定螺钉；108、普通平键；109、内六角头螺栓；110、凸缘联轴器；111、蜗杆透盖；112、蜗轮；113、蜗杆；114、蜗杆闷盖；115、总底板；116、张紧弹簧支架一；117、张紧弹簧二；118、张紧弹簧支架二；119、销轴；120、张紧轮二支架；121、张紧轮二；144、行走电机；122、紧定螺钉；123、电机外壳；124、夹持电机；125、内六角圆柱头螺钉；126、弹簧垫圈四；127、电机连接法兰；128、套筒联轴器；129、开槽锥端紧定螺钉；130、圆头普通平键；131、圆头普通平键；132、丝杆上透盖；133、推力球轴承；134、丝杆下透盖；135、丝杆轴；136、格莱圈；137、o形圈；138、夹持手；139、丝杆闷盖；140、弹簧垫圈；141、内六角螺母；142、导杆；143、调整套筒。

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。

如图1所示，一种无人潜水器履带式行走装置，包括潜水器壳体a，舱门开关系统b，行走系统c。

所述舱门开关系统b和行走系统c安装在无人潜水器壳体a上，在近底行走时，舱门开关系统b打开，行走系统c伸出，实现海底行走探测任务。

如图2、图3所示，一种无人潜水器履带式行走装置舱门开关系统，包括：舱门电机密封壳1，舱门电机2，内六角螺栓3，弹簧垫圈4，内六角螺栓5，弹簧垫圈6，内六角螺栓7，弹簧垫圈8，螺母9，骨架10，o形圈11，舱门电机密封壳透盖一2，格莱圈13，舱门14，铰接支座15，铰接螺栓16，星型螺母17，六角头螺栓18，十字型螺栓19，推杆支架20，内六角螺栓21，弹簧垫圈22，螺母23，电动推杆24，铰接支座25。

所述的舱门14结构外形和所述的潜水器壳体a外形一致，只是在上端固定了所述的铰接支座15，也就是说所述的舱门14和所述的潜水器壳体a之间是转动副连接。通过铰链传动的原理，在所述的舱门电机2的驱动下，所述的电动推杆24在直推的同时转动，作为摇杆的所述的舱门14便能实现开关的功能，所述的骨架10固定在所述的潜水器壳体a上，后续的系统固定在所述的骨架10上，从而实现与所述的潜水器壳体a的固连，所述的舱门电机2安装有所述的舱门电机密封壳1和所述的舱门电机密封壳透盖一2，采用所述o形圈11进行静密封，采用所述格莱圈13进行动密封，所述的电动推杆24利用所述铰接支座25与所述的舱门14实现连接。

如图4到图7所示，一种无人潜水器履带式行走装置行走系统，包括：履带足系统和悬挂系统。

进一步的，所述的履带足系统包括：负重轮26，深沟球滚动轴承27，负重轮透盖28，轴用弹性挡圈29，中间轴30，一号大带轮143，套接螺杆31，弹簧垫圈32，六角螺母33，轴用弹性挡圈34，从动轮35，从动轮轴36，从动轮透盖37，滑块38，从动轮轴闷盖39，夹持连接轴40，负重轮轴41，二号小带轮42，主动轮43，二号大带轮44，张紧轮一45，主动轴46，轴用弹性挡圈47，张紧轮一轴48，履带行走架连接轴49，履带50，张紧弹簧一51，张紧轮一支架52，张紧轮一弹簧行程轴53，履带行走架54，圆弧齿同步带55。

每个履带足系统设置所述的负重轮2610组，分布在所述的履带行走架54上下位置，所述的负重轮轴41一共设置10根，两端各有一个所述的负重轮26，所述的负重轮26能够均匀承载所述的履带50承受的正压力，所述的二号小带轮42在电机驱动下转动，与所述的二号大带轮44通过圆弧齿同步带55将运动传递到所述主动轴46上，从而带动所述的主动轮43转动，所述的主动轮43与所述的履带50保持啮合关系，从而所述的履带50转动，所述的履带行走架连接轴49设置两根，起到连接两侧所述的履带行走架54的作用，所述的履带行走架54连接在所述的主动轴46上，保持与所述的履带50同步运动，所述的履带50将运动传递到所述的从动轮35上，所述的张紧轮一45保证所述的履带50不至于过度下垂，影响所述履带50正常运动，所述的张紧弹簧一51能够调节张紧轮一45的位置，从而控制对所述履带50的张紧程度，所述的履带行走架54开设一个凹槽，所述的张紧轮一支架52安装在凹槽内，所述的张紧轮一弹簧行程轴53与所述的张紧轮一支架52通过螺纹连接，所述的张紧轮一弹簧行程轴53上装有所述的张紧弹簧一51，所述的张紧轮一轴48与所述的张紧轮一支架52通过螺纹连接，所述的张紧轮一45安装在所述的张紧轮一轴48上。所述的中间轴30将履带足系统与所述的摆臂i80，摆臂ii81连接在一起，从而实现履带足系统与悬挂系统的连接。

所述的悬挂系统包括：内六角圆柱螺钉56，弹簧垫圈57，悬架外支架闷盖58，悬架外支架59，悬架外支架透盖60，悬架轴61，摆臂小齿轮62，孔用弹性挡圈63，悬架透盖一64，悬架65，悬架透盖二66，万向节联轴器67，摆动蜗轮轴68，普通平键69，箱盖70，箱体71，圆锥滚子轴承72，蜗轮轴透盖73，格莱圈74，o形圈75，摆臂大齿轮76，内六角圆柱头螺钉77，弹簧垫圈78，六角螺母79，摆臂i80，摆臂ii81，一号小带轮82，普通平键83，悬架主轴84，摆臂无油轴承二85，摆臂套筒86，第一夹持短杆87，行走蜗轮轴88，轴承座89，轴承盖90，电机支架91，内六角圆柱头螺钉92，弹簧垫圈93，六角螺母94，减震器95，减震器支架一96，第二夹持短杆97，减震器支架二98，销轴99，轴用弹性挡圈100，连杆101，内六角圆柱头螺钉102，弹簧垫圈103，六角螺母104，电机外壳105，摆动电机106，开槽锥端紧定螺钉107，普通平键108，内六角头螺栓109，凸缘联轴器110，蜗杆透盖一11，蜗轮112，蜗杆113，蜗杆闷盖114，总底板115，张紧弹簧支架一116，张紧弹簧二117，张紧弹簧支架二118，销轴119，张紧轮二支架120，张紧轮二121，行走电机144。

所述的箱体71安装在所述的总底板115上，所述的总底板115与上述的骨架10通过焊接实现连接，从而实现整个悬挂系统与潜水器壳体a的固连；所述的悬架轴61与所述的摆动蜗轮轴68通过所述的万向节联轴器67实现连接，所述的减震器95能够减小所述的履带足系统行走时的冲击，所述的减震器95一共设置四个，靠近所述的丝杆夹持系统一侧的所述的减震器95一端与所述的减震器支架一96螺纹连接，另一端与所述的箱体71连接，原理所述的丝杆夹持系统一侧所述的减震器95一端与所述的减震器支架二98螺纹连接，另一端与所述的箱体71螺纹连接，所述的减震器支架一96与悬架65焊接，所述的减震器支架二98与所述的悬架65螺纹连接。所述的张紧弹簧二117和所述的悬架65构成了弹簧阻尼悬架，能够保证所述的悬挂系统在潜水器行走时能够起到减小海底地形冲击的作用；所述的摆臂i80是绕着所述的行走蜗轮轴88转动从而来调整姿态，所述摆臂i80通过螺栓联接实现与所述摆臂小齿轮62之间的连接；所述的第二夹持短杆97被固定时，所述的履带足系统不能摆动，从而能够实现履带足系统被水平收回，所述的第二夹持短杆97没有固定时，所述的履带足系统能够自由转动，摆动角度在±58°之间；所述的张紧轮二121和所述的一号小带轮82实现了将运动从悬挂系统传递到履带足系统。

第一夹持短杆与摆臂大齿轮都安装在悬架主轴84上，摆臂i焊接在摆臂大齿轮端面，在图6a中，摆臂i在大齿轮右侧，第一夹持短杆在大齿轮左侧。两个摆臂与一号大带轮、一号小带轮端面实现焊接连接，带轮与对应的轴通过键连接，行走电机通过蜗轮蜗杆将运动传递到悬架主轴上带动一号小带轮转动，从而焊接在小带轮端面上的摆臂i、摆臂ii运动，然后将运动传递到一号大带轮上，一号大带轮将转动传递给中间轴。

履带足系统的伸出缩回是由摆臂来实现的，当丝杆夹持系统中的夹持手夹住夹持短杆时，行走电机停止，摆动电机转动，通过蜗轮蜗杆将运动传递给悬架轴，悬架轴上摆臂小齿轮转动，将运动传递到与之啮合的摆臂大齿轮上，然后悬架主轴转动，一号小带轮与悬架主轴通过键连接，与一号小带轮固连的摆臂会绕悬架主轴转动，带动履带足系统上升下降，但是没有相对运动，当夹持手松开夹持短杆，摆动电机停止，行走电机转动，整个平行四杆机构又能够带动履带足系统向前后运动。

如图8，图9所示，一种无人潜水器履带式行走装置丝杆夹持系统包括：紧定螺钉122，电机外壳123，夹持电机124，内六角圆柱头螺钉125，弹簧垫圈四126，电机连接法兰127，套筒联轴器128，开槽锥端紧定螺钉129，圆头普通平键130，圆头普通平键131，丝杆上透盖一32，推力球轴承133，丝杆下透盖一34，丝杆轴135，格莱圈136，o形圈137，夹持手138，丝杆闷盖139，弹簧垫圈140，内六角螺母141，导杆142，调整套筒143。

所述的电机外壳123与上述的悬架65螺纹连接，实现丝杆夹持系统与悬挂系统的连接；所述的夹持电机124带动所述的丝杆轴135转动，所述的夹持手138在所述的丝杆轴上相对远离和靠近，从而实现对所述的第二夹持短杆97的夹持和放松，当所述的第二夹持短杆97被固定后，作为平行边的履带足系统不能摆动，当所述的夹持手138松开所述的第二夹持短杆97时，履带足系统能够自由转动，所述的夹持手138有一定的活动行程；所述的丝杆上透盖一32和丝杆下透盖一34分别与丝杆轴135利用格莱圈136实现动密封，所述的调整套筒143能够调整所述的导杆142的位置，所述的导杆142起到连接导向的作用。

如图10所示，显示所述的丝杆夹持系统与所述的悬架65具体安装位置，所述的悬架65开一长条孔，所述的夹持手138从所述的悬架65中的长条孔中伸出，从而作用在所述的第二夹持短杆97上。

如图11所示，显示所述总底板115与骨架10具体安装情况，总底板115与骨架10采用焊接连接，悬挂系统中的箱体71和电机支架91安装在总底板115上，骨架10为整个潜水器壳体a的支架，壳体a安装在骨架10上。

最后，需要注意的是，以上的列举的仅是本申请的具体实施例。如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本申请的具体实施只限于这些说明。

例如，密封圈可以是其他类型的密封圈；各零件之间亦可采用螺栓之外的其他连接方式；驱动动力源不限于电机驱动，可以为其他动力方式。凡与本申请的方法、结构等近似、雷同，或是对于本申请构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本申请的保护范围。

综上，本发明涉及海洋工程装备领域，具体涉及一种无人潜水器履带式行走装置。本申请实施方案安装作用在潜水器内部，包括舱门开关系统、行走系统和丝杆夹持系统。本实施方案安装在潜水器壳体两侧，每侧安装两个本实施方案。所述的舱门开关系统还包括舱门，铰接支座，电动推杆，所述的舱门的结构外形和潜水器外形一致，只是在上端固定了所述的铰接支座，通过铰链传动的原理，所述的电动推杆直推的同时转动，作为摇杆的所述的舱门便能实现开关的功能。所述的行走系统还包括履带足系统和悬挂系统，所述的履带足系统可以自由在摆臂另一端转动，适应不同坡度的地形，履带足自动适应地形的变化，加上所述的悬挂系统对履带足系统姿态的调节可以让潜水器保持在水平的姿态。所述的履带足系统在海底勘探时伸出，在水中游动时收回。所述的丝杆夹持系统与悬挂系统实现连接，通过平行四杆机构将运动传递到行走系统中。本申请实施方案采用电机驱动，并且结构紧凑，可以收放，能够实现海底环境行走。在海底行走时，潜水器关闭尾部螺旋桨，伸出四条悬挂式履带足，以此在海底行走，保证螺旋桨不会受到损坏，满足海底勘探时复杂环境要求。