一种水下机器人压载释放装置及其控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种水下机器人装置，尤其是涉及一种水下机器人压载释放装置及其控制装置。

背景技术：

海洋世界蕴藏着丰富的资源，近几十年来，人类对海洋的探索工作在不断地深入。深海能源开采、海底科学研究、海洋救助与打捞等深海作业的迅速发展，必然会对水下机器人提出更高的需求。为了有效利用海洋丰富的资源，世界各国都在大力开展深海探测技术的研究。水下机器人由于工作环境的未知性，在作业过程中很容易遇到各种突发的紧急状况，此时需要机器人具有可靠的应急处理能力。一般通过压载释放装置抛弃重物，使水下平台获得正浮力上浮回收。压载释放装置的主要功能是接收释放压载的指令时，自动释放压载与本体脱离，从而获得正浮力上浮，起到应急保护的作用。

中国专利申请(申请号：CN201010191055)公开了一种深海压载释放装置，该装置包括一支架，其特征在于，支架上设有由深海电螺线管和电螺线管柱塞组成的电螺线管组件，以及由第一，二级杠杆构成的两级杠杆释放组件，第一，二级杠杆能够分别绕各自在支架上的支点在竖直面旋转，第一级杠杆的重点由电螺线管柱塞的一端进行位置约束，第一级杠杆的力点即为第二级杠杆的重点，第二级杠杆的力点为压载悬挂点。

中国专利申请(申请号：CN201510107356)公开了一种水下机器人超深压载自动解脱装置，该装置由深度感应机构与压载释放机构两部分组成，其中深度感应机构用于感应水下机器人工作深度的变化，压载释放机构用于固定、释放压载，深度感应机构由腔体、弹簧、活塞、密封圈及导向柱组成，其中腔体与活塞组成密封容腔，弹簧、导向柱内置于密封容腔中，密封圈安装于活塞上，保证密封容腔的水密性；水下机器人下潜时，外部海水压力克服弹簧作用力，推动活塞运动；活塞内侧与腔体底部加工有沉孔，用于弹簧周向定位；活塞内侧安装有导向柱，弹簧置于导向柱外侧，压载释放机构由压载、基座、杠杆、转动轴、开口销、螺钉及支座组成，其中，压载采用圆柱形结构，其上部挂于杠杆上，并由基座提供周向、上下限位；杠杆通过转动轴与支座连接，并由开口销固定，杠杆能够绕转动轴转动；支座通过螺钉固定于基座上部。

然而，上述现有技术结构相对复杂，维修成本相对较高，可靠性相对差些。

技术实现要素：

本实用新型的为了解决现有技术中的不足，发明一种压载释放装置，该装置可应用于水下机器人的抛载系统，当在水底作业出现紧急状况时，发送命令控制压载释放装置抛弃压载，可使运载平台获得正浮力上浮至安全水域。

本实用新型采用的技术方案为：

水下机器人压载释放装置，包括钢球、安装架、电动机驱动板、直线电机、电缆、密封盖、释放轴、压载，其特征为：所述安装板上放置直线电机、电动机驱动板，并通过密封盖将其密封在安装架上；所述电动机驱动板用于驱动直线电动机；所述电缆穿过安装板与所述电动机驱动板及其直线电动机连接；所述直线电动机可以带动释放轴上、下运动，所述释放轴端部设有锥度，利用其端部的锥度，可将所述钢球推向外侧使之进入压载的凹槽。

优选地，所述密封盖常用材料有钢、镁合金、钛合金、铝合金、复合材料、玻璃钢和有机玻璃等。

优选地，所述密封盖选用5A06铝合金材料。

一种基于上述水下机器人压载释放装置的控制装置，包括上位机，所述上位机控制供给压载释放装置中的电动机驱动板以及直线电动机的电源供给；所述上位机还通过控制电动机驱动板下达压载释放信号；所述电动机驱动板驱动控制直线电动机并通过与直线电动机连接的释放轴的上下运动实现压载释放。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：该压载释放装置结构简单，安全性好，且工作可靠。

附图说明

图1是根据本实用新型的压载释放装置结构示意图。

图2是根据本实用新型的压载释放装置的控制装置示意图。

其中：1、钢球；2、安装架；3、电动机驱动板；4、直线电机；5、电缆；6、密封盖；7、释放轴；8、压载

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

水下机器人在水中航行时，压载释放装置是一种由于某种故障而导致失控的应急手段。当压载释放装置在满足条件或接收到指令后将迅速执行释放压载的动作，使运载平台快速上浮。在突发紧急状况时，压载与壳体的分离是水下机器人获得正浮力最重要的手段之一，工作可靠性要求很高；压载释放装置的动作失败，将会导致水下机器人无法上浮，而其误动作将出现不应有的上浮动作。因此，压载释放装置的设计应充分保证其工作的可靠性和及时性。

本发明整个装置主要包括密封盖、安装架、直线电动机、电动机驱动板、释放轴、钢球以及电缆密封件等，所述安装板上放置直线电机、电动机驱动板，并通过密封盖将其密封在安装架上；所述电动机驱动板用于驱动直线电动机；所述电缆穿过安装板与所述电动机驱动板及其直线电动机连接；所述直线电动机可以带动释放轴上、下运动，所述释放轴端部设有锥度，利用其端部的锥度，可将所述钢球推向外侧使之进入压载的凹槽。在遇到紧急状况时，接收到控制系统发送的释放指令，则释放压载。整个装置结构如图1所示。

实施例1

直线电动机的选取：

根据释放压载的质量求得释放轴的摩擦力Fs，以及释放轴所受到的水压力F1,释放轴上O型圈所受的摩擦力可忽略不计，则直线电动机轴的最大工作负载为：F＝F1-Fs，根据计算所得的电动机负载，选择合适的直线电动机。直线电动机由电动机驱动板中控制单元控制，电动机的运行行程可自行设定，从而满足装载和释放的功能要求，本发明采用常州康达通用电气有限公司生产的电机，其型号为：KDE-42BYGH直线步进电机。

密封盖厚度的选取:

在进行密封盖耐压壳体设计时，应确保壳体强度和稳定性要求，但密封盖耐压壳体受海水压力的外压作用，属外压容器，它往往不是因为强度不足被破坏，而是当外压增大到一定值时，壳体丧失其稳定性，从而造成耐压壳体的破坏，即失稳现象，因此，在设计受外压的密封盖耐压壳体时，不必用薄壳理论的复杂计算公式计算强度，而只进行保证壳体稳定性的计算就能满足实用要求。密封盖常用材料有钢、镁合金、钛合金、铝合金、复合材料、玻璃钢和有机玻璃等。通过比较常用耐压壳体材料的性能，并考虑轻质、高强度和耐腐蚀等要求，选用5A06铝合金材料，该材料耐腐蚀性较好，焊接性较好，适合工作水深的耐压要求。壳体的厚度t计算如下：

式中，是修正系数初始计算时取Pj是设计压力；R是客体外径；Rp0.2是屈服强度。

密封盖稳定性校对：

密封盖稳定性校核按照短外压圆筒计算。根据拉姆公式计算短圆筒的稳定性：

式中，Pcr2是失稳破坏压力；E是材料弹性模量；L是密封盖长度；D是密封盖外径。当Pj＜Pcr2，即设计压力小于中段壳体的失稳破坏压力时，不会出现失稳现象。

实施例2

一种基于水下机器人压载释放装置的控制装置，包括上位机，所述上位机控制供给压载释放装置中的电动机驱动板以及直线电动机的电源供给；所述上位机还通过控制电动机驱动板下达压载释放信号；所述电动机驱动板驱动控制直线电动机并通过与直线电动机连接的释放轴的上下运动实现压载释放。

工作原理

压载装载过程：压载向上装入释放装置到位后，由控制系统给电动机驱动板上电，控制电动机带动释放轴向下运动，利用其端部的锥度，可轻松地将钢球推向外侧使之进入压载的凹槽。此时，释放轴顶着钢球，钢球紧靠释放轴外侧，压载被锁定，完成装载。压载释放过程：遇到紧急状况时电动机驱动板接收控制系统释放信号，控制电动机带动释放轴向上运动，运动行程达到一定值时，钢球解锁，压载在自身重力作用下脱落。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。