水下机器人布放回收系统的卷扬止荡机构的制作方法

本实用新型属于水下机器人领域，具体地说是一种水下机器人布放回收系统的卷扬止荡机构。

背景技术：

随着国家海洋战略的高度部署，海洋领域各种形式的水下机器人装备结构形式多样化、系统应用实用化、科学探测系列化。各种水下机器人在整个海洋应用领域蓬勃发展的态势下，如何在海洋作业少人化操作要求的前提下，更加高效地将水下机器人安全布放和回收，一直是一个国内外普遍存在的共性难题。

目前，水下机器人的布放和回收主要有四种方式：

第一种是采用浮船坞型和升降平台进行水下布放和对接回收作业，虽然能减小风浪的影响，但是需要专用支持母船，且专用母船造价和使用费用昂贵，不适合国内现状。

第二种是船舯月池回收，能够避免海浪对于布放和回收操作的影响；但是由于月池的尺寸有限，导致可支持收放的水下机器人尺寸仅限于小尺度和外形规则的形式。

第三种是在水面上用母船起吊回收，一般都需要工作人员乘坐机动艇靠近水下机器人完成与回收机构的对接；该作业方式受风浪影响较大，当海况差时容易出现设备损坏和人员伤害的情况；布放流程与回收流程互逆。

第四种是通过遥控命令将完成工作使命的水下机器人的抛绳器抛射出牵引绳，工作人员使用捞绳器将牵引绳回收后，从A型架中导入，并有工作人员逐渐牵引至母船艉部A型架的下方；由母船上工作人员使用长杆挂钩对接，再由多人组成的保障队伍在母船带速行进的工况下，进行止荡回收；该回收方法解决了有人下艇挂钩带来的危险性问题，使用成本较低；但是存在恶劣海况难以实现，通用性不强，多人化操作的问题。

技术实现要素：

为了解决水下机器人布放回收时存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种水下机器人布放回收系统的卷扬止荡机构。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括周向回转调向机构、卷扬机构、捕捉支架及导向缓冲固定架，其中周向回转调向机构包括吊环铰接连杆、连接块A、安装架、旋转马达及旋转轴，该旋转马达通过安装架安装在所述导向缓冲固定架上，输出轴与所述旋转轴的下端相连，该旋转轴的上端与所述连接块A固定连接，所述连接块A上安装有吊环铰接连杆；所述卷扬机构包括缆绳、卷扬滚筒、动力源、支架A及旋转筒支转轴，该支架A安装在所述导向缓冲固定架上，所述卷扬滚筒通过旋转筒支转轴转动安装在该支架A上，所述动力源安装在支架A上，输出端与卷扬滚筒的一端相连、驱动卷扬滚筒旋转，所述缆绳的一端缠绕在卷扬滚筒上，另一端与水下机器人艏部抛出的回收绳索连接；

所述导向缓冲固定架上安装有油液阻尼隔振器，该油液阻尼隔振器包括油液阻尼控制器及外部固定筒，所述外部固定筒安装在导向缓冲固定架上，所述油液阻尼控制器容置于该外部固定筒中，上端与外部固定筒的顶部连接，下端与所述捕捉支架相连；

所述导向缓冲固定架上安装有导向缸筒，该导向缸筒包括外部固定支撑套筒、内部固定耐磨套及内部随动缸杆，该外部固定支撑套筒安装于所述导向缓冲固定架上，所述内部固定耐磨套容置于外部固定支撑套筒内、并与该外部固定支撑套筒相连，所述内部随动缸杆可相对升降地容置于内部固定耐磨套内，下端与所述捕捉支架连接；

所述卷扬滚筒的一侧或两侧设有被动缆绳分散滚筒机构，该被动缆绳分散滚筒机构包括被动滚筒及支架B，所述支架B安装在支架A上，所述被动滚筒转动安装于该支架B上，所述卷扬滚筒与被动滚筒之间的间距小于缆绳直径的2倍；

所述导向缓冲固定架上安装有缆绳压紧机构，该缆绳压紧机构包括扭转弹簧、扭簧支撑杆、连接块B及缆绳压紧板，所述扭簧支撑杆通过连接块B安装在导向缓冲固定架上，所述缆绳压紧板的一端转动连接于扭簧支撑杆上，另一端为自由端，所述扭转弹簧套设在扭簧支撑杆上，两端分别与所述导向缓冲固定架及缆绳压紧板相抵接，该缆绳压紧板的自由端通过所述扭转弹簧的弹力抵接于缆绳上；

所述缆绳由导向缓冲固定架的底部穿出、与水下机器人艏部抛出的回收绳索相连接，在所述缆绳的外侧设有安装在导向缓冲固定架上的缆绳限位板；

所述捕捉支架上安装有一级缓冲隔振垫，所述导向缓冲固定架下表面安装有二级缓冲隔振垫；

所述旋转轴与安装架之间设有对旋转轴进行轴向限位的耐磨铜环及对旋转轴进行径向限位的耐磨铜套A，该旋转轴的下端设有三角形形连接型面、与所述旋转马达的输出轴末端相连；所述旋转轴的上端通过锁紧螺母与连接块A的底部固定连接；

所述连接块A呈“U”型，所述吊环铰接连杆安装于“U”型的开口端，该吊环铰接连杆的一端为吊环，另一端开设有定位锁紧孔。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型结构设计合理，集成度高，可实现高自动化、少人化操作，在很大程度上解放了人力，精简了试验保障队伍的规模。

2.本实用新型的周向回转调向机构的传动连接采用型面连接，传动可靠，安装维护方便快捷。

3.本实用新型的油液阻尼隔振器隔振能力强、调节范围大，与一级缓冲隔振垫、二级缓冲隔振垫共同形成三级缓冲隔振方案，可以保障布放回收工作即便在高海况条件下，依然可以保证水下机器人的安全布放回收。

4.本实用新型设置了被动缆绳分散滚筒机构，保证了在卷扬过程中，被动的将收放缆绳并排缠绕。

5.本实用新型设置了缆绳压紧机构，机构在进行恒张力卷扬时，保证缆绳始终处于压紧状态，不会因为往复收放动作使得缆绳发生缠绕。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图之一；

图2为本实用新型的立体结构示意图之二；

图3为本实用新型周向回转调向机构处的立体剖视图；

图4为本实用新型卷扬机构的立体结构示意图之一；

图5为本实用新型卷扬机构的立体结构示意图之二；

图6为本实用新型导向缸筒的立体剖视图；

图7为本实用新型油液阻尼隔振器的立体剖视图；

图8为本实用新型应用于母船上的工作状态图；

其中：1为周向回转调向机构，101为吊环铰接连接杆，102为连接块A，103为固定板A，104为支撑板A，105为固定板B，106为固定板C，107为旋转马达，108为输出轴末端，109为三角形连接型面，110为耐磨铜套A，111为旋转轴，112为锁紧螺母，113为定位锁紧孔，114为耐磨铜环，115为螺钉A；

2为卷扬机构，201为缆绳，202为缆绳限位板，203为卷扬滚筒，204为连接法兰，205为卷扬减速器，206为卷扬马达，207为支架A，208为螺钉C；

3为油液阻尼隔振器，301为油液阻尼控制器，302为锁紧块，303为外部固定筒，304为外螺纹连接头A，305为外螺纹连接头B；

4为导向缸筒，401为外部固定支撑套筒，402为内部固定耐磨套，403为端部法兰压紧板，404为内部随动缸杆，405为内部锁紧螺纹，406为螺钉E，407为连接法兰；

5为被动缆绳分散滚筒机构，501为被动滚筒，502为支架B，503为螺钉D；

6为缆绳压紧机构，601为扭转弹簧，602为扭簧支撑杆，603为连接块B，604为缆绳压紧板，605为螺钉B；

7为捕捉支架，8为一级缓冲隔振垫，9为二级缓冲隔振垫，10为导向缓冲固定架，11为连接板B，12为母船，13为机械臂，14为卷扬止荡机构，15为抛绳机构，16为水下机器人，17为连接板A，18为阻尼液压缸。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1、图2所示，本实用新型包括周向回转调向机构1、卷扬机构2、油液阻尼隔振器3、导向缸筒4、被动缆绳分散滚筒机构5、缆绳压紧机构6、捕捉支架7、一级缓冲隔振垫8、二级缓冲隔振垫9及导向缓冲固定架10，其中卷扬机构2位于导向缓冲固定架10中，在卷扬机构2的左右两侧均设有安装在导向缓冲固定架10上的油液阻尼隔振器3及导向缸筒4；卷扬机构2的前侧和/或后侧设有使缆绳201分散并排缠绕的被动缆绳分散滚筒机构5，卷扬机构2的上方设有压紧缆绳的缆绳压紧机构6。捕捉支架7位于导向缓冲固定架10的下方，卷扬机构2中的油液阻尼隔振器3及导向缸筒4分别与捕捉支架7相连，捕捉支架7呈弧状，与水下机器人16接触的一侧有一级缓冲隔振垫8，导向缓冲固定架10下表面安装有二级缓冲隔振垫9。

如图1、图2及图3所示，周向回转调向机构1包括吊环铰接连杆101、连接块A102、安装架、旋转马达107、耐磨铜套A110、旋转轴111、锁紧螺母112及耐磨铜环114，其中导向缓冲固定架10的上部设有固定板C106，安装架固定在固定板C106的上表面中间位置，包括固定板A103、支撑板A104及固定板B105，支撑板A104为两块、平行设置，固定板A103的左右两端分别通过螺钉A115固接于两块支撑板A104的顶部，在固定板A103的下方、位于两块支撑板A104之间，通过螺钉固接有与固定板A103平行的固定板B105。固定板B105中间开孔，旋转马达107固接于固定板B105的下表面，输出轴末端108由固定板B105上的开孔穿过，并通过旋转轴111与连接块A102转动连接。旋转轴111中部外侧与固定板A103之间设有对旋转轴111进行径向限位的耐磨铜套A110，旋转轴111通过耐磨铜套A110隔离，并与固定板A103构成转动副连接，旋转轴111与耐磨铜套A10之间为间隙配合；旋转轴111的下端(大端)内侧设有三角形形连接型面109，旋转马达107的输出轴末端108外侧设有三角形连接型面，旋转马达107与旋转轴111通过型面连接传递扭矩，旋转轴111的上端通过锁紧螺母112与连接块A102的底部固定连接。连接块A102呈“U”型，该“U”型的开口端安装有吊环铰接连杆101，吊环铰接连杆101的一端为吊环，另一端开设有定位锁紧孔113。在固定板A103的上下两侧均设有套在旋转轴111上、对旋转轴111进行轴向限位的耐磨铜环114，旋转轴111与耐磨铜环114之间为间隙配合；位于上方的耐磨铜环114通过锁紧螺母112与固定板A103固定，位于下方的耐磨铜环114通过旋转轴111的大端与固定板A103固定；同时，上下两个耐磨铜环114也对耐磨铜套A110进行轴向限位。

如图1、图2及图4、图5所示，卷扬机构2包括缆绳201、缆绳限位板202、卷扬滚筒203、连接法兰204、动力源、支架A207、旋转筒支转轴209及耐磨铜套B210，支架A207固定在导向缓冲固定架10的底面，卷扬滚筒203通过旋转筒支转轴209转动安装在支架A207上，动力源安装在支架A207上，输出端与卷扬滚筒203的一端相连、驱动卷扬滚筒203旋转，缆绳201的一端缠绕在卷扬滚筒203上，另一端为自由端，与水下机器人艏部抛出的回收绳索相连接。本实施例的动力源包括通过螺钉固定连接的卷扬减速器205及卷扬马达206，该卷扬减速器205与卷扬马达206一起通过螺钉固定到支架A207上。卷扬滚筒203内部左侧设有连接法兰204，该连接法兰204通过螺钉与卷扬减速器205的法兰盘固接；法兰连接较普通的轴键连接更加可靠、便捷、利于维护。卷扬滚筒203的右侧通过螺钉C208固接到旋转筒支转轴209的左侧法兰上，旋转筒支转轴209通过耐磨铜套B210与支架A207建立转动副连接。缆绳201由导向缓冲固定架10底部开设的孔中穿出、与水下机器人艏部抛出的回收绳索相连，在缆绳201的外侧(即远离卷扬滚筒203的一侧)设有安装在导向缓冲固定架10上的缆绳限位板202，使缆绳201内收。

卷扬滚筒203的一侧或两侧设有被动缆绳分散滚筒机构5，该被动缆绳分散滚筒机构5包括被动滚筒501及支架B502，支架B502通过螺钉D503安装在支架A207或导向缓冲固定架10上，被动滚筒501转动安装于该支架B502上，卷扬滚筒203与被动滚筒501之间的间距小于缆绳201直径的2倍。本实施例是在卷扬滚筒203的前侧设置一个被动缆绳分散滚筒机构5，缆绳201缠绕在卷扬滚筒203的过程中，被动缆绳分散滚筒机构5中的被动滚筒501与缆绳201接触，使每一层的缆绳201均并排缠绕。本实用新型的缆绳201为凯夫拉缆绳。

卷扬滚筒203的上方设有安装在导向缓冲固定架10的缆绳压紧机构6，该缆绳压紧机构6包括扭转弹簧601、扭簧支撑杆602、连接块B603及缆绳压紧板604，扭簧支撑杆602的两端分别设有连接块B603，两端的连接块B603分别通过螺钉B605固接在导向缓冲固定架10上，缆绳压紧板604的一端转动连接于扭簧支撑杆602上，另一端为自由端，扭转弹簧601套设在扭簧支撑杆602上，两端分别与导向缓冲固定架10及缆绳压紧板604相抵接，该缆绳压紧板604的自由端通过扭转弹簧601的弹力向下张紧，将缆绳201压紧。

如图1、图2及图7所示，卷扬机构2的左右两侧均设有安装在导向缓冲固定架10上的油液阻尼隔振器3，该油液阻尼隔振器3包括油液阻尼控制器301、锁紧块302及外部固定筒303，油液阻尼隔振器3整体通过外部固定筒303的外侧法兰固定在导向缓冲固定架10上，油液阻尼控制器301容置于该外部固定筒303中，上端设有外螺纹连接头A304，用于与锁紧块302螺纹连接，并且将外部固定筒303夹紧固定在油液阻尼控制器301与锁紧块302之间；油液阻尼控制器301的下端设有外螺纹连接头B305，用于与连接板B11相连，捕捉支架7安装在该连接板B11的下表面。本实用新型的油液阻尼控制器301为市购产品，购置于德国博圣科技有限公司，型号为HBY-14/40。

如图1、图2及图6所示，卷扬机构2的左右两侧均设有安装在导向缓冲固定架10上的导向缸筒4，该导向缸筒4包括外部固定支撑套筒401、内部固定耐磨套402、端部法兰压紧板403、内部随动缸杆404及连接法兰407，外部固定支撑套筒401的下端固定在导向缓冲固定架10上，内部固定耐磨套402容置于外部固定支撑套筒401内，上端通过螺钉E406与端部法兰压紧板403固接，并将端部法兰压紧板403和内部固定耐磨套402一起压紧固定到外部固定支撑套筒401的上端。内部随动缸杆404可相对升降地容置于内部固定耐磨套402内，用于实现随动导向功能，内部随动缸杆404的下端设有内部锁紧螺纹405，用于将内部随动缸杆404与连接板B11连接。

本实用新型的工作原理为：

如图1～8所示，母船12上安装有机械臂13，机械臂13可以根据支持母船12所提供的安装接口和航次需求进行灵活地安装或拆卸，以保障该航次对水下机器人16的收放操作；同时，也可以对其他装备进行吊放操作。卷扬止荡机构14中的连接块A102固定在机械臂13的末端，同时利用横滚和纵倾复合止荡的阻尼液压缸18并联，结合周向回转调向机构1的周向回转功能，实现横摆和纵倾止荡功能。止荡动作结束后，可利用阻尼液压缸18对卷扬止荡机构14进行限位、锁紧。抛绳机构15安装在水下机器人16的艏部，用于实现水下机器人16在海平面上的快速抛绳功能。

水下机器人16使命结束后，工作人员通过遥控触发水下机器人16艏部的抛绳机构15，将艏部抛出浮力块快速释放，艏部抛出浮力块在海浪的作用下漂浮，带动抛绳缆绳快速展开，再由人工将抛绳缆绳捞起，连接到卷扬止荡机构14上的缆绳201上，通过机械臂13、卷扬止荡机构14，连接板A17，阻尼液压缸18组合动作实现对水下机器人16的安全回收。

在布放回收过程中，旋转马达107工作，由于旋转轴111与连接块A102通过锁紧螺母112连接，因连接块A102又固定在机械臂13的末端，因此旋转马达107驱动旋转轴111以下的部分(包括安装架、导向缓冲固定架10、捕捉支架7)与旋转轴111产生相对转动，实现回转调向。卷扬马达206及卷扬减速器205驱动卷扬滚筒203转动，对缆绳201进行布放或回收，进而实现水下机器人16相对于捕捉支架7的布放或回收。导向缸筒4可起到导引作用，油液阻尼隔振器3可起到缓冲作用，被动缆绳分散滚筒机构5使缆绳201每层均并排缠绕，机构在进行恒张力卷扬时，缆绳压紧机构6能够保证缆绳始终处于压紧状态，不会因为往复收放动作使得缆绳发生缠绕。

本实用新型的导向缓冲固定架10可根据不同外形的水下机器人16定制设计，在末端的连接接口上设计通用接口，根据收放需求可以灵活更换。