水下机器人布放回收系统的抛绳机构的制作方法

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抛绳机构。

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，方法使用成本较低；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抛绳机构。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括艏部抛出浮力块、本体及分别安装在该本体内的抛绳缆绳、固定支架、弹簧顶紧外推支撑机构、连杆锁紧机构和直流电机驱动器，其中本体安装在水下机器人上，通过抛绳缆绳与所述艏部抛出浮力块连接，该艏部抛出浮力块朝向本体的一侧设有锁紧固定杆；所述弹簧顶紧外推支撑机构包括外顶推杆、顶紧弹簧及外部固定筒，该外部固定筒安装于所述固定支架上，内部容置有顶紧弹簧，所述外顶推杆的一端可相对移动地插设于外部固定筒内，另一端为自由端，该外顶推杆在艏部抛出浮力块处于锁紧状态被压缩在外部固定筒中；所述连杆锁紧机构包括释放连杆、拉紧弹簧及释放凸轮，该释放凸轮连接于所述直流电机驱动器的输出端，在释放凸轮的两侧均设有所述释放连杆，每侧的释放连杆的一端铰接于所述固定支架上，另一端为开合端，两侧的所述释放连杆之间通过拉紧弹簧相连；所述锁紧固定杆在艏部抛出浮力块处于锁紧状态由两侧释放连杆另一端插入并卡在该端，所述直流电机驱动器驱动释放凸轮转动，带动两侧所述释放连杆外张，所述艏部抛出浮力块通过顶紧弹簧的弹力被抛出，两侧所述释放连杆通过拉紧弹簧的弹力复位；

其中：所述锁紧固定杆的一端连接于艏部抛出浮力块上，另一端为锥形头，直径小的一端朝向所述本体；两侧所述释放连杆的另一端形成有导入槽，所述锥形头在艏部抛出浮力块处于锁紧状态由导入槽插入，且直径大的一端卡在导入槽内侧端部，锁紧所述艏部抛出浮力块；

所述导入槽的轴向截面呈锥形，直径小的一端朝向内侧；所述锥形头在插入导入槽的过程中将两侧的释放连杆向外推，两侧的所述释放连杆在锥形头插入后通过拉紧弹簧复位，使所述导入槽直径小的一端与锥形头直径大的一端端面卡接；

所述艏部抛出浮力块朝向本体的一侧开设有锁紧限位销孔，所述固定支架上对应安装有锁紧限位销轴，该锁紧限位销轴在所述艏部抛出浮力块处于锁紧状态插入锁紧限位销孔中进行限位固定；

所述外部固定筒为中空结构，一端固接于所述固定支架上，另一端的内侧设有固定凸台，所述外顶推杆的一端沿轴向开设有导向销孔；所述顶紧弹簧的一端套设在固定凸台上并固定，另一端与所述外顶推杆的一端端部抵接；所述固定凸台在艏部抛出浮力块处于锁紧状态插入导向销孔内；

两侧所述释放连杆对称设置，一端均通过连杆固定丝杆铰接于所述固定支架上，并通过连杆固定螺母固定；两侧所述释放连杆一端之间的间距大于另一端之间的间距；

所述直流电机驱动器通过螺纹型面销轴与释放凸轮相连，该螺纹型面销轴的下部为四方连接型面，上部为圆柱、且制有外螺纹，所述螺纹型面销轴上部的圆柱由释放凸轮穿过，并通过锁紧螺母将所述释放凸轮夹紧固定；

所述直流电机驱动器包括顶部型面传动限位顶块、螺纹型面销轴、末端密封端盖、轴端密封端盖、驱动器外固定筒及驱动电机，该驱动器外固定筒固接在固定支架上，上下两端分别密封连接有轴端密封端盖和末端密封端盖，所述驱动电机安装在驱动器外固定筒的内部；所述顶部型面传动限位顶块的下端与轴端密封端盖密封转动连接，且与所述驱动电机的输出轴相连，该顶部型面传动限位顶块的上端通过所述螺纹型面销轴与释放凸轮相连；

所述顶部型面传动限位顶块的上端开设有型面连接槽，与所述螺纹型面销轴的下端型面连接；所述轴端密封端盖的上端外边缘沿圆周方向均布有多个上凸螺钉固定台及多个下凹螺钉固定槽，各所述上凸螺钉固定台及下凹螺钉固定槽间隔布置，每个所述上凸螺钉固定台上均开设有螺钉固定孔；

所述顶部型面传动限位顶块的下端与轴端密封端盖之间设有导向带。

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，精简了保障队伍的规模。

2.本实用新型的连杆锁紧机构结构简单，释放可靠，仅靠一级凸轮连杆快速传动释放，高效快捷，方便实用。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型弹簧顶紧外推支撑机构的立体结构剖视图；

图3为本实用新型连杆锁紧机构的结构俯视图；

图4为本实用新型直流电机驱动器的结构剖视图；

图5为图4中螺纹型面销轴的立体结构示意图；

图6为本实用新型直流电机驱动器的立体结构示意图；

图7为本实用新型应用于水下机器人上的工作状态图；

其中：1为艏部抛出浮力块，101为锁紧固定杆，102为锥形头，103为锁紧限位销孔，104为吊环螺钉，105为锁紧限位销轴；

2为本体，3为抛绳缆绳，4为固定支架；

5为弹簧顶紧外推支撑机构，501为外顶推杆，502为凸台，503为顶紧弹簧，504为外部固定筒，505为固定凸台，506为螺钉A，507为导向销孔；

6为连杆锁紧机构，601为释放连杆，602为拉紧弹簧，603为释放凸轮，604为螺钉B，605为连杆固定丝杆，606为连杆固定螺母；

7为直流电机驱动器，701为顶部型面传动限位顶块，702为螺钉C，703为导向带，704为O型密封圈，705为静密封圈A，706为锁紧螺母，707为螺纹型面销轴，7071为四方连接型面，7072为圆柱，708为末端密封端盖，709为轴端密封端盖，710为螺纹副，711为螺钉D，712为驱动器外固定筒，713为驱动电机，714为静密封圈B，715为螺钉E，716为导入槽，717为螺钉固定孔，718为型面连接槽，719为上凸螺钉固定台，720为下凹螺钉固定槽；

8为母船，9为机械臂，10为卷扬止荡机构，11为水下机器人，12为抛绳机构，13为连接板，14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所示，本实用新型包括艏部抛出浮力块1、本体2及分别安装在该本体2内的抛绳缆绳3、固定支架4、弹簧顶紧外推支撑机构5、连杆锁紧机构6和直流电机驱动器7，其中本体2安装在水下机器人11上，通过抛绳缆绳3与艏部抛出浮力块1连接，艏部抛出浮力块1在锁紧状态通过连杆锁紧机构6锁紧。

如图1、图2所示，艏部抛出浮力块1整体呈锥台状，直径小的一端端面为圆弧过渡，以减小在水中的阻力；艏部抛出浮力块1朝向本体2的一侧表面上设有锁紧固定杆101，锁紧固定杆101的一端通过环氧树脂粘结剂(如502胶)粘接于艏部抛出浮力块1上，另一端为锥形头102，直径小的一端朝向本体2，用于与连杆锁紧机构6锁紧连接。艏部抛出浮力块1朝向本体2的一侧表面中部沿轴向开设有锁紧限位销孔103。固定支架4上对应安装有锁紧限位销轴105，该锁紧限位销轴105在艏部抛出浮力块1处于锁紧状态插入锁紧限位销孔103中进行限位固定。艏部抛出浮力块1朝向本体2的一侧表面下部设有吊环螺钉104，该吊环螺钉104的一端通过环氧树脂粘结剂粘接在艏部抛出浮力块1上，另一端呈环状、用于与抛绳缆绳3系紧连接。

弹簧顶紧外推支撑机构5包括外顶推杆501、顶紧弹簧503及外部固定筒504，该外部固定筒504为中空结构，一端通过螺钉A506固接于固定支架4上，另一端的内侧设有圆柱状的固定凸台505；外顶推杆501的一端可相对移动地插设于外部固定筒504内，另一端为自由端，外顶推杆501的一端设有环状的凸台502。外顶推杆501的内部容置有顶紧弹簧503，该顶紧弹簧503的一端套设在固定凸台505上并固定，另一端与外顶推杆501一端的凸台502端部抵接。顶紧弹簧503向左侧顶紧凸台502，使外顶推杆501受到持续向左的推力；当外顶推杆501向左推到极限位置时，凸台502顶紧限位到固定支架4上。外顶推杆501的一端沿轴向开设有导向销孔507，该导向销孔507的轴向中心线与固定凸台505的轴向中心线共线；当外顶推杆501被艏部抛出浮力块1推到与固定支架4齐平时，固定凸台505插入到导向销孔507内部，此时，艏部抛出浮力块1朝向本体2一侧平面与本体2左侧平面贴紧，锥形头102与连杆锁紧机构6锁紧固定，顶紧弹簧503处于最大受压状态。

如图1、图3所示，连杆锁紧机构6包括释放连杆601、拉紧弹簧602、释放凸轮603、连杆固定丝杆605及连杆固定螺母606，该释放凸轮603连接于直流电机驱动器7的输出端，在释放凸轮603的两侧对称设有释放连杆601，每侧的释放连杆601的一端均通过连杆固定丝杆605铰接于固定支架4上，并通过连杆固定螺母606固定，每侧的释放连杆601的另一端为开合端；两侧释放连杆601一端之间的间距大于另一端之间的间距。两侧的释放连杆601之间通过拉紧弹簧602相连。两侧释放连杆601的另一端形成有导入槽716，导入槽716的轴向截面呈锥形，直径小的一端朝向内侧；锥形头102在艏部抛出浮力块1处于锁紧状态由导入槽716插入，在插入导入槽716的过程中将两侧的释放连杆601向外推，两侧的释放连杆601在锥形头102插入后通过拉紧弹簧602复位，使所述导入槽716直径小的一端与锥形头102直径大的一端端面卡接，锁紧艏部抛出浮力块1。

如图1、图4～6所示，直流电机驱动器7包括顶部型面传动限位顶块701、导向带703、O型密封圈704、静密封圈A705、锁紧螺母706、螺纹型面销轴707、末端密封端盖708、轴端密封端盖709、驱动器外固定筒712、驱动电机713及静密封圈B714，该驱动器外固定筒712固接在固定支架4上，轴端密封端盖709通过螺钉C702固接在驱动器外固定筒712的上端，末端密封端盖708通过螺钉E715固接在驱动器外固定筒712的下端。驱动电机713通过螺钉D711固定在驱动器外固定筒712的内部法兰上。顶部型面传动限位顶块701的下端与轴端密封端盖709密封转动连接，在顶部型面传动限位顶块701的下端与轴端密封端盖709之间设有导向带703，防止顶部型面传动限位顶块701与轴端密封端盖709之间直接转动摩擦。驱动电机713的输出轴与顶部型面传动限位顶块701的下端通过螺纹副710固定连接，顶部型面传动限位顶块701的上端通过螺纹型面销轴707与释放凸轮603相连。螺纹型面销轴707的下部为四方连接型面7071(即方形块)，上部为圆柱7072、且制有外螺纹，螺纹型面销轴707上部的圆柱由释放凸轮603穿过，并通过上下设置的一对锁紧螺母706将释放凸轮603锁紧到螺纹型面销轴707上，使释放凸轮603能由驱动电机713直接驱动。顶部型面传动限位顶块701的上端开设有方形的型面连接槽718，与螺纹型面销轴707下端的四方连接型面7071连接。轴端密封端盖709的上端外边缘沿圆周方向均布有多个上凸螺钉固定台719及多个下凹螺钉固定槽720，各上凸螺钉固定台719及下凹螺钉固定槽720间隔布置，每个上凸螺钉固定台719上均开设有螺钉固定孔717，通过螺钉固定孔717将直流电机驱动器7固定到固定支架4上。

本实用新型的工作原理为：

锁紧固定杆101在艏部抛出浮力块1处于锁紧状态由两侧释放连杆601另一端形成的导入槽716插入并卡紧，锁紧限位销轴105插入锁紧限位销孔103内进行限位固定。此时，外顶推杆501压缩顶紧弹簧503，被艏部抛出浮力块1推到左端与固定支架4齐平，固定凸台505插入导向销孔507内。

如图7所示，母船8上安装有机械臂9，机械臂9可以根据支持母船8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11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10通过连接板13铰接于机械臂9的末端，同时利用横滚和纵倾复合止荡的阻尼液压缸14并联，结合卷扬止荡机构10中的周向回转调向机构的周向回转功能，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14对卷扬止荡机构10进行限位、锁紧。抛绳机构12安装在水下机器人11的艏部，释放时，由直流电机驱动器7带动释放凸轮603将两侧的释放连杆601张开，解除对锥形头102的限位；此时，被压缩的顶紧弹簧503将外顶推杆501向外推出，借助海浪作用将艏部抛出浮力块1抛出。释放后的艏部抛出浮力块1在海浪的作用下漂浮，带动抛绳缆绳3快速展开。两侧的释放连杆601通过拉紧弹簧602的弹力复位。