勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車的制作方法
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車，運動和探測過程分為，電機帶動內轉子轉動，同時內外磁塊耦合，帶動外轉子轉動從而履帶輪向前運動。在帶輪上的位移傳感器隨著輪子實時與海底緊定螺釘面接觸，帶輪走過的軌跡都被傳感器探測記錄，信號傳遞到海面工作母船上，從而進行對海底地貌的分析。本實用新型采用了四輪電機驅動的方式，將位移傳感器直接安裝在履帶上，傳感信號通過臍帶纜傳輸到達海面工作母船上從而進行地貌的分析。該探測車機構簡單造價低廉，適應能力強，勘測結果準確，安全系數高，可回收能力強。能夠實時觀測并記錄海底環境，并且采用了磁耦合的方式解決了海底高壓所帶來的驅動軸動密封的難題。
【專利說明】勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種勘探設備，具體地說是海下勘探設備。
【背景技術】
[0002]眾所周知海底不僅蘊藏著豐富的石油、天然氣等礦產資源，還存在著很多未知的生物，同時海洋環境需要人們去探索和挖掘。因此勘探海底環境，了解海床地貌，對于海底的開發和研宄就顯得尤為重要。近年來，人們已經實用新型了較多的海地表面的測量技術，在這些技術當中，有應用海底機器人ROV進行輔助勘探的方法；還有用遠程導航衛星進行大面積掃描、分析成像的技術。其中較多的還是用母船進行實時實地聲納或紅外勘測方法。用這些方法的優點是單次測量覆蓋面積廣泛，但隨之而來的問題是無法真實模擬海床的環境，誤差很大，且設備昂貴。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供分析并成像海底地貌、給海洋勘探做出前期準備的勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車。
[0004]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0005]本實用新型勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車，其特征是:包括前端支撐主體、后端支撐主體、臍帶纜連接箱、第一-第四車輪、前端電機、后端電機、第一-第二葉輪，前端支撐主體與臍帶纜連接箱之間、后端支撐主體與臍帶纜連接箱之間均通過柔性金屬連接件相連，前端支撐主體和后端支撐主體上均安裝彈簧固定件，彈簧固定件與臍帶纜連接箱之間均安裝彈簧，后端電機包括第一后端電機和第二后端電機，第一后端電機和第二后端電機均設置在后端支撐主體里，第一后端電機連接第一后輪內轉子，第一后輪內轉子外部設置第一后端定子，第一后端定子外部設置第一后端外轉子，第一后端定子與后端支撐主體相固定，第一后端外轉子與第一車輪相固定，第一后輪內轉子上安裝第一后輪內磁塊，第一后端外轉子上安裝第一后輪外磁塊，第一后輪內磁塊和第一后輪外磁塊位置相對，第一后端電機、第一后輪內轉子、第一后端定子、第一后端外轉子、第一車輪、第一后輪內磁塊、第一后輪外磁塊構成第一后輪驅動裝置，第二后端電機、第二后輪內轉子、第二后端定子、第二后端外轉子、第二車輪、第二后輪內磁塊、第二后輪外磁塊構成第二后輪驅動裝置，第二后輪驅動裝置與第一后輪驅動裝置結構相同，并根據后端支撐主體左右對稱布置，前端電機包括第一前端電機和第二前端電機，第一前端電機和第二前端電機均設置在前端支撐主體里，第一前端電機的輸出端第一前輪內磁塊，第一前輪內磁塊外部設置第一前端外轉子支撐，第一前端外轉子支撐外部設置第一前端外轉子，第一前端外轉子支撐與前端支撐主體相固定，第一前端外轉子外部設置第三車輪，第一前端外轉子與第三車輪之間通過軸承配合，第一前端外轉子的端部連接第一葉輪，第一前端外轉子上安裝第一前輪外磁塊，第一前輪外磁塊和第一前輪內磁塊位置相對，第一前端電機、第一前輪內磁塊、第一前端外轉子支撐、第一前端外轉子、第一葉輪、第三車輪構成第一前輪驅動裝置，第二前端電機、第二前輪內磁塊、第二前端外轉子支撐、第二前端外轉子、第二葉輪、第四車輪構成第二前輪驅動裝置，第二前輪驅動裝置與第一前輪驅動裝置結構相同，并根據前端支撐主體左右對稱布置，第一車輪和第三車輪上纏繞第一履帶，第二車輪和第四車輪上纏繞第二履帶。
[0006]本實用新型還可以包括:
[0007]1、第三車輪上安裝第一位移傳感器，第一位移傳感器的電纜穿過第三車輪并從第三車輪的輪轂引出，第一位移傳感器電纜的端部連接銅球，銅球與銅環相接觸，前端支撐主體上安裝前端彈簧，壓緊件連接前端彈簧并在前端彈簧的作用下將銅球、銅環壓在第三車輪里，第四車輪上安裝第二位移傳感器，第二位移傳感器的安裝方式與第一位移傳感器相同，臍帶纜連接箱引出左前輪傳感器輸出線、右前輪傳感器輸出線、前輪電機輸出線、后輪電機輸出線，左前輪傳感器輸出線、右前輪傳感器輸出線分別連接第一位移傳感器的電纜和第二位移傳感器的電纜，前輪電機輸出線連接第一前端電機和第二前端電機，后輪電機輸出線連接第一后端電機和第二后端電機。
[0008]本實用新型的優勢在于:本實用新型推出的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車，它采用了四輪電機驅動的方式，主要將位移傳感器直接安裝在履帶上，傳感信號通過臍帶纜傳輸到達海面工作母船上從而進行地貌的分析。該探測車機構簡單造價低廉，適應能力強，勘測結果準確，安全系數高，可回收能力強。并且通過這樣的結構很好的達到了實時觀測并記錄海底環境，并且采用了磁耦合的方式解決了海底高壓所帶來的驅動軸動密封的難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0010]圖2為傳感器信號傳出機構的局部視圖；
[0011]圖3為親合傳動的局部視圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0013]結合圖1?3，該磁耦合傳動機械履帶式海底成像探測車主要用于100到10000米深的海底，是用來探測海底地形地貌的裝置。該車的整體尺寸長X寬為:460X260mm，速度范圍在10-30mm/s。采用了電機驅動，并且電機電纜和傳感器電纜用臍帶纜集成的方式輸送電信號，采用遙控的方式對探測車進行控制，可以在探測車上加裝其他設備，比如紅外探測儀、攝像頭等，如此能更好的監測海底環境。此外，由于探測車的自身柔韌度好，可以適合較復雜的海床環境。
[0014]磁耦合式海底地貌成像探測車是由車輪1、外轉子固定螺釘2、外轉子固定鍵3、外轉子固定螺釘4、后端定子5、軸套6、圓錐滾子軸承7、后端外轉子8、履帶9、臍帶纜接口 10、后輪電機輸出線11、左前輪傳感器輸出線12、右前輪傳感器輸出線13、前輪電機輸出線14、葉輪保護蓋15、保護蓋固定螺釘16與19、葉輪17、葉輪固定螺釘18、前端外轉子20、前端外轉子支撐21、前端電機22、位移傳感器23、滑道24、壓緊件25、水密電纜接頭26與31、壓緊件固定螺釘27、前端支撐主體螺栓28、支撐主體29、水密電纜接頭固定螺釘30、水密接頭固定墊圈32、密封圈33、銅球34、銅環35、外磁塊36、金屬連接固定螺釘37、前端外轉子支撐架38、彈簧固定件39、柔性金屬連接件40、臍帶纜連接箱41、內部電纜接頭42、彈簧43、彈簧固定件螺釘44、后端支撐主體螺栓45、支撐主體密封圈46、后輪外磁塊47、后輪電機48、后輪內轉子49、平鍵50、電機平鍵緊定螺釘51、后輪電機固定螺釘52、后輪內磁塊53、后端支撐主體54組成。
[0015]用于勘測海底地貌的磁耦合傳動機械履帶式海底成像探測車的安裝關系如下:電機固定螺釘將電機48緊定在支撐主體54上，緊定螺釘固定電機平鍵50從而連接與之旋轉的內轉子49。定子5通過支撐主體螺栓45和外轉子固定螺釘4分別固定在支撐主體54和輪子I上，它與輪子I之間的輪動用圓錐棍子軸承7實現，軸承有軸套6頂在輪子上。前端的兩電機和輪子的連接與此同理。支撐主體和外轉子支撐通過密封圈46完成密封。履帶9和輪子嚙合。轉向葉輪17通過兩固定螺釘16、18與外轉子支撐21固定在輪子上，葉輪保護蓋15設計成通孔式，既能防止海洋藻類卷入也能讓海水進入。這樣就保證了整個車體運動時的連續性。傳感器的電纜12、13的輸出是本實用新型設計獨特的地方，電纜是通過輪轂中間導出，連接在銅球34上，而銅球被彈簧壓緊保證時刻與電纜連接的銅環35接觸，而壓緊件25又被剛度更大的彈簧27緊緊的壓在輪子上。所以壓緊件是不動件，通過滑道24完成了與輪子之間的動密封。水密封31由螺釘30固定在支撐主體上，其墊圈32底下的密封33阻礙了海水的浸入。中間的兩根長彈簧43是由連接件39固定在支撐主體上，兩柔性金屬40上用螺栓固定上臍帶纜連接箱41，這樣就保證了電纜的安全穩定輸出。
[0016]工作原理:勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車運動和探測過程分為，電機帶動內轉子轉動，同時內外磁塊耦合，帶動外轉子轉動從而履帶輪向前運動。在帶輪上的位移傳感器隨著輪子實時與海底緊定螺釘面接觸，帶輪走過的軌跡都被傳感器探測記錄，信號傳遞到海面工作母船上，從而進行對海底地貌的分析。具體如下:
[0017]I)電機轉動電信號通過水密接頭輸送給電動機48，電動機帶電轉動，緊定螺釘51將平鍵50連接在內轉子49上，從而內轉子跟隨其轉動，而電動機是由固定螺釘54緊定在支撐主體55上，因此電動機帶電后只是主軸轉動而電動機本身不動。
[0018]2)磁I禹合轉子轉動電動機48帶動內轉子49轉動后，內磁塊53鑲嵌在內轉子49外壁處，內轉子49旋轉，使得磁場方向改變，外部的外轉子8中外磁塊47將受到這個磁力線的變化，通過磁場耦合將隨著內轉子49產生旋轉運動，內轉子49與外轉子8由定子5隔離開，處于非接觸狀態，因此，稱為磁耦合非接觸驅動的轉動。
[0019]3)傳感器工作外轉子8轉動將帶動履帶輪I轉動，從而整個裝置向前行進。裝載在帶輪上的傳感器23隨著帶輪一起運動，當傳感器每接觸一次海底面時便記錄一次信號，傳感器記錄的信號由傳感器輸出電纜12、13傳出，海上接收信號后，分析并形成圖像。
[0020]4)探測車轉向探測車需要轉向時，由水密電纜接頭31傳入給前端兩電機電信號，實現電機的差速轉動，而與電機相連的葉輪17隨著電動機轉動，產生推力，使整個探測車可以靈活左右轉向。
[0021]5)探測車越坡當車體遇到斜度不大的坡面時，由于車身的自重驅使，車上附帶的彈簧43和柔性金屬連接40將會隨著斗坡的形狀而變化，傳感器23就能時刻與海底面接觸，避免信號的中斷。
[0022]本實用新型工作方式:首先四個電機分別安在支撐主體的電機座里，在電機和內轉子之間通過鍵聯結傳出動力，內轉子旋轉后的磁場變化通過磁場耦合，帶動外轉子轉動，從而帶動與其連接的輪轂輸出轉矩。兩個磁耦合的內外轉子是不接觸的，外轉子浸入在海水中，而內轉子和電機一起密封在電機座里，這樣電機輸出軸由原來的動密封就轉化成了靜密封，如此達到電機與海水完全隔離，防止其進水漏電，從而使探測車運動。
[0023]此外，該探測車是由彈簧和柔性金屬作為前后的支撐，這樣就保證了在探測車自身重力的驅使下使其與海床時刻接觸，從而安裝在履帶上的位移傳感器就能很好的讀取高低信號發揮作用。該裝置前端的葉輪安裝在外轉子軸上，這樣做的目的是，當給前端電機不同的轉速時，左右葉輪轉速變化，實現差速運動，從而解決了探測車的轉向問題。
【權利要求】
1.勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車，其特征是:包括前端支撐主體、后端支撐主體、臍帶纜連接箱、第一-第四車輪、前端電機、后端電機、第一-第二葉輪，前端支撐主體與臍帶纜連接箱之間、后端支撐主體與臍帶纜連接箱之間均通過柔性金屬連接件相連，前端支撐主體和后端支撐主體上均安裝彈簧固定件，彈簧固定件與臍帶纜連接箱之間均安裝彈簧，后端電機包括第一后端電機和第二后端電機，第一后端電機和第二后端電機均設置在后端支撐主體里，第一后端電機連接第一后輪內轉子，第一后輪內轉子外部設置第一后端定子，第一后端定子外部設置第一后端外轉子，第一后端定子與后端支撐主體相固定，第一后端外轉子與第一車輪相固定，第一后輪內轉子上安裝第一后輪內磁塊，第一后端外轉子上安裝第一后輪外磁塊，第一后輪內磁塊和第一后輪外磁塊位置相對，第一后端電機、第一后輪內轉子、第一后端定子、第一后端外轉子、第一車輪、第一后輪內磁塊、第一后輪外磁塊構成第一后輪驅動裝置，第二后端電機、第二后輪內轉子、第二后端定子、第二后端外轉子、第二車輪、第二后輪內磁塊、第二后輪外磁塊構成第二后輪驅動裝置，第二后輪驅動裝置與第一后輪驅動裝置結構相同，并根據后端支撐主體左右對稱布置，前端電機包括第一前端電機和第二前端電機，第一前端電機和第二前端電機均設置在前端支撐主體里，第一前端電機的輸出端第一前輪內磁塊，第一前輪內磁塊外部設置第一前端外轉子支撐，第一前端外轉子支撐外部設置第一前端外轉子，第一前端外轉子支撐與前端支撐主體相固定，第一前端外轉子外部設置第三車輪，第一前端外轉子與第三車輪之間通過軸承配合，第一前端外轉子的端部連接第一葉輪，第一前端外轉子上安裝第一前輪外磁塊，第一前輪外磁塊和第一前輪內磁塊位置相對，第一前端電機、第一前輪內磁塊、第一前端外轉子支撐、第一前端外轉子、第一葉輪、第三車輪構成第一前輪驅動裝置，第二前端電機、第二前輪內磁塊、第二前端外轉子支撐、第二前端外轉子、第二葉輪、第四車輪構成第二前輪驅動裝置，第二前輪驅動裝置與第一前輪驅動裝置結構相同，并根據前端支撐主體左右對稱布置，第一車輪和第三車輪上纏繞第一履帶，第二車輪和第四車輪上纏繞第二履帶。
2.根據權利要求1所述的勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車，其特征是:第三車輪上安裝第一位移傳感器，第一位移傳感器的電纜穿過第三車輪并從第三車輪的輪轂引出，第一位移傳感器電纜的端部連接銅球，銅球與銅環相接觸，前端支撐主體上安裝前端彈簧，壓緊件連接前端彈簧并在前端彈簧的作用下將銅球、銅環壓在第三車輪里，第四車輪上安裝第二位移傳感器，第二位移傳感器的安裝方式與第一位移傳感器相同，臍帶纜連接箱引出左前輪傳感器輸出線、右前輪傳感器輸出線、前輪電機輸出線、后輪電機輸出線，左前輪傳感器輸出線、右前輪傳感器輸出線分別連接第一位移傳感器的電纜和第二位移傳感器的電纜，前輪電機輸出線連接第一前端電機和第二前端電機，后輪電機輸出線連接第一后端電機和第二后端電機。
【文檔編號】B62D55/00GK204250197SQ201420697464
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】張波, 王茁, 孟凡東, 王濤, 于丹丹, 胡朝陽, 李寧, 黃新禹, 單雪, 田丁盛 申請人:哈爾濱工程大學