專利名稱：一種水下自動機電連接裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種用于水下的機械對接及大電流插接裝置，特別是一種自動實現(xiàn)水下機械及電氣對接與分離的裝置，屬于海洋工程中的水下工程機械領域。
背景技術：
近年來，水下工程領域發(fā)展迅速，水下機電設備安裝檢修、海底觀測網(wǎng)建設維護等工程方面的發(fā)展對水下的機械、電氣連接與分離都提出了很高的要求，尤其是特種水下機器人的發(fā)展迫切需要能夠在水下實現(xiàn)機械和電氣的自動連接的裝置。
目前絕大部分水下機電設備的機械及電氣連接都只能是在干式環(huán)境下人工實現(xiàn)， 因此環(huán)境適應很差，而且缺乏靈活性。而對于一些特種水下機器人，例如水下模塊化自重構機器人，則必須利用水下機械及電氣自動對接分離技術來實現(xiàn)其預定功能。近年來隨著海洋開發(fā)的逐步深化，我國海底觀測網(wǎng)的建設也日益加快。在海底觀測網(wǎng)的組建過程中需要在每個觀測點進行機械及電氣連接，目前國際上通常利用水下機器人的機械手夾持水下濕插拔插接件進行觀測點的電纜連接，但是水下濕插拔接插件一般都需要幾十公斤的插拔力，而且作業(yè)時還要有足夠精確的外部定位條件，這種作業(yè)方式對水下機器人的要求非常高，而且速度慢，效率低。因此研發(fā)一種水下機械及電氣自動對接分離裝置顯得非常必要。
經(jīng)對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，公開號CN 1585205A、名稱為《水下自動機電連接裝置》的中華人民共和國專利，該專利涉及到一種自動的水下機械及電氣對接裝置，其機械對接卡爪在主連接面徑向布置，不僅機械導引范圍小，而且機械對接緊固力小，所以連接不可靠；其電氣連接采用的是端面平面密封，密封效果較差，不適合在深水中使用；而且由于其導通觸點是端面接觸式，觸電和插頭之間容易產(chǎn)生空隙，不適合大電流的傳輸。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種在水下機器人上搭載的模塊化多功能智能水下取樣器，其能夠使操作人員在水面的母船上通過操作臺或者根據(jù)自身設定的程序方便地實現(xiàn)水下多種形式的采樣，并對采樣過程進行實時監(jiān)控，從而在大大提高采樣效率的同時，減小了對工作母船的依賴性，為高質量地完成水下采樣工作奠定了良好的 ■石出。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種新型的水下自動機械及電氣對接分離裝置，其可以在水下可靠地完成機械及電氣連接，并且機械連接強度好，電氣連接導電能力強，能大功率輸電，電氣絕緣性好，使用水深也較大。為水下特種機器人的研制及海底觀測網(wǎng)的組建等工程應用奠定良好的基礎。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過如下技術方案解決其技術問題
一種水下自動機電連接裝置，包括主動對接件和被動對接件，其特征在于所述主動對接件包括卡爪絲桿、卡爪機構、卡爪驅動機構、密封端蓋、主動對接體、n+4芯水密接插件、η芯貫穿件、觸點座、觸點機構、觸點驅動機構和定位錐；所述密封端蓋固定于殼狀主動對接體的后端，形成密封的空間，所述卡爪機構周向均布地固定在主動對接體的側壁上且與卡爪絲桿連接，所述觸點座和固定在其上的觸點機構設置于主動對接體的前壁之外，所述n+4芯水密接插件固定于密封端蓋上，并且通過置于主動對接體內部空間的η芯貫穿件與觸點機構連接，所述卡爪驅動機構和觸點驅動機構設置于主動對接體內部的空間中，該卡爪驅動機構連接卡爪絲桿且驅動卡爪機構實現(xiàn)主動對接件與被動對接件的對接與分離， 該觸點驅動機構連接觸點座且驅動觸點座和觸點機構前后移動，所述定位錐固定于主動對接體的前壁上；所述被動對接件包括插頭、插桿、帶有空腔的被動對接體、插頭座和η芯水密接插件，所述插頭座固定于被動對接體的前端，所述插桿貫穿該插頭座，所述插頭連接于插桿的前端，所述η芯水密接插件固定于被動對接體的后端且與插桿電連接。本發(fā)明所述的水下自動機電連接裝置，其觸點機構包括彈簧和觸點頭，該觸點頭與η芯貫穿件和n+4芯水密接插件電連接，該彈簧內置于所述觸點機構中且與該觸點頭壓緊接觸；所述卡爪驅動機構包括卡爪鏈輪和卡爪電機，該卡爪電機通過鏈條連接卡爪鏈輪， 該卡爪鏈輪固定于所述卡爪絲桿的一端；所述卡爪機構包括帶有銷子的卡爪、帶有導向槽的固定的卡爪側板和旋接于卡爪絲桿上的卡爪螺母，該卡爪螺母連接于卡爪的一端，該卡爪的銷子在卡爪側板的導向槽中滑動；所述觸點驅動機構包括觸點電機座板、觸點電機和觸點座絲桿，所述觸點座絲桿連接于所述觸點座上，所述觸點電機通過觸點電機座板固定于所述主動對接體的內壁上，該觸點電機連接觸點座絲桿且推動觸點座前后移動；所述η 芯插頭座與η芯水密接插件之間的被動對接體空腔內填滿硫化膠；在所述卡爪絲桿、密封端蓋、n+4芯水密接插件、觸點座、觸點機構和觸點驅動機構分別與主動對接體的連接處以及在所述插頭座和η芯水密接插件分別與被動對接體的連接處均設置有密封圈；在所述密封端蓋與主動對接體形成的密封空間內部填充有油；所述定位錐的數(shù)量為3個，其平均分布在主動對接體的對接面上，所述被動對接體的對接面上設有3個位置與該定位錐相對應的定位孔且與之相套合。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點本發(fā)明的機械卡爪機構在主動對接體外側周向布置，機械導引范圍大，而且機械對接緊固力大，所以連接比較可靠；通過主動對接體上的三個定位錐與被動定位體上的定位孔相套合實現(xiàn)觸點與插頭之間的精確定位，定位效果好；裝置的各構件連接處采用密封圈，密封效果較好，使本發(fā)明適合在深水中使用；導通觸點頭與插頭之間通過觸點驅動機構和內置彈簧實現(xiàn)擠壓接觸，觸點頭與插頭之間沒有空隙，電氣連接導電能力強，電氣絕緣性好，能大功率輸電。
圖1是本發(fā)明的總體結構示意圖。圖2是本發(fā)明主動對接件對接面的視圖。圖3是本發(fā)明被動對接件對接面的視圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例以本發(fā)明技術方案為前提下給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不僅限于下述的實施例。
如圖1、圖2和圖3所示，本實施例所述水下自動機電連接裝置包括主動對接件和被動對接件。所述主動對接件包括卡爪絲桿1、卡爪機構9、卡爪驅動機構、密封端蓋3、主動對接體10、n+4芯水密接插件6、η芯貫穿件7、觸點座12、觸點機構13、觸點驅動機構和定位錐14 ；；所述被動對接件包括插頭15、插桿16、帶有空腔的被動對接體17、插頭座18和 η芯水密接插件19 ；其中除了兩個驅動電機5和8以及觸點電機座板4外，裝置的其他部分基本呈中心對稱布置。
在所述主動對接件中，所述密封端蓋3固定于殼狀主動對接體10的后端，從而形成密封的空間。所述卡爪機構9數(shù)量設有若干(本實施例中為四個)，其周向均布地固定在主動對接體10的側壁上，并且分別與一卡爪絲桿1連接；該卡爪機構9包括帶有銷子的卡爪、帶有導向槽的固定的卡爪側板和旋接于卡爪絲桿1上的卡爪螺母，該卡爪螺母連接于卡爪的一端，該卡爪的銷子在卡爪側板的導向槽中滑動。所述卡爪驅動機構設置于殼狀主動對接體10內部的密封空間中，其包括卡爪鏈輪2和卡爪電機8 ；該卡爪電機8通過鏈條連接卡爪鏈輪2，該卡爪鏈輪2固定連接于所述卡爪絲桿1的一端。該卡爪驅動機構的卡爪電機8通過卡爪鏈輪2、鏈條和卡爪絲桿1傳動，使卡爪螺母將卡爪絲桿1的旋轉轉換為直線運動，再通過卡爪上的銷子在卡爪側板上的導向槽內滑動，使得卡爪按照設定的路徑收緊與張開，從而實現(xiàn)主動對接件與被動對接件的對接與分離。所述觸點座12和觸點機構13 設置于主動對接體10的前壁之外，該觸點機構13固定在觸點座12上。所述觸點機構13 包括彈簧、插座觸點、插座頭和觸點頭，該觸點頭經(jīng)過內部線路與η芯貫穿件7和n+4芯水密接插件6進行電連接，該彈簧內置于所述觸點機構13中，并且與該觸點頭壓緊接觸。所述n+4芯水密接插件6固定于密封端蓋3上，并且通過置于主動對接體10內部密封空間的 η芯貫穿件7與觸點機構13進行電連接。所述觸點驅動機構設置于主動對接體10內部的密封空間中，該觸點驅動機構連接觸點座12且驅動觸點座12和觸點機構13前后移動；所述觸點驅動機構包括觸點電機座板4、觸點電機5和觸點座絲桿11，所述觸點座絲桿11連接于所述觸點座12上，所述觸點電機5通過觸點電機座板4固定于所述主動對接體10的內壁上，該觸點電機5連接觸點座絲桿11且推動觸點座12和觸點機構13前后移動。所述定位錐14的數(shù)量為3個，其固定于主動對接體10的前壁上，并且平均分布在主動對接體10 的對接面上。為了在水深較大時抵抗水壓，在所述密封端蓋3與主動對接體10形成的密封空間內部還可以填充有油。
在所述被動對接件中，所述插頭座18固定于被動對接體17的前端，所述插桿16 貫穿該插頭座18，所述插頭15連接于插桿16的前端，所述η芯水密接插件19固定于被動對接體17的后端且與插桿16電連接。所述插頭座18與η芯水密接插件19之間的被動對接體17的空腔內填滿硫化膠，以保證絕緣和密封。所述被動對接體17的對接面上設有3 個位置與主動對接體10上定位錐14相對應的定位孔，該定位孔與定位錐14相套合，以此實現(xiàn)對接面上的周向定位，進而實現(xiàn)觸點頭與插頭間的精確定位。
為了使本發(fā)明所述水下自動機電連接裝置能夠在深水中使用，提高裝置的可靠性，所有與水接觸的零件在相互連接接的地方都設置了 0型密封圈，S卩，在所述卡爪絲桿1、 密封端蓋3、n+4芯水密接插件6、觸點座12、觸點機構13和觸點驅動機構分別與主動對接體10的連接處，以及在所述插頭座18和η芯水密接插件19分別與被動對接體17的連接處，均設置有0型密封圈，密封效果好，可以在深水中使用。
本發(fā)明所述的水下自動機電連接裝置工作時，首先使各零件處于預對接的狀態(tài)， 即四個卡爪張開，觸點座12收回到底端主動對接體10對接面的底部；其次使兩個對接面靠近到合適的位置，通過n+4芯水密接插件6給卡爪電機8供電，使之正向旋轉，通過鏈輪-鏈條進行傳動，帶動四個卡爪同步收緊，保證主動對接體10與被動對接體17能夠進行安全有效的對接，同時使主動對接體10上的三個定位錐14與被動對接體17上的定位孔相套合，實現(xiàn)周向定位。兩個對接面緊貼后，通過n+4芯水密接插件6給觸點電機5供電，使之旋轉，通過觸點座絲桿11進行傳動，帶動觸點座12與觸點機構13在軸向做小范圍的直線運動向對接面靠近，直到觸點座12與插頭座18在對接面上貼合，保證觸點頭與插頭之間沒有空隙。與此同時，觸點機構13的內置彈簧使得對接時觸點頭與插頭之間形成擠壓接觸，中間沒有空隙，提高了傳輸效率，從而實現(xiàn)大電流傳輸。觸點頭與插頭之間接觸后，電流依次通過n+4芯水密接插件6、艙內線路、η芯貫穿件7、觸點機構13、插頭15、η芯水密接插件19，從主動對接體10 —側的電纜傳輸?shù)奖粍訉芋w17 —側的電纜。最后進行對兩端的電纜進行電力傳輸測試，確保對接正確。當需要分離的時候，通過n+4芯水密接插件6給卡爪電機8供電，使其反向旋轉，帶動卡爪張開，在彈簧恢復力的作用下兩個對接面開始分離，之后通過其他手段將主動對接件和被動對接件完全分開。本發(fā)明所述的水下自動機電連接裝置自身沒有推進器，僅靠自己不能在水下運動。應用在水下模塊化自重構機器人上時，需要將該裝置整合、固定在裝有水下推進器的機體上，應用在水下電纜連接濕插拔連接時，需要由無人有纜水下機器人(ROV)攜帶并通過操縱ROV完成兩個對接面的靠近與對接的任務。
權利要求
1.一種水下自動機電連接裝置，包括主動對接件和被動對接件，其特征在于所述主動對接件包括卡爪絲桿(1)、卡爪機構(9)、卡爪驅動機構、密封端蓋C3)、主動對接體(10)、 n+4芯水密接插件(6)、η芯貫穿件(7)、觸點座(12)、觸點機構(13)、觸點驅動機構和定位錐(14)；所述密封端蓋(3)固定于殼狀主動對接體(10)的后端，形成密封的空間，所述卡爪機構(9)周向均布地固定在主動對接體(10)的側壁上且與卡爪絲桿(1)連接，所述觸點座(12)和固定在其上的觸點機構(13)設置于主動對接體(10)的前壁之外，所述n+4芯水密接插件(6)固定于密封端蓋(3)上，并且通過置于主動對接體(10)內部空間的η芯貫穿件(7)與觸點機構(13)連接，所述卡爪驅動機構和觸點驅動機構設置于主動對接體(10) 內部的空間中，該卡爪驅動機構連接卡爪絲桿(1)且驅動卡爪機構(9)實現(xiàn)主動對接件與被動對接件的對接與分離，該觸點驅動機構連接觸點座(1 且驅動觸點座(1 和觸點機構(1 前后移動，所述定位錐(14)固定于主動對接體(10)的前壁上；所述被動對接件包括插頭(15)、插桿(16)、帶有空腔的被動對接體(17)、插頭座(18)和η芯水密接插件(19)， 所述插頭座(18)固定于被動對接體(17)的前端，所述插桿(16)貫穿該插頭座(18)，所述插頭(15)連接于插桿(16)的前端，所述η芯水密接插件(19)固定于被動對接體(17)的后端且與插桿(16)電連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的水下自動機電連接裝置，其特征在于所述觸點機構(13)包括彈簧和觸點頭，該觸點頭與η芯貫穿件(11)和n+4芯水密接插件(6)電連接，該彈簧內置于所述觸點機構(13)中且與該觸點頭壓緊接觸。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的水下自動機電連接裝置，其特征在于所述卡爪驅動機構包括卡爪鏈輪( 和卡爪電機(8)，該卡爪電機(8)通過鏈條連接卡爪鏈輪0)，該卡爪鏈輪( 固定于所述卡爪絲桿(1)的一端；所述卡爪機構(9)包括帶有銷子的卡爪、帶有導向槽的固定的卡爪側板和旋接于卡爪絲桿(1)上的卡爪螺母，該卡爪螺母連接于卡爪的一端，該卡爪的銷子在卡爪側板的導向槽中滑動。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的水下自動機電連接裝置，其特征在于所述觸點驅動機構包括觸點電機座板G)、觸點電機( 和觸點座絲桿(11)，所述觸點座絲桿(11)連接于所述觸點座(12)上，所述觸點電機(5)通過觸點電機座板⑷固定于所述主動對接體(10) 的內壁上，該觸點電機( 連接觸點座絲桿(11)且推動觸點座(1 前后移動。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的水下自動機電連接裝置，其特征在于所述η芯插頭座 (18)與η芯水密接插件(19)之間的被動對接體(17)空腔內填滿硫化膠。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的水下自動機電連接裝置，其特征在于在所述卡爪絲桿 (1)、密封端蓋(3)、n+4芯水密接插件(6)、觸點座(12)、觸點機構(13)和觸點驅動機構分別與主動對接體(10)的連接處以及在所述插頭座(18)和η芯水密接插件(19)分別與被動對接體(17)的連接處均設置有密封圈。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的水下自動機電連接裝置，其特征在于在所述密封端蓋 (3)與主動對接體(10)形成的密封空間內部填充有油。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的水下自動機電連接裝置，其特征在于所述定位錐(14) 的數(shù)量為3個，其平均分布在主動對接體(10)的對接面上，所述被動對接體(17)的對接面上設有3個位置與該定位錐(14)相對應的定位孔且與之相套合。
全文摘要
一種水下自動機電連接裝置，包括主動對接件和被動對接件；主動對接件包括卡爪絲桿、卡爪機構、卡爪驅動機構、密封端蓋、主動對接體、n+4芯水密接插件、n芯貫穿件、觸點座、觸點機構、觸點驅動機構和定位錐，該卡爪機構周向均布地固定在主動對接體的側壁上，該卡爪驅動機構連接卡爪絲桿且驅動卡爪機構實現(xiàn)主動對接件與被動對接件的可靠對接與分離，該觸點驅動機構驅動觸點座和觸點機構移動，并配合觸點機構內的彈簧，使觸點與插頭之間形成擠壓接觸，實現(xiàn)大電流傳輸；被動對接件包括插頭、插桿、帶有空腔的被動對接體、插頭座和n芯水密接插件；與水接觸的零件在相互連接處都設置了密封圈。本發(fā)明密封效果好、機械連接強度高、接導電能力強、能大功率輸電，適合在深水中使用。
文檔編號H01R13/639GK102522658SQ20111032750
公開日2012年6月27日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權日2011年10月25日
發(fā)明者劉建民, 吳小輝, 吳超, 莊廣膠, 葛彤 申請人:上海交通大學