專利名稱：無滑環自動偏轉式臍帶電纜收放裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及有纜遙控水下機器人臍帶電纜收放技術，具體地說是一種特別適用于中型水下機器人的無滑環自動偏轉式臍帶電纜收放裝置。
背景技術：
有纜遙控水下機器人是援潛救生、海難搶險和石油開發的高科技術設備，由于采用有纜的方式使得能源饋送和信息傳輸非常方便，為保證水下機器人在水下能夠高效、準確、安全地作業，消除支持母船運動對水下機器人的擾動，在水下作業期間，要求隨時隨地、極其頻繁地收放臍帶電纜，然而，對于臍帶電纜的收放目前普遍采用的是必須裝有導電滑環或光電滑環的電或液動電纜絞車的收放技術。由于導電滑環，尤其是光電滑環均屬多故障部件，又是如同咽喉的關重件，它的可靠與否直接影響水下機器人的可靠性。所以人們一直在尋求無導電滑環或光電滑環收放臍帶電纜的方法和裝置以提高有纜遙控水下機器人的可靠性。
發明內容
為了解決中型水下機器人臍帶電纜收放裝置的無滑環(沒有導電滑環或光電滑環)結構和技術問題，針對收放浮球式臍帶電纜的特點，本發明的目的是提供一種無滑環自動偏轉式收放裝置，使得中型水下機器人臍帶電纜收放裝置工作高效準確、安全可靠。
本發明技術方案是主要由內固定框架、外固定框架、驅動電機、減速機、電纜驅動輪、內導向蓋、支座、中心偏轉蓋、外導向蓋、從動輪、導向桿、滑動支座、彈簧、導軌、托板、伸縮支架組成，具體為所述驅動電機和減速機共同安裝在內固定框架上，驅動電機的輸出軸和減速機的輸入軸之間通過聯軸器聯結；所述電纜驅動輪的驅動軸兩端由二塊支座支撐，軸與支座孔的配合采用動配合，二支座緊固在內固定框架上部的水平導軌上；電纜驅動輪的驅動軸與減速機輸出軸聯結；所述從動輪的支撐軸兩端由二塊滑動支座支撐，軸與滑動支座孔的配合采用動配合，二滑動支座“松固”在內固定框架上部的水平導軌上；所述電纜驅動輪與臍帶電纜間摩擦接觸，臍帶電纜靠與從動輪間亦為摩擦接觸；所述二個彈簧分別套在二根導向桿上，彈簧的一端靠在滑動支座的左側，彈簧的另一端由導向桿自由端的螺母鎖緊，導向桿的另一端穿過滑動支座的孔后固定在內固定框架上；所述導向蓋、中心偏轉蓋、外導向蓋，均是以裝置中心線為公用軸線的回轉體，其中內導向蓋為圓環面形，安裝在內固定框架上部；外導向蓋為橢球面形，位于外固定框架的上方，是外固定框架的一部分；中心偏轉蓋為倒置喇叭形，聯結在外導向蓋下部；三者同軸線，并與裝置中心線重合；所述內固定框架和外固定框架分別為單體結構，外固定框架固定在內固定框架的底板上而形成一體，內固定框架、外固定框架、內導向蓋和托板之間形成容置臍帶電纜的環形空間；伸縮支架的頂部與托板聯結，伸縮支架的底部與內固定框架的底板聯結；所述從動輪的支撐軸的二滑動支座“松固”在內固定框架上部的水平導軌上是指滑動支座與水平導軌保留間隙，以保證滑動支座在導軌上滑動；所述電纜驅動輪的輪緣上設有軟齒，其輪緣軟齒的齒距與臍帶電纜外套的兩相鄰浮力球的距離相等；從動輪的輪緣為光滑表面；所述電纜驅動輪和從動輪的輪緣均為聚氨脂橡膠材料；所述臍帶電纜由電纜和外套浮力球組成，在水下呈中性；整體為懸吊結構。
本發明具有如下優點由于本發明采用自動偏轉式工作原理和無滑環的結構形式，其結構較現有技術中電或液動電纜絞車式收放裝置大大簡化。實驗證明，無滑環自動偏轉式中型水下機器人臍帶電纜收放裝置可靠性高、使用壽命長，使得水下機器人的可靠性指標大幅度提高，其連續無故障時間超過480小時(MTBF)。就收放裝置本身而言，它的使用壽命可超過水下機器人15年的服役期，而且維護非常方便，這項技術是水下機器人技術中一項重大突破。
圖1為本發明無滑環自動偏轉式中型水下機器人臍帶電纜收放裝置簡圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例詳述本發明。
如圖1所示，本裝置的結構采用懸吊方式，主要由內固定框架1、外固定框架2、驅動電機3、減速機4、電纜驅動輪5、內導向蓋6、支座7、中心偏轉蓋8、外導向蓋9、從動輪10、導向桿11、滑動支座12、彈簧13、導軌14、托板15和伸縮支架16等組成，其中驅動電機3和減速機4共同安裝在內固定框架1上，驅動電機3的輸出軸和減速機4的輸入軸之間通過聯軸器聯結。
電纜驅動輪5的驅動軸兩端由二塊支座7支撐，為實現電纜驅動輪5自由回轉，軸與支座7孔的配合采用動配合，二支座7緊固在內固定框架1上部的水平導軌上；電纜驅動輪5的驅動軸與減速機4輸出軸之間通過聯軸器聯結。從動輪10的支撐軸兩端由二塊滑動支座12支撐為實現從動輪10自由回轉，軸與滑動支座12孔的配合采用動配合，二滑動支座12用螺釘“松固”在內固定框架1上部的水平導軌上，所謂“松固”是滑動支座12與導軌14間保留間隙，以保證在調整從動輪10與電纜驅動輪5間的夾緊力、由于臍帶電纜18直徑變化等因素需彈簧13補償夾緊力和超載保護時滑動支座12在導軌14上滑動。
所述電纜驅動輪5與臍帶電纜18間摩擦接觸，臍帶電纜18靠與從動輪10間亦為摩擦接觸。
為實現彈簧13的力補償和超載保護功能，二個彈簧13分別套在二根導向桿11上，彈簧13的一端靠在滑動支座12的左側(就附圖而言)，彈簧13的另一端由導向桿11自由端(左端)的螺母鎖緊約束，導向桿11的右端穿過支座12的孔后固定在內固定框架1的豎板上，調整導向桿11左端螺母的鎖緊位置即可調整從動輪10與電纜驅動輪5間的夾緊力，當臍帶電纜18直徑變大和超載時(超載時電纜驅動輪5和臍帶電纜18間打滑)滑動支座12和從動輪10向左移動同時彈簧13被壓縮。
電纜驅動輪5和從動輪10的輪緣均為聚氨脂橡膠材料，其中電纜驅動輪5的輪緣上設有軟齒，其輪緣軟齒的齒距與臍帶電纜18外套的兩相鄰浮力球的距離相等，之所以采用軟齒，其目的在于收放纜時電纜驅動輪5的軟齒與臍帶電纜18浮球作嚙合運動，進而提高驅動臍帶電纜18的能力，又在超載打滑時起到保護臍帶電纜18的作用。從動輪10的輪緣為光滑表面。
導向蓋6、中心偏轉蓋8、外導向蓋9，均是以裝置中心線為公用軸線的回轉體，其中內導向蓋6為圓環面形，用螺釘安裝在內固定框架1上部；外導向蓋9為橢球面形，位于外固定框架2的上方，是外固定框架2的一部分；中心偏轉蓋8為倒置喇叭形，用螺釘聯接在外導向蓋9下部。裝配時要求保證三者同軸線，并與裝置中心線重合；所述導向蓋6和中心偏轉蓋8由高強度玻璃鋼模壓成形。
所述內固定框架1和外固定框架2均分別為焊接結構，外固定框架2用螺釘固定在內固定框架1的底板上而形成一體，內固定框架1、外固定框架2、內導向蓋6和托板15之間形成容置臍帶電纜18的環形空間；伸縮支架16的頂部與托板15用螺釘聯結，伸縮支架16的底部與內固定框架1的底板同樣用螺釘聯結。
為滿足收放不同長度臍帶電纜18的要求，裝置的臍帶電纜18容置空間須進行調整。調整四個伸縮支架的高度，即可抬起或降低托板15的高度，從而改變臍帶電纜18容置空間的大小。增加臍帶電纜18的長度，將托板15降低，縮短臍帶電纜18的長度，將托板15抬高。
裝置的傳動簡練，驅動電機3經聯軸節驅動減速機4，減速機4經另一聯軸節驅動電纜驅動輪5，電纜驅動輪5靠與臍帶電纜18間的摩擦力驅動臍帶電纜18運動，臍帶電纜18靠與從動輪10間的摩擦力驅動從動輪10。由于從動輪10的阻力小，與臍帶電纜18之間基本不打滑，因此電纜的長度計數裝置常安裝在從動輪10上，在此不做詳細介紹。
裝置的工作原理說明臍帶電纜18回收作業時，要求同時有兩個運動并有機配合，一是由電纜驅動輪5和從動輪10驅動的臍帶電纜18收進運動，二是通過由內導向蓋6、中心偏轉蓋8和外導向蓋9使得臍帶電纜18發生的自動偏轉運動。對于電纜驅動輪5和從動輪10的收進臍帶電纜18的原理不難理解，而重點在于為什么在內導向蓋6、中心偏轉蓋8和外導向蓋9均為固定零件的情況下臍帶電纜18自動發生偏轉。當臍帶電纜18收進時，驅動電機3通過減速機4驅動電纜驅動輪5回轉，由于從動輪10在彈簧13的作用下以適當的正壓力使得電纜驅動輪5有足夠的摩擦力驅動臍帶電纜18向上運動，電纜驅動輪5的輪緣軟齒的齒距恰好與臍帶電纜18外套的兩相鄰浮力球的距離相等，由于輪緣軟齒的存在，在同樣驅動效果的條件下，使得正壓力明顯下降，大大減小了對臍帶電纜18磨損，又由于輪緣軟齒的全齒高只有3毫米，如遇超載即可打滑，與彈簧13的可壓縮、滑動支座12可在導軌14上滑動功能一道起到保護臍帶電纜18的作用。在回收過程中臍帶電纜18自動偏轉應具備如下條件，臍帶電纜18通過對套在電纜上的浮力球進行適當張緊使其堅挺起來，臍帶電纜18按某一方向在托板15上事先纏繞數圈。當臍帶電纜18被驅動沿裝置中心線向上運動時，過內導向蓋6中心孔后，收入在裝置上層空間的臍帶電纜18同時與中心偏轉蓋8的近下頂點的A點、內導向蓋6上方的B點和外導向蓋9內的C點接觸(A、B、C三點均為某一瞬時接觸點)，臍帶電纜18的連續向上運動，迫使其沿預先纏繞的方向連續偏轉，臍帶電纜18的自動偏轉是在運動過程發生的，隨著繼續向上運動和偏轉，臍帶電纜18一圈又一圈地被纏繞在托板15上部的內固定框架1和外固定框架2的環形空間內。
臍帶電纜18放出作業時，只需控制驅動電機3反轉，由電纜驅動輪5和從動輪10驅動電纜向下運動，將臍帶電纜18從托板15上部的內固定框架1和外固定框架2的環形空間內拉出。
在臍帶電纜18的整個收放過程中，通過控制驅動電機3的轉速即可改變臍帶電纜18的線速度；通過調整彈簧13的作用力即可改變臍帶電纜18的線拉力。
聯鎖機構17用于聯鎖水下機器人，在此不做過多介紹。
此項發明使得中型水下機器人臍帶電纜18的收放實現了無滑環化，是水下機器人技術中一項重大突破。
權利要求
1.一種無滑環自動偏轉式臍帶電纜收放裝置，其特征是主要由內固定框架(1)、外固定框架(2)、驅動電機(3)、減速機(4)、電纜驅動輪(5)、內導向蓋(6)、支座(7)、中心偏轉蓋(8)、外導向蓋(9)、從動輪(10)、導向桿(11)、滑動支座(12)、彈簧(13)、導軌(14)、托板(15)、伸縮支架(16)組成，具體為所述驅動電機(3)和減速機(4)共同安裝在內固定框架(1)上，驅動電機(3)的輸出軸和減速機(4)的輸入軸之間通過聯軸器聯結；所述電纜驅動輪(5)的驅動軸兩端由二塊支座(7)支撐，軸與支座(7)孔的配合采用動配合，二支座(7)緊固在內固定框架(1)上部的水平導軌(14)上；電纜驅動輪(5)的驅動軸與減速機(4)輸出軸聯結；所述從動輪(10)的支撐軸兩端由二塊滑動支座(12)支撐，軸與滑動支座(12)孔的配合采用動配合，二滑動支座(12)“松固”在內固定框架(1)上部的水平導軌(14)上；所述電纜驅動輪(5)與臍帶電纜(18)間摩擦接觸，臍帶電纜(18)靠與從動輪(10)間亦為摩擦接觸；所述二個彈簧(13)分別套在二根導向桿(11)上，彈簧(13)的一端靠在滑動支座(12)的左側，彈簧(13)的另一端由導向桿(11)自由端的螺母鎖緊，導向桿(11)的另一端穿過滑動支座(12)的孔后固定在內固定框架(1)上；所述導向蓋(6)、中心偏轉蓋(8)、外導向蓋(9)，均是以裝置中心線為公用軸線的回轉體，其中內導向蓋(6)為圓環面形，安裝在內固定框架(1)上部；外導向蓋(9)為橢球面形，位于外固定框架(2)的上方，是外固定框架(2)的一部分；中心偏轉蓋(8)為倒置喇叭形，聯結在外導向蓋(9)下部；三者同軸線，并與裝置中心線重合；所述內固定框架(1)和外固定框架(2)分別為單體結構，外固定框架(2)固定在內固定框架(1)的底板上而形成一體，內固定框架(1)、外固定框架(2)、內導向蓋(6)和托板(15)之間形成容置臍帶電纜(18)的環形空間；伸縮支架(16)的頂部與托板(15)聯結，伸縮支架(16)的底部與內固定框架(1)的底板聯結。
2.按照權利要求1所述無滑環自動偏轉式臍帶電纜收放裝置，其特征在于所述從動輪(10)的支撐軸的二滑動支座(12)“松固”在內固定框架(1)上部的水平導軌上是指滑動支座(12)與水平導軌(14)保留間隙，以保證滑動支座(12)在導軌(14)上滑動。
3.按照權利要求1所述無滑環自動偏轉式臍帶電纜收放裝置，其特征在于所述電纜驅動輪(5)的輪緣上設有軟齒，其輪緣軟齒的齒距與臍帶電纜(18)外套的兩相鄰浮力球的距離相等。
4.按照權利要求1所述無滑環自動偏轉式臍帶電纜收放裝置，其特征在于從動輪(10)的輪緣為光滑表面。
5.按照權利要求1所述無滑環自動偏轉式臍帶電纜收放裝置，其特征在于所述電纜驅動輪(5)和從動輪(10)的輪緣均為聚氨脂橡膠材料。
6.按照權利要求1所述無滑環自動偏轉式臍帶電纜收放裝置，其特征在于所述臍帶電纜(18)由電纜和外套浮力球組成，在水下呈中性。
7.按照權利要求1所述無滑環自動偏轉式臍帶電纜收放裝置，其特征在于整體為懸吊結構。
全文摘要
本發明涉及一種適用于中型水下機器人的無滑環自動偏轉式臍帶電纜收放裝置。它主要由內固定框架、外固定框架、驅動電機、減速機、電纜驅動輪、內導向蓋、支座、中心偏轉蓋、外導向蓋、從動輪、導向桿、滑動支座、彈簧、導軌、托板、伸縮支架組成，其中驅動電機經減速機與電纜驅動輪聯結，電纜驅動輪與臍帶電纜間摩擦接觸，臍帶電纜靠與從動輪間亦為摩擦接觸；外固定框架固定在內固定框架的底板上而形成一體，內固定框架、外固定框架、內導向蓋和托板之間形成容置臍帶電纜的環形空間；伸縮支架的頂部與托板聯結，伸縮支架的底部與內固定框架1的底板聯結。本發明結構簡單，可靠性高、使用壽命長，且維護非常方便。
文檔編號H02G1/10GK1532132SQ03111220
公開日2004年9月29日 申請日期2003年3月21日 優先權日2003年3月21日
發明者康守權, 張艾群 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所