一种潜水器锁紧机构及其操作方法与流程

1.本发明涉及海洋工程和水下装备领域，特别是涉及一种潜水器锁紧机构及其操作方法，所述潜水器锁紧机构尤其适用于基站式作业系统。


背景技术：

2.深海资源的探测与开发利用得到国际上的广泛关注，深海装备技术是各国深海资源竞争的焦点。为提高探测能力与作业效率、增加潜水器的续航时间，研究人员提出了以水下平台作为基站，为rov、auv等无人潜水器提供能源补给和通信的新型潜水器装备和作业模式。
3.rov、auv等无人潜水器通常安装在基站式作业系统的内部，实现一体化布放与回收作业，由于无人潜水器自身重量大，必须在基站式作业人系统内部实现可靠锁紧，避免在布放及回收过程中出现潜水器脱落的意外。同时无人潜水器在海底作业时，会频繁出入基站式作业系统，因此锁紧机构需可靠实现解锁、锁紧动作。在基站式作业系统上，其载荷重量是非常珍贵的资源，尽可能降低锁紧机构的重量，有利于搭载更多的科学仪器。
4.目前基站式作业系统是一种全新的作业装备，目前尚无针对这类作业需求的潜水器锁紧机构。


技术实现要素：

5.基于此，本发明的一目的是，提供一种潜水器锁紧机构及其操作方法，所述潜水器锁紧机构锁紧可靠、重量小且操作可靠简便，适用于基站式作业系统。
6.本发明提供了一种潜水器锁紧机构，包括：
7.底座，所述底座延伸形成有两个具有穿槽的卡环，两个所述卡环之间形成有插槽，以供潜水器的锁紧环插入；
8.锁舌，所述锁舌固定在所述卡环之上，并能够在垂直于所述潜水器的锁紧环的方向上于两个所述卡环的所述穿槽中上下运动，从而实现对所述潜水器的锁紧环的解锁和锁定；
9.锁舌驱动杆，所述锁舌驱动杆连接于所述锁舌，用于联动所述锁舌上下运动；以及
10.驱动机构，所述驱动机构包括驱动电机和联动于所述驱动电机的凸轮，所述凸轮设置于所述锁舌驱动杆之下，用于驱动所述锁舌驱动杆进行上下运动。
11.在本发明的一实施例中，所述凸轮具有联动于所述电机的第一端部和延伸自所述第一端部的第二端部，所述第一端部和所述第二端部均具有圆弧面，所述第一端部的圆弧直径小于第二端部的圆弧直径，当所述凸轮转动时，所述锁舌驱动杆由所述第二端部的圆弧面引导而进行上下移动。
12.在本发明的一实施例中，所述潜水器锁紧机构还包括固定于所述底座的导轨支撑座，两端分别固定连接于所述导轨支撑座和所述底座的导轨，以及可滑动地设置于所述导轨的滑动轴承，所述锁舌固定于所述滑动轴承，其中在所述锁舌被所述锁舌驱动杆联动上
下移动时，所述锁舌带动所述滑动轴承沿所述导轨上下移动。
13.在本发明的一实施例中，所述潜水器锁紧机构还包括弹性件，所述弹性件套设于所述导轨且其两端分别抵撑于所述滑动轴承和所述导轨支撑座，用于为所述锁舌提供复位作用力。
14.在本发明的一实施例中，所述潜水器锁紧机构包括两个所述导轨和两个所述弹性件，所述弹性件套设于对应的所述导轨，所述锁舌驱动杆的一端支撑于所述凸轮之上，另一端从两个所述导轨之间穿过并垂直连接于所述锁舌。
15.在本发明的一实施例中，所述锁舌的底部设置有圆弧斜面，用于与所述潜水器的锁紧环接触，以便于所述潜水器的锁紧环能够插入所述插槽。
16.在本发明的一实施例中，所述凸轮通过传动杆连接于所述驱动电机的输出轴，所述驱动机构还包括依次套设于所述凸轮的传动杆的角度传感器、驱动机构轴承以及密封圈，所述角度传感器用于检测所述凸轮的转动角度，实现反馈控制。
17.在本发明的一实施例中，所述驱动机构还包括外壳，所述外壳具有第一壳体和连接于所述第一壳体的第二壳体，所述第二壳体的直径大于所述第一壳体的直径，所述驱动电机设置在所述第一壳体内，所述角度传感器、所述驱动机构轴承以及所述密封圈均设置于所述第二壳体内；所述潜水器锁紧机构还包括固定于所述底座的固定座，所述驱动机构的第一壳体固定于所述固定座而形成所述驱动机构固定于所述底座的状态。
18.在本发明的一实施例中，所述底座包括第一支撑板、间隔设置于所述第一支撑板之上的第二支撑板以及用于支撑和连接所述第一支撑板和所述第二支撑板的多个支撑件，其中两个所述卡环分别延伸自所述第一支撑板和所述第二支撑板。
19.本发明在另一方面还提供了一种潜水器锁紧机构的操作方法，包括锁紧操作：
20.启动驱动电机转动，使得凸轮转动而放下锁舌驱动杆，所述锁舌驱动杆带动锁舌向下移动，使得所述锁舌插入所述插槽；
21.将潜水器的锁紧环自所述锁舌底部的圆弧斜面位置插入所述插槽，所述潜水器的锁紧环推动所述锁舌向上移动；
22.所述锁舌向上移动而带动滑动轴承沿导轨向上移动，弹性件被压缩而储蓄势能；以及
23.待所述潜水器的锁紧环完全插入所述插槽时，经由所述锁舌自身的重力和所述弹性件释放势能而使得所述滑动轴承沿所述导轨向下移动，所述滑动轴承带动所述锁舌下落复位，以此完成所述锁舌对所述潜水器的锁紧环的锁紧。
24.本发明的所述潜水器锁紧机构具有以下有益效果：
25.本发明实现了一种锁紧可靠、重量小、操作可靠简便的水下锁紧机构。
26.锁紧可靠：所述潜水器锁紧机构对潜水器的锁紧力的方向与锁舌运动方向成垂直分布，且所述潜水器锁紧机构的锁紧能力依靠滑动轴承和锁舌来保证，与驱动端的驱动电机无关，以此保证锁紧力的大小，也降低了对驱动力的要求。
27.重量小：所述潜水器锁紧机构的锁紧力由滑动轴承的强度保证，降低了对驱动力的要求，减小了机构本身的重量及尺寸。驱动电机内部集成角度传感器，结构紧凑，体积重量小。
28.操作可靠简便：所述潜水器锁紧机构的运动仅由一个驱动电机完成，控制简单方
便。所述潜水器锁紧机构通过角度传感器检测凸轮的运动实现反馈控制，可以精确地实现锁紧及解锁操作，作业可靠。
29.通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
附图说明
30.图1为本发明的一优选实施例的所述潜水器锁紧机构的立体结构图；
31.图2为图1所示的所述潜水器锁紧机构的左视图；
32.图3为图1所示的所述潜水器锁紧机构的驱动机构的立体结构图；
33.图4为图3所示的所述驱动机构的剖视示意图；
34.图5为图1所示的所述潜水器锁紧机构的锁舌的立体结构图；
35.图6为图1所示的所述潜水器锁紧机构的使用示意图，其示意了潜水器和所述潜水器锁紧机构之间的锁紧状态；
36.图7为图1所示的所述潜水器锁紧机构的使用示意图，其示意了潜水器和所述潜水器锁紧机构之间的解锁状态和待锁紧状态。
37.附图标号说明：潜水器锁紧机构100；底座10；第一支撑板11；第二支撑板12；支撑件13；卡环101；穿槽102；插槽103；锁舌20；圆弧斜面21；锁舌驱动杆30；驱动机构40；驱动电机41；凸轮42；第一端部421；第二端部422；传动杆423；输出轴411；角度传感器43；驱动机构轴承44；密封圈45；外壳46；第一壳体461；第二壳体462；导轨支撑座50；导轨60；滑动轴承70；弹性件80；固定座90；潜水器200；锁紧环201。
具体实施方式
38.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
39.本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
40.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.本发明的一种适用于基站式作业系统的潜水器锁紧机构主要解决了潜水器在基
站内部锁紧及解锁问题，以满足潜水器在基站内可靠锁紧、频繁出入的使用要求。如图1至图7所示，根据本发明的一优选实施例的一种潜水器锁紧机构100的结构和操作方法被具体阐明。
43.具体地，如图1和图2所示，所述潜水器锁紧机构100包括：
44.底座10，所述底座10延伸形成有两个具有穿槽102的卡环101，两个所述卡环101之间形成有插槽103，以供潜水器200的锁紧环201插入；
45.锁舌20，所述锁舌20固定在所述卡环101之上，并能够在垂直于所述潜水器200的锁紧环201的方向上于两个所述卡环101的所述穿槽102中上下运动，从而实现对所述潜水器200的锁紧环201的解锁和锁定；
46.锁舌驱动杆30，所述锁舌驱动杆30连接于所述锁舌20，用于联动所述锁舌20上下运动；以及
47.驱动机构40，所述驱动机构40包括驱动电机41和联动于所述驱动电机41的凸轮42，所述凸轮42设置于所述锁舌驱动杆30之下，用于驱动所述锁舌驱动杆30进行上下运动。
48.可以理解的是，所述卡环101的所述穿槽102贯通于所述插槽103，以允许所述锁舌20能够自所述穿槽102插入所述插槽103而锁紧插入于所述插槽的所述潜水器200的锁紧环201。
49.具体地，如图2和图3所示，所述凸轮42的结构被具体阐明，所述凸轮42具有联动于所述电机的第一端部421和延伸自所述第一端部421的第二端部422，所述第一端部421的圆弧直径小于第二端部422的圆弧直径，所述第二端部422用于支撑所述锁舌驱动杆30，由于所述第二端部422具有圆弧面，以此在所述凸轮42转动时，所述锁舌驱动杆30由所述第二端部422的圆弧面引导而进行上下移动，当所述凸轮42转动至所述第二端部422的最高点支撑于所述锁舌驱动杆30时，所述锁舌驱动杆30上移至最高位置，即所述锁舌20上移至最高位置，当所述凸轮42转动至所述第二端部422的圆弧面不再为所述锁舌驱动杆30提供支撑力的位置时，所述锁舌驱动杆30和所述锁舌20经由自身的重力向下移动至最低位置。
50.也就是说，当所述凸轮42转动而使得所述第二端部422逐渐远离于所述锁舌驱动杆30时，所述凸轮42不再为所述锁舌驱动杆30提供支撑力，从而使得所述锁舌驱动杆30和所述锁舌20能够经由自身重力而向下移动，以此实现所述锁舌20对插入所述插槽103的所述潜水器200的锁紧环201的锁定；在所述凸轮42转动而使得所述第二端部422逐渐顶起所述锁舌驱动杆30时，所述锁舌驱动杆30能够被所述第二端部422顶起而向上移动，从而联动所述锁舌20向上移动，以此实现所述锁舌20对插入所述插槽103的所述潜水器200的锁紧环201的解锁。
51.可以理解的是，本发明的所述潜水器锁紧机构100尤其适用于基站式作业系统，属于一种水下锁紧机构，能够避免在布放及回收过程中出现潜水器意外脱落的情况，所述潜水器锁紧机构100通过所述底座10固定在基站内部，可实现对无人潜水器的可靠的解锁、锁紧动作。
52.进一步地，所述潜水器锁紧机构100还包括固定于所述底座10的导轨支撑座50，两端分别固定连接于所述导轨支撑座50和所述底座10的导轨60，以及可滑动地设置于所述导轨60的滑动轴承70，所述锁舌20固定于所述滑动轴承70，其中在所述锁舌20被所述锁舌驱动杆30联动上下移动时，所述锁舌20带动所述滑动轴承70沿所述导轨60上下移动。
53.特别地，在本发明的这一优选实施例中，所述潜水器锁紧机构100包括两个所述导轨60，两个所述导轨60竖直地设置于所述滑动轴承70，即两个所述导轨60平行于所述锁舌20，可以理解的是，所述锁舌20的上下运动由两个竖直的所述导轨60支撑，通过所述滑动轴承70来减少运动阻力，能够方便所述锁舌20对所述潜水器200的锁紧和解锁，而且，所述潜水器锁紧机构100的锁紧力的方向与所述锁舌20的运动方向成垂直分布，所述潜水器锁紧机构100的锁紧能力依靠所述导轨60和所述锁舌20的强度来保证，与驱动端的所述驱动电机41无关，以此确保了锁紧力的大小，也降低了对驱动力的要求，有利于减少所述潜水器锁紧机构100本身的重量及尺寸，使得所述潜水器锁紧机构100能够满足基站式作业系统的要求。
54.更进一步地，所述潜水器锁紧机构100还包括弹性件80，所述弹性件80套设于所述导轨60且其两端分别抵撑于所述滑动轴承70和所述导轨支撑座50，用于为所述锁舌20增加复位作用力。
55.值得一提的是，所述潜水器锁紧机构100包括两个所述弹性件80，所述弹性件80套设于对应的所述导轨60，所述锁舌驱动杆30的一端支撑于所述凸轮42之上，另一端穿过两个所述导轨60地垂直连接于所述锁舌20。
56.可以理解的是，为了进一步提高所述潜水器锁紧机构100的锁紧和解锁的灵活性和可靠性，本发明通过增加所述弹性件80的方式，使得在所述锁舌20带动所述滑动轴承70向上移动时，所述弹性件80能够被压缩而储蓄势能，当所述凸轮42不再为所述锁舌驱动杆30提供支撑力时，所述弹性件80释放势能而能够使得所述锁舌20快速下落而锁紧插入于所述插槽103的所述潜水器200的锁紧环201。也就是说，所述弹性件80的作用是增加所述锁舌20复位的作用力，使得所述锁舌20能够可靠完成锁紧操作。
57.值得一提的是，所述弹性件80可以为弹簧或弹片。
58.此外，还值得一提的是，所述底座10包括第一支撑板11、间隔设置于所述第一支撑板11之上的第二支撑板12以及用于支撑和连接所述第一支撑板11和所述第二支撑板12的多个支撑件13，其中两个所述卡环101分别延伸自所述第一支撑板11和所述第二支撑板12。
59.如图4所示，所述凸轮42通过传动杆423连接于所述驱动电机41的输出轴411，所述驱动机构40还包括依次套设于所述凸轮42的传动杆423的角度传感器43、驱动机构轴承44以及密封圈45，所述角度传感器43用于检测所述凸轮42的转动角度，实现反馈控制。
60.值得一提的是，由于所述潜水器锁紧机构100在水下作业，需要确保防水问题，所以所述驱动机构40设置有所述密封圈45，用于防水。
61.具体地，当所述驱动电机41转动而联动所述凸轮42转动时，所述角度传感器43用于检测所述凸轮42转动的角度，以此判断所述凸轮42转动的位置是否使得所述锁舌驱动杆30向上移动至最高位置或向下移动至最低位置，从而判断所述锁舌20的相应位置，由此完成对所述潜水器锁紧机构100与所述潜水器200之间的锁紧状态和解锁状态的判断。
62.可以理解的是，所述驱动机构40的所述凸轮42的驱动由一个所述驱动电机41来实现，通过在所述驱动电机41内部集成的所述角度传感器43来实现反馈控制，有利于精确地实现所述潜水器锁紧机构100的锁紧操作和解锁操作。
63.值得一提的是，所述驱动电机41可以为直流电机、交流电机、伺服电机、步进电机中的任意一种，本发明对此不作限制，优选地，所述驱动电机41采用直流电机。
64.进一步地，所述驱动机构40还包括外壳46，所述外壳46具有第一壳体461和连接于所述第一壳体461的第二壳体462，所述第二壳体462的直径大于所述第一壳体461的直径，所述驱动电机41设置在所述第一壳体461内，所述角度传感器43、所述驱动机构轴承44以及所述密封圈45均设置于所述第二壳体462内。
65.值得一提的是，所述潜水器锁紧机构100还包括固定于所述底座10的固定座90，所述驱动机构40的第一壳体461固定于所述固定座90而形成所述驱动机构40固定于所述底座10的状态。
66.特别地，如图5所示，所述锁舌20的底部设置有圆弧斜面21，用于与所述潜水器200的锁紧环201接触，以便于所述潜水器200的锁紧环201能够插入所述插槽103。
67.如图6和图7所示，所述潜水器锁紧机构100和潜水器200之间的锁紧状态和解锁状态(或待锁紧状态)被示意。
68.具体地，所述潜水器锁紧机构100的锁紧操作过程为：所述潜水器锁紧机构100进行锁紧作业前，先启动所述驱动机构40的所述驱动电机41转动，将所述锁舌20放下至最低位置。此时潜水器200进入基站内部，潜水器200的锁紧环201以接触所述锁舌20底部的所述圆弧斜面21位置的方式插入所述插槽103，在潜水器200的锁紧环201插入过程中，所述锁舌20被所述锁紧环201推动而向上移动，在所述锁紧环201完全插入所述插槽103之后，在所述锁舌20自身的重力和所述弹性件80释放的势能的作用下，所述锁舌20下落复位，完成对潜水器200的锁紧，如图6所示。
69.所述潜水器锁紧机构100的解锁操作过程为：当潜水器200将离开基站时，通过启动所述驱动机构40的所述驱动电机41的方式，驱动所述凸轮42转动，向上顶起所述锁舌驱动杆30，从而使得所述锁舌20向上移动，在此过程中，所述驱动机构40通过所述角度传感器43检测所述凸轮42的转动角度，从而确定所述锁舌20向上移动的位置，直至所述锁舌20向上移动至最高位置时，完成对潜水器200的解锁，此时潜水器200可以自所述插槽103拔出，如图7所示。
70.也就是说，本发明在另一方面还提供了一种潜水器锁紧机构100的操作方法，包括锁紧操作：
71.启动驱动电机41转动，从而使得锁舌驱动杆30向下移动而带动锁舌20向下插入所述插槽103；
72.将潜水器200的锁紧环201自所述锁舌20底部的圆弧斜面21位置插入所述插槽103，以使得所述锁舌20向上移动；
73.所述锁舌20向上移动而带动滑动轴承70沿导轨60向上移动，弹性件80被压缩而储蓄势能；以及
74.待所述潜水器200的锁紧环201完全插入所述插槽103时，弹性件80释放势能而使得所述滑动轴承70沿所述导轨60向下移动，所述滑动轴承70带动所述锁舌20下落复位，以此完成所述锁舌20对所述潜水器200的锁紧环201的锁紧。
75.进一步地，所述潜水器锁紧机构100的操作方法还包括解锁操作：
76.启动驱动电机41转动，使得凸轮42转动而顶起锁舌驱动杆30，并通过角度传感器43检测所述凸轮42转动的角度；和
77.所述锁舌驱动杆30带动锁舌20向上移动，当所述角度传感器43检测所述凸轮42转
动的角度使得所述锁舌20上升至最高位置时，完成解锁操作。
78.可以理解的是，本发明的所述潜水器锁紧机构100主要通过所述凸轮42和所述锁舌驱动杆30传动来实现所述锁舌20上下运动，以此完成潜水器200在基站内部的锁紧及解锁操作。所述潜水器锁紧机构100对潜水器200的锁紧力的方向与所述锁舌20运动方向成垂直分布，所述潜水器锁紧机构100的锁紧能力依靠所述滑动轴承70和所述锁舌20来保证，与驱动端的所述驱动电机41无关，以此能够保证锁紧力的大小，也降低了对驱动力的要求，减小了机构本身的重量及尺寸，而且所述驱动电机41内部集成角度传感器43，因此使得所述潜水器锁紧机构100整体结构紧凑，体积小且重量小，有利于使得基站式作业系统能够搭载更多的科学仪器。
79.而且，所述凸轮42的驱动由所述驱动电机41来实现，通过在所述驱动电机41内部集成的角度传感器43来实现所述潜水器锁紧机构100的反馈控制，可以精确地实现所述潜水器锁紧机构100的锁紧及解锁操作，因此所述潜水器锁紧机构100能够可靠地实现多次解锁和锁紧操作，满足无人潜水器在海底作业时频繁出入基站式作业系统的需求。
80.另外，所述潜水器锁紧机构100的所述锁舌20与所述潜水器200的锁紧环201接触的面设计大倒角，便于潜水器200的锁紧环201进入，完成锁紧。所述锁舌20上下运动由两个竖直的所述导轨60支撑，通过所述滑动轴承70减少运动阻力，并通过所述导轨60上的所述弹性件80增加所述锁舌20复位的作用力，能够进一步降低对驱动力的要求，有利于减小所述潜水器锁紧机构100整体的体积和重量。
81.总的来讲，本发明提供了一种锁紧可靠、重量小、操作可靠简便的所述潜水器锁紧机构100，能够可靠实现解锁和锁紧动作，因此能够满足无人潜水器在海底作业时频繁出入基站式作业系统的要求。
82.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
83.以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。