一种用于深海作业工具对接的压紧自锁机构

1.本发明属于水下机器人领域，具体地说是一种用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，可用于机械手末端作业工具水下换装。


背景技术：

2.随着水下机器人技术飞速发展，作业水下的形式逐渐多样化，同时作业工具的种类样式也逐渐增多。由此对于机械手设备，实现水下作业工具的换装尤为重要，研制出一种用于深海作业工具对接的压紧自锁机构尤为重要。


技术实现要素：

3.为了满足深海环境多样化的作业任务要求，本发明的目的是在于提供一种用于深海作业工具对接的压紧自锁机构。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.本发明包括固定件及沿固定件周向设置的多个压紧自锁组件，所述压紧自锁组件包括液压直线缸、连杆固定件、推拉连杆、锁紧件及压紧钩，所述连杆固定件固接在固定件上，所述推拉连杆、锁紧件及压紧钩均位于连杆固定件内部，所述锁紧件铰接于连杆固定件上，所述液压直线缸安装在固定件上，所述液压直线缸的活塞杆与推拉连杆的一端铰接，所述推拉连杆的另一端铰接有长轴a，所述长轴a插设于锁紧件上开设的条形槽b及连杆固定件上开设的条形槽a中，并同时在所述条形槽a、条形槽b中滑动；所述压紧钩上开设有条形槽c，所述条形槽c中插设有可滑动的长轴c，所述压紧钩通过长轴c与连杆固定件铰接，所述压紧钩的一端铰接于锁紧件上，另一端为钩状；所述液压直线缸的活塞杆外伸时，所述压紧钩伸出并张开，作业工具对接口与固定件对接后，所述液压直线缸的活塞杆缩回时，所述压紧钩的另一端压紧作业工具对接口，所述长轴a滑动至条形槽a水平段的末端实现锁紧件自锁。
6.其中：所述条形槽a具有倾斜段及水平段，所述水平段与液压直线缸的活塞杆伸缩方向平行，所述倾斜段与液压直线缸的活塞杆伸缩方向相倾斜。
7.所述推拉连杆的一端通过短轴b与液压直线缸的活塞杆铰接，所述锁紧件通过长轴b与连杆固定件铰接；所述压紧钩锁紧作业工具对接口时，所述短轴b、长轴a、长轴b在竖直面投影的圆心共线，且所在直线与液压直线缸的活塞杆伸缩方向平行，所述锁紧件上的条形槽b与条形槽a的水平段在竖直面的投影重合，并与所述压紧钩上的条形槽c平行。
8.所述作业工具对接口的对接面为导向锥面a，所述固定件上对接口的对接面为与导向锥面a相对应的导向锥面b。
9.所述作业工具对接口的对接面上设有定位凸台，所述定位凸台的外表面沿轴向方向为锥面；所述固定件上设有与定位凸台相对应的定位槽，所述定位槽的外表面沿轴向方向为锥面。
10.所述作业工具对接口上设有阶梯面，所述压紧钩的另一端在对接后作用在阶梯面
上，将作业工具压紧。
11.所述连杆固定件呈u形，u形两侧边对称开设有所述条形槽a，所述推拉连杆、锁紧件及压紧钩均位于u形开口端内，u形开口端两侧的底面为斜面。
12.所述推拉连杆为两个，对称设置于所述锁紧件的左右两侧，两个所述推拉连杆的一端通过短轴b与液压直线缸的活塞杆铰接，两个所述推拉连杆的另一端通过贯穿锁紧件的长轴a连接。
13.所述锁紧件通过长轴b与连杆固定件铰接，所述锁紧件具有绕长轴b转动的自由度，所述压紧钩的一端通过短轴a与锁紧件铰接。
14.所述固定件上沿周向开设有与液压直线缸数量相同、一一对应的腔室，每个所述腔室内均设有对应的液压直线缸，所述液压直线缸的缸体与固定件为一体结构，每个所述腔室的端部均通过密封螺栓实现密封。
15.本发明的优点与积极效果为：
16.本发明具有性能稳定，结构紧凑、安全可靠等优点，既能够实现在深海作业工具换装状态下精准对接，又能实现对作业工具的压紧和机械锁死。具体为：
17.1.性能稳定：本发明采用液压直线缸作为动力源，具有可靠的深海作业能力。
18.2.结构紧凑：本发明的三个液压直线缸的缸体均采用在固定件直接加工，并均匀分布在固定件的周向，结构紧凑。
19.3.安全可靠：本发明采用连杆机构和条形槽道，连杆固定件上的条形槽分为水平段和倾斜段，可实现机械锁死，更具有安全性。
附图说明
20.图1为本发明对接到位后处于锁紧状态的结构主视图；
21.图2为本发明对接到位后处于锁紧状态的内部结构剖视图；
22.图3为本发明对接到位后处于锁紧状态的立体结构示意图；
23.图4为本发明对接前压紧钩处于张开状态的立体结构示意图；
24.图5为本发明对接前压紧钩处于张开状态的结构主视图；
25.其中：1为固定件，2为密封螺栓，3为液压直线缸，4为连杆固定件，41为条形槽a，5为推拉连杆，6为长轴a，7为锁紧件，71为条形槽b，8为短轴a，9为长轴b，10为长轴c，11为压紧钩，111为条形槽c，12为作业工具对接口，121为导向锥面a，122为定位凸台，123为阶梯面，13为固定螺钉，14为短轴b，15为导向锥面b，16为定位槽。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明作进一步详述。
27.如图1～5所示，本发明包括固定件1及沿固定件1周向设置的多个压紧自锁组件，压紧自锁组件包括液压直线缸3、连杆固定件4、推拉连杆5、锁紧件7及压紧钩11，连杆固定件4固接在固定件1上，推拉连杆5、锁紧件7及压紧钩11均位于连杆固定件4内部，锁紧件7铰接于连杆固定件4上，液压直线缸3安装在固定件1上，液压直线缸3的活塞杆与推拉连杆5的一端铰接，推拉连杆5的另一端铰接有长轴a6，长轴a6插设于锁紧件7上开设的条形槽b71及连杆固定件4上开设的条形槽a41中，并同时在条形槽a41、条形槽b71中滑动；压紧钩11上开
设有条形槽c111，条形槽c111中插设有可滑动的长轴c10，压紧钩11通过长轴c10与连杆固定件4铰接，压紧钩11的一端铰接于锁紧件7上，另一端为钩状；液压直线缸3的活塞杆外伸时，压紧钩11伸出并张开，作业工具对接口12与固定件1对接后，液压直线缸3的活塞杆缩回时，压紧钩11的另一端压紧作业工具对接口12，长轴a6滑动至条形槽a41水平段的末端实现锁紧件7自锁。
28.本实施例的固定件上沿圆周方向设置了三个压紧自锁组件，固定件1上沿圆周方向开设有与液压直线缸3数量相同、一一对应的腔室，每个腔室内均设有对应的液压直线缸3，液压直线缸3的缸体与固定件1为一体结构，每个腔室的端部均通过密封螺栓2实现密封。
29.本实施例的连杆固定件4呈u形，u形的开口方向与液压直线缸3的活塞杆伸缩方向同向；u形底部的左右两侧各通过两个固定螺钉13固定在固定件1对应的螺纹孔上。u形两侧边对称开设有条形槽a41，推拉连杆5、锁紧件7及压紧钩11均位于u形开口端内，u形开口端两侧的底面为斜面，与作业工具对接口12上的导向锥面a121相对应，避免连杆固定件4在对接时对作业工具对接口12产生干涉。
30.本实施例的推拉连杆5为两个，对称设置于锁紧件7的左右两侧；液压直线缸3的活塞杆端部设有铰接孔，两个推拉连杆5的一端通过短轴b14与液压直线缸3的活塞杆铰接，两个推拉连杆5的另一端通过长轴a6连接，长轴a6贯穿锁紧件7上的条形槽b71，长轴a6的两端分别插入连杆固定件4两侧的条形槽a41中，两侧的条形槽a41通过长轴6起限位导向作用。
31.本实施例的条形槽a41具有倾斜段及水平段，水平段与液压直线缸3的活塞杆伸缩方向平行，倾斜段与液压直线缸3的活塞杆伸缩方向相倾斜。
32.本实施例的锁紧件7通过长轴b9与连杆固定件4铰接，可使锁紧件7绕长轴b9转动；压紧钩11的一端通过短轴a8与锁紧件7铰接。长轴10c贯穿压紧钩11上的条形槽c111，长轴c10的两端与连杆固定件4的u形开口的两侧铰接，长轴c10对压紧钩11起到限位导向作用。
33.本实施例作业工具对接口12的对接面为导向锥面a121，固定件1上对接口的对接面为与导向锥面a121相对应的导向锥面b15；作业工具对接口12上的导向锥面a121与固定件1上的导向锥面b15配合，对作业工具对接起到导向的作用。作业工具对接口12的导向锥面a121上设有定位凸台122，定位凸台122的外表面沿轴向方向为锥面；固定件1上设有与定位凸台122相对应的定位槽16，定位槽16的外表面沿轴向方向为锥面；定位凸台122与定位槽16在作业工具接口12对接过程中起到导向和周向定位作用。
34.本实施例的作业工具对接口12上还设有阶梯面123，在作业工具对接后，压紧钩11的另一端作用在作业工具对接口12的阶梯面123上，将作业工具压紧。
35.本发明的工作原理为：
36.作业工具对接前，液压直线缸3的活塞杆伸出，带动锁紧件7，进而带动压紧钩11运动，使压紧钩11的另一端在轴向方向伸出、在径向方向抬高，呈张开状态，等待作业工具对接口12的对接。
37.作业工具对接口12与固定件1同一轴线上插入，通过导向锥面a121与导向锥面b15及定位凸台122与定位槽16的导向定位后，运动到如图3所示的指定位置。作业工具运动至指定位置后，液压直线缸3的活塞杆缩回，进而带动压紧钩11运动，使压紧钩11在轴向方向收缩、在径向方向收回，作用于作业工具对接口12的阶梯面123上，进而实现对作业工具对接口12上阶梯面123轴向拉紧。
38.同时连杆固定件4上的条形槽a41的水平段通过长轴a6将锁紧件7锁住，使锁紧件7无法绕长轴b9旋转，从而达到锁紧件7自锁的效果。此时，短轴b14、长轴a6、长轴b9在竖直面投影的圆心共线，且所在直线与液压直线缸3的活塞杆伸缩方向平行，锁紧件7上的条形槽b71与条形槽a41的水平段在竖直面的投影重合，并与压紧钩11上的条形槽c111平行。在液压直线缸3失压的状态下，压紧钩11仍能够锁紧。

技术特征：
1.一种用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，其特征在于：包括固定件(1)及沿固定件(1)周向设置的多个压紧自锁组件，所述压紧自锁组件包括液压直线缸(3)、连杆固定件(4)、推拉连杆(5)、锁紧件(7)及压紧钩(11)，所述连杆固定件(4)固接在固定件(1)上，所述推拉连杆(5)、锁紧件(7)及压紧钩(11)均位于连杆固定件(4)内部，所述锁紧件(7)铰接于连杆固定件(4)上，所述液压直线缸(3)安装在固定件(1)上，所述液压直线缸(3)的活塞杆与推拉连杆(5)的一端铰接，所述推拉连杆(5)的另一端铰接有长轴a(6)，所述长轴a(6)插设于锁紧件(7)上开设的条形槽b(71)及连杆固定件(4)上开设的条形槽a(41)中，并同时在所述条形槽a(41)、条形槽b(71)中滑动；所述压紧钩(11)上开设有条形槽c(111)，所述条形槽c(111)中插设有可滑动的长轴c(10)，所述压紧钩(11)通过长轴c(10)与连杆固定件(4)铰接，所述压紧钩(11)的一端铰接于锁紧件(7)上，另一端为钩状；所述液压直线缸(3)的活塞杆外伸时，所述压紧钩(11)伸出并张开，作业工具对接口(12)与固定件(1)对接后，所述液压直线缸(3)的活塞杆缩回时，所述压紧钩(11)的另一端压紧作业工具对接口(12)，所述长轴a(6)滑动至条形槽a(41)水平段的末端实现锁紧件(7)自锁。2.根据权利要求1所述的用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，其特征在于：所述条形槽a(41)具有倾斜段及水平段，所述水平段与液压直线缸(3)的活塞杆伸缩方向平行，所述倾斜段与液压直线缸(3)的活塞杆伸缩方向相倾斜。3.根据权利要求2所述的用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，其特征在于：所述推拉连杆(5)的一端通过短轴b(14)与液压直线缸(3)的活塞杆铰接，所述锁紧件(7)通过长轴b(9)与连杆固定件(4)铰接；所述压紧钩(11)锁紧作业工具对接口(12)时，所述短轴b(14)、长轴a(6)、长轴b(9)在竖直面投影的圆心共线，且所在直线与液压直线缸(3)的活塞杆伸缩方向平行，所述锁紧件(7)上的条形槽b(71)与条形槽a(41)的水平段在竖直面的投影重合，并与所述压紧钩(11)上的条形槽c(111)平行。4.根据权利要求1所述的用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，其特征在于：所述作业工具对接口(12)的对接面为导向锥面a(121)，所述固定件(1)上对接口的对接面为与导向锥面a(121)相对应的导向锥面b(15)。5.根据权利要求1所述的用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，其特征在于：所述作业工具对接口(12)的对接面上设有定位凸台(122)，所述定位凸台(122)的外表面沿轴向方向为锥面；所述固定件(1)上设有与定位凸台(122)相对应的定位槽(16)，所述定位槽(16)的外表面沿轴向方向为锥面。6.根据权利要求1所述的用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，其特征在于：所述作业工具对接口(12)上设有阶梯面(123)，所述压紧钩(11)的另一端在对接后作用在阶梯面(123)上，将作业工具压紧。7.根据权利要求1所述的用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，其特征在于：所述连杆固定件(4)呈u形，u形两侧边对称开设有所述条形槽a(41)，所述推拉连杆(5)、锁紧件(7)及压紧钩(11)均位于u形开口端内，u形开口端两侧的底面为斜面。8.根据权利要求1所述的用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，其特征在于：所述推拉连杆(5)为两个，对称设置于所述锁紧件(7)的左右两侧，两个所述推拉连杆(5)的一端通过短轴b(14)与液压直线缸(3)的活塞杆铰接，两个所述推拉连杆(5)的另一端通过贯穿锁紧件(7)的长轴a(6)连接。
9.根据权利要求1所述的用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，其特征在于：所述锁紧件(7)通过长轴b(9)与连杆固定件(4)铰接，所述锁紧件(7)具有绕长轴b(9)转动的自由度，所述压紧钩(11)的一端通过短轴a(8)与锁紧件(7)铰接。10.根据权利要求1所述的用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，其特征在于：所述固定件(1)上沿周向开设有与液压直线缸(3)数量相同、一一对应的腔室，每个所述腔室内均设有对应的液压直线缸(3)，所述液压直线缸(3)的缸体与固定件(1)为一体结构，每个所述腔室的端部均通过密封螺栓(2)实现密封。

技术总结
本发明属于水下机器人领域，具体地说是一种用于深海作业工具对接的压紧自锁机构，液压直线缸为多个，沿固定件的周向分布；推拉连杆的一端与液压直线缸的活塞杆铰接，另一端与长轴A铰接，长轴A同时在锁紧件的条形槽和连杆固定件的条形槽中滑动；锁紧件铰接于连杆固定件上，压紧钩的一端与锁紧件铰接，另一端为钩状；长轴C与连杆固定件铰接并在压紧钩的条形槽中滑动；活塞杆伸出时，压紧钩伸出并张开，作业工具对接口插入固定件对接位后，活塞杆缩回带动压紧钩收回并与作业工具的对接口阶梯面压紧，进而实现与作业工具对接口对接；与推拉连杆铰接的长轴A运动至连杆固定件条形槽的水平段末端实现锁死，进一步实现液压直线缸失压状态下不会松钩。不会松钩。不会松钩。


技术研发人员：孙庆文 霍良青 张奇峰 刘英博 翟宝琦 范云龙
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2023.01.05
技术公布日：2023/4/18