一种微型海底地层主动锚定装置

船舶设备制造技术1.本发明涉及锚定装置技术领域，特别是涉及一种微型海底地层主动锚定装置。背景技术：2.21世纪以来，人类对资源的探测与开发逐渐从陆地走向了深海。其中，自主水下载具(英文简称：auv)就是海洋资源探测与开发的重要装备。auv在深海运动时，具体的动作任务包括，前进、转向、上升、下降及悬停等。现有技术在实现这些简易动作时，已经具备很好的表现。但是，auv在海底执行某些特定地、长期地定点监测任务时，实现长期悬停往往是是非常重要的。在海底水流的影响下，单一依赖auv自身的悬停功能，是很难保持机身静止的。因此，需要研制一种可搭载在auv机身上的微型海底地层主动锚定装置。技术实现要素：3.本发明的目的是提供一种微型海底地层主动锚定装置，以解决上述现有技术存在的问题，该锚定装置能在auv悬停时插入地层，辅助auv实现长期静止悬停，进而对实现auv在海底长期地定点监测任务具有重要的意义。4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种微型海底地层主动锚定装置，包括5.钻进机构，所述钻进机构包括自推进钻头，所述自推进钻头通过钻头连接器与驱动机构输出轴相连；6.驱动机构，所述驱动机构包括电机支撑架、电机和谐波减速器，所述电机支撑架的顶部与外套筒顶端内壁相连，所述电机支撑架的底部与所述电机相连，所述电机与谐波减速器同轴相连；7.浮力机构，所述浮力机构包括浮力块，所述浮力块的下端与所述外套筒的顶部相连；8.防扭转机构，所述防扭转机构包括防扭转插针，若干根所述防扭转插针的上端与所述外套筒的上端相连，所述防扭转插针的下端插入海底地层；9.传动机构，所述传动机构包括导轨滑筒、轴承、丝杆和丝杆螺母；所述丝杆与丝杆螺母相配合安装，所述轴承连接在丝杆螺母的外部，所述导轨滑筒的内壁下端与所述丝杆螺母相连，所述导轨滑筒位于所述外套筒内；10.电磁控制机构，所述电磁控制机构包括电磁锁紧装置、电磁锁紧滑块和弹簧，所述电磁锁紧装置和中空的所述电磁锁紧滑块设置于所述电机支撑架处，所述电磁锁紧装置用于控制所述电磁锁紧滑块卡入或弹出所述导轨滑筒；所述电磁锁紧滑块的底部设置有所述弹簧。11.在其中一个实施例中，所述自推进钻头的表面具有等距螺旋叶片。12.在其中一个实施例中，所述浮力块采用圆柱形浮力块。13.在其中一个实施例中，所述防扭转机构还包括弹性连接膜，相邻两所述防扭转插针的上段连接有所述弹性连接膜。14.在其中一个实施例中，所述导轨滑筒的上部为齿槽结构，所述电磁锁紧滑块的下部与所述导轨滑筒的齿槽结构相配合，所述电磁锁紧滑块可插入或弹出所述导轨滑筒的齿槽结构。15.在其中一个实施例中，所述防扭转机构在锚定装置未进行下放运动时，处于收拢状态，各所述防扭转插针均与所述外套筒的外壁贴合；所述防扭转机构在锚定装置进行下放和坐底时，各所述防扭转插针呈伞状打开状态。16.在其中一个实施例中，锚定装置还包括支撑固定机构，所述支撑固定机构包括支撑板和支撑板底座，若干个所述支撑板底座与所述轴承相连，连接杆的一端铰接在所述支撑板底座上，连接杆的另一端穿过所述外套筒外壁后与所述支撑板相连。17.在其中一个实施例中，所述支撑板在锚定装置未进行下放运动时，处于收拢状态，各所述支撑板均与所述外套筒的外壁贴合；所述支撑板在锚定装置进行海底地层锚固支撑时，处于打开状态，所述支撑板在海底地层中展开插入土壤中进行锚定支撑。18.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：19.本发明中的微型海底地层主动锚定装置，包括钻进机构、驱动机构、浮力机构、防扭转机构、传动机构和电磁控制机构，在这些机构的组合作用下，锚定装置可以实现布放、钻进、锚定及收回等功能为一体。该锚定装置体积小，质量轻，内设驱动机构，无需靠外部推动或距离海底地面较高距离抛载进入海底地层，其浮力机构可在抛出后确保海底锚垂直落底，自推进钻头可钻进进入海底地层，并在完成动作后反向钻出实现回收和重复使用；依靠电磁控制机构，可以实现对锚定装置“钻进态”和“支撑态”的灵活切换，通过一个驱动机构与一个电磁控制机构实现对两种作业形态的切换控制，进而实现钻进、锚定、收锚、钻出回收四种功能。本发明所提出的微型海底地层主动锚定装置具有很强的可移植性，可以装载在各类水下机器人中，在海洋工程、海洋技术、海洋科学等多个领域具有广泛的应用场景。附图说明20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。21.图1为本发明实施例中微型海底地层主动锚定装置的整体结构示意图一(钻进态)；22.图2为本发明实施例中微型海底地层主动锚定装置的整体结构示意图二(钻进态)；23.图3为本发明实施例中电磁控制机构的局部示意图；24.图4为本发明实施例中锚定装置的“支撑态”整体俯视图；25.图5为本发明实施例中支撑固定机构切换至“支撑态”过程的局部示意图；26.图6为本发明实施例中支撑固定机构呈打开状态的示意图；27.其中，1-浮力块；2-电机支撑架；3-电磁锁紧装置；4-电磁锁紧滑块；5-弹簧；6-电机及谐波减速器；7-导轨滑筒；8-丝杆；9-支撑板连接座；10-轴承；11-丝杆螺母；12-自推进钻头；13-支撑板；14-防扭转插针；15-弹性连接膜；16-外套筒。具体实施方式28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。29.本发明的目的是提供一种微型海底地层主动锚定装置，以解决上述现有技术存在的问题，该锚定装置能在auv悬停时插入地层，辅助auv实现长期静止悬停，进而对实现auv在海底长期地定点监测任务具有重要的意义。30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。31.如图1-图6所示，本发明提供一种微型海底地层主动锚定装置，包括32.钻进机构，钻进机构包括自推进钻头12，自推进钻头12通过钻头连接器与驱动机构输出轴相连；33.驱动机构，驱动机构包括电机支撑架2、电机及谐波减速器6，电机支撑架2的顶部与外套筒16顶端内壁相连，电机支撑架2的底部与电机相连，电机与谐波减速器6同轴相连；其中，电机及谐波减速器6封装在耐压密封舱内，耐压密封舱的尾部靠水密插头进行供电，耐压密封舱的前端为电机的输出轴。34.浮力机构，浮力机构包括浮力块1，浮力块1的下端与外套筒16的顶部相连；35.防扭转机构，防扭转机构包括防扭转插针14，若干根防扭转插针14的上端与外套筒16的上端相连，防扭转插针14的下端插入海底地层；36.传动机构，传动机构包括导轨滑筒7、轴承10、丝杆8和丝杆螺母11；丝杆8与丝杆螺母11相配合安装，轴承10连接在丝杆螺母11的外部，导轨滑筒7的内壁下端与丝杆螺母11相连，导轨滑筒7位于外套筒16内；37.电磁控制机构，电磁控制机构包括电磁锁紧装置3、电磁锁紧滑块4和弹簧5，电磁锁紧装置3和中空的电磁锁紧滑块4设置于电机支撑架2处，电磁锁紧装置3用于控制电磁锁紧滑块5卡入或弹出导轨滑筒7；电磁锁紧滑块4的底部设置有弹簧5，电磁锁紧装置3与电磁锁紧滑块4之间一定缝隙空间；电磁控制机构的电磁锁紧装置3在通电后，在电磁力的作用下，会将电磁锁紧滑块4按压下去，使电磁锁紧滑块4卡入导轨滑筒7中，使锚定装置从“钻进态”转化为“支撑态”，实现一种驱动装置驱动两种运动形式。38.在一个实施例中，自推进钻头12的表面具有等距螺旋叶片，等距螺旋叶片可以进行排泥，减小在地层钻进过程中的前端阻力并提供钻进动力。39.在其中一个实施例中，浮力块1采用圆柱形浮力块，在锚定装置被auv抛出后通过浮力块1自动调整其垂直落底姿态。40.在其中一个实施例中，防扭转机构还包括弹性连接膜15，相邻两防扭转插针14的上段连接有弹性连接膜15。若干根防扭转插针14的上端与外套筒16上端相连，插针上段与弹性连接膜15相连，插针中段面积增大具有防转效果，插针下端为尖锐形状，更便于插入土壤坐底支撑。41.在其中一个实施例中，导轨滑筒7的上部为齿槽结构，电磁锁紧滑块4的下部与导轨滑筒7的齿槽结构相配合，电磁锁紧滑块4可插入或弹出导轨滑筒7的齿槽结构。电磁控制机构的电磁锁紧滑块4在锁紧工况下插入导轨滑筒7，实现了导轨滑筒7的锁紧，使得导轨滑筒7由旋转运动转变为上下运动。42.电磁控制机构的电磁锁紧装置3在通电后，在电磁力的作用下，会将电磁锁紧滑块4按压下去，使电磁锁紧滑块4卡入导轨滑筒7中，导轨滑筒7及丝杆螺母11被锁紧滑块卡住后无法被带动旋转，使锚定装置从“钻进态”转化为“支撑态”。电磁控制机构的电磁锁紧装置3在断电后，在弹簧5弹力的作用下，会将电磁锁紧滑块4回弹至原位，使电磁锁紧滑块4从导轨滑筒7中弹出，使锚定装置从“支撑态”转化为“钻进态”。43.锚定装置的“钻进态”，如图1-图2所示，即电磁锁紧滑块4未卡入导轨滑筒7中时，驱动机构会带动自推进钻头12旋转钻进。锚定装置的“支撑态”，如图3-图4所示，即电磁锁紧滑块4卡入导轨滑筒7中时，外套筒16被电磁锁紧滑块4卡住后无法被带动旋转，驱动机构所提供的旋转驱动力将会通过传动机构运动，丝杆螺母11在驱动力的作用下向上运动，进而带动支撑板连接座9向上运动展开支撑板，当丝杆螺母11运动至最上端时，如图6所示，支撑板13完全展开。44.在其中一个实施例中，防扭转机构在锚定装置未进行下放运动时，处于收拢状态，各防扭转插针14均与外套筒16的外壁贴合；防扭转机构在锚定装置进行下放和坐底时，各防扭转插针14呈伞状打开状态。随着锚定装置的下放，防扭转机构在水的冲击力下将会展开，插入深海地层中，在锚定装置自推进运动时，起到固定与防扭转的作用。45.在其中一个实施例中，锚定装置还包括支撑固定机构，支撑固定机构包括支撑板13和支撑板底座9，若干个支撑板底座9与轴承10相连，连接杆的一端铰接在支撑板底座9上，连接杆的另一端穿过外套筒16外壁后与支撑板13相连。46.在其中一个实施例中，支撑板13在锚定装置未进行下放运动时，处于收拢状态，各支撑板13均与外套筒16的外壁贴合；支撑板13在锚定装置进行海底锚固支撑时，处于打开状态，支撑板13插入海底地层土壤中起到锚定支撑作用。锁紧滑块卡入导轨滑筒7中时，导轨滑筒7及丝杆螺母11被锁紧滑块卡住后无法被带动旋转，驱动机构所提供的旋转运动将转化为丝杆螺母11的上下运动，进而使得轴承10带动支撑板底座9向上运动，展开支撑板13，当丝杆螺母11运动至丝杆8最上端时，支撑板13完全展开。47.微型海底地层主动锚定装置的布放流程如下：48.步骤一，水下机器人悬停，开始布放微型海底地层主动锚定装置，随着锚定装置的下落，浮力块1帮助锚定装置以垂直姿态坐底，锚定装置的防扭转机构在海水的冲击力下展开，当锚定装置坐底后，防扭转机构的防扭转插针14插入海底地层中，一起到固定及防扭转的作用；49.步骤二，初始状态下电磁控制机构断电，锚定装置处于“钻进态”，在电机正转的驱动作用下，锚定装置向海底地层进行钻进运动；50.步骤三，当锚定装置钻进至设定深度时，电磁控制机构通电，锁紧导轨滑筒7，使驱动装置在运动的过程中无法带动导轨滑筒7旋转，转换为“支撑态”。在驱动机构的反转作用下，丝杆螺母11运动至丝杆8顶端位置，锚定装置支撑板13完全打开，锚定装置即可实现在海底地层的固定作用；51.微型海底地层主动锚定装置的回收流程如下：52.步骤一，水下机器人结束悬停，开始对微型海底地层主动锚定装置进行回收；驱动机构电机重新进行正转，带动支撑板13回收运动的同时驱动锚定装置继续向下运动，帮助支撑板13更好收回贴紧机身，消除锚定装置支撑机构在海底地层的支撑作用。53.步骤二，电磁控制机构断电，锚定装置转变为“钻进态”，驱动机构电机反转，自推进钻头12向上推动锚定装置回收，同时，在水下机器人设备托载装置拉力及锚定装置浮力块1浮力的共同作用下，实现对锚定装置的回收。54.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。55.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。









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