CN109921233B - 一种水下对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对接装置，保护机构放置于水底，保护机构的两端分别安装有导向机构和轴向定位机构，在保护机构的上部安装有周向定位机构；水下移动载体通过导向机构进入保护机构中，并通过轴向定位机构轴向定位；周向定位机构包括安装在保护机构上的主框架，主框架两侧的结构相同、对称设置，每一侧均包括液压缸A、连杆机构及环抱部分，液压缸A的一端铰接于主框架上，另一端与连杆机构相连，环抱部分连接于连杆机构的底部，通过液压缸A的驱动由两侧对水下移动载体艏部进行周向定位；插拔机构的上端安装在主框架上，下端连接有水密可插拔接插件。本发明具有定位精度高、可靠性高、充电效率高、数据传输能力强、模块程度高、适用性广等特点。

Description

一种水下对接装置

技术领域

本发明属于水下工程领域，具体地说是一种可以在水下为移动载体补充电能并将移动载体获得的观测数据等传回陆地的水下对接装置。

背景技术

水下对接装置在水下工程以及水下装备上有着越来越广阔的应用，可以实现水下充电、水下数据传输、水下载荷交换以及水下精确装配等多种功能，其主要应用在水下工程设备、海底观测网络、水下机器人等诸多领域。水下固定节点与水下移动载体在水下通常很难实现自主对接，这对水下对接装置的精度和调整能力有非常高的要求。

发明内容

为了满足水下固定节点与水下移动载体在水下实现自主对接，本发明的目的在于提供一种水下对接装置。该水下对接装置能够实现与水下移动载体的精确对接，并最终通过水下可插拔接插件实现电连接，从而完成为水下移动载体补充电能和上传数据的功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括导向机构、保护机构、周向定位机构、轴向定位机构及插拔机构，其中保护机构放置于水底，所述导向机构的一端与该保护机构的一端相连，另一端为待水下移动载体航行到位实现导向的自由端；所述保护机构的另一端安装有轴向定位机构，在该保护机构的上部安装有周向定位机构；水下移动载体通过导向机构导向进入保护机构中，并通过所述轴向定位机构轴向定位；所述周向定位机构包括安装在保护机构上的主框架，该主框架两侧的结构相同、对称设置，每一侧均包括液压缸A、连杆机构及环抱部分，所述液压缸A的一端铰接于主框架上，另一端与所述连杆机构相连，所述环抱部分连接于连杆机构的底部，通过液压缸A的驱动由两侧对水下移动载体艏部进行周向定位；所述插拔机构的上端安装在主框架上，下端连接有水密可插拔接插件，该水密可插拔接插件在水下移动载体通过所述周向定位机构及轴向定位机构定位后与水下移动载体实现水下插拔；

其中：所述连杆机构包括连杆A、连杆B及连接架，该连杆A和连杆B的一端分别铰接于所述主框架上，另一端分别与所述连接架的上下两端铰接，所述液压缸A的另一端铰接于连杆A上；所述环抱部分包括弧板及定位销，该弧板的一端安装于所述连接架的底端，另一端呈弧形、并安装有所述定位销；水下移动载体艏部进入主框架两侧的环抱部分的环抱范围后，通过两侧所述液压缸A同步驱动两侧的连杆机构，进而由两侧的连杆机构同步带动所述弧板对水下移动载体艏部环抱；所述水下移动载体艏部的两侧均安装有三角槽，所述弧板上的定位销在环抱水下移动载体艏部时进入该三角槽中，实现水下移动载体艏部的周向定位；

所述液压缸A的一端通过T型板与主框架相连，该T型板的竖板与所述主框架连接，横板上安装有底座，所述液压缸A的一端铰接于该底座上；所述T型板的竖板与主框架之间设有中间板，该中间板上开设有螺纹孔A，所述T型板的竖板上与螺纹孔A对应地开设有条形孔A，该T型板通过条形孔A及螺纹孔A可上下移动，进而实现所述弧板环抱直径的增大或缩小；

所述弧板的一端为平板，该平板与所述连接架的底端之间设有垫板，所述垫板上分别开设有沿竖向均布的螺纹孔B及沿横向均布的螺纹孔C；所述弧板一端的平板上沿竖向开设有与螺纹孔B相对应的条形孔B，该弧板通过条形孔B及螺纹孔B实现环抱部分的上下移动；所述连接架的底端上沿横向开设有与螺纹孔C相对应的条形孔C，所述垫板通过条形孔C及螺纹孔C实现垫板的左右移动，进而实现所述定位销的位置可调；弧板的另一端外表面设有弧形的尼龙板，该尼龙板通过定位销与所述弧板的另一端连接；

所述环抱部分的后排，即所述水下移动载体艏部的后移方向，设有安装在连接架上的辅助扶正环抱部分，该辅助扶正环抱部分包括弧板及尼龙板，该弧板的一端为平板，所述平板与所述连接架的底端之间设有垫板，所述垫板上分别开设有沿竖向均布的螺纹孔B及沿横向均布的螺纹孔C；所述弧板一端的平板上沿竖向开设有与螺纹孔B相对应的条形孔B，该弧板通过条形孔B及螺纹孔B实现环抱部分的上下移动；所述连接架的底端上沿横向开设有与螺纹孔C相对应的条形孔C，所述垫板通过条形孔C及螺纹孔C实现垫板的左右移动；所述弧板的另一端呈弧形，所述尼龙板也呈弧形、安装在所述弧板的另一端；

所述轴向定位机构包括后连接铰链板、液压缸B、支撑架A、导向轴、支撑杆、支撑架B、前连接铰链板、艏顶罩及滑动组件，其中支撑架A与支撑架B通过支撑杆相连，在所述支撑架A与支撑架B之间设有导向轴；所述滑动组件与该导向轴滑动连接，所述后连接铰链板安装在支撑架A上，所述前连接铰链板安装在滑动组件上，所述液压缸B的两端分别与前、后连接铰链板铰接，带动所述滑动组件沿导向轴在支撑架A与支撑架B之间往复移动；所述滑动组件包括彼此相连的前滑环与后滑环，该前滑环及后滑环上均连接有与所述导向轴滑动连接的悬挂支撑块，所述前连接铰链板安装在前滑环上，所述后滑环上安装有艏顶罩；

所述后滑环分为固定环A与固定环B，该固定环A与固定环B彼此相连，在所述固定环A上连接有与导向轴滑动连接的悬挂支撑块A，所述固定环B上连接有与导向轴滑动连接的悬挂支撑块B；所述固定环A及固定环B均为半圆形，通过活结螺栓、销轴、开口销和螺母固连在一起，形成一个圆形的后滑环；

所述前滑环分为固定环C与固定环D，该固定环C与固定环D彼此相连，在所述固定环C上连接有与导向轴滑动连接的悬挂支撑块B，所述固定环D上连接有与导向轴滑动连接的悬挂支撑块A；所述固定环C及固定环D均为半圆形，通过活结螺栓、销轴、开口销和螺母固连在一起，形成一个圆形的前滑环；

所述悬挂支撑块A及悬挂支撑块B分别通过铜套A和铜套B与导向轴滑动连接，该悬挂支撑块A与悬挂支撑块B上均开设有容置铜套A或铜套B的轴孔F或轴孔G；所述铜套A为中空结构，轴向截面呈“T”形；所述铜套B为中空结构，轴向截面呈“T”形，并在铜套B上沿轴向设有“U”形的开口C；所述悬挂支撑块B上的轴孔G对应地开设有开口A，所述铜套B在与悬挂支撑块B安装时，开口A与开口C的朝向相同；

所述支撑架A与支撑架B均为圆环形，且圆周上设有平面，所述支撑架A与支撑架B在连接后，各自的所述平面共面；所述支撑架A及支撑架B上均设有与支撑杆连接的轴孔C和供导向轴穿过的轴孔D，所述支撑架A或支撑架B上的任一轴孔D的外边缘处设有开口B，该开口B处连接有导向轴固定架；

所述插拔机构包括安装基座、液压缸C、水平基座、压紧法兰、旋转销、限位件、调整机构、透水转接件及转接舱体，其中安装基座的一端安装在所述主框架上，所述液压缸C的缸体与该安装基座的另一端铰接，液压缸C的液压杆的端部连接有旋转销，所述水平基座的一端安装在所述主框架上，另一端与压紧法兰连接、并实现所述液压缸C的导向和固定；所述旋转销的一侧设有安装在主框架上的限位件，该旋转销通过所述限位件实现旋转角度限制；所述旋转销上连接有用于补偿水下对接过程中位置偏差的调整机构，该调整机构的一端与旋转销相连、随所述旋转销同步旋转，所述调整机构的另一端与透水转接件的一端连接，该透水转接件的另一端与转接舱体相连，所述转接舱体的一端安装水密接插件尾线，该水密接插件尾线通过透水转接件引出至供电设备上，所述转接舱体的另一端与水密可插拔接插件相连，该水密可插拔接插件与水下对接设备实现插拔，水下对接设备集成尾线在该转接舱体内与水密接插件尾线实现电连接；

所述水平基座的一端为T型板、另一端与弧型板，该T型板的T型横边的一面安装在水下固定结构架上、坚边与所述弧型板连接，该弧型板的两侧均为用于与压紧法兰相连的连接耳；所述压紧法兰中间为与弧型板对应的弧型，该弧型的两侧为连接耳；所述弧型板与压紧法兰将液压缸C夹紧固定；

所述旋转销的中间开有与液压杆螺纹连接的螺纹孔，在该旋转销靠近所述限位件的一侧设有销杆；所述限位件具有一平板及安装在该平板下方的相平行的两坚板，所述旋转销随液压杆转动及轴向移动，通过所述销杆插入两坚板间实现限制旋转销的旋转角度；

所述调整机构包括保护罩、转接轴、万向联轴器及调整弹簧，该万向联轴器的上下两侧均设有转接轴，每侧的所述转接轴的一端分别与万向联轴器销接，另一端均连接有保护罩，一侧保护罩与旋转销相连，另一侧保护罩与透水转接件相连；在两侧的所述保护罩之间设有套在转接轴及万向联轴器外部的调整弹簧，该调整弹簧的两端分别与两侧的所述保护罩抵接；所述保护罩的一侧分别开有同心设置的凹槽及环形槽，所述转接轴的另一端容置于凹槽中，所述调整弹簧的端部容置于环形槽中；在所述保护罩上开设有与凹槽相连通的螺栓孔，该保护罩通过螺栓孔内的螺栓与所述转接轴相连；

所述导向机构上安装有远程导向设备，所述保护机构的上部安装有通讯控制系统，所述远程导向设备、通讯控制系统均与控制器连接。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明设计了一种水下对接装置，可实现为水下移动载体补充电能和上传数据的功能。

2.本发明具有定位精度高的特点；本发明通过多个结构相配合，从前期导向到周向调整和轴向调整，最终对载体实现高精度定位。

3.本发明具有可靠性高的特点；本发明采用液压系统为驱动力，故障率低，适合在水下等环境应用。

4.本发明具有充电效率高的特点；本发明通过水下可插拔接插件实现了电路直接连通，相比国内外同类的非接触式充电，充电效率高。

5.本发明具有数据传输能力强的特点；本发明通过水下可插拔接插件实现数据传输，传输速率高。

6.本发明具有模块化程度高的特点；本发明包含远程导向设备、导向机构、保护机构、定位机构、插拔机构、通讯控制系统等多个模块化设备，各模块设备互相间功能独立，便于维护和检测。

7.本发明具有适应大范围水深的特点。本发明所采用的零件均能承受大水深的压力，对不同水深具有广泛的适应性。

8.本发明具有适用性广的特点。本装置可以根据需求，针对不同类型的水下移动载体进行能源补充和数据传输，应用范围广。

附图说明

图1为本发明的整体结构主视图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明导向机构的结构主视图；

图5为图4中的A—A剖视图；

图6为本发明保护机构的结构主视图；

图7为图6的仰视图；

图8为图6的俯视图；

图9为图6中的B—B剖视图；

图10为图6中的C—C剖视图；

图11为本发明周向定位机构的立体结构示意图；

图12为本发明周向定位机构的爆炸图；

图13为本发明轴向定位机构的立体结构示意图之一；

图14为本发明轴向定位机构的立体结构示意图之二；

图15为本发明轴向定位机构的左视图；

图16为本发明轴向定位机构的爆炸图；

图17为图13中滑行组件的立体结构示意图；

图18为图13中滑行组件的爆炸图；

图19为图13中支撑架A的结构示意图；

图20为图13中支撑架B的结构示意图；

图21为图13中悬挂支撑块A的结构示意图；

图22为图13中悬挂支撑块B的结构示意图；

图23为图16中铜套A的立体结构示意图；

图24为图16中铜套B的立体结构示意图；

图25为图13中艏顶罩的立体结构示意图；

图26为本发明插拔机构的整体结构示意图；

图27为图26中的D—D剖视图；

图28为图26中水平基座的立体结构示意图；

图29为图26中压紧法兰的结构主视图；

图30为图26中旋转销的结构俯视图；

图31为图26中限位件的结构侧视图；

图32为图26中调整机构的结构剖视图；

图33为图26中透水转接件的结构主视图；

图34为图33中的E—E剖视图；

图35为图32中保护罩的结构剖视图；

图36为图32中转接轴的结构示意图；

图37为图6中密封舱体安装法兰的结构主视图；

图38为图37的俯视图；

其中：1为导向机构，101为安装法兰；

2为保护机构，201为铝架，202为非金属板，203为支撑架，204为槽钢，205为密封舱体安装法兰，206为平板，207为竖板，208为密封舱体；

3为周向定位机构，301为主框架，302为中间板，303为T型板，304为底座，305为液压缸A，306为连杆A，307为铰链座A，308为连杆B，309为连接架，310为垫板，311为弧板，312为尼龙板，313为定位销，314为铰链座B，315为条形孔A，316为螺纹孔A，317为轴孔A，318为轴孔B，319为条形孔B，320为螺纹孔B，321为条形孔C，322为螺纹孔C，323为三角槽；

4为轴向定位机构，401为后连接铰链板，402为连接铰链，403为液压缸B，404为支撑架A，405为导向轴，406为支撑杆，407为支撑架B，408为前连接铰链板，409为固定环D，410为铜套A，411为悬挂支撑块A，412为固定环A，413为艏顶罩，414为固定环B，415为悬挂支撑块B，416为支撑管，417为铜套B，418为固定环C，419为导向轴固定架，420为平面，421为轴孔C，422为轴孔D，423为轴孔E，24为轴孔F，425为开口A，426为轴孔G，427为开口B，428为开口C；

5为插拔机构，501为安装基座，502为液压缸C，503为水平基座，5031为T型板，5032为弧型板，5033为连接耳，504为压紧法兰，505为旋转销，5051为销杆，5052为螺纹孔，506为限位件，507为调整机构，5071为保护罩，50711为凹槽，50712为环形槽，50713为螺栓孔，5072为转接轴，50721为销孔，5073为万向联轴器，5074为调整弹簧，508为透水转接件，5081为支撑柱，5082为端面法兰，509为转接舱体，510为液压杆，511为水密可插拔接插件，512为水密接插件尾线；

6为通讯控制系统，7为水下移动载体艏部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括导向机构1、保护机构2、周向定位机构3、轴向定位机构4、插拔机构5及通讯控制系统6，其中保护机构2放置于水底，导向机构1的一端与该保护机构2相连，另一端为待水下移动载体航行到位实现导向的自由端；保护机构2的另一端安装有轴向定位机构4，在该保护机构2的上部分别安装有周向定位机构3和通讯控制系统6。水下移动载体通过导向机构1导向进入保护机构2中，并通过周向定位机构3和轴向定位机构4分别进行周向和轴向的定位。在周向定位机构3上安装有插拔机构5。

如图4、图5所示，导向机构1为曲线光滑过度的喇叭口形结构，其一端设计有四个安装法兰101，通过螺栓连接实现其与保护机构2一端的固连。导向机构1的另一端朝向水下对接装置的外侧，用于实现载体自主入坞的导向。导向机构1上安装有远程导向设备，远程导向设备为声呐设备，其通过喉箍连接安装于导向机构1的四周，用于实现水下移动载体的远程导引。

如图6～10及图37、图38所示，保护机构2采用框架式结构，其主体为长方体形状的铝架201，该铝架201由铝板和角铝组成，其它各机构均以保护机构2为安装基础进行安装。保护机构2的内侧设置有非金属板202，非金属板202通过支撑架203安装至铝架201上，当与水下移动载体接触时能够起到导向和支撑的作用。支撑架203为拱型架结构，两侧平板开有八个光孔，通过螺栓连接可以实现支撑架203与铝架201的固连；中间拱起的平板开有四个光孔，通过螺栓连接可以实现支撑架203与非金属板202的固连。

保护机构2的下侧设置有两根槽钢204，用于实现轴向定位机构4的固定。槽钢204中间开有十二个光孔，通过螺栓连接可以实现槽钢204与铝架201的固连；槽钢204的一端开有四个光孔，通过螺栓连接可以实现槽钢204与轴向定位机构4之间的固连。保护机构2的上部设置有密封舱体安装法兰205，用于实现密封舱体208的固定。密封舱体安装法兰205的下部为平板206，该平板206上开有八个光孔，通过螺栓连接可以实现密封舱安装法兰205与铝架201之间的固连。密封舱安装法兰205的上部为弧形的竖板207，该竖板207上开有八个光孔，通过螺栓连接可以与密封舱体208实现固连。

如图11、图12所示，周向定位机构包括作为周向定位机构的结构支撑的主框架301，该主框架301安装在保护机构2的铝架201上；主框架301两侧的结构相同、对称设置，每一侧均包括液压缸A305、连杆机构及环抱部分；主框架301是每侧连杆机构的机架基础，具有所需的强度。

液压缸A305的一端通过T型板303与主框架301相连，T型板303的竖板与主框架301之间设有安装在主框架301上的中间板302，T型板303的竖板通过中间板与主框架301连接。中间板302上开设有螺纹孔A316，T型板303的竖板上与螺纹孔A316对应地开设有条形孔A315，T型板303通过条形孔A315及螺纹孔A316在有限范围内可进行上下移动，进而实现弧板311、尼龙板312环抱直径的增大或缩小，适用于不同直径的水下移动载体。T型板303的横板上安装有底座304，液压缸A305的一端铰接于该底座304上。液压缸A305的另一端与连杆机构相连，环抱部分连接于连杆机构的底部。

连杆机构包括连杆A306、连杆B308及连接架309，其中连杆A306及连杆B308均为两个、对称设置在液压缸A305另一端的两侧。液压缸A305的另一端分别与两个连杆A306铰接。主框架301上分别固定有铰链座A307及铰链座B314，两个连杆A306的一端及两个连杆B308的一端分别与铰链座A307和铰链座B314铰接，连接架309的上下两端分别开设有与两个连杆A306的另一端及两个连杆B308的另一端铰接的轴孔A317、轴孔B318，从而构成一个完整的连杆机构。依靠液压缸A305的驱动，在主框架301两侧对称分布，保证自主校正装置自身的稳定性。

环抱部分包括弧板311、尼龙板312及定位销313，弧板311的一端安装在连接架309的底端，另一端呈弧形、并安装有定位销313。弧板311的一端为平板，该平板与连接架309的底端之间设有垫板310，垫板310上分别开设有沿竖向均布的螺纹孔B320及沿横向均布的螺纹孔C322。弧板311一端的平板上沿竖向开设有与螺纹孔B320相对应的条形孔B319，该弧板311通过条形孔B319及螺纹孔B320实现环抱部分在有限范围内可进行上下移动。连接架309的底端上沿横向开设有与螺纹孔C322相对应的条形孔C321，垫板310通过条形孔C321及螺纹孔C322实现垫板310在有限范围内可进行左右移动，进而实现定位销313的位置可调性。弧板311的另一端外表面设有弧形的尼龙板312，该尼龙板312通过定位销313与弧板311的另一端连接，避免弧板311的另一端与水下移动载体艏部7的刚性接触。

在环抱部分的后排，即水下移动载体艏部7的后移方向，设有安装在连接架309上的辅助扶正环抱部分，用于对水下移动载体的扶正辅助作用，实现圆弧环抱。辅助扶正环抱部分与环抱部分的区别在于辅助扶正环抱部分没有定位销313。即，辅助扶正环抱部分包括弧板311和尼龙板312，弧板311的一端安装在连接架309的底端，另一端呈弧形。弧板311的一端为平板，该平板与连接架309的底端之间设有垫板310，垫板310上分别开设有沿竖向均布的螺纹孔B320及沿横向均布的螺纹孔C322。弧板311一端的平板上沿竖向开设有与螺纹孔B320相对应的条形孔B319，该弧板311通过条形孔B319及螺纹孔B320实现环抱部分在有限范围内可进行上下移动。连接架309的底端上沿横向开设有与螺纹孔C322相对应的条形孔C321，垫板310通过条形孔C321及螺纹孔C322实现垫板310在有限范围内可进行左右移动，进而实现定位销313的位置可调性。弧板311的另一端外表面设有弧形的尼龙板312，该尼龙板312与弧板311的另一端连接，避免弧板311的另一端与水下移动载体艏部7的刚性接触。

如图13～25所示，轴向定位机构4包括后连接铰链板401、液压缸B403、支撑架A404、导向轴405、支撑杆406、支撑架B407、前连接铰链板408、艏顶罩413及滑动组件，其中支撑架A404与支撑架B407分别并列在首尾两端、通过支撑杆406相连，在支撑架A404与支撑架B407之间设有导向轴405；支撑架A404与支撑架B407均为圆环形，且圆周上对称设有两个平面420，两个平面420水平投影的中点之间的连线经过支撑架的圆心；支撑架A404与支撑架B407在连接后，下端面保持平齐，即各自的平面420共面。支撑架A404及支撑架B407上均设有与支撑杆406连接的轴孔A421和供导向轴405穿过的轴孔B422。本实施例的支撑架A404与支撑架B407之间通过四根支撑杆406相边，四根支撑杆406沿圆周方向均布，在支撑架A404与支撑架B407之间还设有两根对称设置的导向轴405；对应地，支撑架A4上沿圆周方向均布了四组轴孔C421，且开设了两个轴孔D422，两个轴孔D422之间的连线经过支撑架A404的圆心。支撑架B407上同样沿圆周方向均布了四组轴孔C421，且开设了两个轴孔D422，两个轴孔D422之间的连线经过支撑架B407的圆心。支撑架A404或支撑架B407上的任一轴孔D422的外边缘处设有开口B427，本实施例是在支撑架A404上的其中一个轴孔D422上开设了开口B427，并开口B427处连接有导向轴固定架419，导向轴固定架419与支撑架A404配合将导向轴405固定。

滑动组件与导向轴405滑动连接。后连接铰链板401安装在支撑架A404的左侧面上、端面呈“U”形，前连接铰链板408安装在滑动组件上，该前连接铰链板408及后连接铰链板401相对一面上均安装有连接铰链402，液压缸B403的首尾两端分别与后连接铰链板401上的连接铰链402和前连接铰链板408上的连接铰链402通过销轴与开口销连接在一起，带动滑动组件沿导向轴405在支撑架A404与支撑架B407之间往复移动。

滑动组件包括彼此相连的前滑环与后滑环，前滑环与后滑环之间通过多根支撑管416相连。前滑环及后滑环上均连接有与导向轴405滑动连接的悬挂支撑块，前连接铰链板408安装在前滑环上，后滑环上安装有艏顶罩413。后滑环分为固定环A412与固定环B414，该固定环A412及固定环B414均为半圆形，通过活结螺栓、销轴、开口销和螺母固连在一起，形成一个圆形的后滑环。在固定环A412上连接有与导向轴405滑动连接的悬挂支撑块A411，固定环B414上连接有与导向轴405滑动连接的悬挂支撑块B415。前滑环分为固定环C418与固定环D409，该固定环C418及固定环D409均为半圆形，通过活结螺栓、销轴、开口销和螺母固连在一起，形成一个圆形的前滑环。在固定环C418上连接有与导向轴405滑动连接的悬挂支撑块B415，固定环D409上连接有与导向轴405滑动连接的悬挂支撑块A411。前连接铰链板408的两端分别固定在固定环C418和固定环D409上。固定环A412与固定环D409之间通过多根支撑管416相连，固定环B414与固定环C418之间通过多根支撑管416相连，在固定环A412、固定环B414、固定环C418及固定环D409上均开设有用于与支撑管416连接的轴孔C423。

悬挂支撑块A411及悬挂支撑块B415分别通过铜套A410和铜套B417与导向轴405滑动连接，该悬挂支撑块A411与悬挂支撑块B415上均开设有容置铜套A410或铜套B417的轴孔F424或轴孔G426。悬挂支撑块A411的一端与固定环D409通过螺钉连接，另一个悬挂支撑块A411的一端与固定环A412通过螺钉连接，轴孔F424开设在悬挂支撑块A411的另一端，铜套A410与悬挂支撑块A411通过螺钉连接，且与中间的轴孔F424采用过渡配合。两个悬挂支撑块A411上的两个铜套A410保持同轴心。同样的，悬挂支撑块B415的一端与固定环C418通过螺钉连接，另一个悬挂支撑块B415的一端与固定环B414通过螺钉连接，轴孔G426开设在悬挂支撑块B415的另一端，铜套B417与悬挂支撑块B415通过螺钉连接，且与中间的轴孔G426采用过渡配合。两个悬挂支撑块B415上的两个铜套B417保持同轴心。铜套A410为中空结构，轴向截面呈“T”形；铜套B417为中空结构，轴向截面呈“T”形，并在铜套B417上沿轴向设有“U”形的开口C428。悬挂支撑块B415上的轴孔G426对应地开设有开口A425，铜套B417在与悬挂支撑块B415安装时，开口A425与开口C428的朝向相同。两个铜套A410串在一根导向轴5上，两个铜套B417串在另一根导向轴405上。前连接铰链板408与固定环D409和固定环C418组成的前滑环连接，艏顶罩413与固定环A412和固定环B414组成的后滑环连接，实现艏顶罩413的周向固定。

如图27～36所示，插拔机构5包括安装基座501、液压缸C502、水平基座503、压紧法兰504、旋转销505、限位件506、调整机构507、透水转接件508、转接舱体509及水下对接设备，其中安装基座501的一端安装在主框架301上，液压缸C502的缸体与该安装基座1的另一端通过定位销铰接。

水平基座503的一端为T型板5031、另一端与弧型板5032，该T型板5031的T型横边的一面通过螺栓连接与主框架301实现固连、坚边与弧型板5032连接，该弧型板5032的两侧均为用于与压紧法兰504相连的连接耳5033。压紧法兰504中间为与弧型板5032对应的弧型，该弧型的两侧为连接耳。压紧法兰504两侧的连接耳通过螺栓与弧型板5032两侧的连接耳5033固连，从而将液压缸C502夹紧于中间，实现液压缸C502的导向和固定，使液压缸C502始终保持竖直状态。

旋转销505的中间开有螺纹孔5052，液压杆510的端部与旋转销505上的螺纹孔5052螺纹连接、实现固连；旋转销505可以同液压杆510一起实现转动及轴向移动。旋转销505的一侧设有通过螺栓连接与水下固定结构架实现固连的限位件506，在旋转销505靠近限位件506的一侧设有销杆5051。限位件506具有一平板及安装在该平板下方的相平行的两坚板，旋转销505随液压杆510转动及轴向移动，通过销杆5051插入两坚板间实现限制旋转销505的旋转角度，保证水下对接设备的顺利对接。

旋转销505上连接有用于补偿水下对接过程中位置偏差的调整机构507,该调整机构507的一端与旋转销505相连、随旋转销505同步旋转，调整机构507的另一端与透水转接件508的一端连接。调整机构507包括保护罩5071、转接轴5072、万向联轴器5073及调整弹簧5074，该万向联轴器5073的上下两侧均设有转接轴5072，转接轴5072的轴向截面呈“T”型，该“T”型的竖边开有用于与万向联轴器5073销接的销孔50721，万向联轴器5073的上下两侧分别通过定位销与两个转接轴5072的一端销接，两个转接轴5072的另一端分别通过螺栓与保护罩5071固连。位于上方的保护罩5071通过螺栓连接与旋转销505实现固连，位于下方的保护罩5071通过螺栓连接与透水连接件508实现固连。在两侧的保护罩5071之间设有套在转接轴5072及万向联轴器5073外部的调整弹簧5074，该调整弹簧5074的两端分别与两侧的保护罩5071抵接，调整弹簧5074始终处于压缩状态。保护罩5071的一侧分别开有同心设置的凹槽50711及环形槽50712，转接轴5072的另一端容置于凹槽50711中，调整弹簧5074的端部容置于环形槽50712中。在保护罩5071上开设有与凹槽50711相连通的螺栓孔50713，该保护罩5071通过螺栓孔50713内的螺栓与转接轴5072固连。

透水转接件508的一端与调整机构507中位于下方的保护罩5071连接，另一端与转接舱体509相连。透水转接件508包括四根支撑柱5081及两个端面法兰5082，四根支撑柱5081的两端均连接有呈环形的端面法兰5082，一端的端面法兰5082与调整机构507中位于下方的保护罩5071固连，另一端的端面法兰5082与转接舱体509固连。

转接舱体509的一端安装水密接插件尾线512，该水密接插件尾线512通过透水转接件508引出至供电设备上，转接舱体509的另一端连接有水密可插拔接插件511，该水密可插拔接插件511与水下对接设备可实现插拔动作，水下对接设备的集成尾线在转接舱体509内与水密接插件尾线512实现电连接。

通讯控制系统6安装于密封舱体208之内，密封舱体208的一端设置有连接孔，通过螺栓连接实现密封舱体208与保护机构2中铝架201的固连。远程导向设备、通讯控制系统6均与控制器连接。

本发明的工作原理为：

本发明布设于水底，通过光电复合缆连接至岸基。初始状态时水下对接装置所有的液压缸处于收回状态。水下移动载体自远处航行而来，通过远程导向设备逐渐接近水下对接装置。水下移动载体到达水下对接装置附近时，通过导向机构1进入保护机构2之内。

当水下移动载体到达指定位置后，水下移动载体艏部7进入周向定位机构3中主框架301两侧环抱部分的环抱范围，利用主框架301两侧的液压缸A305同步驱动两侧的连杆机构，实现两侧弧板311对水下移动载体艏部7的环抱；两侧环抱部分的定位销313分别进入水下移动载体艏部7两侧安装的三角槽323的范围内，实现水下移动载体的周向初步定位。周向定位机构3到位之后，轴向定位机构4执行伸出动作，将水下移动载体逐渐向后推入预定位置；在此过程中，每侧的定位销313对同侧三角槽323运动的限制、实现水下移动载体艏部7的周向校正；当定位销313到达三角槽323的顶端时，实现对水下移动载体的周向和轴向定位。水下移动载体精确定位之后，插拔机构5执行伸出动作，通过其自调整能力实现水密可插拔接插件11的水下精确对接，从而实现为水下移动载体补充电能和数据上传。

插拔机构5选择液压缸C502作为动力来源，能够通过控制液压缸C502的伸出长度和推力来实现水下精确对接。液压缸C502可精准控制行程，通过对其行程的控制实现水下对接动作。同时水下液压系统可精确控制最大推力，通过控制其最大推力，可保证水下对接设备所需的基本插拔力，同时又能有效保护水下对接设备的安全。

水下对接设备通常能够允许设定的角度偏差，插拔机构5利用限位件506和旋转销505有效控制旋转角度，使其满足水下对接设备的需求。

调整机构507中始终处于压缩状态的调整弹簧5074既具有所需的刚度，又可实现设定的弯曲角度，可以实现水下对接设备的偏差角度和位移。万向联轴器5073主要起到承受拉力和随调整弹簧5074一起弯曲的作用。在水下对接设备执行拔出的动作时，万向联轴器5073可承受液压缸C502提供的拉力。

转接舱体509上的水密接插件尾线512可通过透水转接件508引出。转接舱体509两端均开由光孔，一端可以与水下对接设备实现水密连接，另一端可以与水密接插件实现水密连接。

水下移动载体结束充电和数据传输之后，插拔机构5、轴向定位机构4以及周向定位机构3依次执行收回动作，水下移动载体通过螺旋桨反转退出水下对接装置。

Claims (14)

1.一种水下对接装置，其特征在于：包括导向机构(1)、保护机构(2)、周向定位机构(3)、轴向定位机构(4)及插拔机构(5)，其中保护机构(2)放置于水底，所述导向机构(1)的一端与该保护机构(2)的一端相连，另一端为待水下移动载体航行到位实现导向的自由端；所述保护机构(2)的另一端安装有轴向定位机构(4)，在该保护机构(2)的上部安装有周向定位机构(3)；水下移动载体通过导向机构(1)导向进入保护机构(2)中，并通过所述轴向定位机构(4)轴向定位；所述周向定位机构(3)包括安装在保护机构(2)上的主框架(301)，该主框架(301)两侧的结构相同、对称设置，每一侧均包括液压缸A(305)、连杆机构及环抱部分，所述液压缸A(305)的一端铰接于主框架(1)上，另一端与所述连杆机构相连，所述环抱部分连接于连杆机构的底部，通过液压缸A(305)的驱动由两侧对水下移动载体艏部(7)进行周向定位；所述插拔机构(5)的上端安装在主框架(301)上，下端连接有水密可插拔接插件(511)，该水密可插拔接插件(511)在水下移动载体通过所述周向定位机构(3)及轴向定位机构(4)定位后与水下移动载体实现水下插拔；

所述连杆机构包括连杆A(306)、连杆B(308)及连接架(309)，该连杆A(306)和连杆B(308)的一端分别铰接于所述主框架(301)上，另一端分别与所述连接架(309)的上下两端铰接，所述液压缸A(305)的另一端铰接于连杆A(306)上；所述环抱部分包括弧板(311)及定位销(313)，该弧板(311)的一端安装于所述连接架(309)的底端，另一端呈弧形、并安装有所述定位销(313)；水下移动载体艏部(7)进入主框架(301)两侧的环抱部分的环抱范围后，通过两侧所述液压缸A(305)同步驱动两侧的连杆机构，进而由两侧的连杆机构同步带动所述弧板(311)对水下移动载体艏部(7)环抱；所述水下移动载体艏部(7)的两侧均安装有三角槽(323)，所述弧板(311)上的定位销(313)在环抱水下移动载体艏部(7)时进入该三角槽(323)中，实现水下移动载体艏部(7)的周向定位。

2.根据权利要求1所述的水下对接装置，其特征在于：所述液压缸A(305)的一端通过T型板(303)与主框架(301)相连，该T型板(303)的竖板与所述主框架(301)连接，横板上安装有底座(304)，所述液压缸A(305)的一端铰接于该底座(304)上；所述T型板(303)的竖板与主框架(301)之间设有中间板(302)，该中间板(302)上开设有螺纹孔A(316)，所述T型板(303)的竖板上与螺纹孔A(316)对应地开设有条形孔A(315)，该T型板(303)通过条形孔A(315)及螺纹孔A(316)可上下移动，进而实现所述弧板(311)环抱直径的增大或缩小。

3.根据权利要求1所述的水下对接装置，其特征在于：所述弧板(311)的一端为平板，该平板与所述连接架(309)的底端之间设有垫板(310)，所述垫板(310)上分别开设有沿竖向均布的螺纹孔B(320)及沿横向均布的螺纹孔C(322)；所述弧板(311)一端的平板上沿竖向开设有与螺纹孔B(320)相对应的条形孔B(319)，该弧板(311)通过条形孔B(319)及螺纹孔B(320)实现环抱部分的上下移动；所述连接架(309)的底端上沿横向开设有与螺纹孔C(322)相对应的条形孔C(321)，所述垫板(310)通过条形孔C(321)及螺纹孔C(322)实现垫板(310)的左右移动，进而实现所述定位销(313)的位置可调；弧板(311)的另一端外表面设有弧形的尼龙板(312)，该尼龙板(312)通过定位销(313)与所述弧板(311)的另一端连接。

4.根据权利要求1所述的水下对接装置，其特征在于：所述环抱部分的后排，即所述水下移动载体艏部(7)的后移方向，设有安装在连接架(309)上的辅助扶正环抱部分，该辅助扶正环抱部分包括所述弧板(311)及尼龙板(312)，该弧板(311)的一端为平板，所述平板与所述连接架(309)的底端之间设有垫板(310)，所述垫板(310)上分别开设有沿竖向均布的螺纹孔B(320)及沿横向均布的螺纹孔C(322)；所述弧板(311)一端的平板上沿竖向开设有与螺纹孔B(320)相对应的条形孔B(319)，该弧板(311)通过条形孔B(319)及螺纹孔B(320)实现环抱部分的上下移动；所述连接架(309)的底端上沿横向开设有与螺纹孔C(322)相对应的条形孔C(321)，所述垫板(310)通过条形孔C(321)及螺纹孔C(322)实现垫板(310)的左右移动；所述弧板(311)的另一端呈弧形，所述尼龙板(312)也呈弧形、安装在所述弧板(311)的另一端。

5.根据权利要求1所述的水下对接装置，其特征在于：所述轴向定位机构(4)包括后连接铰链板(401)、液压缸B(403)、支撑架A(404)、导向轴(405)、支撑杆(406)、支撑架B(407)、前连接铰链板(408)、艏顶罩(413)及滑动组件，其中支撑架A(404)与支撑架B(407)通过支撑杆(406)相连，在所述支撑架A(404)与支撑架B(407)之间设有导向轴(405)；所述滑动组件与该导向轴(405)滑动连接，所述后连接铰链板(401)安装在支撑架A(404)上，所述前连接铰链板(408)安装在滑动组件上，所述液压缸B(403)的两端分别与前、后连接铰链板(408、403)铰接，带动所述滑动组件沿导向轴(405)在支撑架A(404)与支撑架B(407)之间往复移动；所述滑动组件包括彼此相连的前滑环与后滑环，该前滑环及后滑环上均连接有与所述导向轴(405)滑动连接的悬挂支撑块，所述前连接铰链板(408)安装在前滑环上，所述后滑环上安装有艏顶罩(413)。

6.根据权利要求5所述的水下对接装置，其特征在于：所述后滑环分为固定环A(412)与固定环B(414)，该固定环A(412)与固定环B(414)彼此相连，在所述固定环A(412)上连接有与导向轴(405)滑动连接的悬挂支撑块A(411)，所述固定环B(414)上连接有与导向轴(405)滑动连接的悬挂支撑块B(415)；所述固定环A(412)及固定环B(414)均为半圆形，通过活结螺栓、销轴、开口销和螺母固连在一起，形成一个圆形的后滑环。

7.根据权利要求5所述的水下对接装置，其特征在于：所述前滑环分为固定环C(418)与固定环D(409)，该固定环C(418)与固定环D(409)彼此相连，在所述固定环C(418)上连接有与导向轴(405)滑动连接的悬挂支撑块B(415)，所述固定环D(409)上连接有与导向轴(405)滑动连接的悬挂支撑块A(411)；所述固定环C(418)及固定环D(409)均为半圆形，通过活结螺栓、销轴、开口销和螺母固连在一起，形成一个圆形的前滑环。

8.根据权利要求5所述的水下对接装置，其特征在于：所述悬挂支撑块A(411)及悬挂支撑块B(415)分别通过铜套A(410)和铜套B(417)与导向轴(405)滑动连接，该悬挂支撑块A(411)与悬挂支撑块B(415)上均开设有容置铜套A(410)或铜套B(417)的轴孔F(424)或轴孔G(426)；所述铜套A(410)为中空结构，轴向截面呈“T”形；所述铜套B(417)为中空结构，轴向截面呈“T”形，并在铜套B(417)上沿轴向设有“U”形的开口C(428)；所述悬挂支撑块B(415)上的轴孔G(426)对应地开设有开口A(425)，所述铜套B(417)在与悬挂支撑块B(415)安装时，开口A(425)与开口C(428)的朝向相同。

9.根据权利要求5所述的水下对接装置，其特征在于：所述支撑架A(404)与支撑架B(407)均为圆环形，且圆周上设有平面(420)，所述支撑架A(404)与支撑架B(407)在连接后，各自的所述平面(420)共面；所述支撑架A(404)及支撑架B(407)上均设有与支撑杆(406)连接的轴孔C(421)和供导向轴(405)穿过的轴孔D(422)，所述支撑架A(404)或支撑架B(407)上的任一轴孔D(422)的外边缘处设有开口B(427)，该开口B(427)处连接有导向轴固定架(419)。

10.根据权利要求1所述的水下对接装置，其特征在于：所述插拔机构(5)包括安装基座(501)、液压缸C(502)、水平基座(503)、压紧法兰(504)、旋转销(505)、限位件(506)、调整机构(507)、透水转接件(508)及转接舱体(509)，其中安装基座(501)的一端安装在所述主框架(301)上，所述液压缸C(502)的缸体与该安装基座(501)的另一端铰接，液压缸C(502)的液压杆(510)的端部连接有旋转销(505)，所述水平基座(503)的一端安装在所述主框架(301)上，另一端与压紧法兰(504)连接、并实现所述液压缸C(502)的导向和固定；所述旋转销(505)的一侧设有安装在主框架(301)上的限位件(506)，该旋转销(505)通过所述限位件(506)实现旋转角度限制；所述旋转销(505)上连接有用于补偿水下对接过程中位置偏差的调整机构(507)，该调整机构(507)的一端与旋转销(505)相连、随所述旋转销(505)同步旋转，所述调整机构(507)的另一端与透水转接件(508)的一端连接，该透水转接件(508)的另一端与转接舱体(509)相连，所述转接舱体(509)的一端安装水密接插件尾线(512)，该水密接插件尾线(512)通过透水转接件(508)引出至供电设备上，所述转接舱体(509)的另一端与水密可插拔接插件(511)相连，该水密可插拔接插件(511)与水下对接设备实现插拔，水下对接设备集成尾线在该转接舱体(509)内与水密接插件尾线(512)实现电连接。

11.根据权利要求10所述的水下对接装置，其特征在于：所述水平基座(503)的一端为T型板(5031)、另一端与弧型板(5032)，该T型板(5031)的T型横边的一面安装在水下固定结构架上、坚边与所述弧型板(5032)连接，该弧型板(5032)的两侧均为用于与压紧法兰(504)相连的连接耳(5033)；所述压紧法兰(504)中间为与弧型板(5032)对应的弧型，该弧型的两侧为连接耳；所述弧型板(5032)与压紧法兰(504)将液压缸C(502)夹紧固定。

12.根据权利要求10所述的水下对接装置，其特征在于：所述旋转销(505)的中间开有与液压杆(510)螺纹连接的螺纹孔(5052)，在该旋转销(505)靠近所述限位件(506)的一侧设有销杆(5051)；所述限位件(506)具有一平板及安装在该平板下方的相平行的两坚板，所述旋转销(505)随液压杆(510)转动及轴向移动，通过所述销杆(5051)插入两坚板间实现限制旋转销(505)的旋转角度。

13.根据权利要求10所述的水下对接装置，其特征在于：所述调整机构(507)包括保护罩(5071)、转接轴(5072)、万向联轴器(5073)及调整弹簧(5074)，该万向联轴器(5073)的上下两侧均设有转接轴(5072)，每侧的所述转接轴(5072)的一端分别与万向联轴器(5073)销接，另一端均连接有保护罩(5071)，一侧保护罩(5071)与旋转销(505)相连，另一侧保护罩(5071)与透水转接件(508)相连；在两侧的所述保护罩(5071)之间设有套在转接轴(5072)及万向联轴器(5073)外部的调整弹簧(5074)，该调整弹簧(5074)的两端分别与两侧的所述保护罩(5071)抵接；所述保护罩(5071)的一侧分别开有同心设置的凹槽(50711)及环形槽(50712)，所述转接轴(5072)的另一端容置于凹槽(50711)中，所述调整弹簧(5074)的端部容置于环形槽(50712)中；在所述保护罩(5071)上开设有与凹槽(50711)相连通的螺栓孔(50713)，该保护罩(5071)通过螺栓孔(50713)内的螺栓与所述转接轴(5072)相连。

14.根据权利要求1所述的水下对接装置，其特征在于：所述导向机构(1)上安装有远程导向设备，所述保护机构(2)的上部安装有通讯控制系统(6)，所述远程导向设备、通讯控制系统(6)均与控制器连接。

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