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CN111099451A - 一种用于无人潜水器的电动绕线器 - Google Patents

一种用于无人潜水器的电动绕线器 Download PDF

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李英灿
王哲
王思奥
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Abstract

本发明公开了一种用于无人潜水器的电动绕线器，涉及无人潜水器技术领域。所述绕线器的绕线辊转动安装于机架上，电机一端固定于机架上，电机另一端与绕线辊一端固定，绕线辊另一端与传动机构一端固定连接，传动机构另一端与往复丝杆一端固定连接，往复丝杆另一端固定有阻尼器；往复丝杆转动安装于机架上且与绕线辊平行设置，往复丝杆上套接有校直器。通过电机带动绕线辊完成绕线作业，通过丝杆往复机构实现整齐排线，通过校直器解决线缆使用后自由状态下缠绕、卷曲等问题；阻尼器在放线起到刹车作用，防止放线时炸线；电机既作为绕线辊的动力提供装置，也是绕线辊与机架相连接的“轴承”，传动机构仅设计一组，极大的减少了绕线器的体积。

Description

一种用于无人潜水器的电动绕线器
技术领域
本发明涉及无人潜水器技术领域，具体涉及一种用于无人潜水器的电动绕线器。
背景技术
ROV，即遥控无人潜水器，是用于水下观察、检查和施工的水下机器人。不管是观察级ROV还是操作级ROV，都需要使用一条线缆在ROV使用过程中保持与地面的通讯，仅消费级的ROV线缆长度就涵盖从几十米到几百米的范围，且几乎所有使用场景都在户外，目前在实际使用过程中存在以下问题：
1.线缆不易收纳整齐，占空间较大；
2.线缆使用后缠绕，卷曲，打结等情况给收纳造成困难；
3.手动收纳耗时较长；
4.放线时候容易出现炸线问题。
生产生活中也广泛存在进行线缆收放的情况，通常办法都是使用绕线盘将线缆卷绕。在小直径细线的收纳场景(例如鱼线)，由于直径较小，收线无需进行严格的排线，使用线长较短且被拉直，也不易打结缠绕；放线时靠配重的重力提供动力，同时依靠刹车避免炸线。而大直径粗线的收纳场景(例如电缆)，收线要求整齐排线，但因线径足够大，线本身不易缠绕，弯曲，打结。放线时，大直径线缆基本不会使用人力作为动力，且放线速度较慢，极少出现炸线情况，即使出现少量炸线，处理起来也比较容易。
ROV使用线缆的直径介于上述两者之间，由于使用过程中线缆处于放松状态，线缆缠绕、扭曲、打结等问题是客观存在的，在收线时既要解决上述问题，同时也要保持排线整齐。放线过程也容易发生炸线情况，且由于大部分ROV放线主要依靠人力或ROV自身动力拉出，放线阻力不能太大，这也给放线处理带来一定困难。目前市场也一直未有比较好的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于无人潜水器的电动绕线器，具备整齐排线、电动收线、线缆校直、放线防炸线功能，解决背景技术中提到的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：包括机架、电机、绕线辊、传动机构、往复丝杆、校直器和阻尼器，绕线辊转动安装于机架上，电机一端固定于机架上，电机另一端与绕线辊一端固定，绕线辊另一端与传动机构一端固定连接，传动机构另一端与往复丝杆一端固定连接，往复丝杆另一端固定有阻尼器；所述往复丝杆转动安装于机架上且与绕线辊平行设置，往复丝杆上套接有校直器。
更进一步的技术方案是所述机架由相对设置的安装板、固定于两安装板间的支撑柱构成，绕线辊为中空圆筒且内部设置有电源，绕线辊转动安装于两安装板间，电源与电机电连接。
更进一步的技术方案是所述电机由定子和转子构成，定子固定于绕线辊一端，转子固定于安装板内侧壁上。
更进一步的技术方案是所述绕线辊与传动机构连接端固定有安装盘，安装盘外侧壁上同轴固定有中继器，中继器与电源电连接。
更进一步的技术方案是所述绕线辊与传动机构连接端同轴安装有导电滑环，导电滑环与电源电连接，安装板上固定有中继器，中继器与导电滑环电连接。
更进一步的技术方案是所述中继器内设置有控制主板，控制主板与电机、中继器信号连接。
更进一步的技术方案是所述控制主板上设置有FOC电调模块。
更进一步的技术方案是所述校直器由固定架、导线轮和过线瓷眼构成，固定架与往复丝杆传动连接，导线轮转动安装于固定架内，过线瓷眼固定于固定架上，导线轮与往复丝杆平行设置有两个，其中一个导线轮位于另一导线轮正上方，过线瓷眼与导线轮垂直设置。
更进一步的技术方案是所述传动机构设置于安装板外侧，由主动轮、从动轮和皮带构成，主动轮与绕线辊一端固定连接，从动轮与往复丝杆一端固定连接。
更进一步的技术方案是所述阻尼器为单向阻尼器，设置于安装板外侧。
工作原理：收线过程：电机驱动绕线辊正向转动，与绕线辊固定的主动轮通过皮带带动从动轮转动，与从动轮固定的往复丝杆随之转动，带动校直器沿往复丝杆做往复直线运动，线缆在往复丝杆作用下一圈一圈整齐排布并绕在绕线辊上，线缆从过线瓷眼处绕过两个导线轮经拉直后进入绕线辊处，此时阻尼器处于无阻尼状态。
放线过程：线缆随无人潜水器主体的下沉被不断拉出，线缆经导线轮拉直后从过线瓷眼处下放，此时阻尼器处于有阻尼状态，且随往复丝杆转速加快阻尼加大，起到刹车作用，防止放线时炸线。线缆放线时拉动绕线辊反向转动，传动机构随之带动往复丝杆反转，使线缆以与绕线时相反的方向运动，放线阻力小，速度适中。
同时通过安装盘或者导电滑环的设置，将中继器与安装盘同轴固定随安装盘与绕线辊同步转动，或者通过导电滑环与安装板上固定的中继器连接，将作为ROV遥控信号传输的中继器集成在绕线器上，使ROV结构更加紧凑，便于机器的收纳和转运。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供一种用于无人潜水器的电动绕线器，通过电机带动绕线辊完成绕线作业，通过丝杆往复机构实现整齐排线，通过校直器解决线缆使用后自由状态下缠绕、卷曲等问题；阻尼器在绕线时无阻尼、放线时有阻尼且随放线速度加快阻尼变大，起到刹车作用，防止放线时炸线；将电机一端固定于机架、一端与绕线辊固定，此时电机既作为绕线辊的动力提供装置，也是绕线辊与机架相连接的“轴承”，这样传动机构可以仅设计一组即可，极大的减少了绕线器的体积，满足了ROV作为消费级机器的精巧、便携要求。
附图说明
图1为本发明中电动绕线器的结构示意图。
图2为本发明中电动绕线器的主视图。
图3为本发明中电动绕线器的一种结构示意图。
图4为本发明中电动绕线器的另一种结构示意图。
图5为本发明中校直器的结构示意图。
图中：1-机架，11-安装板，12-支撑柱，2-电机，21-定子，22-转子，3-绕线辊，31-安装盘，32-中继器，33-导电滑环，4-传动机构，5-往复丝杆，6-校直器，61-固定架，62-导线轮，63-过线瓷眼，7-阻尼器，8-电源，9-线缆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1、2所示的一种用于无人潜水器的电动绕线器，包括机架1、电机2、绕线辊3、传动机构4、往复丝杆5、校直器6和阻尼器7，绕线辊3转动安装于机架1上，电机2一端固定于机架1上，电机2另一端与绕线辊3一端固定，绕线辊3另一端与传动机构4一端固定连接，传动机构4另一端与往复丝杆5一端固定连接，往复丝杆5另一端固定有阻尼器7；所述往复丝杆5转动安装于机架1上且与绕线辊3平行设置，往复丝杆5上套接有校直器6。
为方便拆装，所述机架1由相对设置的安装板11、固定于两安装板11间的支撑柱12构成，绕线辊3转动安装于两安装板11间。优选地支撑柱12为圆杆，分布在安装板11四个角上。绕线辊3可设计为中空圆筒状，且在内部设置有电源8，绕线器无需单独再连线接外置电源，方便绕线操作。
所述电机2由定子21和转子22构成，定子21固定于绕线辊3一端，转子22固定于安装板11内侧壁上，电线通过绕线辊3上的接线孔将电源8与电机2连通。此时转子22固定，电机2启动后，定子21带动绕线辊3转动，此种装配方式电机2可以直接使用安装于绕线辊3内部的电源8，无需外接外置电源。同时电机2此时还充当了绕线辊3与安装板11中的“轴承”的作用，极大地精简了绕线器的结构。
所述传动机构4设置于安装板11外侧，可选用齿轮传动、皮带传动等传动方式中的任一种，本实施例中优选皮带传动，此传动机构4仅设置有一组，由主动轮、从动轮和皮带构成，主动轮与绕线辊3一端固定连接，从动轮与往复丝杆5一端固定连接。此处皮带传动的传动比设置为2.2-2.5，往复丝杆5螺距设置为10-12mm为最佳，此时排线距离适中整齐，且留有足够的线缆换向空间。
所述校直器6由固定架61、导线轮62和过线瓷眼63构成，固定架61与往复丝杆5传动连接，导线轮62转动安装于固定架61内，过线瓷眼63固定于固定架61上，导线轮62与往复丝杆5平行设置有两个，其中一个导线轮62位于另一导线轮62正上方，过线瓷眼63与导线轮62垂直设置。
如图5所示，线缆9穿过过线瓷眼63，先正向绕在其中一个导线轮62上，再反向绕在另一个导线轮62上，最后卷绕在绕线辊3上，过线瓷眼63与导线轮62的协同作用下，线缆9得到校直，消除线缆缠绕、扭曲等情况，提高绕线的可靠性和稳定性。
所述阻尼器7为可选用单向阻尼器，设置于安装板11外侧。阻尼器7在绕线为无阻尼状态，放线时为有阻尼状态，且阻尼随放线速度加快而变大，起到刹车作用，防止放线时炸线。
上述绕线器的工作过程如下：
收线过程：电机2驱动绕线辊3正向转动，与绕线辊3同步转动的主动轮通过皮带带动从动轮转动，与从动轮同步转动的往复丝杆5随之转动，带动校直器6沿往复丝杆5做往复直线运动，线缆9在往复丝杆5作用下一圈一圈整齐排布并绕在绕线辊3上，线缆9从过线瓷眼63处绕过两个导线轮62经拉直后进入绕线辊3处，此时阻尼器7处于无阻尼状态。
放线过程：线缆9随无人潜水器主体的下沉被不断拉出，线缆9经导线轮62拉直后从过线瓷眼63处下放，此时阻尼器7处于有阻尼状态，且阻尼随往复丝杆5转速加快而加大，起到刹车作用，防止放线时炸线。线缆9放线时拉动绕线辊3反向转动，传动机构随之带动往复丝杆5反转，使线缆9以与绕线时相反的方向运动，放线阻力小，速度适中。
通过电机2带动绕线辊3完成绕线作业，通过丝杆往复5实现整齐排线，通过校直器6解决线缆9使用后自由状态下缠绕、卷曲等问题；阻尼器7在绕线无阻尼、放线有阻尼且随放线速度加快阻尼变大，起到刹车作用，防止放线时炸线；通过将电机2一端固定于机架1、一端与绕线辊3固定，电机2既作为绕线辊的动力提供装置，也是绕线辊3与机架1相连接的“轴承”，这样传动机构可以仅设计一组即可，极大的减少了绕线器的体积，满足了ROV作为消费级机器的精巧、便携要求。
实施例2
为进一步优化实施例1中的技术方案，本实施例中将中继器32集成在绕线器上，中继器32是实现ROV控制信号传输的装置，中继器32接收ROV遥控手柄的信号，通过线缆9传输给潜水器主体，从而控制主体在水中的运动方向、速度等。同时中继器32内部集成有控制主板，控制主板可以控制电机2的通断，同时控制主板上设置有FOC电调模块，在绕线器放线时可以对电源8进行反向充电。FOC电调模块还具备速度控制功能，可稳定绕线速度。中继器32的集成可以通过如下两种方案实现。
方案一：如图3所示，所述绕线辊3与传动机构4连接端固定有安装盘31，安装盘31外侧壁上同轴固定有中继器32，中继器32与电源8电连接。中继器32随安装盘31同步旋转，其相对绕线辊3出于静止状态，此时控制更为精准。此时可在中继器32上设置WiFi模块，通过移动终端进行收放线的控制。
方案二：如图4所示，所述绕线辊3与传动机构4连接端同轴安装有导电滑环33，导电滑环33与电源8电连接，安装板11上固定有中继器32，中继器32与导电滑环33电连接。中继器32固定在安装板11上，此时更方便手动操作中继器32上的开关，便于手动控制收放线进程。
上述两种方案都可实现中继器32与绕线器的集成，使ROV结构更加紧凑，便于机器的收纳和转运。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的范围之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：包括机架(1)、电机(2)、绕线辊(3)、传动机构(4)、往复丝杆(5)、校直器(6)和阻尼器(7)，绕线辊(3)转动安装于机架(1)上，电机(2)一端固定于机架(1)上，电机(2)另一端与绕线辊(3)一端固定，绕线辊(3)另一端与传动机构(4)一端固定连接，传动机构(4)另一端与往复丝杆(5)一端固定连接，往复丝杆(5)另一端固定有阻尼器(7)；
所述往复丝杆(5)转动安装于机架(1)上且与绕线辊(3)平行设置，往复丝杆(5)上套接有校直器(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：所述机架(1)由相对设置的安装板(11)、固定于两安装板(11)间的支撑柱(12)构成，绕线辊(3)为中空圆筒且内部设置有电源(8)，绕线辊(3)转动安装于两安装板(11)间，电源(8)与电机(2)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：所述电机(2)由定子(21)和转子(22)构成，定子(21)固定于绕线辊(3)一端，转子(22)固定于安装板(11)内侧壁上。
4.根据权利要求2所述的一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：所述绕线辊(3)与传动机构(4)连接端固定有安装盘(31)，安装盘(31)外侧壁上同轴固定有中继器(32)，中继器(32)与电源(8)电连接。
5.根据权利要求2所述的一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：所述绕线辊(3)与传动机构(4)连接端同轴安装有导电滑环(33)，导电滑环(33)与电源(8)电连接，安装板(11)上固定有中继器(32)，中继器(32)与导电滑环(33)电连接。
6.根据权利要求4或5所述的一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：所述中继器(32)内设置有控制主板，控制主板与电机(2)、中继器(32)信号连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：所述控制主板上设置有FOC电调模块。
8.根据权利要求1所述的一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：所述校直器(6)由固定架(61)、导线轮(62)和过线瓷眼(63)构成，固定架(61)与往复丝杆(5)传动连接，导线轮(62)转动安装于固定架(61)内，过线瓷眼(63)固定于固定架(61)上，导线轮(62)与往复丝杆(5)平行设置有两个，其中一个导线轮(62)位于另一导线轮(62)正上方，过线瓷眼(63)与导线轮(62)垂直设置。
9.根据权利要求2所述的一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：所述传动机构(4)设置于安装板(11)外侧，由主动轮、从动轮和皮带构成，主动轮与绕线辊(3)一端固定连接，从动轮与往复丝杆(5)一端固定连接。
10.根据权利要求2所述的一种用于无人潜水器的电动绕线器，其特征在于：所述阻尼器(7)为单向阻尼器，设置于安装板(11)外侧。
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