勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車，運動和探測過程分為，電機(jī)帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，同時內(nèi)外磁塊耦合，帶動外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動從而履帶輪向前運動。在帶輪上的位移傳感器隨著輪子實時與海底緊定螺釘面接觸，帶輪走過的軌跡都被傳感器探測記錄，信號傳遞到海面工作母船上，從而進(jìn)行對海底地貌的分析。本發(fā)明采用了四輪電機(jī)驅(qū)動的方式，將位移傳感器直接安裝在履帶上，傳感信號通過臍帶纜傳輸?shù)竭_(dá)海面工作母船上從而進(jìn)行地貌的分析。該探測車機(jī)構(gòu)簡單造價低廉，適應(yīng)能力強(qiáng)，勘測結(jié)果準(zhǔn)確，安全系數(shù)高，可回收能力強(qiáng)。能夠?qū)崟r觀測并記錄海底環(huán)境，并且采用了磁耦合的方式解決了海底高壓所帶來的驅(qū)動軸動密封的難題。
【專利說明】勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種勘探設(shè)備，具體地說是海下勘探設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知海底不僅蘊藏著豐富的石油、天然氣等礦產(chǎn)資源，還存在著很多未知的生物，同時海洋環(huán)境需要人們?nèi)ヌ剿骱屯诰?。因此勘探海底環(huán)境，了解海床地貌，對于海底的開發(fā)和研宄就顯得尤為重要。近年來，人們已經(jīng)發(fā)明了較多的海地表面的測量技術(shù)，在這些技術(shù)當(dāng)中，有應(yīng)用海底機(jī)器人ROV進(jìn)行輔助勘探的方法；還有用遠(yuǎn)程導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行大面積掃描、分析成像的技術(shù)。其中較多的還是用母船進(jìn)行實時實地聲納或紅外勘測方法。用這些方法的優(yōu)點是單次測量覆蓋面積廣泛，但隨之而來的問題是無法真實模擬海床的環(huán)境，誤差很大，且設(shè)備昂貴。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供分析并成像海底地貌、給海洋勘探做出前期準(zhǔn)備的勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車，其特征是:包括前端支撐主體、后端支撐主體、臍帶纜連接箱、第一-第四車輪、前端電機(jī)、后端電機(jī)、第一-第二葉輪，前端支撐主體與臍帶纜連接箱之間、后端支撐主體與臍帶纜連接箱之間均通過柔性金屬連接件相連，前端支撐主體和后端支撐主體上均安裝彈簧固定件，彈簧固定件與臍帶纜連接箱之間均安裝彈簧，后端電機(jī)包括第一后端電機(jī)和第二后端電機(jī)，第一后端電機(jī)和第二后端電機(jī)均設(shè)置在后端支撐主體里，第一后端電機(jī)連接第一后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子，第一后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子外部設(shè)置第一后端定子，第一后端定子外部設(shè)置第一后端外轉(zhuǎn)子，第一后端定子與后端支撐主體相固定，第一后端外轉(zhuǎn)子與第一車輪相固定，第一后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子上安裝第一后輪內(nèi)磁塊，第一后端外轉(zhuǎn)子上安裝第一后輪外磁塊，第一后輪內(nèi)磁塊和第一后輪外磁塊位置相對，第一后端電機(jī)、第一后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子、第一后端定子、第一后端外轉(zhuǎn)子、第一車輪、第一后輪內(nèi)磁塊、第一后輪外磁塊構(gòu)成第一后輪驅(qū)動裝置，第二后端電機(jī)、第二后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子、第二后端定子、第二后端外轉(zhuǎn)子、第二車輪、第二后輪內(nèi)磁塊、第二后輪外磁塊構(gòu)成第二后輪驅(qū)動裝置，第二后輪驅(qū)動裝置與第一后輪驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)相同，并根據(jù)后端支撐主體左右對稱布置，前端電機(jī)包括第一前端電機(jī)和第二前端電機(jī)，第一前端電機(jī)和第二前端電機(jī)均設(shè)置在前端支撐主體里，第一前端電機(jī)的輸出端第一前輪內(nèi)磁塊，第一前輪內(nèi)磁塊外部設(shè)置第一前端外轉(zhuǎn)子支撐，第一前端外轉(zhuǎn)子支撐外部設(shè)置第一前端外轉(zhuǎn)子，第一前端外轉(zhuǎn)子支撐與前端支撐主體相固定，第一前端外轉(zhuǎn)子外部設(shè)置第三車輪，第一前端外轉(zhuǎn)子與第三車輪之間通過軸承配合，第一前端外轉(zhuǎn)子的端部連接第一葉輪，第一前端外轉(zhuǎn)子上安裝第一前輪外磁塊，第一前輪外磁塊和第一前輪內(nèi)磁塊位置相對，第一前端電機(jī)、第一前輪內(nèi)磁塊、第一前端外轉(zhuǎn)子支撐、第一前端外轉(zhuǎn)子、第一葉輪、第三車輪構(gòu)成第一前輪驅(qū)動裝置，第二前端電機(jī)、第二前輪內(nèi)磁塊、第二前端外轉(zhuǎn)子支撐、第二前端外轉(zhuǎn)子、第二葉輪、第四車輪構(gòu)成第二前輪驅(qū)動裝置，第二前輪驅(qū)動裝置與第一前輪驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)相同，并根據(jù)前端支撐主體左右對稱布置，第一車輪和第三車輪上纏繞第一履帶，第二車輪和第四車輪上纏繞第二履帶。
[0006]本發(fā)明還可以包括:
[0007]1、第三車輪上安裝第一位移傳感器，第一位移傳感器的電纜穿過第三車輪并從第三車輪的輪轂引出，第一位移傳感器電纜的端部連接銅球，銅球與銅環(huán)相接觸，前端支撐主體上安裝前端彈簧，壓緊件連接前端彈簧并在前端彈簧的作用下將銅球、銅環(huán)壓在第三車輪里，第四車輪上安裝第二位移傳感器，第二位移傳感器的安裝方式與第一位移傳感器相同，臍帶纜連接箱引出左前輪傳感器輸出線、右前輪傳感器輸出線、前輪電機(jī)輸出線、后輪電機(jī)輸出線，左前輪傳感器輸出線、右前輪傳感器輸出線分別連接第一位移傳感器的電纜和第二位移傳感器的電纜，前輪電機(jī)輸出線連接第一前端電機(jī)和第二前端電機(jī)，后輪電機(jī)輸出線連接第一后端電機(jī)和第二后端電機(jī)。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:本發(fā)明推出的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車，它采用了四輪電機(jī)驅(qū)動的方式，主要將位移傳感器直接安裝在履帶上，傳感信號通過臍帶纜傳輸?shù)竭_(dá)海面工作母船上從而進(jìn)行地貌的分析。該探測車機(jī)構(gòu)簡單造價低廉，適應(yīng)能力強(qiáng)，勘測結(jié)果準(zhǔn)確，安全系數(shù)高，可回收能力強(qiáng)。并且通過這樣的結(jié)構(gòu)很好的達(dá)到了實時觀測并記錄海底環(huán)境，并且采用了磁耦合的方式解決了海底高壓所帶來的驅(qū)動軸動密封的難題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為傳感器信號傳出機(jī)構(gòu)的局部視圖；
[0011]圖3為親合傳動的局部視圖。

【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0013]結(jié)合圖1?3，該磁耦合傳動機(jī)械履帶式海底成像探測車主要用于100到10000米深的海底，是用來探測海底地形地貌的裝置。該車的整體尺寸長X寬為:460X260mm，速度范圍在10-30mm/s。采用了電機(jī)驅(qū)動，并且電機(jī)電纜和傳感器電纜用臍帶纜集成的方式輸送電信號，采用遙控的方式對探測車進(jìn)行控制，可以在探測車上加裝其他設(shè)備，比如紅外探測儀、攝像頭等，如此能更好的監(jiān)測海底環(huán)境。此外，由于探測車的自身柔韌度好，可以適合較復(fù)雜的海床環(huán)境。
[0014]磁耦合式海底地貌成像探測車是由車輪1、外轉(zhuǎn)子固定螺釘2、外轉(zhuǎn)子固定鍵3、外轉(zhuǎn)子固定螺釘4、后端定子5、軸套6、圓錐滾子軸承7、后端外轉(zhuǎn)子8、履帶9、臍帶纜接口 10、后輪電機(jī)輸出線11、左前輪傳感器輸出線12、右前輪傳感器輸出線13、前輪電機(jī)輸出線14、葉輪保護(hù)蓋15、保護(hù)蓋固定螺釘16與19、葉輪17、葉輪固定螺釘18、前端外轉(zhuǎn)子20、前端外轉(zhuǎn)子支撐21、前端電機(jī)22、位移傳感器23、滑道24、壓緊件25、水密電纜接頭26與31、壓緊件固定螺釘27、前端支撐主體螺栓28、支撐主體29、水密電纜接頭固定螺釘30、水密接頭固定墊圈32、密封圈33、銅球34、銅環(huán)35、外磁塊36、金屬連接固定螺釘37、前端外轉(zhuǎn)子支撐架38、彈簧固定件39、柔性金屬連接件40、臍帶纜連接箱41、內(nèi)部電纜接頭42、彈簧43、彈簧固定件螺釘44、后端支撐主體螺栓45、支撐主體密封圈46、后輪外磁塊47、后輪電機(jī)48、后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子49、平鍵50、電機(jī)平鍵緊定螺釘51、后輪電機(jī)固定螺釘52、后輪內(nèi)磁塊53、后端支撐主體54組成。
[0015]用于勘測海底地貌的磁耦合傳動機(jī)械履帶式海底成像探測車的安裝關(guān)系如下:電機(jī)固定螺釘將電機(jī)48緊定在支撐主體54上，緊定螺釘固定電機(jī)平鍵50從而連接與之旋轉(zhuǎn)的內(nèi)轉(zhuǎn)子49。定子5通過支撐主體螺栓45和外轉(zhuǎn)子固定螺釘4分別固定在支撐主體54和輪子I上，它與輪子I之間的輪動用圓錐棍子軸承7實現(xiàn)，軸承有軸套6頂在輪子上。前端的兩電機(jī)和輪子的連接與此同理。支撐主體和外轉(zhuǎn)子支撐通過密封圈46完成密封。履帶9和輪子嚙合。轉(zhuǎn)向葉輪17通過兩固定螺釘16、18與外轉(zhuǎn)子支撐21固定在輪子上，葉輪保護(hù)蓋15設(shè)計成通孔式，既能防止海洋藻類卷入也能讓海水進(jìn)入。這樣就保證了整個車體運動時的連續(xù)性。傳感器的電纜12、13的輸出是本發(fā)明設(shè)計獨特的地方，電纜是通過輪轂中間導(dǎo)出，連接在銅球34上，而銅球被彈簧壓緊保證時刻與電纜連接的銅環(huán)35接觸，而壓緊件25又被剛度更大的彈簧27緊緊的壓在輪子上。所以壓緊件是不動件，通過滑道24完成了與輪子之間的動密封。水密封31由螺釘30固定在支撐主體上，其墊圈32底下的密封33阻礙了海水的浸入。中間的兩根長彈簧43是由連接件39固定在支撐主體上，兩柔性金屬40上用螺栓固定上臍帶纜連接箱41，這樣就保證了電纜的安全穩(wěn)定輸出。
[0016]工作原理:勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車運動和探測過程分為，電機(jī)帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，同時內(nèi)外磁塊耦合，帶動外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動從而履帶輪向前運動。在帶輪上的位移傳感器隨著輪子實時與海底緊定螺釘面接觸，帶輪走過的軌跡都被傳感器探測記錄，信號傳遞到海面工作母船上，從而進(jìn)行對海底地貌的分析。具體如下:
[0017]I)電機(jī)轉(zhuǎn)動電信號通過水密接頭輸送給電動機(jī)48，電動機(jī)帶電轉(zhuǎn)動，緊定螺釘51將平鍵50連接在內(nèi)轉(zhuǎn)子49上，從而內(nèi)轉(zhuǎn)子跟隨其轉(zhuǎn)動，而電動機(jī)是由固定螺釘54緊定在支撐主體55上，因此電動機(jī)帶電后只是主軸轉(zhuǎn)動而電動機(jī)本身不動。
[0018]2)磁I禹合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動電動機(jī)48帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子49轉(zhuǎn)動后，內(nèi)磁塊53鑲嵌在內(nèi)轉(zhuǎn)子49外壁處，內(nèi)轉(zhuǎn)子49旋轉(zhuǎn)，使得磁場方向改變，外部的外轉(zhuǎn)子8中外磁塊47將受到這個磁力線的變化，通過磁場耦合將隨著內(nèi)轉(zhuǎn)子49產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，內(nèi)轉(zhuǎn)子49與外轉(zhuǎn)子8由定子5隔離開，處于非接觸狀態(tài)，因此，稱為磁耦合非接觸驅(qū)動的轉(zhuǎn)動。
[0019]3)傳感器工作外轉(zhuǎn)子8轉(zhuǎn)動將帶動履帶輪I轉(zhuǎn)動，從而整個裝置向前行進(jìn)。裝載在帶輪上的傳感器23隨著帶輪一起運動，當(dāng)傳感器每接觸一次海底面時便記錄一次信號，傳感器記錄的信號由傳感器輸出電纜12、13傳出，海上接收信號后，分析并形成圖像。
[0020]4)探測車轉(zhuǎn)向探測車需要轉(zhuǎn)向時，由水密電纜接頭31傳入給前端兩電機(jī)電信號，實現(xiàn)電機(jī)的差速轉(zhuǎn)動，而與電機(jī)相連的葉輪17隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生推力，使整個探測車可以靈活左右轉(zhuǎn)向。
[0021]5)探測車越坡當(dāng)車體遇到斜度不大的坡面時，由于車身的自重驅(qū)使，車上附帶的彈簧43和柔性金屬連接40將會隨著斗坡的形狀而變化，傳感器23就能時刻與海底面接觸，避免信號的中斷。
[0022]本發(fā)明工作方式:首先四個電機(jī)分別安在支撐主體的電機(jī)座里，在電機(jī)和內(nèi)轉(zhuǎn)子之間通過鍵聯(lián)結(jié)傳出動力，內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后的磁場變化通過磁場耦合，帶動外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動與其連接的輪轂輸出轉(zhuǎn)矩。兩個磁耦合的內(nèi)外轉(zhuǎn)子是不接觸的，外轉(zhuǎn)子浸入在海水中，而內(nèi)轉(zhuǎn)子和電機(jī)一起密封在電機(jī)座里，這樣電機(jī)輸出軸由原來的動密封就轉(zhuǎn)化成了靜密封，如此達(dá)到電機(jī)與海水完全隔離，防止其進(jìn)水漏電，從而使探測車運動。
[0023]此外，該探測車是由彈簧和柔性金屬作為前后的支撐，這樣就保證了在探測車自身重力的驅(qū)使下使其與海床時刻接觸，從而安裝在履帶上的位移傳感器就能很好的讀取高低信號發(fā)揮作用。該裝置前端的葉輪安裝在外轉(zhuǎn)子軸上，這樣做的目的是，當(dāng)給前端電機(jī)不同的轉(zhuǎn)速時，左右葉輪轉(zhuǎn)速變化，實現(xiàn)差速運動，從而解決了探測車的轉(zhuǎn)向問題。
【權(quán)利要求】
1.勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車，其特征是:包括前端支撐主體、后端支撐主體、臍帶纜連接箱、第一-第四車輪、前端電機(jī)、后端電機(jī)、第一-第二葉輪，前端支撐主體與臍帶纜連接箱之間、后端支撐主體與臍帶纜連接箱之間均通過柔性金屬連接件相連，前端支撐主體和后端支撐主體上均安裝彈簧固定件，彈簧固定件與臍帶纜連接箱之間均安裝彈簧，后端電機(jī)包括第一后端電機(jī)和第二后端電機(jī)，第一后端電機(jī)和第二后端電機(jī)均設(shè)置在后端支撐主體里，第一后端電機(jī)連接第一后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子，第一后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子外部設(shè)置第一后端定子，第一后端定子外部設(shè)置第一后端外轉(zhuǎn)子，第一后端定子與后端支撐主體相固定，第一后端外轉(zhuǎn)子與第一車輪相固定，第一后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子上安裝第一后輪內(nèi)磁塊，第一后端外轉(zhuǎn)子上安裝第一后輪外磁塊，第一后輪內(nèi)磁塊和第一后輪外磁塊位置相對，第一后端電機(jī)、第一后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子、第一后端定子、第一后端外轉(zhuǎn)子、第一車輪、第一后輪內(nèi)磁塊、第一后輪外磁塊構(gòu)成第一后輪驅(qū)動裝置，第二后端電機(jī)、第二后輪內(nèi)轉(zhuǎn)子、第二后端定子、第二后端外轉(zhuǎn)子、第二車輪、第二后輪內(nèi)磁塊、第二后輪外磁塊構(gòu)成第二后輪驅(qū)動裝置，第二后輪驅(qū)動裝置與第一后輪驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)相同，并根據(jù)后端支撐主體左右對稱布置，前端電機(jī)包括第一前端電機(jī)和第二前端電機(jī)，第一前端電機(jī)和第二前端電機(jī)均設(shè)置在前端支撐主體里，第一前端電機(jī)的輸出端第一前輪內(nèi)磁塊，第一前輪內(nèi)磁塊外部設(shè)置第一前端外轉(zhuǎn)子支撐，第一前端外轉(zhuǎn)子支撐外部設(shè)置第一前端外轉(zhuǎn)子，第一前端外轉(zhuǎn)子支撐與前端支撐主體相固定，第一前端外轉(zhuǎn)子外部設(shè)置第三車輪，第一前端外轉(zhuǎn)子與第三車輪之間通過軸承配合，第一前端外轉(zhuǎn)子的端部連接第一葉輪，第一前端外轉(zhuǎn)子上安裝第一前輪外磁塊，第一前輪外磁塊和第一前輪內(nèi)磁塊位置相對，第一前端電機(jī)、第一前輪內(nèi)磁塊、第一前端外轉(zhuǎn)子支撐、第一前端外轉(zhuǎn)子、第一葉輪、第三車輪構(gòu)成第一前輪驅(qū)動裝置，第二前端電機(jī)、第二前輪內(nèi)磁塊、第二前端外轉(zhuǎn)子支撐、第二前端外轉(zhuǎn)子、第二葉輪、第四車輪構(gòu)成第二前輪驅(qū)動裝置，第二前輪驅(qū)動裝置與第一前輪驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)相同，并根據(jù)前端支撐主體左右對稱布置，第一車輪和第三車輪上纏繞第一履帶，第二車輪和第四車輪上纏繞第二履帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勘測海底地貌的磁耦合傳動履帶式海底成像探測車，其特征是:第三車輪上安裝第一位移傳感器，第一位移傳感器的電纜穿過第三車輪并從第三車輪的輪轂引出，第一位移傳感器電纜的端部連接銅球，銅球與銅環(huán)相接觸，前端支撐主體上安裝前端彈簧，壓緊件連接前端彈簧并在前端彈簧的作用下將銅球、銅環(huán)壓在第三車輪里，第四車輪上安裝第二位移傳感器，第二位移傳感器的安裝方式與第一位移傳感器相同，臍帶纜連接箱引出左前輪傳感器輸出線、右前輪傳感器輸出線、前輪電機(jī)輸出線、后輪電機(jī)輸出線，左前輪傳感器輸出線、右前輪傳感器輸出線分別連接第一位移傳感器的電纜和第二位移傳感器的電纜，前輪電機(jī)輸出線連接第一前端電機(jī)和第二前端電機(jī)，后輪電機(jī)輸出線連接第一后端電機(jī)和第二后端電機(jī)。
【文檔編號】B62D55/00GK104477261SQ201410663971
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】張波, 王茁, 孟凡東, 王濤, 于丹丹, 胡朝陽, 李寧, 黃新禹, 單雪, 田丁盛 申請人:哈爾濱工程大學(xué)