一種水上智能救援機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王國永,楊 飛

(河北石油職業(yè)技術(shù)大學(xué),河北 承德 067000)

救生船,又稱救生艇,是指設(shè)于船上,供船失事時(shí)救護(hù)乘員用的專用救生小艇。利用劃槳、駛帆、動(dòng)力機(jī)等推進(jìn),艇內(nèi)常裝有空氣箱,使艇在進(jìn)水后仍有足夠浮力以保證艇及艇上人員的安全。海船的救生艇上還備有一定量的淡水、食物和生活用品等。現(xiàn)有技術(shù)中的水上智能救援機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置,屬于救援設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)有技術(shù)中,傳統(tǒng)的救生艇作為最常見的救援機(jī)器人,在救助落水者時(shí),由于救生艇的體積較大,很難高速移動(dòng)至落水者附近,高速移動(dòng)的救生艇在速度起來后,由于慣性作用,很難及時(shí)停止,這就使得在救生時(shí),需要在離落水者較遠(yuǎn)時(shí),救生艇就應(yīng)該減速滑行至落水者身旁,該方法需要消耗較多的時(shí)間,對(duì)于落水者來說,時(shí)間是最寶貴的,動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置直接關(guān)乎著救援的及時(shí)性和成功率,因此,設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)加速和降速的水上智能救援機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置是非常必要的。

1 水上智能救援機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)組成

新型水上智能救援機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置,包括減壓裝置、減壓裝置的外表面活動(dòng)連接有漂浮裝置、漂浮裝置的底部設(shè)置有推動(dòng)裝置,其組成結(jié)構(gòu)分別如圖1～圖8所示。

1.1 漂浮裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

漂浮裝置包括伸縮板、伸縮板的外表面滑動(dòng)連接有底板、底板的上表面固定連接有氣泵、氣泵的左側(cè)設(shè)置有進(jìn)氣管、氣泵的右側(cè)設(shè)置有出氣管、出氣管的底部設(shè)置有底座、底座的頂部設(shè)置有氣囊、氣囊的外表面固定連接有側(cè)板、側(cè)板的外表面與底板的外表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接,底板的壁中開設(shè)有通孔,通孔的底部設(shè)置有水管。底板的內(nèi)部與進(jìn)氣管的內(nèi)部相連通,底板的內(nèi)部與出氣管的內(nèi)部相連通,底板為空心結(jié)構(gòu),通孔開設(shè)在底板兩側(cè)的壁中。側(cè)板對(duì)稱安裝在底板的兩側(cè),氣囊的外表面與底板的外表面固定連接,氣囊的內(nèi)部與通孔的內(nèi)部相連通。底座的上表面與底板的下表面固定連接,水管頂端的外表面與底座的內(nèi)表面固定連接,底座的內(nèi)表面與底板的內(nèi)部相連通。

1.2 減壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

減壓裝置包括固定桿、固定桿的外表面滑動(dòng)連接有套環(huán)、套環(huán)的外表面固定連接有拉伸彈簧、拉伸彈簧的外表面固定連接有橡膠板、橡膠板的外表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接有拉桿、拉桿的外部設(shè)置有調(diào)節(jié)桿。固定桿的外表面與橡膠板的外表面固定連接,拉桿的外表面與套環(huán)的外表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接,套環(huán)的外表面與調(diào)節(jié)桿的外表面固定連接,固定桿的外表面與底板的內(nèi)表面固定連接,拉桿的外表面與底板的內(nèi)表面相接觸。

1.3 推動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

推動(dòng)裝置包括外罩、外罩的內(nèi)表面固定連接有支撐桿、支撐桿的頂端固定連接有軸承、軸承的內(nèi)表面固定連接有轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸的外表面固定連接有渦輪、渦輪的外部設(shè)置有伸縮環(huán)。伸縮環(huán)頂部的外表面固定連接有液壓管,液壓管的底部設(shè)置有防水轉(zhuǎn)子,防水轉(zhuǎn)子的外部設(shè)置有定子,定子的外部設(shè)置有錐形塊,錐形塊的外部設(shè)置有密封圈,密封圈的外部設(shè)置有阻攔桿,阻攔桿的外部設(shè)置有凸輪,凸輪的內(nèi)表面固定連接有控制桿,控制桿的外表面固定連接有轉(zhuǎn)向板。

外罩的上表面與底板的下表面固定連接,外罩的外表面與阻攔桿的外表面固定連接,外罩的內(nèi)表面與密封圈的外表面固定連接,密封圈的內(nèi)表面與錐形塊的外表面滑動(dòng)連接,防水轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面與轉(zhuǎn)軸的外表面固定連接。液壓管的外表面與外罩的內(nèi)表面固定連接,定子的外表面與外罩的內(nèi)表面固定連接,控制桿的外表面與外罩的內(nèi)表面轉(zhuǎn)動(dòng)連接,錐形塊的內(nèi)表面與轉(zhuǎn)軸的外表面滑動(dòng)連接。

2 水上智能救援機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置原理和應(yīng)用

水上智能救援機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置在使用時(shí),固定桿固定不動(dòng),推動(dòng)裝置推動(dòng)漂浮裝置和安裝在漂浮裝置外部的減壓裝置運(yùn)動(dòng),在減壓裝置向前驅(qū)動(dòng)的過程中,橡膠板的外表面與水面沖擊推擠,為了減小船體前方的水壓阻力,底板內(nèi)部的液壓系統(tǒng)帶動(dòng)調(diào)節(jié)桿移動(dòng),套環(huán)沿著固定桿的外表面滑動(dòng),拉伸彈簧伸長,在拉桿的拉動(dòng)下,橡膠板彎曲,橡膠板與水的接觸截面減小,船體前進(jìn)時(shí)受到的壓力減小,使得船體能夠快速移動(dòng)至指定位置,縮短落水者的被救援時(shí)間,提高生存機(jī)率,橡膠板采用空心結(jié)構(gòu),能夠減小設(shè)備的自重,增大浮力,橡膠板采用斜面設(shè)計(jì),便于水體流動(dòng),減小阻力,設(shè)備移動(dòng)至落水者附近時(shí),減壓裝置迅速張開,通過增大接觸面積,增大阻力,船體急停,同時(shí),較大的接觸面積有利于船體的穩(wěn)定性。

漂浮裝置處于收縮狀態(tài),待設(shè)備移動(dòng)至落水者附近時(shí),氣泵通過進(jìn)氣管將外界的空氣吸入底板的內(nèi)部,底板內(nèi)部的空氣通過通孔進(jìn)入至氣囊的內(nèi)部,氣囊膨脹,側(cè)板轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)的出氣管關(guān)閉,水管開啟,受氣壓的推動(dòng),伸縮板從底板的內(nèi)部推出,底座內(nèi)部的水體在高壓氣流的推擠下,從水管排出至外界,漂浮裝置整體的浮力增大,防止人員移動(dòng)至底板和伸縮板的上表面時(shí),設(shè)備由于自重增大而下沉,可伸縮式結(jié)構(gòu),增大救援平臺(tái)面積,設(shè)備一次可滿足對(duì)多人的營救,在設(shè)備空載時(shí),漂浮裝置處于收縮狀態(tài),進(jìn)氣管關(guān)閉,出氣管開啟,氣泵將底板內(nèi)部的空氣排出,負(fù)壓抽吸的作用使得外界的水流通過水管進(jìn)入底座的內(nèi)部,增加設(shè)備運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。

同時(shí),通過推動(dòng)裝置進(jìn)行前進(jìn)和轉(zhuǎn)向,在此過程中,外罩內(nèi)部的定子與防水轉(zhuǎn)子通電,在電磁感應(yīng)的作用下,轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),渦輪抽吸外界的水流,支撐桿頂部的軸承防止轉(zhuǎn)軸脫落,受水流的推擠,錐形塊回縮至外罩的內(nèi)部,錐形塊的外表面與密封圈的內(nèi)表面分離,水流從二者的間隙處流動(dòng)至外罩的內(nèi)部,阻攔桿防止外部絮狀雜質(zhì)進(jìn)入,而纏繞住設(shè)備內(nèi)部,液壓管通過抽吸伸縮環(huán)內(nèi)部的液壓油,使得伸縮環(huán)的內(nèi)徑減小,從而增大流經(jīng)其內(nèi)部的水流的流速和壓力,隨后,水流被渦輪二次加速加壓,提高船體的速度,在救生船運(yùn)動(dòng)的過程中,凸輪轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)控制桿外部的轉(zhuǎn)向板轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度,轉(zhuǎn)向板控制排出的水流的方向,從而達(dá)到調(diào)節(jié)船體移動(dòng)方向的目的。

當(dāng)設(shè)備向落水者移動(dòng)時(shí),漂浮裝置處于收縮狀態(tài),待設(shè)備移動(dòng)至落水者附近時(shí),氣泵通過進(jìn)氣管將外界的空氣吸入底板的內(nèi)部,底板內(nèi)部的空氣通過通孔進(jìn)入至氣囊的內(nèi)部,氣囊膨脹,側(cè)板轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)的出氣管關(guān)閉,水管開啟,受氣壓的推動(dòng),伸縮板從底板的內(nèi)部推出,底座內(nèi)部的水體在高壓氣流的推擠下,從水管排出至外界,漂浮裝置整體的浮力增大,防止人員移動(dòng)至底板和伸縮板的上表面時(shí),設(shè)備由于自重增大而下沉,可伸縮式結(jié)構(gòu),增大救援平臺(tái)面積,設(shè)備一次可滿足對(duì)多人的營救,在設(shè)備空載時(shí),漂浮裝置處于收縮狀態(tài),進(jìn)氣管關(guān)閉,出氣管開啟,氣泵將底板內(nèi)部的空氣排出,負(fù)壓抽吸的作用使得外界的水流通過水管進(jìn)入底座的內(nèi)部,增加設(shè)備運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性,解決了傳統(tǒng)的救援機(jī)器人浮力固定,可營救范圍有限的問題。

設(shè)備通過推動(dòng)裝置進(jìn)行前進(jìn)和轉(zhuǎn)向,在此過程中,外罩內(nèi)部的定子與防水轉(zhuǎn)子通電,在電磁感應(yīng)的作用下,轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),渦輪抽吸外界的水流,支撐桿頂部的軸承防止轉(zhuǎn)軸脫落,受水流的推擠,錐形塊回縮至外罩的內(nèi)部,錐形塊的外表面與密封圈的內(nèi)表面分離,水流從二者的間隙處流動(dòng)至外罩的內(nèi)部,阻攔桿防止外部絮狀雜質(zhì)進(jìn)入,而纏繞住設(shè)備內(nèi)部,液壓管通過抽吸伸縮環(huán)內(nèi)部的液壓油,使得伸縮環(huán)的內(nèi)徑減小,從而增大流經(jīng)其內(nèi)部的水流的流速和壓力,隨后,水流被渦輪二次加速加壓,提高船體的速度,在救生船運(yùn)動(dòng)的過程中,凸輪轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)控制桿外部的轉(zhuǎn)向板轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度,轉(zhuǎn)向板控制排出的水流的方向,從而達(dá)到調(diào)節(jié)船體移動(dòng)方向的目的。

3 結(jié)論

1)設(shè)計(jì)了減壓裝置,當(dāng)設(shè)備使用時(shí),推動(dòng)裝置推動(dòng)漂浮裝置和安裝在漂浮裝置外部的減壓裝置運(yùn)動(dòng),橡膠板彎曲,橡膠板與水的接觸截面減小,船體前進(jìn)時(shí)受到的壓力減小,使得船體能夠快速移動(dòng)至指定位置,縮短落水者的被救援時(shí)間,提高生存機(jī)率,橡膠板采用空心結(jié)構(gòu),能夠減小設(shè)備的自重,增大浮力,橡膠板采用斜面設(shè)計(jì),便于水體流動(dòng),減小阻力,設(shè)備移動(dòng)至落水者附近時(shí),減壓裝置迅速張開,通過增大接觸面積,增大阻力,船體急停,同時(shí),較大的接觸面積有利于船體的穩(wěn)定性,解決了傳統(tǒng)的救生機(jī)器船穩(wěn)定性較差,高速移動(dòng)時(shí),水體的阻力較大的問題。

2)設(shè)計(jì)了漂浮裝置,當(dāng)設(shè)備向落水者移動(dòng)時(shí),設(shè)備可以由于自重增大而下沉,實(shí)現(xiàn)伸縮式結(jié)構(gòu),增大救援平臺(tái)面積,設(shè)備一次可滿足對(duì)多人的營救,在設(shè)備空載時(shí),漂浮裝置處于收縮狀態(tài),進(jìn)氣管關(guān)閉,出氣管開啟,氣泵將底板內(nèi)部的空氣排出,負(fù)壓抽吸的作用使得外界的水流通過水管進(jìn)入底座的內(nèi)部,增加設(shè)備運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性,解決了傳統(tǒng)的救援機(jī)器人浮力固定,可營救范圍有限的問題。

3)設(shè)計(jì)了推動(dòng)裝置,當(dāng)設(shè)備使用時(shí),設(shè)備通過推動(dòng)裝置進(jìn)行前進(jìn)和轉(zhuǎn)向,并且推動(dòng)裝置能夠提高船體的移動(dòng)速度,在救生船運(yùn)動(dòng)的過程中,凸輪轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)控制桿外部的轉(zhuǎn)向板轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度,轉(zhuǎn)向板控制排出的水流的方向,從而達(dá)到調(diào)節(jié)船體移動(dòng)方向的目的。