可應用于多尺寸無人潛航器轉運平臺設計

王甜甜WANG Tian-tian

（青島海安航行設備有限公司，青島 266000）

0 引言

無人潛航器越來越多地應用于海洋領域，其主要功能是進行海洋/水庫等水域探測、搜索、替代人員執行未知或危險任務。根據使用用途、功能和性能的不同，無人潛航器種類繁多，重量從幾十公斤到數百公斤不等，主尺度變化很大；同時，目前市場客戶端批量訂購同款無人潛航器的微乎其微，基本都是單獨訂制，這就造成了無人潛航器型號品種多、單款數量少的情況。

轉運車作為無人潛航器是轉運的專用裝置，主要應用于生產車間轉運過程或在船艇甲板吊裝區與存放區之間的轉運，目前現有的無人潛航器轉運車只能運輸固定尺寸的產品，無法滿足多種型號尺寸的無人潛航器轉運的要求，如果船艇上配備多型號無人潛航器，勢必由于主尺度、線型的不同，造成每個型號無人潛航器都必須配備一個專用的轉運車，造成原本就緊張的船用空間更加局促，造成資源的浪費（如圖1、圖2）。

圖1 意大利Pluto Plus 無人潛航器

圖2 美國Bluefin-12 無人潛航器

為了解決每型潛航器配備一個轉運車的設備資源及空間資源問題，本方案設計了一種適用于多尺寸無人潛航器運輸的轉運平臺，即在通用平臺上，設置可自由調整位置及便于更換、調整的線型墩，實現高度、間距和半寬的選擇和調整，從而達到轉運平臺多型號兼容、操作便捷、減少資源浪費的目的。同時，無人潛航器為了減小水下阻力，其線型均設計為近圓柱形或水滴形（如圖3），這就為本方案的實現提供了更大的可行性。

圖3 美國：“藍色錐齒鯊”無人潛航器

1 多尺寸轉運平臺的設計思路

為了實現適用于多尺寸無人潛航器轉運，需要從根本上解決多尺寸轉運平臺對多種主尺度無人潛航器的兼容，多尺寸就是指無人潛航器的長度、寬度、線型有明顯區別和變化，轉運平臺需要適配多種尺寸的無人潛航器。

本設計將多尺寸轉運平臺分為上下兩層，上平臺為托架，托架上設置有托板作為升降臺，升降臺設置有滑槽，滑槽內設置安裝可滑動滑塊，滑塊上設有弧形墩，由滑塊和弧形墩組成線型墩，根據不同線型，選取適當的進行更換，以滿足不同線型的無人潛航器要求；下層為驅動機構安裝平臺，兼做結構強度件，通過傳動機構連接上層托板，達到橫向、垂向可調的要求；多功能轉運平臺總體設有靈活的可移動方式及可靠的固定方式。

2 多尺寸轉運平臺的詳細設計

2.1 托板設計

為適應多尺寸無人潛航器，將托架平臺設計為多向可調式，即縱向、橫向、垂向均可按照不同尺寸進行調整。

如圖4 所示，托板21 上設置有滑槽22，滑槽22 內設置可滑動的線型墩23。線型墩對稱布置，可沿轉運平臺縱向滑動及任意位置停止、固定。線型墩由上下兩部分組成，下半部分為滑塊231，上半部分的弧形墩232，通過螺栓固定在滑塊上，該部分為線型部分，可進行更換、調整，以適應不同型值的無人潛航器。

圖4 托板設計

線型墩設計為可沿滑槽任意滑動、并停留在任意位置可固定的方式，解決了縱向適應無人潛航器長度的問題，線型墩上半部分的弧形墩，可根據無人潛航器線型簡單更換，解決了線型問題。

如圖5、圖6、圖7、圖8 所示，滑槽的底部設置有開槽212，開槽內轉動安裝有旋轉軸25，旋轉軸25 的上表面設置有若干陣列的螺旋弧形槽251，每個螺旋弧形槽內滑動安裝有一個轉軸252，轉軸的上端固定安裝在滑塊底部。當旋轉軸轉動時，可以帶動轉軸沿著螺旋弧形槽移動，從而帶動滑塊沿著滑槽移動。因為線型墩兩兩對稱，從而可以保證線型墩同步向兩側同步移動。這種中心對稱結構，保證在調整線型墩半寬時，可以同步向兩側展開，保證無人潛航器與轉運平臺的中線面重合。

圖5 托板俯視圖

圖6 驅動軸連接示意圖

圖7 圖2A--A 剖面圖

圖8 圖4A 局部放大圖

2.2 傳動機構設計

如圖9 所示，本方案在下層平臺上設置有蝸輪蝸桿傳動機構，通過垂向機械操控，帶動上層托板上升或下降；通過橫向機械操控，帶動線型墩同步向兩側展開，操作便捷、省時省力。

對應兩排線型墩下方設置有兩根旋轉軸25，兩根旋轉軸之間傳動連接。如圖6 所示，當旋轉旋鈕261，從而帶動驅動軸26 轉動，進而帶動兩根旋轉軸同時旋轉，從而帶動兩排線型墩同時調整半寬值。此設計解決橫向適應無人潛航器寬度的問題。

下層平臺底部設有萬向輪，可使多功能轉運平臺靈活運動，在萬向輪上設置有剎車裝置，保證停放時的穩定、可靠。

轉運平臺總體設計示意圖如圖9 所示。

圖9 轉運平臺總體設計示意圖

3 設計及使用實例

根據本公司生產的多型無人潛航器尺度，轉運平臺托架尺寸為4500mm*1000mm 時，可滿足重量1000 千克及以下、主尺度6000mm*Φ800mm 及以下的無人潛航器的轉運。表1 為本公司生產的產品實例。

表1 產品實例選型

總體采取框架式結構設計，局部進行加強。托板、升降臺、平臺、立柱等均選用不銹鋼材質，設計有3 組立柱連接上下平臺，連接處設有局部加強及腹板，上下平臺背面設有加強筋，保證結構強度。

傳動機構選用機械式蝸輪蝸桿傳動機構。其中兩組立式絲杠，由一個升降控制機構控制同步；一組水平式絲杠，由一個橫向控制機構控制。傳動機構與升降平臺連接處設有局部加強。

在生產1300mm*Φ180mm 無人潛航器時（下稱1#），根據內部橫隔壁位置、艙室分隔及結構加強位置，設計了四組線型墩，間距350mm，半寬90mm，基線距托架高度150mm。

四組線型墩的滑塊根據圖紙位置進行定位，測定中心線、間距、半寬值，然后將線型墩用緊固螺栓固定在滑槽內；通過傳動機構升降平臺，測定基線高度，選取R90mm弧形墩（1 號墩和4 號墩視實際線型選取適當弧形墩，或采用橡膠等軟質材料調整），使線型墩整體與潛航器外型吻合，符合公差要求，將1#潛航器吊裝至轉運平臺上，對相關機械結構鎖定或打開后，開展裝配、轉運等工作。

在生產4200mm*Φ480mm 無人潛航器時（下稱2#），根據內部橫隔壁位置、艙室分隔及結構加強位置，設計了10 組線型墩，間距350mm，半寬240mm，基線距托架高度200mm（尾部有附體）。

首先在原四組線型墩兩側，各增加三組線型墩滑塊，使得中心線、間距、半寬值與1#的原四組線型墩一致，用緊固螺栓固定在滑槽內；然后操作平臺下方傳動機構橫向控制，帶動10 組線型墩向兩側同步展開，到達半寬值為240mm 時停止；選取R240mm 弧形墩（1 號墩和10 號墩視實際線型選取適當弧形墩，或采用橡膠等軟質材料調整），更換弧形墩，使得線型墩整體與2#線型吻合；操作平臺下方傳動機構升降控制，調整基線高度至200mm。對相關機械結構鎖定或打開后，開展下一步工作。

4 總結

針對每型潛航器配備一個轉運車的設備資源及空間資源浪費問題，設計了無人潛航器多尺寸轉運平臺，通過將車身結構與托架結構分開，托架結構上配有滑槽，通過調節線型墩的縱向位置來適配不同長度的無人潛航器，當無人潛航器的線型或直徑發生變化時，僅更換弧形墩即可，從而達到一個平臺可適用多個不同尺寸的無人潛航器的轉運要求，降低了設備存放的空間，節省了設備制作費用。