一種水上智能救援機器人的動力驅動裝置結構設計

王國永,楊 飛

(河北石油職業技術大學,河北 承德 067000)

救生船,又稱救生艇,是指設于船上,供船失事時救護乘員用的專用救生小艇。利用劃槳、駛帆、動力機等推進,艇內常裝有空氣箱,使艇在進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。現有技術中的水上智能救援機器人的動力驅動裝置,屬于救援設備的技術領域。現有技術中,傳統的救生艇作為最常見的救援機器人,在救助落水者時,由于救生艇的體積較大,很難高速移動至落水者附近,高速移動的救生艇在速度起來后,由于慣性作用,很難及時停止,這就使得在救生時,需要在離落水者較遠時,救生艇就應該減速滑行至落水者身旁,該方法需要消耗較多的時間,對于落水者來說,時間是最寶貴的,動力驅動裝置直接關乎著救援的及時性和成功率,因此,設計一種能夠實現及時加速和降速的水上智能救援機器人的動力驅動裝置是非常必要的。

1 水上智能救援機器人的動力驅動裝置結構組成

新型水上智能救援機器人的動力驅動裝置,包括減壓裝置、減壓裝置的外表面活動連接有漂浮裝置、漂浮裝置的底部設置有推動裝置,其組成結構分別如圖1～圖8所示。

1.1 漂浮裝置結構設計

漂浮裝置包括伸縮板、伸縮板的外表面滑動連接有底板、底板的上表面固定連接有氣泵、氣泵的左側設置有進氣管、氣泵的右側設置有出氣管、出氣管的底部設置有底座、底座的頂部設置有氣囊、氣囊的外表面固定連接有側板、側板的外表面與底板的外表面轉動連接,底板的壁中開設有通孔,通孔的底部設置有水管。底板的內部與進氣管的內部相連通,底板的內部與出氣管的內部相連通,底板為空心結構,通孔開設在底板兩側的壁中。側板對稱安裝在底板的兩側,氣囊的外表面與底板的外表面固定連接,氣囊的內部與通孔的內部相連通。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表面固定連接,底座的內表面與底板的內部相連通。

1.2 減壓裝置結構設計

減壓裝置包括固定桿、固定桿的外表面滑動連接有套環、套環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、橡膠板的外表面轉動連接有拉桿、拉桿的外部設置有調節桿。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的外表面轉動連接,套環的外表面與調節桿的外表面固定連接,固定桿的外表面與底板的內表面固定連接,拉桿的外表面與底板的內表面相接觸。

1.3 推動裝置結構設計

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

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,外罩的內表面與密封圈的外表面固定連接,密封圈的內表面與錐形塊的外表面滑動連接,防水轉子的內表面與轉軸的外表面固定連接。液壓管的外表面與外罩的內表面固定連接,定子的外表面與外罩的內表面固定連接,控制桿的外表面與外罩的內表面轉動連接,錐形塊的內表面與轉軸的外表面滑動連接。

2 水上智能救援機器人的動力驅動裝置原理和應用

水上智能救援機器人的動力驅動裝置在使用時,固定桿固定不動,推動裝置推動漂浮裝置和安裝在漂浮裝置外部的減壓裝置運動,在減壓裝置向前驅動的過程中,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,底板內部的液壓系統帶動調節桿移動,套環沿著固定桿的外表面滑動,拉伸彈簧伸長,在拉桿的拉動下,橡膠板彎曲,橡膠板與水的接觸截面減小,船體前進時受到的壓力減小,使得船體能夠快速移動至指定位置,縮短落水者的被救援時間,提高生存機率,橡膠板采用空心結構,能夠減小設備的自重,增大浮力,橡膠板采用斜面設計,便于水體流動,減小阻力,設備移動至落水者附近時,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,較大的接觸面積有利于船體的穩定性。

漂浮裝置處于收縮狀態,待設備移動至落水者附近時,氣泵通過進氣管將外界的空氣吸入底板的內部,底板內部的空氣通過通孔進入至氣囊的內部,氣囊膨脹,側板轉動,此時的出氣管關閉,水管開啟,受氣壓的推動,伸縮板從底板的內部推出,底座內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,防止人員移動至底板和伸縮板的上表面時,設備由于自重增大而下沉,可伸縮式結構,增大救援平臺面積,設備一次可滿足對多人的營救,在設備空載時,漂浮裝置處于收縮狀態,進氣管關閉,出氣管開啟,氣泵將底板內部的空氣排出,負壓抽吸的作用使得外界的水流通過水管進入底座的內部,增加設備運行時的穩定性。

同時,通過推動裝置進行前進和轉向,在此過程中,外罩內部的定子與防水轉子通電,在電磁感應的作用下,轉軸轉動,渦輪抽吸外界的水流,支撐桿頂部的軸承防止轉軸脫落,受水流的推擠,錐形塊回縮至外罩的內部,錐形塊的外表面與密封圈的內表面分離,水流從二者的間隙處流動至外罩的內部,阻攔桿防止外部絮狀雜質進入,而纏繞住設備內部,液壓管通過抽吸伸縮環內部的液壓油,使得伸縮環的內徑減小,從而增大流經其內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,在救生船運動的過程中,凸輪轉動,帶動控制桿外部的轉向板轉動一定角度,轉向板控制排出的水流的方向,從而達到調節船體移動方向的目的。

當設備向落水者移動時,漂浮裝置處于收縮狀態,待設備移動至落水者附近時,氣泵通過進氣管將外界的空氣吸入底板的內部,底板內部的空氣通過通孔進入至氣囊的內部,氣囊膨脹,側板轉動,此時的出氣管關閉,水管開啟,受氣壓的推動,伸縮板從底板的內部推出,底座內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,防止人員移動至底板和伸縮板的上表面時,設備由于自重增大而下沉,可伸縮式結構,增大救援平臺面積,設備一次可滿足對多人的營救,在設備空載時,漂浮裝置處于收縮狀態,進氣管關閉,出氣管開啟,氣泵將底板內部的空氣排出,負壓抽吸的作用使得外界的水流通過水管進入底座的內部,增加設備運行時的穩定性,解決了傳統的救援機器人浮力固定,可營救范圍有限的問題。

設備通過推動裝置進行前進和轉向,在此過程中,外罩內部的定子與防水轉子通電,在電磁感應的作用下,轉軸轉動,渦輪抽吸外界的水流,支撐桿頂部的軸承防止轉軸脫落,受水流的推擠,錐形塊回縮至外罩的內部,錐形塊的外表面與密封圈的內表面分離,水流從二者的間隙處流動至外罩的內部,阻攔桿防止外部絮狀雜質進入,而纏繞住設備內部,液壓管通過抽吸伸縮環內部的液壓油,使得伸縮環的內徑減小,從而增大流經其內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,在救生船運動的過程中,凸輪轉動,帶動控制桿外部的轉向板轉動一定角度,轉向板控制排出的水流的方向,從而達到調節船體移動方向的目的。

3 結論

1)設計了減壓裝置,當設備使用時,推動裝置推動漂浮裝置和安裝在漂浮裝置外部的減壓裝置運動,橡膠板彎曲,橡膠板與水的接觸截面減小,船體前進時受到的壓力減小,使得船體能夠快速移動至指定位置,縮短落水者的被救援時間,提高生存機率,橡膠板采用空心結構,能夠減小設備的自重,增大浮力,橡膠板采用斜面設計,便于水體流動,減小阻力,設備移動至落水者附近時,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,較大的接觸面積有利于船體的穩定性,解決了傳統的救生機器船穩定性較差,高速移動時,水體的阻力較大的問題。

2)設計了漂浮裝置,當設備向落水者移動時,設備可以由于自重增大而下沉,實現伸縮式結構,增大救援平臺面積,設備一次可滿足對多人的營救,在設備空載時,漂浮裝置處于收縮狀態,進氣管關閉,出氣管開啟,氣泵將底板內部的空氣排出,負壓抽吸的作用使得外界的水流通過水管進入底座的內部,增加設備運行時的穩定性,解決了傳統的救援機器人浮力固定,可營救范圍有限的問題。

3)設計了推動裝置,當設備使用時,設備通過推動裝置進行前進和轉向,并且推動裝置能夠提高船體的移動速度,在救生船運動的過程中,凸輪轉動,帶動控制桿外部的轉向板轉動一定角度,轉向板控制排出的水流的方向,從而達到調節船體移動方向的目的。