一种新型船用机械臂止荡设备的制作方法

一种新型船用机械臂止荡设备
1.本技术是船用机械臂止荡机构的分案申请，且原申请文件的申请日为2017年11月22日、申请号为cn201711173080.0、发明名称为船用机械臂止荡机构。
技术领域
2.本发明涉及海洋科考作业中海洋测量勘探设备仪器的布放回收技术领域，更具体地说，涉及一种应用于船载大a架系统的多用途止荡器。


背景技术：

3.随着我国在探索深海、开发利用深海资源以及保障国家深海安全等方面需求不断增加，越来越多的新建科考船已经投入使用，他们布局近海、深海、大洋和极地，海洋科考船在海上进行勘察作业的工作方式包括定点和拖曳，这些作业均需船载后甲板支撑装备配合完成，后甲板支撑装备主要包括绞车、大小a架和折臂吊系统等，其中绞车对设备进行收放，a架将设备从船内摆出船外，它们与水下探测设备和室内控制系统构成了一套完整的收放体系。现在的科考作业过程中，设备出入水还是采用传统的止荡方法，设备出水后通过缆绳被a架滑轮起吊于悬空状态，受波浪影响船舶作业时摇晃不定，设备也会无规律晃动，并与船体发生严重碰撞，此时需要将绳子一端在船尾生根后绕过设备再通过人力止荡，但由于水下观测设备重量从几百公斤到几吨不等，恶劣海况下，设备瞬间拉力远超过人为控制范围，这样给设备和人员带来一定的危险性，据调查可知此情况下造成人员和设备损伤的事例很多，现急需一种新型止荡器代替传统的止荡方式，减轻队员的工作强度，提高科考作业队员和设备的安全性。
4.例如，cn208602648u公开了一种水下机器人的机械臂式布放回收系统，机械臂的一端可拆卸地安装在母船上，卷扬止荡机构的上端通过连接板a铰接于机械臂的另一端；阻尼液压缸的一端安装于机械臂的另一端，阻尼液压缸的另一端与连接板a相连，卷扬止荡机构通过阻尼液压缸实现横摆和纵倾止荡，并在止荡后通过阻尼液压缸限位、锁紧；水下机器人的艏部安装有实现水下机器人在海平面上抛绳的抛绳机构，抛绳机构具有可释放抛出的艏部抛出浮力块，艏部抛出浮力块在释放抛出后带动连接至水下机器人上的抛绳缆绳展开，卷扬止荡机构的下端通过缆绳与抛出的抛绳缆绳连接。
5.上述技术方案虽然可以实现高自动化、少人化操作，在一定程度上解放了人力，但卷扬止荡机构仅通过阻尼液压缸实现横摆和纵倾止荡，止荡效果较差，无法更好地的保障科考作业队员的安全问题。
6.例如，cn113650727a公开了一种船用机械臂止荡机构，包括固定底座，所述固定底座的顶端固定连接有主机械臂，所述主机械臂的上端处设置有调节机构，所述调节机构的顶端的左右内侧壁之间转动连接有一根旋转轴，所述旋转轴上固定套设有一个转动套筒，所述转动套筒的一侧侧壁上固定连接有一根抓取机械臂，所述调节机构的左右两侧的内部均开设有一个控制腔，两个所述控制腔的底端处均开设有一个缓冲腔。
7.上述技术方案结构简单，操作方便，通过让机械臂摆动的幅度减小，从而延长机械
臂一次摆动的时间，使机械臂自身在摆动时产生的损伤减小，从而起到了止荡效果；但是，该技术方案的机械臂结构过于简单导致使用时无法保证稳定性，也无法起到良好的止荡效果；并且未对抓取机构和机械臂的连接处进行紧固限位，无法保证抓取机构工作的稳定性和安全性。
8.针对上述现有技术的缺点，急需一种新型船用机械臂止荡设备，通过稳固的机械结构以及各组件稳定的连接方式以提升设备的止荡效果，减轻队员的工作强度，提高科考作业队员和设备的安全性。


技术实现要素：

9.本发明的目的是克服现有海洋科考作业中设备收放的缺陷和不足，提供一种基于船载大a架的机械液压式止荡器；本发明的一种新型船用机械臂止荡设备采用一种由至少两级钢架和两极液压油缸构成的机械臂，提升了机械臂的工作强度和工作稳定性，减小摆动幅度，进一步提升设备的止荡效果，提高科考作业队员和设备的安全性；且本发明的止荡设备还进一步加强了锁紧头对吊具架的锁紧效果，使二者间的连接更加稳定，同样也增强了止荡效果；并且，本发明的吊具架内设有环状加强肋，使吊具架的起吊强度得到提升，进一步提高了工作效率，减轻队员的工作强度。
10.为了达到这个发明目的，本发明采用了如下的技术方案：一种新型船用机械臂止荡设备，包括吊具架和锁紧头，其中吊具架用于起吊设备或物品，锁紧头用于锁紧吊具架，除此之外，止荡器还包括姿态可以调整的机械臂，锁紧头安装在机械臂的下方，机械臂与船载a形架相连接，a形架上安装有滑轮，牵引缆绳绕过滑轮、穿过锁紧头，与吊具架相连接。设备或重物通过吊具架起吊，锁紧头锁紧吊具架，进行初步止荡，起吊后，随着设备或重物的摆动，机械臂可进行相应的姿态调整，以减少摆动幅度，进一步增强设备的止荡效果，提高科考作业队员和设备的安全性。
11.机械臂包括两级钢架和液压油缸，其中第一钢架的一端与a形架相连接，第一液压油缸的两端分别固定在a形架和第一钢架上，所述第一钢架通过第一液压油缸能够绕a形架转动；第一钢架的另一端与第二钢架的上端相铰接，第二液压油缸的两端分别固定在第一钢架和第二钢架上，第二钢架的下端与锁紧头相连接。机械臂的姿态调整通过两级液压缸的分别伸缩完成。
12.本发明的机械臂由至少两级的钢架和两极液压油缸构成，提升了机械臂的工作强度和工作稳定性，减小摆动幅度，进一步提升设备的止荡效果；并且可以多档位调节机械臂的转动幅度，使设备使用时更加的灵活。
13.机械臂的液压油缸通过传动机构与操控手柄相连接。这是本发明的其中一个优化方案，通过手动控制机械臂的姿态。
14.通过该方式也能够增加本发明的使用方式，使本发明能够应用于更多的使用场景。
15.机械臂的液压油缸通过传动机构与自动化电气控制系统相连接。这是本发明的另一个优化方案，通过自动控制系统实现自动控制机械臂的姿态
16.通过该方式能够提升设备的自动化程度，使设备更加智能化。
17.也可以同时设置手动和自动两种控制和调整方式，再电气系统出现故障或者其他
必要时候采用手动控制。
18.本发明具有多种控制方式，避免了特殊情况下单一的控制方式出现故障而导致设备无法使用的问题，必要时候能够多一种应急措施。
19.锁紧头为四爪型结构，包括一体成型的基板和锁紧爪，基板为正方形或矩形结构，基板的中间开有可供牵引缆绳穿过的通孔，锁紧爪为从基板的四角向下延伸的爪型结构，锁紧爪之间设有定位开口，所述定位开口包括方形槽和槽口。这种结构可以稳定地锁紧吊具架，进行初步止荡。
20.锁紧头上定位开口的形状能够与吊具架更好地卡进连接，提升二者之间连接的稳固性，进一步提升设备的止荡效果。
21.锁紧头上设有用于将卡进锁紧头的物品锁紧的液压锁紧油缸。液压锁紧油缸可以进一步将吊具架牢固地锁紧在锁紧装置上。
22.锁紧头上还设有与船载控制系统电气连接的传感器，传感器包括陀螺仪和/或速度计。传感器可以实时将测量到的震荡状态传送给控制系统，控制系统可以根据传感器发来的信号作出反应，调整机械臂的姿态。(加速度变化太快，不易于判断，可否在锁紧头更换压力负载传感器，根据负载传感器和液压杆的压力变化调节机械臂的缓冲姿态)
23.吊具架包括尺寸与所述定位开口相配合的十字型起吊架、承重头和挂钩，其中承重头设于起吊架的十字交叉处，承重头的上端与牵引缆绳固定连接，用于挂载被起吊物品的挂钩设于十字型起吊架的下方。
24.所述十字型起吊架配合承重头能够辅助起吊过程更加稳定，起吊重量更大；并且十字型起吊架能够设置更多的挂钩，挂钩在十字型起吊架上能够均匀的对称设置，辅助提升起吊的稳定性。
25.承重头上设有可以与液压锁紧油缸相配合的锁紧孔，所述锁紧孔环绕在承重头的外侧面上；所述液压锁紧油缸通过锁紧孔将吊具架稳定的压在锁紧头内，保证起吊的稳定性。
26.十字型起吊架上还设有环状加强肋，所述环状加强肋穿透过十字型起吊架，所述十字型起吊架与环状加强肋限位连接。环状加强肋可以加强十字型起吊架的稳定性。
27.所述第一钢架、a形架和第一液压油缸之间能够围成三角结构，所述第一钢架、第二钢架和第二液压油缸之间也能够围成三角结构。
28.三角结构能够提高机械臂的支撑强度和支撑的稳定性。
29.所述第一钢架包括第一架体和第二架体，所述第一架体和第二架体之间通过加强筋连接，所述第一架体与加强筋的一侧边围成三角结构，且三角结构内部设有三角形或梯形空槽；所述第二架体与加强筋的另一侧边围成三角结构，且三角结构内部设有三角形或梯形空槽。
30.本发明第一钢架的受力以及承重效果更好。
31.所述第一架体与第二架体平行设置，所述第二钢架下端与锁紧头的连接处呈锥状设置。
32.辅助机械臂更好的运转带动锁紧头及吊具架工作。
33.综上所述，本发明的有益之处在于：
34.1.节省了人力，也提高了人员的安全系数；
35.2.降低了科考人员的工作强度；
36.3.在船甲板安装方便，甚至适合在恶劣海况下作业；
37.4.本发明具有手动和自动的双重控制方式，避免了特殊情况下单一的控制方式出现故障而导致设备无法使用的问题，必要时候能够多一种应急措施；
38.5.本发明的机械臂由至少两级的钢架和两极液压油缸构成，提升了机械臂的工作强度和工作稳定性，减小摆动幅度，进一步提升设备的止荡效果；并且可以多档位调节机械臂的转动幅度，使设备使用时更加的灵活；
39.6.锁紧头上定位开口的形状能够与吊具架更好地卡进连接，提升二者之间连接的稳固性，进一步提升设备的止荡效果；
40.7.本发明的第一钢架、a形架和第一液压油缸之间能够围成三角结构，所述第一钢架、第二钢架和第二液压油缸之间也能够围成三角结构；三角结构能够提高机械臂的支撑强度和支撑的稳定性。
附图说明
41.图1是本发明的一种新型船用机械臂止荡设备的立体结构示意图(安装在a架上)；
42.图2是本发明的一种新型船用机械臂止荡设备的正面立体结构示意图；
43.图3是本发明的一种新型船用机械臂止荡设备的后面立体结构示意图；
44.图4是锁紧头的结构示意图；
45.图5是锁紧头的结构示意图(倒置)；
46.图6是吊具架的结构示意图。
47.图例说明：1-吊具架2-锁紧头3-机械臂4-滑轮5-牵引缆绳11-十字起吊架12-承重头121-锁紧孔13-挂钩14-环状加强肋21-基板22-锁紧爪23-定位开口24-液压锁紧油缸25-负载传感器31-第一钢架311-第一架体312-第二架体313-加强筋32-第二钢架33-第一液压油缸34-第二液压油缸
具体实施方式
48.如图1至图6所示的一种新型船用机械臂止荡设备，包括带有环形加强肋的十字型吊具架1、与吊具架1相配合的爪型锁紧头2和姿态可以调整的机械臂3，机械臂包括两级钢架和液压油缸，其中第一钢架31的一端与a形架相连接，第一液压油缸33的两端分别固定在a形架和第一钢架31上，第一钢架31的另一端与第二钢架32的上端相铰接，第二液压油缸34的两端分别固定在第一钢架31和第二钢架32上，第二钢架32的下端与锁紧头2相连接。锁紧头2为四爪型结构，包括一体成型的基板21和锁紧爪22，基板21为正方形或矩形结构，基板的中间开有可供牵引缆绳穿过的通孔，锁紧爪22为从基板的四角向下延伸的爪型结构，锁紧爪之间设有定位开口23。锁紧头上设有用于将卡进锁紧头的物品锁紧的液压锁紧油缸24和与船载控制系统电气连接的传感器25，传感器包括陀螺仪、加速度计或者陀螺仪和加速度计的组合。a形架上安装有滑轮4，牵引缆绳5绕过滑轮4、穿过锁紧头2，与吊具架1相连接。吊具架1包括尺寸与定位开口23相配合的十字型起吊架11、承重头12和挂钩13，其中十字型起吊架11上设有环状加强肋14，承重头12设于起吊架的十字交叉处，承重头12的上端与牵引缆绳5固定连接，用于挂载被起吊物品的挂钩13设于十字型起吊架11的下方。承重头12上
设有可以与液压锁紧油缸相配合的锁紧孔121。
49.本发明的一种新型船用机械臂止荡设备采用一种由至少两级钢架和两极液压油缸构成的机械臂3，提升了机械臂3的工作强度和工作稳定性，减小摆动幅度，进一步提升设备的止荡效果，提高科考作业队员和设备的安全性；且本发明的止荡设备还进一步加强了锁紧头2对吊具架1的锁紧效果，使二者间的连接更加稳定，同样也增强了止荡效果；并且，本发明的吊具架1内设有环状加强肋，使吊具架1的起吊强度得到提升，进一步提高了工作效率，减轻队员的工作强度。
50.如图1、图2所示，所述第一钢架31、a形架和第一液压油缸33之间能够围成三角结构，所述第一钢架31、第二钢架32和第二液压油缸34之间也能够围成三角结构。
51.如图3所示，所述第一钢架31包括第一架体311和第二架体312，所述第一架体311和第二架体312之间通过加强筋313连接，所述第一架体311与加强筋313的一侧边围成三角结构，且三角结构内部设有三角形或梯形空槽；所述第二架体312与加强筋313的另一侧边围成三角结构，且三角结构内部设有三角形或梯形空槽；该结构能够提升第一钢架31的受力以及承重效果。
52.如图2、图3所示，所述第一架体311与第二架体312平行设置，所述第二钢架312下端与锁紧头2的连接处呈锥状设置；该结构能够辅助机械臂3更好的运转带动锁紧头2及吊具架1工作。
53.本发明的机械臂3的具体结构使机械臂3更加稳固，支撑强度更高，进一步提升了设备起吊的工作效率和稳定性；
54.如图4、图5所示，机械臂上的液压油缸和锁紧头上的传感器都跟穿在控制系统电气连接，除此之外，液压油缸也通过传动机构跟机械手柄相连接；通过自动控制系统实现自动控制机械臂的姿态，通过该方式能够提升设备的自动化程度，使设备更加智能化；也可以同时设置手动和自动两种控制和调整方式，再电气系统出现故障或者其他必要时候采用手动控制；本发明具有多种控制方式，避免了特殊情况下单一的控制方式出现故障而导致设备无法使用的问题，必要时候能够多一种应急措施。
55.在本发明的设备使用之前，将吊具架1通过十字起吊架11安装在锁紧头2的定位开口23中，并启动液压锁紧油缸24，并通过锁紧孔121锁紧承重头12，若此时电气系统出现故障，则通过机械手柄控制液压锁紧油缸24锁紧承重头12；通过负载传感器25可以实时将测量到的震荡状态传送给控制系统，控制系统可以根据负载传感器25发来的信号作出反应，调整机械臂3的姿态；将锁紧吊具架1和锁紧头2与牵引缆绳5相连接，即可通过机械臂3控制吊具架1完成起吊工作；最后将重物通过挂钩13挂在吊具架1上；
56.当设备或者重物通过挂钩13挂载在吊具架1上后进行起吊工作，绞车带动牵引缆绳5，将吊具架1连同设备一起吊起，锁紧头2上的传感器25将锁紧头2(也就是吊具架)的位置和角度信息传送给控制系统，系统根据这些数据做出反应驱动机械臂3上的液压油缸做相应运动，调整机械臂3的姿态，减少锁紧头2和锁紧在锁紧头2上的吊具架1的振荡。
57.此外，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
58.当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依
本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
59.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种新型船用机械臂止荡设备，包括吊具架和锁紧头，其中吊具架用于起吊设备或物品，锁紧头用于锁紧吊具架，其特征在于：所述止荡器还包括姿态可以调整的机械臂，所述锁紧头安装在机械臂的下方，机械臂与船载a形架相连接，a形架上安装有滑轮，牵引缆绳绕过滑轮、穿过锁紧头，与吊具架相连接；所述机械臂包括两级钢架和液压油缸，其中第一钢架的一端与a形架相连接，第一液压油缸的两端分别固定在a形架和第一钢架上，所述第一钢架通过第一液压油缸能够绕a形架转动；第一钢架的另一端与第二钢架的上端相铰接，第二液压油缸的两端分别固定在第一钢架和第二钢架上，第二钢架的下端与所述锁紧头相连接；所述锁紧头为四爪型结构，包括一体成型的基板和锁紧爪，基板为正方形或矩形结构，基板的中间开有可供牵引缆绳穿过的通孔，锁紧爪为从基板的四角向下延伸的爪型结构，锁紧爪之间设有定位开口，所述定位开口包括方形槽和槽口；所述吊具架包括尺寸与所述定位开口相配合的十字型起吊架、承重头和挂钩，其中承重头设于起吊架的十字交叉处，承重头的上端与所述牵引缆绳固定连接，用于挂载被起吊物品的挂钩设于十字型起吊架的下方。2.根据权利要求1所述的一种新型船用机械臂止荡设备，其特征在于：所述机械臂的液压油缸通过传动机构与操控手柄相连接。3.根据权利要求1所述的一种新型船用机械臂止荡设备，其特征在于：所述机械臂的液压油缸通过传动机构与自动化电气控制系统相连接。4.根据权利要求1所述的一种新型船用机械臂止荡设备，其特征在于：所述锁紧头上设有用于将卡进锁紧头的物品锁紧的液压锁紧油缸。5.根据权利要求4所述的一种新型船用机械臂止荡设备，其特征在于：所述锁紧头上还设有与船载控制系统电气连接的传感器，所述传感器包括陀螺仪和/或加速度计。6.根据权利要求1所述的一种新型船用机械臂止荡设备，其特征在于：所述承重头上设有可以与所述液压锁紧油缸相配合的锁紧孔，所述锁紧孔环绕在承重头的外侧面上。7.根据权利要求1所述的一种新型船用机械臂止荡设备，其特征在于：所述十字型起吊架上还设有环状加强肋；所述环状加强肋穿透过十字型起吊架，所述十字型起吊架与环状加强肋限位连接。8.根据权利要求1所述的一种新型船用机械臂止荡设备，其特征在于：所述第一钢架、a形架和第一液压油缸之间能够围成三角结构，所述第一钢架、第二钢架和第二液压油缸之间也能够围成三角结构。9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一种新型船用机械臂止荡设备，其特征在于：所述第一钢架包括第一架体和第二架体，所述第一架体和第二架体之间通过加强筋连接，所述第一架体与加强筋的一侧边围成三角结构，且三角结构内部设有三角形或梯形空槽；所述第二架体与加强筋的另一侧边围成三角结构，且三角结构内部设有三角形或梯形空槽。10.根据权利要求9所述的一种新型船用机械臂止荡设备，其特征在于：所述第一架体与第二架体平行设置，所述第二钢架下端与锁紧头的连接处呈锥状设置。

技术总结
本发明提供了一种新型船用机械臂止荡设备，其包括吊具架和锁紧头，其中吊具架用于起吊设备或物品，锁紧头用于锁紧吊具架，除此之外，止荡器还包括姿态可以调整的机械臂，锁紧头安装在机械臂的下方，机械臂与船载A形架相连接，A形架上安装有滑轮，牵引缆绳绕过滑轮、穿过锁紧头，与吊具架相连接。设备或重物通过吊具架起吊，锁紧头锁紧吊具架，进行初步止荡，起吊后，随着设备或重物的摆动，机械臂可进行相应的姿态调整，以减少摆动幅度，进一步提升设备的止荡效果，提高科考作业队员和设备的安全性，减轻队员的工作强度。减轻队员的工作强度。减轻队员的工作强度。


技术研发人员：马云龙 张涛 倪晓波 邬宾杰 张元元 张登
受保护的技术使用者：自然资源部第二海洋研究所
技术研发日：2017.11.22
技术公布日：2023/3/14