一种电缆缠绕装置 【技术领域】
本发明涉及水下机器人作业装置，具体地说是一种能够贮存足够长度电缆且能够实现施放与回收水下机器人的电缆缠绕装置。
背景技术
水下机器人是一种在水下环境中作业的机器人，水下机器人要进行水下作业时须将其施放到水下一定的深度，当水下机器人完成水下作业后须将其回收至甲板；施放及回收作业是实现水下机器人载体完成水下作业的前提和保障。
目前，对于水下机器人的收放来说，普遍是通过船吊或甲板上绞车来实现的。对于船吊的实现方式来说，水下机器人载体的作业深度受到限制，仅适用于小型水下机器人的作业，进行收放作业时需要多个人完成收放电缆的任务，容易损伤电缆，且劳动强度大。对于通过甲板上绞车的实现方式来说，现有绞车贮存电缆的长度有限，电缆排列不均匀，绞车的布缆方式是通过手动的方式来实现的，依靠马达的正反转来实现布缆轮的水平往复运动，操作复杂，需要多人协同配合才能进行作业，且对操作人员的要求较高，容易出现操作失误而产生机械故障。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种电缆缠绕装置，适用于缠绕多层电缆进而通过电缆实现收放水下机器人载体。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括卷筒、滑环、卷筒轴套、布缆器、减速机及马达，卷筒轴套同轴地安装在卷筒的一端，马达通过减速机安装在卷筒的另一端；在卷筒外的卷筒轴套上套设有支座，支座的外端面固接有连接板，布缆器设于连接板的另一端；滑环置于卷筒轴套内，一端与卷筒轴套固接，另一端由卷筒轴套穿出，滑环通过链轮传动机构与布缆器相连接，滑环的转动副通过链轮传动机构构成布缆器沿卷筒轴向的移动副；与卷筒轴套同侧的卷筒上设有接线盒，滑环的尾线及电缆与接线盒电连接。
其中：所述布缆器包括布缆轮、双向凸轮丝杠、光杠、滑块、压板、布缆轮支架及连接侧板，其中光杠为两根、上下设置，夹持在连接侧板之间；双向凸轮丝杠位于两根光杠之间、通过轴承箱夹持在连接侧板之间，双向凸轮丝杠的其中一端通过轴承箱由该端的连接侧板穿出，穿出端上分别套设有第一、二离合器；布缆轮支架套设在光杠及双向凸轮丝杠上，在布缆轮支架上设有布缆轮，双向凸轮丝杠上设有左旋及右旋双向螺纹，滑块容置于双向凸轮丝杠的螺旋槽内并通过压板与布缆轮支架相连接；在第一离合器上连接有布缆马达，第二离合器与链轮传动机构相连接；第一、二离合器分别同轴套设在双向凸轮丝杠上，布缆马达同轴安装在第一离合器上，第二离合器的轴向截面为“T”形；所述链轮传动机构包括主动链轮、从动链轮及链条，主、从动链轮位于连接板的外侧，通过链条相连接，主动链轮套设在滑环上、位于滑环上的法兰与卷筒轴套之间，且与滑环连动，从动链轮安装在布缆器上；在连接板的外侧还设有长条孔，张紧轮安装在长条孔上并抵接于链条；主动链轮上设有止口槽，与滑环上的法兰配合连接；从动链轮同轴安装在布缆器中的第二离合器上；所述卷筒为内部中空结构，轴向截面为“工”形，卷筒的两端中心处开有供安装卷筒轴套及减速机的圆孔，在安装卷筒轴套一侧的卷筒上还设有工艺孔；所述滑环的穿出端下方设有拨叉，连接板的外侧固接有拨叉座，拨叉插入拨叉座内；所述连接板的外表面加设有防护罩。
本发明的优点与积极效果为：
1.自动布缆，电缆排列整齐，操作简便。本发明布缆器通过卷筒、链传动及离合器传动，使卷筒在同一方向转动时布缆轮能够水平往复运动，实现电缆在水平方向的自动排布。
2.自动调节布缆器的累计误差。本发明布缆器可以由布缆马达及离合器传动实现布缆轮水平往复运动，以实现对布缆器累计误差的调节。
3.增加电缆贮存长度。本发明卷筒宽度大，可以缠绕多层电缆，可容纳的电缆较长，保证水下机器人载体可以在足够的深度下进行作业。
4.两离合器可自动切换。本发明布缆器可以通过对两离合器的切换，使布缆器分别处于自动布缆工况或布缆器累计误差调节工况。
5.链条松紧易于调节。本发明链传动具有链条张紧功能，易于实现对链条松紧的调节。
6.布缆器结构紧凑，刚性好，运转平稳。本发明布缆器采用两根光杠导向，其中滑块与双向凸轮丝杠啮合传动，滑块在左右螺旋槽中运动平稳、灵活。
7.电缆工作状况好，工作寿命长。本发明布缆轮与电缆为滚动接触，对电缆的损伤小，保证电缆的使用寿命。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为图1中布缆器的结构示意图；
其中：1为卷筒，2为支座，3为接线盒，4为拨叉座，5为滑环，6为卷筒轴套，7为防护罩，8为布缆器，9为减速机，10为马达，11为减速机支座，12为主动链轮，13为连接板，14为张紧轮，15为链条，16为从动链轮，17为布缆马达，18为第一离合器，19为第二离合器，20为轴承箱，21为双向凸轮丝杠，22为光杠，23为滑块，24为压板，25为布缆轮支架，26为布缆轮，27为第一连接侧板，28为第二连接侧板，29为长条孔，30为拨叉。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～3所示，本发明包括卷筒1、滑环5、卷筒轴套6、布缆器8、减速机9及马达10，卷筒1为内部中空结构，轴向截面为“工”形，卷筒1的两端中心处开有供安装卷筒轴套6及减速机9的圆孔，在安装卷筒轴套6一侧的卷筒1上还设有工艺孔。卷筒轴套6通过一端地中心圆孔同轴地安装在卷筒1的一端，在卷筒1的另一端中心圆孔1固接有减速机9，马达10固接在减速机9的端面上，减速机支座11套设于减速机9的外表面；在卷筒1外的卷筒轴套6上套设有支座2，支座2的外端面固接有连接板13，连接板13的另一端与布缆器8中的第一连接侧板27相连接；滑环5置于卷筒轴套6内，一端固接于卷筒轴套6上，另一端由卷筒轴套6穿出，滑环5通过链轮传动机构与布缆器8相连接。滑环5的穿出端下方设有拨叉30，连接板13的外侧固接有拨叉座4，拨叉30插入拨叉座4内，以防止滑环5的端部旋转，确保滑环5工作可靠。与卷筒轴套6同侧的卷筒1上设有接线盒3，滑环5上的尾线及电缆通过卷筒1上的工艺孔引入接线盒3的内部并将电信号传递至电缆，以实现电信号的传输。防护罩7固接在连接板13的外表面。
布缆器8包括布缆轮26、双向凸轮丝杠21、光杠22、滑块23、压板24、布缆轮支架25及连接侧板，其中光杠22为两根、上下设置，夹持在第一、二连接侧板27、28之间；双向凸轮丝杠21位于两根光杠22之间、两端分别通过轴承箱20夹持在连接侧板之间，双向凸轮丝杠21的其中一端通过轴承箱20由第一连接侧板27穿出，穿出端上分别套设有第一、二离合器18、19；布缆轮支架25套设在两根光杠22及双向凸轮丝杠21上，布缆轮支架25上设有两个布缆轮26，双向凸轮丝杠21上设有左旋及右旋的双向螺纹，滑块23容置于双向凸轮丝杠21的螺旋槽内并通过压板24与布缆轮支架25相连接，确保滑块23在左右螺旋槽中平稳运动；第一、二离合器18、19分别同轴套设在双向凸轮丝杠21上，第一离合器18套设在双向凸轮丝杠21上，第一离合器18外端同轴安装有布缆马达17，第二离合器19的轴向截面为“T”形，与链轮传动机构相连接。
链轮传动机构包括主动链轮12、从动链轮16及链条15，主、从动链轮12、16位于连接板13的外侧，通过链条15相连接，用于实现扭矩的传递；主动链轮12上设有止口槽，与滑环5上的法兰配合连接并位于滑环5上的法兰与卷筒轴套6之间，且与滑环5连动，从动链轮16同轴安装在布缆器8中的第二离合器19上。在连接板13的外侧还设有长条孔29，张紧轮14固接在连接板13外表面并位于长条孔29内，张紧轮14抵接于链条15，用于实现链条15松紧的调节，确保链传动运行平稳。
滑环5的转动副通过链轮传动机构构成布缆器8沿卷筒1轴向的移动副，即链轮传动机构中的主动链轮12在卷筒轴套6及滑环5的驱动下旋转，通过链条15带动从动链轮16旋转，双向凸轮丝杠12在从动链轮16的带动下旋转，使得滑块23在螺旋槽内平稳地运动，进而带动布缆轮支架25及布缆轮26在沿卷筒1的轴向往复运动。
本发明具体组装如下：
利用卷筒1一端的中心孔及减速机9上止口定位作用通过螺钉将两者组装在一起；马达10通过花键轴与减速机9内部的花键套连接并用螺钉固接在减速机9的端面上；减速机支座11通过减速机9端部的止口定位作用通过螺钉与减速机9安装在一起；支座2通过轴承同轴套设在卷筒轴套6上，连接板13的一端通过螺钉与支座2的外侧端面连接在一起，连接板13的另一端通过螺钉与第一连接侧板27相连接，第二连接侧板28固定在机架上；支座2及减速机支座11安装固定在机架上，作为电缆缠绕装置的结构支撑；将主动链轮12从滑环5的尾端套入至滑环5另一端部的法兰处，再将滑环5的尾端从卷筒轴套6的内孔插入卷筒轴套6的内部，利用主动链轮12止口槽与滑环5法兰的定位作用，通过螺钉将滑环5、主动链轮12及卷筒轴套6三者连接在一起；拨叉座4通过螺钉安装在连接板13的外侧，将滑环5端部的拨叉30置于拨叉座4的槽内；接线盒3通过螺钉安装在卷筒1上，将滑环5的尾线及电缆引入接线盒3内部，通过接线端子将滑环5的尾线与电缆的电信号对应地连接起来。将布缆轮支架25套设在两根光杠22及双向凸轮丝杠21上；再利用第一连接侧板27上的中心孔将两根光杠22、双向凸轮丝杠21及两轴承箱20通过螺钉连接在一起，其中两根光杠22起导向及支撑作用；两个布缆轮26通过螺钉安装在布缆轮支架25的上平面，两布缆轮26之间的空隙作为电缆的通道；滑块23置于双向凸轮丝杠21的螺旋槽中并用压板24通过螺钉连接在布缆轮支架25上，通过滑块23与双向凸轮丝杠21的左右螺旋槽啮合实现布缆轮26沿卷筒1轴向的往复运动；从动链轮16通过键及定位螺钉与第二离合器19同轴连接在一起，并通过双向凸轮丝杠21上轴肩的定位作用将从动链轮16及第二离合器19与双向凸轮丝杠21同轴连接在一起；第一离合器18通过键及轴端档圈与双向凸轮丝杠21同轴连接在一起；布缆马达17通过螺钉与第一离合器18外端面连在一起。张紧轮14通过螺钉与连接板13连接在一起，并通过连接板13上设有的长条孔29来调节张紧轮14的位置，以实现对主动链轮12与从动链轮16之间链条15松紧的调节，确保链传动运行平稳；防护罩7通过螺钉固接在连接板13外表面。
本发明的工作原理为：
由于电缆较长，电缆在卷筒1上为多层卷绕，为保证电缆不乱扣、不从外层勒入内层和不挤伤电缆，要求带有水平布缆器8，以保证电缆在卷筒1上的多层缠绕排列整齐，以避免电缆受到损伤。布缆器8的主要功能是使电缆沿着连续螺旋线均匀整齐地缠绕在卷筒1上。通过电缆的施放将水下机器人载体放至水下一定的深度，同时也通过电缆将动力信号及控制信号传递至水下载体处。待水下机器人载体完成水下作业后通过电缆将水下机器人载体回收至甲板。施放作业时，卷筒1旋转，通过卷筒轴套6及滑环5带动主动链轮12转动，通过链条15及从动链轮16的传动并通过第二离合器19将扭矩传递至双向凸轮丝杠21，从而使双向凸轮丝杠21转动，通过双向凸轮丝杠21的螺旋槽与滑块23的啮合传动使滑块23沿卷筒1的轴向往复运动，从而带动布缆轮26沿卷筒1的轴向往复运动，在双向凸轮丝杠21上同时有左旋及右旋的螺旋槽，这样双向凸轮丝杠21在一个方向转动时能够使滑块23在左/右螺旋槽内平稳过渡到右/左螺旋槽内，从而使布缆轮26能够沿卷筒1的轴向往复运动。通过传动比的设定，确保卷筒1转动一圈而布缆轮26移动一个缆径的距离，由于水下机器人载体具有一定的重量，致使电缆始终受到张力，这样随着卷筒1的连续旋转使电缆一圈挨圈一层挨层地施放，保证将水下机器人载体放至水下一定的深度，同时也通过电缆将动力信号及控制信号传递至水下载体处，确保水下机器人载体完成作业任务。回收作业时，卷筒1带动主动链轮12反向转动，通过链条15及从动链轮16的传动并通过第二离合器19将扭矩传递至双向凸轮丝杠21，从而使双向凸轮丝杠21反向转动，通过双向凸轮丝杠21的螺旋槽与滑块23的啮合传动使滑块23沿卷筒1的轴向往复运动，从而带动布缆轮26沿卷筒1的轴向往复运动，由于电缆始终受到张力作用，这样随着卷筒1的连续旋转使电缆一圈挨圈一层挨层地缠绕在卷筒1上，保证将水下机器人载体收回至甲板。
当布缆器8运行一段时间后，可能由于累积误差的原因导致布缆轮26与电缆之间出现偏角的现象，这时需要停止卷筒1运转，需要对布缆轮26的位置进行调整；通过布缆马达17及第一离合器18工作，将扭矩传递至双向凸轮丝杠21，从而使双向凸轮丝杠21转动，以带动布缆轮26沿卷筒1的轴向往复运动，调整至布缆轮26与电缆在同一条直线的位置，以达到电缆缠绕均匀整齐。
本发明的滑环型号为Focal 176；本发明的减速机型号为RexrothGFT220W3 4000；本发明的马达型号为Rexroth A6VE160；本发明的布缆马达型号为Dafoss OMP40；本发明的离合器一型号为DDL10-8A；本发明的离合器二型号为DDL10-16C。