勘测海底地貌的磁耦合传动履带式海底成像探测车

摘要

本发明的目的在于提供勘测海底地貌的磁耦合传动履带式海底成像探测车，运动和探测过程分为，电机带动内转子转动，同时内外磁块耦合，带动外转子转动从而履带轮向前运动。在带轮上的位移传感器随着轮子实时与海底紧定螺钉面接触，带轮走过的轨迹都被传感器探测记录，信号传递到海面工作母船上，从而进行对海底地貌的分析。本发明采用了四轮电机驱动的方式，将位移传感器直接安装在履带上，传感信号通过脐带缆传输到达海面工作母船上从而进行地貌的分析。该探测车机构简单造价低廉，适应能力强，勘测结果准确，安全系数高，可回收能力强。能够实时观测并记录海底环境，并且采用了磁耦合的方式解决了海底高压所带来的驱动轴动密封的难题。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种勘探设备，具体地说是海下勘探设备。

背景技术

众所周知海底不仅蕴藏着丰富的石油、天然气等矿产资源，还存在着很多 未知的生物，同时海洋环境需要人们去探索和挖掘。因此勘探海底环境，了解 海床地貌，对于海底的开发和研究就显得尤为重要。近年来，人们已经发明了 较多的海地表面的测量技术，在这些技术当中，有应用海底机器人ROV进行辅 助勘探的方法；还有用远程导航卫星进行大面积扫描、分析成像的技术。其中 较多的还是用母船进行实时实地声纳或红外勘测方法。用这些方法的优点是单 次测量覆盖面积广泛，但随之而来的问题是无法真实模拟海床的环境，误差很 大，且设备昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供分析并成像海底地貌、给海洋勘探做出前期准备的 勘测海底地貌的磁耦合传动履带式海底成像探测车。

本发明的目的是这样实现的：

本发明勘测海底地貌的磁耦合传动履带式海底成像探测车，其特征是：包 括前端支撑主体、后端支撑主体、脐带缆连接箱、第一-第四车轮、前端电机、 后端电机、第一-第二叶轮，前端支撑主体与脐带缆连接箱之间、后端支撑主体 与脐带缆连接箱之间均通过柔性金属连接件相连，前端支撑主体和后端支撑主 体上均安装弹簧固定件，弹簧固定件与脐带缆连接箱之间均安装弹簧，后端电 机包括第一后端电机和第二后端电机，第一后端电机和第二后端电机均设置在 后端支撑主体里，第一后端电机连接第一后轮内转子，第一后轮内转子外部设 置第一后端定子，第一后端定子外部设置第一后端外转子，第一后端定子与后 端支撑主体相固定，第一后端外转子与第一车轮相固定，第一后轮内转子上安 装第一后轮内磁块，第一后端外转子上安装第一后轮外磁块，第一后轮内磁块 和第一后轮外磁块位置相对，第一后端电机、第一后轮内转子、第一后端定子、 第一后端外转子、第一车轮、第一后轮内磁块、第一后轮外磁块构成第一后轮 驱动装置，第二后端电机、第二后轮内转子、第二后端定子、第二后端外转子、 第二车轮、第二后轮内磁块、第二后轮外磁块构成第二后轮驱动装置，第二后 轮驱动装置与第一后轮驱动装置结构相同，并根据后端支撑主体左右对称布置， 前端电机包括第一前端电机和第二前端电机，第一前端电机和第二前端电机均 设置在前端支撑主体里，第一前端电机的输出端第一前轮内磁块，第一前轮内 磁块外部设置第一前端外转子支撑，第一前端外转子支撑外部设置第一前端外 转子，第一前端外转子支撑与前端支撑主体相固定，第一前端外转子外部设置 第三车轮，第一前端外转子与第三车轮之间通过轴承配合，第一前端外转子的 端部连接第一叶轮，第一前端外转子上安装第一前轮外磁块，第一前轮外磁块 和第一前轮内磁块位置相对，第一前端电机、第一前轮内磁块、第一前端外转 子支撑、第一前端外转子、第一叶轮、第三车轮构成第一前轮驱动装置，第二 前端电机、第二前轮内磁块、第二前端外转子支撑、第二前端外转子、第二叶 轮、第四车轮构成第二前轮驱动装置，第二前轮驱动装置与第一前轮驱动装置 结构相同，并根据前端支撑主体左右对称布置，第一车轮和第三车轮上缠绕第 一履带，第二车轮和第四车轮上缠绕第二履带。

本发明还可以包括：

1、第三车轮上安装第一位移传感器，第一位移传感器的电缆穿过第三车轮 并从第三车轮的轮毂引出，第一位移传感器电缆的端部连接铜球，铜球与铜环 相接触，前端支撑主体上安装前端弹簧，压紧件连接前端弹簧并在前端弹簧的 作用下将铜球、铜环压在第三车轮里，第四车轮上安装第二位移传感器，第二 位移传感器的安装方式与第一位移传感器相同，脐带缆连接箱引出左前轮传感 器输出线、右前轮传感器输出线、前轮电机输出线、后轮电机输出线，左前轮 传感器输出线、右前轮传感器输出线分别连接第一位移传感器的电缆和第二位 移传感器的电缆，前轮电机输出线连接第一前端电机和第二前端电机，后轮电 机输出线连接第一后端电机和第二后端电机。

本发明的优势在于：本发明推出的磁耦合传动履带式海底成像探测车，它 采用了四轮电机驱动的方式，主要将位移传感器直接安装在履带上，传感信号 通过脐带缆传输到达海面工作母船上从而进行地貌的分析。该探测车机构简单 造价低廉，适应能力强，勘测结果准确，安全系数高，可回收能力强。并且通 过这样的结构很好的达到了实时观测并记录海底环境，并且采用了磁耦合的方 式解决了海底高压所带来的驱动轴动密封的难题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为传感器信号传出机构的局部视图；

图3为耦合传动的局部视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，该磁耦合传动机械履带式海底成像探测车主要用于100到 10000米深的海底，是用来探测海底地形地貌的装置。该车的整体尺寸长×宽为： 460×260mm，速度范围在10-30mm/s。采用了电机驱动，并且电机电缆和传感 器电缆用脐带缆集成的方式输送电信号，采用遥控的方式对探测车进行控制， 可以在探测车上加装其他设备，比如红外探测仪、摄像头等，如此能更好的监 测海底环境。此外，由于探测车的自身柔韧度好，可以适合较复杂的海床环境。

磁耦合式海底地貌成像探测车是由车轮1、外转子固定螺钉2、外转子固定 键3、外转子固定螺钉4、后端定子5、轴套6、圆锥滚子轴承7、后端外转子8、 履带9、脐带缆接口10、后轮电机输出线11、左前轮传感器输出线12、右前轮 传感器输出线13、前轮电机输出线14、叶轮保护盖15、保护盖固定螺钉16与 19、叶轮17、叶轮固定螺钉18、前端外转子20、前端外转子支撑21、前端电 机22、位移传感器23、滑道24、压紧件25、水密电缆接头26与31、压紧件 固定螺钉27、前端支撑主体螺栓28、支撑主体29、水密电缆接头固定螺钉30、 水密接头固定垫圈32、密封圈33、铜球34、铜环35、外磁块36、金属连接固 定螺钉37、前端外转子支撑架38、弹簧固定件39、柔性金属连接件40、脐带 缆连接箱41、内部电缆接头42、弹簧43、弹簧固定件螺钉44、后端支撑主体 螺栓45、支撑主体密封圈46、后轮外磁块47、后轮电机48、后轮内转子49、 平键50、电机平键紧定螺钉51、后轮电机固定螺钉52、后轮内磁块53、后端 支撑主体54组成。

用于勘测海底地貌的磁耦合传动机械履带式海底成像探测车的安装关系如 下：电机固定螺钉将电机48紧定在支撑主体54上，紧定螺钉固定电机平键50 从而连接与之旋转的内转子49。定子5通过支撑主体螺栓45和外转子固定螺 钉4分别固定在支撑主体54和轮子1上，它与轮子1之间的轮动用圆锥棍子轴 承7实现，轴承有轴套6顶在轮子上。前端的两电机和轮子的连接与此同理。 支撑主体和外转子支撑通过密封圈46完成密封。履带9和轮子啮合。转向叶轮 17通过两固定螺钉16、18与外转子支撑21固定在轮子上，叶轮保护盖15设 计成通孔式，既能防止海洋藻类卷入也能让海水进入。这样就保证了整个车体 运动时的连续性。传感器的电缆12、13的输出是本发明设计独特的地方，电缆 是通过轮毂中间导出，连接在铜球34上，而铜球被弹簧压紧保证时刻与电缆连 接的铜环35接触，而压紧件25又被刚度更大的弹簧27紧紧的压在轮子上。所 以压紧件是不动件，通过滑道24完成了与轮子之间的动密封。水密封31由螺 钉30固定在支撑主体上，其垫圈32底下的密封33阻碍了海水的浸入。中间的 两根长弹簧43是由连接件39固定在支撑主体上，两柔性金属40上用螺栓固定 上脐带缆连接箱41，这样就保证了电缆的安全稳定输出。

工作原理：勘测海底地貌的磁耦合传动履带式海底成像探测车运动和探测 过程分为，电机带动内转子转动，同时内外磁块耦合，带动外转子转动从而履 带轮向前运动。在带轮上的位移传感器随着轮子实时与海底紧定螺钉面接触， 带轮走过的轨迹都被传感器探测记录，信号传递到海面工作母船上，从而进行 对海底地貌的分析。具体如下：

1)电机转动电信号通过水密接头输送给电动机48，电动机带电转动，紧 定螺钉51将平键50连接在内转子49上，从而内转子跟随其转动，而电动机是 由固定螺钉54紧定在支撑主体55上，因此电动机带电后只是主轴转动而电动 机本身不动。

2)磁耦合转子转动电动机48带动内转子49转动后，内磁块53镶嵌在内 转子49外壁处，内转子49旋转，使得磁场方向改变，外部的外转子8中外磁 块47将受到这个磁力线的变化，通过磁场耦合将随着内转子49产生旋转运动， 内转子49与外转子8由定子5隔离开，处于非接触状态，因此，称为磁耦合非 接触驱动的转动。

3)传感器工作外转子8转动将带动履带轮1转动，从而整个装置向前行 进。装载在带轮上的传感器23随着带轮一起运动，当传感器每接触一次海底面 时便记录一次信号，传感器记录的信号由传感器输出电缆12、13传出，海上接 收信号后，分析并形成图像。

4)探测车转向探测车需要转向时，由水密电缆接头31传入给前端两电机 电信号，实现电机的差速转动，而与电机相连的叶轮17随着电动机转动，产生 推力，使整个探测车可以灵活左右转向。

5)探测车越坡当车体遇到斜度不大的坡面时，由于车身的自重驱使，车 上附带的弹簧43和柔性金属连接40将会随着斗坡的形状而变化，传感器23就 能时刻与海底面接触，避免信号的中断。

本发明工作方式：首先四个电机分别安在支撑主体的电机座里，在电机和 内转子之间通过键联结传出动力，内转子旋转后的磁场变化通过磁场耦合，带 动外转子转动，从而带动与其连接的轮毂输出转矩。两个磁耦合的内外转子是 不接触的，外转子浸入在海水中，而内转子和电机一起密封在电机座里，这样 电机输出轴由原来的动密封就转化成了静密封，如此达到电机与海水完全隔离， 防止其进水漏电，从而使探测车运动。

此外，该探测车是由弹簧和柔性金属作为前后的支撑，这样就保证了在探 测车自身重力的驱使下使其与海床时刻接触，从而安装在履带上的位移传感器 就能很好的读取高低信号发挥作用。该装置前端的叶轮安装在外转子轴上，这 样做的目的是，当给前端电机不同的转速时，左右叶轮转速变化，实现差速运 动，从而解决了探测车的转向问题。