CN120229616A 一种海底光电复合缆自动布放装置及方法 （哈尔滨工程大学）

(19)国家知识产权局(10)申请公布号CN120229616A(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号(72)发明人王玉甲接宇欣张文浩杨立平吕欣倍姚峰刘星李佶桃张国财吕文博B65H75/44(2006.01)(54)发明名称一种海底光电复合缆自动布放装置及方法本发明提供了一种海底光电复合缆自动布放装置及方法，属于水下作业技术领域，该装置内绞车上的转速传感器与锁紧装置配合，可保证绞车布放完光电复合缆时，锁紧装置与相邻模块自动松开，使相邻模块内光电复合缆继续自动布放。各模块均带有浮力调整水箱，可通过控制水箱内的水量来调整各模块的俯仰姿态和高度位置，省去了舵机或推进器等驱动机构，节省了能源，可实现高效精准的长距离光光电复合缆的布21.一种海底光电复合缆自动布放装置，其特征在于，包括：艏部模块(1)、N个中间模块所述艏部模块(1)包括艏部外壳(1-1),所述艏部外壳(1-1)两侧和顶部分别安装有推进器(1-5),所述艏部外壳(1-1)内部具有控制舱(1-9),所述艏部外壳(1-1)底部安装有支座(1-10),绞车一(1-2)通过绞车座一(1-12)安装在支座(1-10)后端，转速传感器一(1-11)安装在绞车一(1-2)的轴端，光电复合缆(1-15)缠绕在绞车滚筒上，光电复合缆(1-15)端部穿过导向架一(1-16)、后壳一(1-13)伸到艏部模块(1)的外部，支座(1-10)的中间安装有水箱，用于补偿因光电复合缆(1-15)的移动引起的重量损失，并可调整艏部模块(1)的整体浮力，所述艏部外壳(1-1)的后端安装有后壳一(1-13),所述后壳一(1-13)为内凹的锥形，所述后壳一(1-13)的中心固定有锁紧座一(1-14);所述中间模块(2)包括中间壳体(2-1),所述中间壳体(2-1)底部安装有中间底座(2-2),绞车二(2-7)通过绞车座二(2-11)安装在中间底座(2-2)后端，带有阀门一(2-9)的水箱二(2-8)安装在中间底座(2-2)的中间，锁紧机构(2-5)的支撑架(2-5-1)安装在中间底座(2-2)的前端，并保证支撑架(2-5-1)的侧面与中间底座(2-2)上表面垂直；所述艉部模块(3)包括尾部壳体(3-1)、尾部端盖(3-2),除了所述尾部壳体(3-1)比中间壳体(2-1)的长度短、所述尾部端盖(3-2)底部具有光电复合缆孔之外，其余结构与所述中间模块(2)相同。2.根据权利要求1所述的海底光电复合缆自动布放装置，其特征在于，所述支撑架(2-5-1)为几字形，第1个导向架二(2-14)安装在中间底座(2-2)上位于支撑架(2-5-1)底部中心，第2、3个导向架二(2-14)分别安装在控制舱二(2-3)的前端和后端；前端模块的光电复合缆(1-15)穿过前盖(2-4)下部的通孔在导向架二(2-14)的引导下，接入控制舱二(2-3),为其提供电能，光电复合缆(1-15)由所述控制舱二(2-3)另一端引出，穿过第3个导向架二(2-14)与电滑环(2-6)连接，电滑环(2-6)一端套在绞车轴上，可保证绞车(1-2)转动的同时其上的光电复合缆(1-15)与电滑环(2-6)保持电连接，绞车二(2-7)上的光电复合缆(1-15)穿过第4个导向架二(2-14)通过后壳二(2-12)上的通孔最终伸出中间模块(2)。3.根据权利要求2所述的海底光电复合缆自动布放装置，其特征在于，所述锁紧机构(2-5)包括所述支撑架(2-5-1),伺服电缸(2-5-2)水平安装在所述支撑架(2-5-1)的顶部，滑块(2-5-3)安装在伺服电缸(2-5-2)的推杆端部，滑块(2-5-3)及定位板(2-5-4)端部均为4.根据权利要求1所述的海底光电复合缆自动布放装置，其特征在于，所述水箱一(1-3)顶部安装有阀门一(1-4),用于控制水的流入。5.根据权利要求1所述的海底光电复合缆自动布放装置，其特征在于，所述艏部模块(1)的支座(1-10)前部安装有电池舱(1-6)。6.根据权利要求1所述的海底光电复合缆自动布放装置，其特征在于，所述支座(1-10)上通过L形支架安装有通信机(1-7),所述通信机(1-7)顶部穿过艏部外壳(1-1)与上位机通7.根据权利要求1所述的海底光电复合缆自动布放装置，其特征在于，所述艏部外壳1-1的最前端具有避障传感器(1-8),所述避障传感器(1-8)后侧安装有所述的控制舱(1-9)。38.根据权利要求1所述的海底光电复合缆自动布放装置，其特征在于，所述电池舱(1-6)的前面具有多普勒测速仪(1-17),用于检测艏部模块(1)的速度和位置信息。9.一种权利要求1-8任一项所述的海底光电复合缆自动布放装置的布放方法，其特征步骤1:艏部模块(1)、N个中间模块(2)、艉部模块(3)装配好后，通过吊装设备布放到海底，当检测到布放完成、艉部模块(3)的光电复合缆(1-15)固定到海底时，艏部模块(1)的推进器(1-5)工作、驱动艏部模块(1)带动中间模块(2)和艉部模块(3)前进，艉部模块(3)内的绞车在光电复合缆(1-15)的拖到下转动，同时艉部模块(3)内水箱上的阀门打开，海水以进入水箱，从而保证艉部模块(3)的重浮力平衡；步骤2:当光电复合缆(1-15)全部脱离绞车时，转速传感器检测到绞车停止转动，控制舱发出指令给锁紧机构(2-5),艉部模块(3)内的伺服电缸工作，使挂钩(2-5-5)脱离中间模块(2)上的锁紧座(1-14),艉部模块(3)脱离中间模块(2),中间模块(2)内光电复合缆(1-15)开始布放；步骤3:重复步骤2一直到艏部模块(1)内的光电复合缆(1-15)全部布放完成；步骤4:当艏部模块(1)内转速传感器(1-11)检测到转速停止时，艏部控制舱(1-9)发出指令，使推进器(1-5)停止工作，光电复合缆自动布放完10.根据权利要求9所述的海底光电复合缆自动布放装置的布放方法，其特征在于，当中间模块(2)和艏部模块(1)需要装配时，伺服电缸(2-5-2)的推杆推动滑块(2-5-3)沿着定位板凹槽向前移动，推动上下两个挂钩(2-5-5)绕销轴(2-5-6)转动，弹簧(2-5-7)被压缩；中间模块(2)向前移动带动锁紧机构(2-5)的左右两个定位板(2-5-4),使其端部的V形与锁紧座(1-14)内部的左右两个凹槽前部的V形配合；滑块(2-5-3)向后缩回，两个弹簧(2-5-7)推动挂钩(2-5-5)回转，挂钩(2-5-5)端部嵌入锁紧座(1-14)凹槽内，完成锁紧功能；当需要中间模块(2)和艏部模块(1)间松脱时，滑块(2-5-3)沿着定位板凹槽向前移动，推动上下两个挂钩(2-5-5)转动，挂钩(2-5-5)脱离艏部模块(1)的锁紧座一(1-14)的凹槽，艏部模块(1)前行带动锁紧座一(1-14)脱离锁紧机构(2-5)。4技术领域[0001]本发明属于水下作业技术领域，具体涉及一种海底光电复合缆自动布放装置及方背景技术[0002]随着海洋开发利用的开展，如何高效精准的完成长距离海底电缆的布放任务已经受到广泛的重视。目前，水下电缆的布放主要是由拖曳式海缆埋设系统、海缆布放船或水下运载器等完成，水下运载器拥有较高的机动性和可操控性，可进行相对高精度的水下光电缆布放任务，但由于海底环境复杂和能源等因素限制，单依靠水下运载器很难快速完成长距离的光电缆布放任务。发明内容[0003]本发明的目的在于提供一种海底光电复合缆自动布放装置及方法，可实现高效精准的长距离光光电复合缆的布放。[0004]本发明的目的通过如下技术方案来实现：[0006]所述的艏部模块包括艏部外壳，所述艏部外壳两侧和顶部分别安装有推进器，所述艏部外壳内部具有控制舱，所述艏部外壳底部安装有支座，绞车一通过绞车座一安装在支座后端，转速传感器一安装在绞车一的轴端，光电复合缆缠绕在绞车滚筒上，光电复合缆端部穿过导向架一、后壳一伸到艏部模块的外部，支座的中间安装有水箱，用于补偿因光电复合缆的移动引起的重量损失，并可调整艏部模块的整体浮力，所述艏部外壳的后端安装有后壳一，所述后壳一为内凹的锥形，所述后壳一的中心固定有锁紧座一；[0007]所述中间模块包括中间壳体，所述中间壳体底部安装有中间底座，绞车二通过绞车座二安装在中间底座后端，带有阀门一的水箱二安装在中间底座的中间，锁紧机构的支撑架安装在中间底座的前端，并保证支撑架的侧面与中间底座上表面垂直；[0008]所述艉部模块包括尾部壳体、尾部端盖，除了所述尾部壳体比中间壳体的长度短、所述尾部端盖底部具有光电复合缆孔之外，其余结构与所述中间模块相同。[0009]进一步地，所述支撑架为几字形，第1个导向架二安装在中间底座上位于支撑架底部中心，第2、3个导向架二分别安装在控制舱二的前端和后端；[0010]前端模块的光电复合缆穿过前盖下部的通孔在导向架二的引导下，接入控制舱二，为其提供电能，光电复合缆由所述控制舱二另一端引出，穿过第3个导向架二与电滑环连接，电滑环一端套在绞车轴上，可保证绞车转动的同时其上的光电复合缆与电滑环保持电连接，绞车二上的光电复合缆穿过第4个导向架二通过后壳二上的通孔最终伸出中间模[0011]进一步地，所述锁紧机构包括所述支撑架，伺服电缸水平安装在所述支撑架的顶部，滑块安装在伺服电缸的推杆端部，滑块及定位板端部均为V形，V形斜面的夹角与锁紧座5[0013]进一步地，所述艏部模块的支座前部安装有电池舱。[0014]进一步地，所述支座上通过L形支架安装有通信机，所述通信机顶部穿过艏部外壳与上位机通信。[0015]进一步地，所述艏部外壳的最前端具有避障传感器，所述避障传感器后侧安装有所述的控制舱。[0016]进一步地，所述电池舱的前面具有多普勒测速仪，用于检测艏部模块的速度和位置信息。[0018]一种上述的海底光电复合缆自动布放装置的布放方法，该方法包括如下步骤：检测到布放完成、艉部模块的光电复合缆固定到海底时，艏部模块的推进器工作、驱动艏部模块带动中间模块和艉部模块前进，艉部模块内的绞车在光电复合缆的拖到下转动，同时艉部模块内水箱上的阀门打开，海水以进入水箱，从而保证艉部模块的重浮力平衡；[0020]步骤2:当光电复合缆全部脱离绞车时，转速传感器检测到绞车停止转动，控制舱发出指令给锁紧机构，艉部模块内的伺服电缸工作，使挂钩脱离中间模块上的锁紧座，艉部模块脱离中间模块，中间模块内光电复合缆开始布放；[0021]步骤3:重复步骤2一直到艏部模块内的光电复合缆全部布放完成；[0022]步骤4:当艏部模块内转速传感器检测到转速停止时，艏部控制舱发出指令，使推进器停止工作，光电复合缆自动布放完成。[0023]进一步地，当中间模块和艏部模块需要装配时，伺服电缸的推杆推动滑块沿着定位板凹槽向前移动，推动上下两个挂钩绕销轴转动，弹簧被压缩；[0024]中间模块向前移动带动锁紧机构的左右两个定位板，使其端部的V形与锁紧座内部的左右两个凹槽前部的V形配合；[0025]滑块向后缩回，两个弹簧推动挂钩回转，挂钩端部嵌入锁紧座凹槽内，完成锁紧功[0026]当需要中间模块和艏部模块间松脱时，滑块沿着定位板凹槽向前移动，推动上下两个挂钩转动，挂钩脱离艏部模块的锁紧座一的凹槽，艏部模块前行带动锁紧座一脱离锁紧机构。[0027]本发明的有益效果在于：[0028]本发明自动化程度高，可适应不同海况环境。艏部带有多个推进器可实现多个自由度的运动，从而适应不同海底环境。各模块内绞车上的转速传感器与锁紧装置配合，可保证绞车布放完光电复合缆时，锁紧装置与相邻模块自动松开，使相邻模块内光电复合缆继续自动布放。[0029]本发明可节省能源。各模块均带有浮力调整水箱，可通过控制水箱内的水量来调整各模块的俯仰姿态和高度位置，省去了舵机或推进器等驱动机构，节省了能源。[0030]本发明模块间锁紧可靠性高。锁紧机构设计成两侧带有V形定位板结构，锁紧座为两侧封闭的内凹结构，可保证锁紧后V形定位板与锁紧座可靠配合，实现6自由度完全定位，6双弹簧挂钩锁紧结构可保证足够的锁紧力，提高锁紧的可靠性。[0031]本发明可实现长短不同距离光电复合缆的布放。可根据需求配置不同数量的中间模块，实现不同长度的光电复合缆的布放。[0032]本发明结构简单，可操作性强。各模块内仅设计了绞车、锁紧装置、浮力调整水箱和控制舱等，没有复杂结构，制作方便，锁紧装置仅通过一个伺服电动缸驱动便可实现锁紧和松脱，可操作性强。附图说明[0033]附图1是本发明的结构示意图。[0034]附图2是本发明舶部模块的立体图。[0035]附图3是本发明艏部模块的主视图。[0036]附图4是本发明艏部模块的左视图。[0037]附图5是本发明中间模块的立体图。[0038]附图6是本发明中间模块的主视图。[0039]附图7是本发明中间模块的左视图。[0040]附图8是本发明锁紧机构的主视图。[0041]附图9是本发明锁紧机构的左视图。[0042]附图10是本发明锁紧机构的立体图。[0043]附图11是本发明锁紧机构锁紧过程示意图。[0044]附图12是本发明艉部模块的结构示意图。具体实施方式[0050]下面结合附图对本发明做进一步描述。[0051]本发明提供了一种海底光电复合缆自动布放装置，如附图1所示，包括：艏部模块[0052]如附图2-4所示，所述的艏部模块1包括艏部外壳1-1、绞车一1-2、水箱一1-3、阀门一1-4、推进器1-5、电池舱1-6、通信机1-7、避障传感器1-8、控制舱1-9、支座1-10、转速传感器一1-11、绞车座一1-12、后壳一1-13、锁紧座一1-14、光电复合缆1-15、导向架—1-16、多普勒测速仪1-17。7[0053]所述艏部外壳1-1两侧和顶部分别安装有推进器1-5,所述艏部外壳1-1内部具有控制舱1-9,所述艏部外壳1-1底部安装有支座1-10,绞车一1-2通过绞车座一1-12安装在支座1-10后端，转速传感器一1-11安装在绞车一1-2的轴端，光电复合缆1-15缠绕在绞车滚筒上，光电复合缆1-15端部穿过导向架一1-16、后壳一1-13伸到艏部模块1的外部，支座1-10的中间安装有水箱，用于补偿因光电复合缆1-15的移动引起的重量损失，并可调整艏部模块1的整体浮力，所述艏部外壳1-1的后端安装有后壳一1-13,所述后壳一1-13为内凹的锥形，所述后壳一1-13的中心固定有锁紧座一1-14;[0054]所述水箱一1-3顶部安装有阀门一1-4,用于控制水的流入。[0055]所述艏部模块1的支座1-10前部安装有电池舱1-6。[0056]所述支座1-10上通过L形支架安装有通信机1-7,所述通信机1-7顶部穿过艏部外壳1-1与上位机通信。[0057]所述艏部外壳1-1的最前端具有避障传感器1-8,所述避障传感器1-8后侧安装有所述的控制舱1-9。[0058]所述电池舱1-6的前面具有多普勒测速仪1-17,用于检测艏部模块1的速度和位置[0060]当需要布放很长的光电复合缆时，增加中间模块2的数量即可实现。[0061]所述中间壳体2-1底部安装有中间底座2-2,绞车二2-7通过绞车座二2-11安装在中间底座2-2后端，带有阀门—2-9的水箱二2-8安装在中间底座2-2的中间，锁紧机构2-5的支撑架2-5-1安装在中间底座2-2的前端，并保证支撑架2-5-1的侧面与中间底座2-2上表面[0062]本实施例中，所述支撑架2-5-1为几字形，第1个导向架二2-14安装在中间底座2-2上位于支撑架2-5-1底部中心，第2、3个导向架二2-14分别安装在控制舱二2-3的前端和后[0063]前端模块的光电复合缆1-15穿过前盖2-4下部的通孔在导向架二2-14的引导下，接入控制舱二2-3,为其提供电能，光电复合缆1-15由所述控制舱二2-3另一端引出，穿过第3个导向架二2-14与电滑环2-6连接，电滑环2-6一端套在绞车轴上，可保证绞车1-2转动的同时其上的光电复合缆1-15与电滑环2-6保持电连接，绞车二2-7上的光电复合缆1-15穿过第4个导向架二2-14通过后壳二2-12上的通孔最终伸出中间模块2。[0064]如附图8-10所示，所述锁紧机构2-5包括所述支撑架2-5-1,伺服电缸2-5-2水平安装在所述支撑架2-5-1的顶部，滑块2-5-3安装在伺服电缸2-5-2的推杆端部，滑块2-5-3及定位板2-5-4端部均为V形，V形斜面的夹角与锁紧座1-14内的V形凹槽夹角相同。[0065]如附图12所示，所述艉部模块3包括：尾部壳体3-1、尾部端盖3-2,除了所述尾部壳体比中间壳体2-1的长度短、所述尾部端盖3-2底部具有光电复合缆孔之外，其余结构与所述中间模块2相同。[0067]一种如上述的海底光电复合缆自动布放装置的布放方法，该方法包括如下步骤：8[0068]步骤1:艏部模块1、N个中间模块2、艉部模块3装配好后，通过吊装设备布放到海底，当检测到布放完成、艉部模块3的光电复合缆1-15固定到海底时，艏部模块1的推进器1-5工作、驱动艏部模块1带动中间模块2和艉部模块3前进，艉部模块3内的绞车在光电复合缆1-15的拖到下转动，同时艉部模块3内水箱上的阀门打开，海水以进入水箱，从而保证艉部模块3的重浮力平衡；[0069]步骤2:当光电复合缆1-15全部脱离绞车时，转速传感器检测到绞车停止转动，控制舱发出指令给锁紧机构2-5,艉部模块3内的伺服电缸工作，使挂钩2-5-5脱