一种用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构

1.本发明涉及一种用于协助物体在复杂水况的水面上保持稳定漂浮的机械结构，属于机械装置技术领域。

背景技术：

2.在对海洋环境的监测或海上作业中有时会需要设备在海面上稳定漂浮，以实现各种预定任务，但现有的漂浮机构大多存在以下问题：
3.1、稳定性较差，无法在海面的风浪下保持稳定进而无法为设备提供良好的工作环境，甚至设备会在颠簸晃动中受到损伤而无法正常工作。
4.2、体积过大，致使重量过大，为装置的投放和回收带来一定的难度。
5.这些问题为人们带来了一些困扰。实际上，现有的水面漂浮机构缺乏稳定性的主要原因是没有较好的协调重心和浮心的位置，同时缺乏相应的具体措施来使设备抵抗水面的波动带来的影响。
6.由上述问题可知保持物体在复杂水况水面上稳定漂浮的关键在于协调好重力作用点和浮力作用点的位置，利用的浮力产生抵抗晃动的力矩从而保持相对的稳定，使设备能够应对一般的海面状况从而保持良好的工作状态。

技术实现要素：

7.本发明的目的是为了克服物体在复杂水况下难以在水面稳定漂浮的问题，而提供的一种一种用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，该机构利用分散浮力作用位置和升高浮心降低相对重心的技术方案，有效的提高了物体在复杂水况下水面漂浮的稳定性。
8.本发明的目的是这样实现的：
9.一种用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，包括底座、气缸、连接盘、双孔连杆和浮力臂；所述气缸通过气缸杆与连接盘的中心固定连接，所述浮力臂包括浮力臂根部、浮力元件和圆柱杆件，所述浮力臂根部具有两个纵向排列的铰链连接孔，所述双孔连杆一端与连接盘外部连接，另一端与浮力臂根部靠上的铰链连接孔连接，浮力臂根部靠下的铰链连接孔与底座底部设置的铰链孔一一对应并连接，所述底座为仅顶端开中心孔的圆柱体且与气缸、连接盘和双孔连杆相配合，所述气缸穿过中心孔，所述连接盘设置有辐状横杆，所述辐状横杆与底座的径向槽孔相配合，气缸杆在气压的作用下推动连接盘沿着底座中径向槽孔做竖直方向上的位移，气缸杆向下运动使浮力臂展开，向上运动使浮力臂合拢。
10.所述径向槽孔与底座底部设置的铰链孔一一对应；
11.所述底座顶部与装备及载荷连接；
12.所述底座内部被分为六个独立仓室，仓室内部中空，可以用来储存设备，同时起到了对圆形连接盘的限位作用；
13.所述浮力元件是内部掏空的壳体；
14.所述浮力臂根部与浮力元件通过圆柱杆件连接；
15.所述浮力元件的浮力作用线与底座轴线平行，并且浮力元件产生的浮力对整个机构产生的晃动进行抵消；
16.所述圆柱杆件的材料为碳纤维；
17.所述辐状横杆的数量为6。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.本发明设计出了一种能有效维持物体在复杂的水况环境下稳定漂浮于水面的机构，机构整体的设计能一定程度抵抗由于水面波动对主体造成的颠簸晃动，同时浮力臂底部与头部的浮力元件通过圆柱杆件连接减小了水流的冲击面积，使其能够抵抗一定程度上的水流的冲击。其采用高强度、低重量的材料作为主体材料，使其能够较好应对复杂的水面环境，不至于因撞击摩擦等不定因素对主要结构造成破坏，同时较轻的质量也在为其漂浮提供有利条件的同时提高了其载荷能力。
20.在稳定性的测试中，浮力臂的设计有效地协调了重心和浮心的相对位置，使机构在一米以内的水浪条件下可以较稳定地保持25
°
以内的偏角，有效地验证了其稳定性和可行性。
21.该发明可以运用于海洋环境及海洋气象观测、海上作业等领域。其可搭载气象观测等各种设备于海平面上漂浮，用以实时监测海上状况，有利于海上作业人员第一时间获取信息，同时小体积的设计，使其便于回收和投放。为海洋环境监测和海上作业提供了很大的方便。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是一种气缸和连接盘，连接盘和浮力臂与双孔连杆的连接关系示意图；
24.图2是一种在水面上稳定漂浮机构的整体展开和与载荷结合时的示意图；
25.图3是一种装配了活塞、连接盘和双孔连杆的底座结构的剖面示意图；
26.图4是一种浮力臂示意图；
27.图5是一种稳定漂浮机构整体合拢状态示意图；
28.图6是一种底座内部结构的俯视剖面图。
具体实施方式
29.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本发明主要由底座、气缸、连接盘、双孔连杆和浮力臂组成。
31.首先，该机构的主体是一个柱形底座，底座的底部具有轴线与柱形底座轴线垂直并且外伸的均匀分布的一定数量的铰链连接孔，在底座侧面有径向贯穿的槽孔，与底部铰链孔一一对应，柱形底座的顶部于形心处开有孔并向下延伸至底座底板处，不贯穿，且顶部有螺孔及卡槽用于连接装备及载荷，基于上述的孔与槽将底座分为几个仅顶板与底板相连的部分，这些部分被制作为空腔，可用于储存电气设备和控制电路等元件。
32.一个由电磁阀控制压缩气体进出的气缸固定于底座上方，气缸杆可以穿过底座顶部的孔。
33.气缸内的活塞杆头部与连接盘固连，连接盘形心处有用于固连活塞杆头部的螺纹，连接盘有辐状横杆，可以通过底座的径向槽孔，使连接盘能够在底座内部沿底座轴线上下滑动，辐状横杆在远离形心的一端有轴线与连接盘轴线垂直并且外伸的均匀分布的一定数量的铰链连接孔，与底座的连接孔在方位上一一对应。
34.浮力臂根部具有两个纵向排列的铰链连接孔，头部是浮力元件，两部分通过圆柱杆件连接。
35.双孔连杆通过销钉分别连接浮力臂远离根部的铰链孔和连接盘辐状横杆一端的铰链孔。
36.浮力臂靠近根部的铰链孔通过销钉连接底座底部的铰链孔，活塞的上下移动可以带动一定数量的浮力臂同步合拢和展开。浮力元件是内部掏空的壳体，用于提供一定浮力。
37.浮力臂合拢时，装置整体体积有效缩小，便于投放和回收。浮力臂展开时，一定数量的浮力元件均匀分布在底座周围，每个浮力元件的浮力作用线与底座轴线平行，每个浮力臂上的浮力元件产生的浮力都可在整个机构由于水面波动而产生的晃动时产生有效的力矩进行抵消，从而实现了该机构在复杂水况下较为稳定的水面漂浮。
38.材料要求：由于需要实现在复杂水况下的水面悬浮，所以其材料需要兼具高强度、低重量以及防腐蚀的特点。
39.如图2所示，本发明示意性表示一种在水面上稳定漂浮机构的整体展开和与载荷结合时的示意图，图2中21为本发明，22与23为假想载荷。
40.如图5所示，本发明示意性了一种用于协助物体在复杂水况的水面上实现稳定漂浮的机构，包括图1所示的一种气缸和连接盘，连接盘和浮力臂与双孔连杆的连接中的双孔连杆11、浮力臂12、气缸总成13和14、连接盘15，及图3所示的一种装配了活塞、连接盘和双孔连杆的底座结构中的底座32。
41.如图3所示的底座结构，底座结构由气缸总成13和14、圆形连接盘15、底座32、双孔连杆11组成。气缸杆14与圆形连接盘15于圆心处相连，气缸沿轴线的直线运动带动圆形连接盘沿轴线的直线运动，连接盘外部与双孔连杆的一端连接，双孔连杆另一端用以连接浮力臂(如图1所示)，此机构可以实现气缸对浮力臂合拢和展开的控制。底座剖面结构如图6所示，内部被分为六个独立仓室，仓室内部中空(黑部分)，可以用来储存电磁阀和压缩气瓶等设备，同时起到了对圆形连接盘的限位作用。
42.图3中气缸杆14在气压的作用下推动连接盘15沿着底座32中纵向滑槽做竖直方向上的位移，连接盘15、双孔连杆11与浮力臂12构成摇杆滑块机构，气缸杆向下运动使浮力臂展开，向上运动使浮力臂合拢。
43.本发明还可以这样表述：
44.本发明机构由圆柱形底座、一个单杆气缸、六辐圆形连接盘、双孔连杆和浮力臂组成。
45.圆柱形底座底部具有轴线与柱形底座轴线垂直并且外伸的均匀分布的六个的铰链连接孔，在底座侧面有径向贯穿的槽孔，与铰链孔一一对应，柱形底座的顶部于圆心处开有孔并向下延伸至底座底板处，不贯穿，顶部有螺孔及卡槽，基于上述的孔与槽将底座分为六个仅顶板与底板相连的部分，这些部分被制作为空腔。由电磁阀控制压缩气体进出的单杆气缸固定于底座上方，气缸杆可以穿过底座顶部的孔。气缸内的活塞杆头部与圆形连接盘在圆心处固连，连接盘形心处有用于固连活塞杆头部的螺纹，连接盘有六条辐状横杆，可以通过底座的径向槽孔，使连接盘能够在底座内部沿底座轴线上下滑动，每条辐状横杆在远离圆心的一端有轴线与连接盘轴线垂直并且外伸的铰链连接孔，共有六个铰链连接孔，且与底座的连接孔在方位上一一对应。
46.浮力臂根部具有两个纵向排列的铰链连接孔，头部是浮力元件，两部分通过直径为4mm的碳纤维圆柱形杆件进行连接。
47.双孔连杆通过销钉分别连接浮力装置远离根部的铰链孔和圆形连接盘辐状横杆一端的铰链孔。
48.浮力臂靠近根部的铰链孔通过销钉连接底座底部的铰链孔，活塞的上下移动可以带动六个的浮力装置同步合拢和展开。
49.浮力元件的外形为长半轴和短半轴分别为141mm和91mm的六分之一的延短半轴切开的半椭球体，浮力元件内部为空腔用于提供一定浮力。
50.机构整体采用高强度、低重量的碳纤维增强树脂作为材料。

技术特征：

1.一种用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，其特征在于，包括底座、气缸、连接盘、双孔连杆和浮力臂；所述气缸通过气缸杆与连接盘的中心固定连接，所述浮力臂包括浮力臂根部、浮力元件和圆柱杆件，所述浮力臂根部具有两个纵向排列的铰链连接孔，所述双孔连杆一端与连接盘外部连接，另一端与浮力臂根部靠上的铰链连接孔连接，浮力臂根部靠下的铰链连接孔与底座底部设置的铰链孔一一对应并连接，所述底座为仅顶端开中心孔的圆柱体且与气缸、连接盘和双孔连杆相配合，所述气缸穿过中心孔，所述连接盘设置有辐状横杆，所述辐状横杆与底座的径向槽孔相配合，气缸杆在气压的作用下推动连接盘沿着底座中径向槽孔做竖直方向上的位移，气缸杆向下运动使浮力臂展开，向上运动使浮力臂合拢。2.根据权利要求1所述的用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，其特征在于，所述径向槽孔与底部铰链孔一一对应。3.根据权利要求1所述的用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，其特征在于，所述底座顶部与装备及载荷连接。4.根据权利要求1所述的用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，其特征在于，所述底座内部被分为六个独立仓室，仓室内部中空，用来储存设备，同时起到了对圆形连接盘的限位作用。5.根据权利要求1所述的用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，其特征在于，所述浮力元件是内部掏空的壳体。6.根据权利要求1所述的用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，其特征在于，所述浮力臂根部与浮力元件通过圆柱杆件连接。7.根据权利要求1所述的用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，其特征在于，所述浮力元件的浮力作用线与底座轴线平行，并且浮力元件产生的浮力对整个机构产生的晃动进行抵消。8.根据权利要求1所述的用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，其特征在于，所述圆柱杆件的材料为碳纤维。9.根据权利要求1所述的用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，其特征在于，所述辐状横杆的数量为6。

技术总结

本发明提供一种用于协助物体在复杂水况的水面上稳定漂浮的机构，包括底座、气缸、连接盘、双孔连杆和浮力臂；所述气缸通过气缸杆与连接盘的中心固定连接，所述双孔连杆一端与连接盘外部连接，另一端与浮力臂连接，所述底座为仅顶端开中心孔的圆柱体且与气缸、连接盘和双孔连杆相配合，所述气缸穿过中心孔，所述连接盘设置有辐状横杆，所述辐状横杆与底座的径向槽孔相配合，气缸杆在气压的作用下推动连接盘沿着底座中径向槽孔做竖直方向上的位移，气缸杆向下运动使浮力臂展开，向上运动使浮力臂合拢。本发明利用分散浮力作用位置和升高浮心降低相对重心的技术方案，有效的提高了物体在复杂水况下水面漂浮的稳定性。复杂水况下水面漂浮的稳定性。复杂水况下水面漂浮的稳定性。