本发明涉及一种折叠机构，具体地说是一种用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构。包括一级框架、基座、一级驱动装置、二级框架、二级驱动装置、三级框架、观察设备安装板及支撑架，其中基座和支撑架安装在水面艇甲板上，所述一级框架的一端铰接在基座上，另一端与二级框架的一端铰接，所述二级框架的另一端与三级框架的一端固接，所述三级框架的另一端设有观察设备安装板，所述一级驱动装置铰接在基座上、并驱动端与一级框架上靠近一端的位置铰接，所述二级驱动装置铰接在一级框架上靠近另一端的位置、并驱动端与二级框架铰接，所述支撑架对一级框架、二级框架及三级框架展开或折叠时提供辅助支撑。本发明具有结构紧凑、可靠性高、方便安装、对艇体破坏小等特点。
1.一种用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，其特征在于：包括一级框架(1)、基座(3)、一级驱动装置、二级框架(10)、二级驱动装置、三级框架(9)、观察设备安装板(8)及支撑架(7)，其中基座(3)和支撑架(7)安装在水面艇甲板上，所述一级框架(1)的一端铰接在基座(3)上，另一端与二级框架(10)的一端铰接，所述二级框架(10)的另一端与三级框架(9)的一端固接，所述三级框架(9)的另一端设有观察设备安装板(8)，所述一级驱动装置铰接在基座(3)上、并驱动端与一级框架(1)上靠近一端的位置铰接，所述二级驱动装置铰接在一级框架(1)上靠近另一端的位置、并驱动端与二级框架(10)铰接，所述支撑架(7)对一级框架(1)、二级框架(10)及三级框架(9)展开或折叠时提供辅助支撑。
2.按权利要求1所述的用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，其特征在于：所述一级框架(1)的一端设有与一级框架(1)垂直的折弯部，所述折弯部的末端与基座(3)铰接。
3.按权利要求2所述的用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，其特征在于：所述基座(3)上设有一级框架耳座(2)，所述折弯部的末端设有销孔，所述销孔内设有一级框架衬套(17)，一级框架销轴(15)的一端穿过一级框架耳座(2)上的销孔及一级框架衬套(17)、并端部通过开口销(18)固定，所述销孔的一端端部设有一级框架垫片(16)。
4.按权利要求1所述的用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，其特征在于：所述二级框架(10)为“7”型结构，所述二级驱动装置的驱动端与二级框架(10)的另一端铰接。
5.按权利要求1或4所述的用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，其特征在于：所述二级框架(10)的两侧边框分别位于一级框架(1)的两侧边框的外侧，所述二级框架(10)的两侧边框分别通过二级框架销轴(21)与一级框架(1)的两侧边框连接，所述二级框架销轴(21)的端部通过开口销固定，所述二级框架(10)与二级框架销轴(21)之间设有二级框架衬套(19)，所述二级框架(10)的端部与二级框架销轴(21)的轴肩之间设有二级框架垫片(20)。
6.按权利要求1所述的用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，其特征在于：所述三级框架(9)上设有加强筋板，三级框架(9)上设有多个减重孔。
7.按权利要求1所述的用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，其特征在于：所述一级驱动装置为两个平行设置的一级电动推杆(4)，所述二级驱动装置为两个平行设置的二级电动推杆(13)，所述一级框架(1)上靠近一端装有两个一级电动推杆头耳座(11)，用于铰接两个一级电动推杆(4)，两个一级电动推杆(4)与安装在基座(3)上的两个一级电动推杆背耳座(5)铰接，所述一级框架(1)由两个一级电动推杆(4)同步驱动；所述一级框架(1)上靠近另一端安装有两个二级电动推杆背耳座(13)，用于铰接两个二级电动推杆(13)，两个二级电动推杆(13)与安装在二级框架(10)上的二级电动推杆头耳座(12)铰接，并同步驱动二级框架(10)运动。
8.按权利要求7所述的用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，其特征在于：所述一级电动推杆背耳座(5)、一级电动推杆头耳座(11)、二级电动推杆背耳座(13)及二级电动推杆头耳座(12)均由铝锭机加工而成。
9.按权利要求1所述的用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，其特征在于：所述支撑架(7)上设有橡胶垫，所述基座(3)的中部设有支撑垫(6)。
10.按权利要求1所述的用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，其特征在于：所述一级框架(1)和二级框架(10)采用槽型铝材焊接而成，所述三级框架(9)采用铝板拼焊而成，所述基座(3)由铝板拼焊而成。
一种用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构
技术领域
[0001] 本发明涉及一种折叠机构，具体地说是一种用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构。
背景技术
[0002] 水面艇(有人或无人)以其排水量小、机动性强、部署快、作业效率高等特点在对海洋环境观测领域中发挥重要作用，配合水下机器人的应用，采用协同作业的技术使水面艇的应用范围更广，作业范围更宽。
[0003] 然而水面艇在执行水下观测或与水下机器人通讯等任务时，需要安装水下摄像机、声纳及其它光学、声学传感器。传统的方法是直接将这类设备安装在水面艇底部，这种方法简单、方便，但是由于水面艇吃水较浅，很容易受到水面和波浪噪声的影响，作用距离急剧下降。另一种方法是在水面艇中部开一个安装井，用一个可伸缩式的升降机构实现设备的伸出，在工作环境恶劣时可以将水下观测设备收回到艇体内部，对设备起到保护作用。然而采用伸缩式的升降机构，伸缩杆的微小变形和水中悬浮物的附着很容易造成升降机构运动失效，机构运动可靠性较差，无法适应水中的恶劣环境，甚至无法完成水下观测设备的升降；为了增加机构滑动副导轨的刚度、提高机构运动可靠性，这种类型的机构往往会设计得非常笨重，无疑增加了水面艇的载荷要求；并且这种安装方式对艇体外形也会造成一定程度的破坏。
[0004] 因此，设计一种可靠性高、结构紧凑、对艇体外形影响小、能够实现艇载声学、光学等观测设备伸到水下一定深度、利于设备正常工作的机构是很必要的。
发明内容
[0005] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构。该折叠机构具有结构紧凑、可靠性高、方便安装、对艇体破坏小等特点。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种用于将艇载观测设备伸至水下的折叠机构，包括一级框架、基座、一级驱动装置、二级框架、二级驱动装置、三级框架、观察设备安装板及支撑架，其中基座和支撑架安装在水面艇甲板上，所述一级框架的一端铰接在基座上，另一端与二级框架的一端铰接，所述二级框架的另一端与三级框架的一端固接，所述三级框架的另一端设有观察设备安装板，所述一级驱动装置铰接在基座上、并驱动端与一级框架上靠近一端的位置铰接，所述二级驱动装置铰接在一级框架上靠近另一端的位置、并驱动端与二级框架铰接，所述支撑架对一级框架、二级框架及三级框架展开或折叠时提供辅助支撑。
[0008] 所述一级框架的一端设有与一级框架垂直的折弯部，所述折弯部的末端与基座铰接。所述基座上设有一级框架耳座，所述折弯部的末端设有销孔，所述销孔内设有一级框架衬套，一级框架销轴的一端穿过一级框架耳座上的销孔及一级框架衬套、并端部通过开口销固定，所述销孔的一端端部设有一级框架垫片。
[0009] 所述二级框架为“7”型结构，所述二级驱动装置的驱动端与二级框架的另一端铰接。所述二级框架的两侧边框分别位于一级框架的两侧边框的外侧，所述二级框架的两侧边框分别通过二级框架销轴与一级框架的两侧边框连接，所述二级框架销轴的端部通过开口销固定，所述二级框架与二级框架销轴之间设有二级框架衬套，所述二级框架的端部与二级框架销轴的轴肩之间设有二级框架垫片。所述三级框架上设有加强筋板，三级框架上设有多个减重孔。
[0010] 所述一级驱动装置为两个平行设置的一级电动推杆，所述二级驱动装置为两个平行设置的二级电动推杆，所述一级框架上靠近一端装有两个一级电动推杆头耳座，用于铰接两个一级电动推杆，两个一级电动推杆与安装在基座上的两个一级电动推杆背耳座铰接，所述一级框架由两个一级电动推杆同步驱动；所述一级框架上靠近另一端安装有两个二级电动推杆背耳座，用于铰接两个二级电动推杆，两个二级电动推杆与安装在二级框架上的二级电动推杆头耳座铰接，并同步驱动二级框架运动。
[0011] 所述一级电动推杆背耳座、一级电动推杆头耳座、二级电动推杆背耳座及二级电动推杆头耳座均由铝锭机加工而成。所述支撑架上设有橡胶垫，所述基座的中部设有支撑垫。所述一级框架和二级框架采用槽型铝材焊接而成，所述三级框架采用铝板拼焊而成，所述基座由铝板拼焊而成。
[0012] 本发明具有以下优点及有益效果：
[0013] 1.本发明所有构件均采用槽型铝材或铝板材焊接和机加工而成，重量轻，对水面艇的载荷能力要求低。
[0014] 2.本发明可直接安装在水面艇的前甲板上，无需在艇体上开口，对艇体不造成破坏。
[0015] 3.本发明采用转动副而非滑动副实现艇载声学、光学等观测设备伸到水下一定深度，并且转动副均位于水面艇甲板以上，机构运动可靠性高，对水中恶劣环境适应力强，对构件的微小变形不敏感。
[0016] 4.本发明具有结构紧凑的特点，机构折叠后所有构件和设备都进入船舷以内，对机构和设备起到保护作用，机构展开后能够保证水下观测设备浸入水中一定深度，达到水下观测设备工作环境要求。
[0017] 5.本发明采用电动推杆同步驱动，可直接应用水面艇上的电源作为能源，方便机构的操作和控制。
附图说明
[0018] 图1为本发明的轴测视图；
[0019] 图2为本发明基座和一级框架连接位置的局部视图；
[0020] 图3为本发明一级框架和二级框架连接位置的局部视图；
[0021] 图4为本发明展开状态下的主视图；
[0022] 图5为本发明折叠状态下的主视图；
[0023] 图6为本发明一级框架耳座和一级框架铰接处的装配图；
[0024] 图7为本发明一级框架和二级框架铰接处的装配图；
[0025] 图8为本发明电动推杆背部的局部视图；
[0026] 图9a-9g为本发明展开过程的流程图。
[0027] 其中：1为一级框架，2为一级框架耳座，3为基座，4为一级电动推杆,5为一级电动推杆背耳座，6为支撑垫，7为支撑架，8为观测设备安装板，9为三级框架，10为二级框架，11为一级电动推杆头耳座，12为二级电动推杆头耳座，13为二级电动推杆，14为二级电动推杆背耳座，15为一级框架销轴，16为一级框架垫片，17为一级框架衬套，18为开口销，19为二级框架衬套，20为二级框架垫片，21为二级框架销轴，22为推杆背垫片，23为推杆背销轴。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0029] 如图1-5所示，本发明包括一级框架1、基座3、一级驱动装置、二级框架10、二级驱动装置、三级框架9、观察设备安装板8及支撑架7，其中基座3和支撑架7安装在水面艇甲板上。基座3由铝板拼焊而成，便于选材和加工，基座3上除了加工出安装孔外还加工出耳座安装位和安装孔，用于安装两个一级框架耳座2和两个一级驱动装置耳座，两个一级驱动装置耳座用于安装两个一级驱动装置。一级框架耳座2由于尺寸较大，采用铝板焊接再机加工而成，其它耳座由铝锭直接机加工而成。基座3的中部位置安装有支撑垫6。所述一级框架1的一端铰接在基座3上的两个一级框架耳座2上，另一端与二级框架10的一端铰接，所述二级框架10的另一端与三级框架9的一端固接，所述三级框架9的另一端设有观察设备安装板8。所述一级驱动装置铰接在基座3上的一级驱动装置耳座上、并驱动端与一级框架1上靠近一端的位置铰接，所述二级驱动装置铰接在一级框架1上靠近另一端的位置、并驱动端与二级框架10铰接，所述支撑架7对一级框架1、二级框架10及三级框架9展开或折叠时提供辅助支撑。
[0030] 所述一级框架1采用槽型铝材焊接而成，降低结构重量，提高框架整体强度和刚度。所述一级驱动装置为两个平行设置的一级电动推杆4，所述二级驱动装置为两个平行设置的二级电动推杆13。一级框架1上靠近一端的位置装有两个一级电动推杆头耳座11，用于安装两个一级电动推杆4，并将这两个一级电动推杆4连接到安装在基座3上的一级电动推杆背耳座5上，一级框架1由这两个一级电动推杆4同步驱动。一级框架1上靠近另一端的位置还安装有两个二级电动推杆背耳座13，用于安装两个二级电动推杆13，并将这两个二级电动推杆13连接到安装在二级框架10上的二级电动推杆头耳座12上，并同步驱动二级框架10运动。
[0031] 如图8所示，所述的一级电动推杆4与一级电动推杆背耳座5连接处由推杆背销轴23、推杆背垫片22等组成，推杆背垫片22采用聚甲醛(POM)材料加工成合适形状，在固定一级电动推杆4于一级电动推杆背耳座5中位置的同时，降低一级电动推杆4在一级电动推杆背耳座5中的转动阻力。一级电动推杆4头部和二级电动推杆13头部、背部装配结构与此相同。
[0032] 所述一级框架1的一端设有与一级框架1垂直的折弯部，所述折弯部的末端与基座3上的一级框架耳座2铰接。所述折弯部的末端设有销孔，所述销孔内设有一级框架衬套17，一级框架销轴15的一端穿过一级框架耳座2上的销孔及一级框架衬套17、并端部通过开口销18固定，所述销孔的一端端部设有一级框架垫片16，如图6所示。一级框架衬套17和一级框架垫片16采用聚甲醛(POM)材料，能够较低转动阻力，并且耐海水腐蚀；一级框架销轴15采用不锈钢定制，强度高，耐腐蚀。
[0033] 所述二级框架10为“7”型结构，二级框架10采用槽型铝材和铝板拼焊而成，提高工艺性、结构强度和刚度。所述二级电动推杆13的驱动端与二级框架10的另一端铰接。所述二级框架10的两侧边框分别位于一级框架1的两侧边框的外侧，并通过二级框架销轴21与一级框架1的两侧边框连接，所述二级框架销轴21的端部通过开口销固定，所述二级框架10与二级框架销轴21之间设有二级框架衬套19，所述二级框架10的端部与二级框架销轴21的轴肩之间设有二级框架垫片20，如图7所示。所示二级框架衬套19和二级框架垫片20采用聚甲醛(POM)材料，较低转动阻力，耐海水腐蚀；二级框架销轴21采用不锈钢定制，强度高，耐腐蚀。
[0034] 所述三级框架9与二级框架10采用螺栓固定连接的方式，方便二级框架10和三级框架9的加工。所述三级框架9采用铝板拼焊而成，相对于其它型材能够降低在水中运动时的阻力，为提高其强度和高度，降低重量，三级框架9上焊接有加强肋板，并在适当位置加工出减重孔。二级框架10和三级框架9的外形能够保证机构折叠后所有构件位于船舷以内，展开后三级框架9末端浸入水中一定深度，满足水下观测设备的工作环境要求。基座3的中部位置安装有支撑垫6，机构折叠后为三级框架9提供辅助支撑的作用。
[0035] 所述观测设备安装板8安装在三级框架9末端，方便观测设备安装板8的更换，观测设备安装板8根据观测设备机械接口要求加工出各类安装孔，用于安装水下摄像机、声纳等水下观测设备。支撑架7安装在水面艇甲板上，基座3的前方适当位置，由铝板和槽型铝材焊接而成。支撑架7两侧装有橡胶垫，用于机构展开后支撑一级框架1。支撑架7中部安装的橡胶垫用于机构折叠后支撑三级框架9。支撑架7的辅助支撑作用能够降低一级电动推杆4在机构折叠和展开后的载荷和二级电动推杆13在机构折叠后的载荷，在提高一级电动推杆4和二级电动推杆13使用寿命的同时，提高了折叠机构工作可靠性和对恶劣环境的适应性。
[0036] 如图9a-9g所示，本发明在水面艇上的安装位置和展开过程示意图。所述折叠机构沿水面艇纵向安装在水面艇前甲板上，采用两级折叠的方式，在艇艏位置实现水下观测设备伸入水下一定深度，达到水下观测设备的工作环境要求，降低船艉推进器对水下观测设备的影响。水面艇不执行水下观测或通信任务时，机构处于折叠状态，水下观测设备位于水面艇甲板上，如图9a所示。对水下观测设备起到保护作用，并降低水面艇的航行阻力。
[0037] 本发明折叠机构的展开过程是：
[0038] 当需要执行水下观测或通信任务时，首先驱动一级框架1的两个一级电动推杆4启动伸出，驱动一级框架1、二级框架10和三级框架9绕一级框架耳座2转动，如图9b所示。待三个框架达到接近垂直水面艇甲板状态时，驱动一级框架1的两个一级电动推杆4停止工作，如图9c所示。此时，驱动二级框架10的两个二级电动推杆13启动伸出，驱动二级框架10和三级框架9绕一级框架1和二级框架10的铰链转动，如图9d所示。待二级框架10和三级框架9接近平行于水面艇甲板状态时，驱动二级框架10的两个二级电动推杆13停止工作，如图9e所示。这时驱动一级框架1的两个一级电动推杆4启动收缩，驱动一级框架1、二级框架10和三级框架9绕一级框架耳座2反方向转动，如图9f所示。待一级框架1与支撑架7接触后，驱动一级框架1的两个一级电动推杆4停止工作，如图9g所示。这时根据水面艇纵倾幅度适当调整驱动二级框架10的两个二级电动推杆13伸出位移，令三级框架9保持与水面接近垂直状态，使水下观测设备达到最大入水深度。
[0039] 所述折叠机构在折叠时是与展开完全相反的过程。
