本發明屬于水下吸盤，尤其涉及了一種基于表面摩擦限位的超低功耗水下吸附錨固裝置及方法。

背景技術：

1、我國自2002年以來，在國家“863”計劃支持下加速潛水器的研制進程，成功研發了“蛟龍號”、“深海勇士號”、“奮斗者號”以及“海龍”系列等深海潛水器。我國建立了從近海到深海，載人及無人，有纜與無纜等多元化潛水器體系。實現了我國潛水器的自主創新和國際領先。潛水器作為一種特殊的水下作業裝備，其作業能力直接決定了海洋資源的開發效率和水下工程的安全性。

2、深度大于60米的水下作業一般由深潛器完成。目前水下目標的特種作戰爆破及深海救撈中的大功率鉆孔作業一般僅能依賴深潛器的自重沉底實現在作業表面的固定，而難以在水下巖石或混凝土結構、以及金屬結構的斜面或曲面進行大功率作業。主要原因在于缺乏作業機械在斜、曲面結構復雜表面自適應吸附錨固的相關方法，沒有形成作業機械復雜表面吸附的技術基礎，深潛器的作業范圍及作業能力極為受限。

技術實現思路

1、為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于表面摩擦限位的超低功耗水下吸附錨固裝置及方法，為深潛器等裝備在復雜水下表面(特別是斜面或曲面)大功率作業時提供長時間的穩定附著。

2、本發明采用的技術方案為：

3、一、一種基于表面摩擦限位的超低功耗水下吸附錨固裝置：

4、包括吸盤部件、錨固部件和限位調整部件；所述限位調整部件固定安裝在吸盤部件上，錨固部件和限位調整部件之間連接，限位調整部件用于對錨固部件進行限位，吸盤部件中設置有離心葉輪，離心葉輪在電機驅動下轉動，從而在水中形成流場，進而通過水中流場實現對待吸附壁面的吸附，錨固部件鉆入待吸附壁面，通過錨固部件與待吸附壁面之間的側向摩擦力實現所述水下吸附錨固裝置與待吸附壁面之間的吸附。

5、所述吸盤部件的主要由防水吸盤電機、吸盤主體、彈性底盤和離心葉輪組成，防水吸盤電機的外殼與吸盤主體之間固定連接，吸盤主體內設置有空心的離心腔室，離心葉輪安裝在吸盤主體的離心腔室內，防水吸盤電機的輸出軸與離心葉輪連接，防水吸盤電機用于驅動離心葉輪轉動，從而在水中形成流場，進而通過水中流場實現對待吸附壁面的吸附，吸盤主體的下端面安裝有彈性底盤，當彈性底盤與待吸附壁面接觸時，所述水下吸附錨固裝置與待吸附壁面之間進行吸附。

6、所述的錨固部件主要由防水錨固電機、鉆銑磨頭和y型安裝架組成，y型安裝架通過限位調整部件可上下移動地在吸盤主體的上部，y型安裝架的外端部通過限位調整部件與防水錨固電機的外殼連接，防水錨固電機的輸出軸底端固定連接有鉆銑磨頭，當所述水下吸附錨固裝置在水下對待吸附壁面進行吸附時，鉆銑磨頭鉆入待吸附壁面中，通過鉆銑磨頭與待吸附壁面之間的側向摩擦力實現所述裝置與待吸附壁面之間的可靠吸附。

7、所述的限位調整部件主要由升降機構和轉動鎖緊機構組成，升降機構的頂部與吸盤主體上部之間固定連接，升降機構的底部與y型安裝架之間連接，使得y型安裝架通過升降機構可上下移動地安裝在吸盤部件中的吸盤主體上，升降機構用于調整y型安裝架的豎向位移，進而實現錨固部件的動態進給和緩沖，錨固部件中的y型安裝架通過轉動鎖緊機構與錨固部件中的防水錨固電機鉸接，轉動鎖緊機構用于改變與防水錨固電機連接的鉆銑磨頭在鉆入待吸附壁面時的鉆入方向，進而實現對待吸附壁面的穩定錨固。

8、所述的y型安裝架主要由一個柱狀錨固支架和三個錨固葉片組成，柱狀錨固支架通過升降機構可上下移動地套設在吸盤主體的外周，三個錨固葉片沿著柱狀錨固支架周向均勻間隔布設地連接在柱狀錨固支架的外周，每個錨固葉片均沿柱狀錨固支架徑向布置，每個錨固葉片的外端部通過轉動鎖緊機構與防水錨固電機外殼鉸接。

9、所述錨固部件中的鉆銑磨頭通過調整自身軸線與待吸附壁面表面法線之間的夾角，從而刺入不同結構形狀的混凝土或金屬表面。

10、所述錨固部件中的鉆銑磨頭與彈性底盤的高度差范圍為1-5mm。

11、二、一種基于表面摩擦限位的超低功耗水下吸附錨固方法，包括以下步驟：

12、首先，將錨固部件中的三個鉆銑磨頭與待吸附結構物的上表面進行接觸，并產生三個錐坑落點，接著，開啟錨固部件中的防水錨固電機帶動鉆銑磨頭旋轉，同時啟動吸盤部件產生對待吸附壁面的法向吸附力，使三個鉆銑磨頭向下進給破壞待吸附結構物形成錐坑，此時升降機構被壓縮，當吸盤部件中的彈性底盤貼近待吸附壁面時升降機構被釋放，利用升降機構的彈性力繼續驅動鉆銑磨頭向下進給到最大深度，關閉防水錨固電機，當裝置不發生水平移動且穩定吸附在待吸附結構物時，此時完成裝置針對待吸附結構物的水下吸附錨固。

13、所述待吸附結構物包括混凝土結構和金屬結構，待吸附壁面包括混凝土結構、金屬結構的平面和球面；

14、當待吸附壁面為平面時，所述鉆銑磨頭軸線與待吸附壁面表面法線之間的夾角為0°～30°；當待吸附壁面為球面時，所述鉆銑磨頭軸線方向與待吸附壁面表面法線方向一致。

15、本發明設置了錨固部件和限位調整部件，通過使用轉動鎖緊機構使得裝置的錨固部件適應不同形狀壁面形成固定的錨固落點，錨固部件沿落點刺入壁面內產生不同角度形式的切向摩擦限位；通過使用彈性的升降機構，使得裝置的錨固部件鉆銑反力和吸盤吸力動態匹配。錨固部件達到落點時，升降機構在吸盤吸力和壁面支撐反力作用下蓄能。在刺入壁面過程中，升降機構在吸盤吸力作用下為錨固部件提供進給力來抵抗鉆銑反力。本發明通過錨固部件和限位調整部件的組合作用關系，實現表面摩擦強限位和超低功耗吸附以適應復雜形狀壁面作業。

16、本發明包括吸盤部件、錨固部件和限位調整部件。吸盤部件主要由防水吸盤電機、吸盤主體和離心葉輪組成，主要用于提供鉆銑磨頭的進給力和本體的吸附力，保證裝置可以有間隙地吸附在水下金屬或混凝土表面。錨固部件防水錨固電機、鉆銑磨頭和y型安裝架組成，主要用于鉆銑表面形成錐坑，以提供切向限位摩擦。限位調整部件中，轉動鎖緊機構用于改變并保持鉆銑磨頭的鉆入方向，y型安裝架實現三組鉆銑磨頭同時進給，升降機構用于吸附力和鉆銑反力的動態匹配，并起到緩沖和磨頭回收的作用。本發明具備了在水下混凝土或金屬結構物的平面及球面進行吸附、錨固限位的功能，能夠適應多種表面的工作環境。

17、本發明的有益效果如下：

18、1、本發明利用鉆銑磨頭在表面形成三點限位錐坑，鉆銑磨頭停轉留在錐坑內，在非接觸離心葉輪式吸盤吸附作用下，結合限位調整部件的被動適應形成摩擦錨固。當使用水下作業機械在復雜表面作業時，安裝此超低功率的動態吸附錨固裝置，可以保證機械裝備能夠長時間地穩定附著在作業表面，不發生滑移和傾覆失效。

19、2、本發明具備了在水下混凝土或金屬結構物的平面及球面進行吸附、錨固限位的功能，能夠適應多種表面的工作環境。

20、3、本發明通過被動限位調整部件實現低功耗錨固作用，確保錨固電機停轉后，錨固機構的鉆銑磨頭仍能留在限位錐坑內，在轉動鎖緊機構作用下保持表面摩擦強限位狀態，僅靠吸盤吸力也能實現復雜壁面的長期穩定附著。