CN110053741B - 基于捕捉rov的适用于冰孔布放回收的冰下探测*** - Google Patents

Abstract

一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其能通过孔径有限的冰孔进入水下，包括承重电缆，用于悬挂于冰孔中进行冰下探测***的上提和下放；接驳舱，与带动其移动的承重电缆固定连接，用于捕捉ROV的水下收放以及冰下探测AUV的充电续航和数据通信；捕捉ROV，与接驳舱连接组合成能在孔径有限的冰孔里移动的圆柱状的整体结构并于水下时能脱离接驳舱进行水样或沉积物采集和冰下探测AUV接驳；冰下探测AUV，用于水下时脱离捕捉ROV进行水下探测或接驳固定于捕捉ROV中随捕捉ROV移动回收至接驳舱中进行充电续航和数据通信。本发明不会与冰孔的壁面发生碰撞而损坏零部件，提高***在冰下的探测时间和探测范围，提高探测效率。

Description

基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***

技术领域

本发明属于海洋技术工程领域，涉及一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***。

背景技术

地球的两极存在着浮冰区以及连接大洋和极地冰盖的冰架。对冰下环境的探测和取样，包括冰下海洋温盐环流观测、冰下海洋生态环境探测、冰下海水和沉积物取样等，是研究冰下海洋温盐环流、冰架与大洋相互作用的重要手段，具有重要的科学意义。目前主要有两种方式进行冰下环境的探测，一是通过在冰面上钻孔并将带缆的仪器设备放入其中，这种方式布放的仪器设备仅限于探测冰孔下十分有限的范围，不能进行冰下大范围的探测。二是通过在水下航行的自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)。这种方式下AUV通常是通过凿开冰层然后在较大的冰孔中进行布放和回收，但是AUV续航能力有限，导致探测时间和范围有限，此外，薄的冰层可以采取开冰孔布放的方式，但是对于厚的冰层，比如南极地区厚度达上千米的冰架，通常是通过极地热水钻机钻孔，开的冰孔通常直径有限(在35cm～80cm的量级)，因此无法在深且窄的冰孔内直接布放和回收AUV。

现有的冰下探测机器人，比如专利号为201710886568.1公布的一种冰下探测机器人，以及专利号为201810313651.4公布的一种冰下探测机器人，都是只能通过凿开冰层然后在较大的冰孔中进行布放和回收进而实现冰下探测，无法在深且窄的冰孔内直接布放和回收AUV。

发明内容

本发明提供了一种能够在孔径有限的冰孔布放回收的冰下探测***，其中的自主探测机器人还可以自主返回到冰孔底部附近进行对接充电和数据传输，从而增加冰下探测的时间和范围。

本发明采用的技术方案是：

一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其能通过孔径有限的冰孔进入水下，其特征在于：包括

承重电缆，用于悬挂于冰孔中进行冰下探测***的上提和下放；

接驳舱，与带动其移动的承重电缆固定连接，用于捕捉ROV(Remotely OperatedVehicle，缆控潜水器)的水下收放以及冰下探测AUV的充电续航和数据通信；

捕捉ROV，与接驳舱连接组合成能在孔径有限的冰孔里移动的圆柱状的整体结构并于水下时能脱离接驳舱进行水样或沉积物采集，此外，还能主动捕捉冰下探测AUV并与之接驳；

冰下探测AUV，用于水下时脱离捕捉ROV进行水下自主探测或接驳固定于捕捉ROV中随捕捉ROV移动回收至接驳舱中进行充电续航和数据通信；

在冰孔布放或回收过程中，接驳舱将缆完全收回，捕捉ROV在缆的作用下与接驳舱同轴地贴合在一起，冰下探测AUV也被接驳舱和捕捉ROV锁紧固定住，组合***的整体形状为带阶梯的圆柱状。本发明的整体结构是圆柱状，不会与冰孔的壁面发生碰撞而损坏零部件。捕捉ROV和冰下探测AUV之间利用水下回坞接驳的方式可以提高***在冰下的探测时间和探测范围。捕捉ROV和冰下探测AUV之间探测功能互补，提高探测效率。

进一步，所述接驳舱包括圆柱形壳体，所述圆柱形壳体内安装有控制和分离舱、接驳筒，所述承重电缆的电芯接入到控制和分离舱，所述控制和分离舱上安装有绞车驱动电机，所述绞车驱动电机的两侧均安装有绞车卷筒，一侧的绞车卷筒盘绕有零浮力主缆，所述控制和分离舱的电缆连接于绞车滑环，所述电缆的电芯通过绞车滑环与零浮力主缆连接，另一侧的绞车卷筒盘绕有零浮力副缆，所述零浮力主缆和零浮力副缆的自由端均与捕捉ROV连接；

所述接驳筒的***依次安装有用于检测冰下探测AUV是否完全进入到接驳筒的位置传感器、用于冰下探测AUV完全进入接驳筒后进行冰下探测AUV的锁紧固定的第一锁紧装置、用于冰下探测AUV充电续航和数据传输的充电和通信装置。

进一步，所述圆柱形壳体内安装有镂空的固定板，所述控制和分离舱和接驳筒分别固定在固定板的两侧，所述圆柱形壳体在每个绞车卷筒下方的壁面上均安装有用于相应零浮力缆限位和导向用的导向滑轮，所述圆柱形壳体的底部设有用于与捕捉ROV对接用的对接定位锥形槽。

进一步，所述接驳筒为圆柱形导筒，其底部设有用于冰下探测AUV对接时限位和缓冲的锥形槽。

进一步，所述捕捉ROV包括中空的ROV外筒，所述ROV外筒的后端安装有镂空圆环状的后盖板，所述后盖板的内侧均布安装有若干个驱动捕捉ROV水下运动的后向推进器，所述后盖板的边缘安装有两个分别与零浮力缆连接的吊环，所述后盖板的中部固定有用于与冰下探测AUV对接的捕捉筒；所述捕捉筒的外周围设有ROV控制舱和第二锁紧装置，所述ROV控制舱内安装有主控电路板和推进器驱动电路板，所述推进器与推进器驱动电路板连接；

所述ROV外筒内侧靠近前端位置径向布置有用于水下定位冰下探测AUV位置和视觉导向冰下探测AUV接驳的前视摄像头、用于提供良好视觉效果的照明灯、用于冰下探测AUV返航时水声定位或水声通信的超短基线定位(Ultrashort Baseline，USBL)应答器和若干个用于采集冰下水样的采水器，所述前视摄像头、照明灯、超短基线定位应答器和采水器均与主控电路板电性连接。本发明的捕捉ROV的包括推进器在内的所有零部件都设在捕捉ROV外筒的内部，不会跟冰孔碰撞损坏零部件，ROV外筒中推进器与外部水流连通，提高推进效率，也起到减少捕捉ROV前进阻力的作用。

进一步，所述ROV外筒的内壁圆周方向均布有若干个侧向推进器。本发明上下布置的侧向推进器控制捕捉ROV的上浮和下潜，左右布置的侧向推进器控制捕捉ROV的横移，所述侧向推进器布置可以提高捕捉ROV的操纵性，从而能够更加灵活地捕捉AUV。

进一步，所述ROV外筒的周面靠近后侧推进器的位置开设有大圆孔，可以使外部水流能够很好的与推进器连通，提高推进效率。

进一步，所述接驳筒的外部开口与ROV外筒的前端开口之间通过若干条沿径向辐条状均布的锥形导向条连接。锥形导向条在冰下探测AUV与捕捉ROV对接时起到导向作用，同时锥形导向条之间具有空隙，不影响外部水流与推进器连通，也起到减少捕捉ROV前进阻力的作用。

进一步，所述照明灯布置在前视摄像头的两边，所述采水器位于超短基线定位应答器的两侧，所述前视摄像头位于ROV外筒内侧正上方，所述超短基线定位应答器位于ROV外筒内侧正下方。

进一步，所述冰下探测AUV为外壳平滑的鱼雷状，其尾部设有矢量推进器，所述矢量推进器的最大外径小于冰下探测AUV的外壳外径；所述冰下探测AUV的前端设有摄像头和用于水声定位通信用的超短基线定位(USBL)收发器；所述冰下探测AUV的天线安装在外壳腔体内部。

本发明的有益效果：

1、冰下探测***在冰孔布放或回收过程中，整体形状为圆柱状，且***没有任何凸出的零部件，因此适合在孔径有限的冰孔进行布放回收，也不会跟冰孔碰撞损坏零部件。

2、冰下探测***可以利用捕捉ROV实现冰下探测AUV无法轻易实现的功能，比如采集水样和沉积物取样，实现探测功能互补。冰下探测***中捕捉ROV可以在自身缆长的范围内进行探测，比如摄像、采集水样等，假如缆长允许捕捉ROV到达水底，还可以携带沉积物取样器对水底沉积物进行取样。

3、捕捉ROV设有前视摄像头，可以用于视觉导引主动捕捉冰下探测AUV；接驳舱设有跟冰下探测AUV接驳以及充电通信相关的结构，可以提高AUV冰下的探测时间和探测范围，或者实现冰下探测AUV的回收。

4、捕捉ROV包括推进器在内的所有零部件都设在捕捉ROV外筒的内部，不会跟冰孔碰撞损坏零部件；ROV外筒接近推进器的位置分别挖了大圆孔，以及锥形导向条沿着径向类似辐条状的均布，这些结构特点使得外部水流与推进器连通，提高推进效率，也起到减少捕捉ROV前进阻力的作用。

5、捕捉ROV通过两根零浮力缆与接驳舱连接。收缆过程中利用对接定位锥形槽的定位和导向作用，可以使捕捉ROV尾部的吊环完全进入到对接定位锥形槽内，此步骤完成了捕捉ROV和接驳舱的同轴对中。之后在零浮力缆全部收回的张力作用下，加上捕捉ROV和接驳舱上的锁紧装置同时锁住AUV，使得捕捉ROV与接驳舱同轴且紧密地贴合在一起，组合成了一个圆柱状的整体结构。该整体结构加上锁在其中的AUV，相互结合紧密牢固，适合在冰孔中布放和回收。

6、利用回坞接驳的方式提高了***在冰下的探测时间和探测范围，捕捉ROV主动捕捉冰下探测AUV的方式使得接驳更易实现。冰下探测AUV释放后可以在水下自由探测，当电池电量不足或者需要回收AUV时，可以利用USBL声学导引下返航，然后在捕捉ROV的主动捕捉下，实现捕捉ROV和AUV的对接，然后在接驳舱同步收两根零浮力缆作用下，使得捕捉ROV与接驳舱结合成一个整体，此时AUV继续前进进入接驳筒，实现充电续航和数据传输，进而提高冰下的探测时间和探测范围，或者实现冰下探测AUV的回收。捕捉ROV主动捕捉AUV的方式，可以是操作人员遥控ROV捕捉AUV，相对于常规的AUV自主返航接驳的方式，更加简单易实现。本发明采用两根零浮力缆实现捕捉ROV与接驳舱的结合，可以使得结合更加紧密牢固。将充电和通信功能设置在接驳舱而不是在捕捉ROV上，可以减少捕捉ROV的长度，从而提高捕捉ROV的机动性。此外，捕捉ROV上可以设置侧向推进器，可以进一步提高捕捉ROV的机动性。

附图说明

图1是本发明的冰下探测***在冰孔中下放的状态示意图。

图2是本发明的捕捉ROV脱离接驳舱的状态示意图。

图3是本发明的捕捉ROV的后视结构示意图。

图4是本发明的捕捉ROV的前视结构示意图。

图5是本发明的布放回收方法示意图。

图6是本发明的实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

实施例一

参见图1，本实施例提供了一种适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其能通过孔径有限的冰孔2进入水3下，包括

承重电缆1，用于悬挂于冰孔2中进行冰下探测***的上提和下放；

接驳舱10，与带动其移动的承重电缆1固定连接，用于捕捉ROV20(RemotelyOperated Vehicle，缆控潜水器)的水下收放以及冰下探测AUV的充电续航和数据通信；

捕捉ROV20，与接驳舱10连接组合成能在孔径有限的冰孔2里移动的圆柱状的整体结构并于水3下时能脱离接驳舱10进行水样或沉积物采集，此外，还能主动捕捉冰下探测AUV50并与之接驳；接驳舱10将缆完全收回时，捕捉ROV20在缆的作用下与接驳舱10同轴地贴合在一起，从而组合成了一个圆柱状的整体结构。

冰下探测AUV50，用于水3下时脱离捕捉ROV20进行水下探测或接驳于捕捉ROV20中随捕捉ROV20移动回收至接驳舱10中进行充电续航和数据通信；

在冰孔布放或回收过程中，接驳舱将缆完全收回，捕捉ROV20在缆的作用下与接驳舱10同轴地贴合在一起，冰下探测AUV50也被接驳舱10和捕捉ROV20锁紧固定住，组合***的整体形状为带阶梯的圆柱状。本发明的整体结构是圆柱状，不会与冰孔的壁面发生碰撞而损坏零部件。捕捉ROV20和冰下探测AUV50之间利用水下回坞接驳的方式可以提高***在冰下的探测时间和探测范围。捕捉ROV20和冰下探测AUV50之间探测功能互补，提高探测效率。

参见图2，本实施例所述接驳舱20包括圆柱形壳体120，所述圆柱形壳体120内安装有控制和分离舱108、接驳筒112，承重电缆1穿过接驳舱20上部中心设置的通孔进入，并接入到控制与分离舱108，控制与分离舱108将供电和信号线作为整股电缆输出与绞车滑环102连接，其电缆上的电芯通过绞车滑环102连接到盘在绞车卷筒101上的零浮力主缆104。绞车滑环102与绞车卷筒101固定，绞车卷筒101连接在绞车驱动电机103上由绞车驱动电机103驱动转动收揽或放缆。在绞车驱动电机103的另外一侧，同样固定着一个绞车卷筒101，该绞车卷筒101盘绕着零浮力副缆105。所述零浮力副缆105与零浮力主缆104规格相同，区别在于零浮力副缆105内部的电芯并不跟其他零部件有电气连接，即它仅起到缆绳作用，并无传输电能和信号的功能。绞车驱动电机103同时驱动两个绞车卷筒101同步转动，从而实现零浮力主缆104和零浮力副缆105的排缆和同步收放功能。所述圆柱形壳体120在两个绞车卷筒101的下方靠近腔体侧壁的位置分别设置有导向滑轮109，用于零浮力主缆104和零浮力副缆105的限位和导向。所述两根零浮力缆经过导向滑轮109后，通过接驳舱20下方靠边缘设置的两个对接定位锥形槽114穿出，与捕捉ROV20尾部的两个吊环204连接。接驳舱10将缆快完全收回时，捕捉ROV20尾部的两个吊环204在对接定位锥形槽114附近，此时绞车继续收缆，利用对接定位锥形槽114的定位和导向作用，可以使吊环204完全进入到对接定位锥形槽114内，接着绞车停止转动完成收揽过程。此时，捕捉ROV20在缆的作用下与接驳舱10同轴地贴合在一起，组合成了一个圆柱状的整体结构，且***没有任何凸出的零部件。所述绞车驱动电机103固定在控制和分离舱108上，所述控制和分离舱108固定在镂空的固定板107的中心位置。所述固定板107安装在接驳舱10的内侧。固定板107的前方中心位置安装有接驳筒112，接驳筒112是冰下探测AUV50进行对接后的进入的圆柱形导筒，其底部设有锥形槽，用于冰下探测AUV对接过程中的限位和缓冲。沿着接驳筒112的外部，依次安装有位置传感器110、第一锁紧装置111、充电和通信装置113。所述位置传感器110优选电感式接近开关或者霍尔式传感器，用于检测冰下探测AUV50是否完全进入到接驳筒。当冰下探测AUV50完全进入到接驳筒112，即冰下探测AUV50头部触碰到接驳筒112底部锥形槽时，冰下探测AUV50头部也同时与位置传感器110接触，触发位置传感器110。所述第一锁紧装置111在接驳筒112外部环形布置，用于冰下探测AUV50完全进入接驳筒112后冰下探测AUV50的锁紧固定。该锁紧装置优先采用三爪卡盘式，或者两个夹头相对夹紧的方式，这样可以保持冰下探测AUV50固定时不会偏心，第一锁紧装置111的驱动优先采用电磁或者电机驱动。所述充电和通信装置113通过基于磁场耦合的非接触电能传输方式对冰下探测AUV50进行充电，接驳舱10与冰下探测AUV50之间的信号传输优先采用基于WiFi的短距离通信。接驳筒112的外部开口为圆锥形，在冰下探测AUV50进入接驳筒时可以起到导向作用。本实施例非接触电能传输的方式可以是基于磁场耦合的非接触电能传输。本实施例中的零浮力缆在制作过程中，通过调节发泡层的厚度和密度，使电缆整体密度与海水密度相同，既不下沉，也不上浮，降低对设备操作的影响。材料组成如下：绝缘：防海水混合原料；抗拉结构：聚酯纱纤维/高强度抗拉凯夫拉丝；内护套：改性低粘度强力挤压内护套可定制；屏蔽层：镀锡铜网编织屏蔽，密度80％以上，铝箔绕包，密度100％(可选)；绕包材料：无纺布；外护套：防海水聚氨酯零浮力发泡料。

本实施例所述捕捉ROV20为中空的筒状结构，冰下探测AUV50可以穿过其中的捕捉筒207与接驳舱10对接。在捕捉ROV20中，两根零浮力缆分别与两个吊环204连接，吊环204固定在后盖板203的边缘位置，后盖板203为镂空的圆环形，圆环内孔直径与捕捉ROV的捕捉筒207一致，使得冰下探测AUV可以穿过后与接驳舱10对接，此外，后盖板203的圆环面上设有镂空的孔，目的是使水流能够更好地通过，提升水动力性能。所述后盖板203与ROV外筒201通过螺纹固定连接，ROV外筒201由金属筒和包覆在外侧的浮力材料组成。后盖板203中心位置固定有中空的圆柱形捕捉筒207，是捕捉ROV20捕捉到冰下探测AUV50后冰下探测AUV50进入的圆柱筒。捕捉筒207的外部开口与锥形导向条210连接，锥形导向条210的另一端与ROV外筒201的前端开口连接，如图4所示，所述锥形导向条210沿着径向类似辐条状的均布，在捕捉ROV20捕捉冰下探测AUV50时起到导向作用，同时因为它是镂空的，不影响外部水流与推进器连通，也起到减少捕捉ROV20前进阻力的作用。后盖板203上沿着ROV外筒201的内部均匀固定着4个后向推进器205(如图3所示)，控制所述4个后向推进器205的转速和转向，可以实现捕捉ROV20的前进、后退、俯仰和偏航运动，从而控制捕捉ROV20在水下的运动。本实施例在ROV外筒201的中间位置，沿着圆周的上下和左右均布着4个侧向推进器206，上下布置的2个侧向推进器206控制捕捉ROV20的上浮和下潜，左右布置的2个侧向推进器206控制捕捉ROV20的横移。所述侧向推进器206布置可以提高捕捉ROV20的操纵性，从而能够更加灵活地捕捉AUV。沿着捕捉筒207的外部，依次安装有ROV控制舱202和第二锁紧装置208。所述ROV控制舱202为环形的耐压密封舱，内部安装有推进器驱动电路板、捕捉ROV20的主控电路板等电子电路，推进器驱动电路板与主控电路板电性连接，所述后向推进器205均与推进器驱动电路板连接。所述锁紧装置在捕捉筒外部环形布置，用于捕捉ROV捕捉到AUV后AUV的锁紧固定。该锁紧装置优先采用三爪卡盘式，或者两个夹头相对夹紧的方式，这样可以保持AUV固定时不会偏心，锁紧装置的驱动优先采用电磁或者电机驱动。

如图2和图4所示，在ROV外筒201的内侧靠近前端的位置，径向布置有前视摄像头209、照明灯214、超短基线定位(Ultrashort Baseline,USBL)应答器211和采水器213。所述前视摄像头209位于正上方，根据需要可以在其左右两边分别布置照明灯214。所述USBL应答器位于正下方，用于冰下探测AUV50返航时的水声定位，同时也带有水声通信功能，可以实现捕捉ROV20和冰下探测AUV50的相互水声通信。所述USBL应答器的两侧分别布置有采水器213，用于冰下水样的采集，根据实际需要，可以沿着径向多布置一些采水器。所述前视摄像头、照明灯、超短基线定位应答器和采水器均与主控电路板电性连接。具体的，所述USBL应答器通过RS-232串口与主控电路板连接；照明灯和采水器通过RS-485串行总线与主控电路板连接，主控电路板通过RS-485总线可以控制照明灯的开关和调节亮度，可以触发采水器采样；主控电路板通过以太网接口或者USB接口与前视摄像头连接。

本实施例所述冰下探测AUV50为鱼雷状，不带有露在AUV外壳外的操控舵，尾部的推进器最大外径小于AUV的外壳外径，所述尾部推进器为矢量推进器，即推进器自身可以摆动，从而在推进AUV的同时控制AUV的俯仰和航向。冰下探测AUV的前端设有摄像头和用于水声定位通信用的USBL收发器。所述冰下探测AUV不带有露在AUV外壳外的天线和其他附件，AUV的天线安装在腔体内部。

如图5所示，本发明的布放回收方法：

(1)在冰架上或者厚冰上采用冰架热水钻机等技术手段进行钻孔，得到从冰面通到冰下水的冰孔2。

(2)在冰孔2上部架起绞车支架，通过冰面绞车将冰下探测***吊起，冰面绞车逐步释放承重电缆1，使冰下探测***沿着冰孔2下放。此时接驳舱10内的零浮力缆是全部收回状态，捕捉ROV20和接驳舱10上的锁紧装置都开启，将冰下探测AUV50完全固定住。在零浮力缆全部收回的张力作用下，加上捕捉ROV20和接驳舱10上的锁紧装置同时锁住冰下探测AUV50，捕捉ROV20与接驳舱10同轴且紧密地贴合在一起，组合成了一个圆柱状的整体结构。

(3)待捕捉ROV20没入水中且接驳舱10还在冰孔中时，冰面绞车停止下放。让接驳舱10留在冰孔2中的目的是利用冰孔对其起到限位作用，使之不会随着水流横向晃动，这样稳定住了零浮力缆的源头，更有利于捕捉ROV20在水下的运动控制，同时也有利于整个冰下探测***的回收。

(4)接驳舱10和捕捉ROV20中的锁紧装置都释放，冰下探测AUV50的推进器反转。在反向推力的作用下，冰下探测AUV50与捕捉ROV20脱离，从而在水下自由地探测。同时，接驳舱10开始释放零浮力缆，让捕捉ROV20潜入水中，可以在零浮力缆的长度范围内进行摄像以及利用采水器采集水样。

(5)当冰下探测AUV50的电池电量不足或者需要回收AUV时，冰下探测AUV50通过超短基线USBL定位到自身相对于捕捉ROV20的位置，并与捕捉ROV20建立水声通信，冰下探测AUV50通过USBL的导引，回到捕捉ROV20附近。

(6)捕捉ROV20收到冰下探测AUV50回到附近的信号，根据情况打开照明灯214，通过前视摄像头209定位到冰下探测AUV50的位置，捕捉ROV20主动去接近冰下探测AUV50。接着，捕捉ROV20主动运动使得冰下探测AUV50进入自身的捕捉筒207内。捕捉ROV20主动寻找捕捉冰下探测AUV50的过程，可以是捕捉ROV20利用视觉和水声定位信息主动智能地去捕捉冰下探测AUV50，也可以是操作人员通过远程遥控捕捉ROV20来捕捉冰下探测AUV50。其中操作人员远程遥控捕捉ROV20的方式会更简单易实现。

(7)捕捉ROV20通过前视摄像头209的视觉来判断冰下探测AUV50是否进入到捕捉筒207内，当判断为“是”时，第二锁紧装置208动作，将冰下探测AUV50锁紧固定。

(8)接驳舱10中的绞车驱动电机103转动开始同步收揽，将捕捉ROV20拉回，收揽过程中利用对接定位锥形槽114的定位和导向作用，可以使捕捉ROV20尾部的吊环204完全进入到对接定位锥形槽114内，接着绞车停止转动完成收揽过程。此时，捕捉ROV20在缆的作用下与接驳舱10同轴地贴合在一起，组合成了一个圆柱状的整体结构。

(9)捕捉ROV20上的第二锁紧装置208释放的同时，冰下探测AUV50的尾部推进器正转，在推力的作用下，冰下探测AUV50继续前进，进入到接驳舱10的接驳筒112内。冰下探测AUV50完全进入接驳筒112时，触发位置传感器110，接着捕捉ROV20和接驳舱10上的锁紧装置都开启，同时将冰下探测AUV50锁紧固定。如果任务是充电续航和传输数据，转步骤(10)；如果任务是回收冰下探测***，转步骤(12)。

(10)任务是充电续航和传输数据，则充电和通信装置开启，通过非接触电能传输的方式对冰下探测AUV50进行充电，同时冰下探测AUV50将存储的探测数据传输给接驳舱，并接收新的任务指令。接驳舱10可以通过电缆将数据传输到冰面上。

(11)完成充电和数据传输后，转到步骤(4)执行新的任务。

(12)任务是回收冰下探测***，冰面绞车动作，将冰下探测***从冰孔中吊起，实现冰下探测***的回收。

本发明的冰下探测***在冰孔布放或回收过程中，整体形状为圆柱状，且***没有任何凸出的零部件，因此适合在孔径有限的冰孔进行布放回收，也不会跟冰孔碰撞损坏零部件。冰下探测***可以利用捕捉ROV实现冰下探测AUV无法轻易实现的功能，比如采集水样和沉积物取样，实现探测功能互补。冰下探测***中捕捉ROV可以在自身缆长的范围内进行探测，比如摄像、采集水样等，假如缆长允许捕捉ROV到达水底，还可以携带沉积物取样器对水底沉积物进行取样。捕捉ROV设有前视摄像头，可以用于视觉导引主动捕捉冰下探测AUV；利用回坞接驳的方式提高了***在冰下的探测时间和探测范围，捕捉ROV主动捕捉冰下探测AUV的方式使得接驳更易实现。冰下探测AUV释放后可以在水下自由探测，当电池电量不足或者需要回收AUV时，可以利用USBL声学导引下返航，然后在捕捉ROV的主动捕捉下，实现捕捉ROV和AUV的对接，然后在接驳舱同步收两根零浮力缆作用下，使得捕捉ROV与接驳舱结合成一个整体，此时AUV继续前进进入接驳筒，实现充电续航和数据传输，进而提高冰下的探测时间和探测范围，或者实现冰下探测AUV的回收。捕捉ROV主动捕捉AUV的方式，可以是操作人员遥控ROV捕捉AUV，相对于常规的AUV自主返航接驳的方式，更加简单易实现。本发明采用两根零浮力缆实现捕捉ROV与接驳舱的结合，可以使得结合更加紧密牢固。将充电和通信功能设置在接驳舱而不是在捕捉ROV上，可以减少捕捉ROV的长度，从而提高捕捉ROV的机动性。此外，捕捉ROV上可以设置侧向推进器，可以进一步提高捕捉ROV的机动性。捕捉ROV包括推进器在内的所有零部件都设在捕捉ROV外筒的内部，不会跟冰孔碰撞损坏零部件；ROV外筒接近推进器的位置分别挖了大圆孔，ROV内部的固定板是镂空的，以及锥形导向条沿着径向类似辐条状的均布，这些结构特点使得外部水流与推进器连通，提高推进效率，也起到减少捕捉ROV前进阻力的作用。

实施例二

参见图6，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例捕捉ROV20不设置侧向推进器206，这样捕捉ROV20的操纵性会稍微差点，但是好处是捕捉ROV20的轴向长度可以减少。且在ROV外筒201接近后向推进器205的位置，分别挖了大圆孔216，目的是使外部水流能够更好与后向推进器连通，提高推进效率。

其余结构和功能均与实施例一相同。

Claims (9)

1.一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其能通过孔径有限的冰孔进入水下，其特征在于：包括

承重电缆，用于悬挂于冰孔中进行冰下探测***的上提和下放；

接驳舱，与带动其移动的承重电缆固定连接，用于捕捉ROV的水下收放以及冰下探测AUV的充电续航和数据通信；

捕捉ROV，与接驳舱连接组合成能在孔径有限的冰孔里移动的圆柱状的整体结构并于水下时能脱离接驳舱进行水样或沉积物采集，此外，还能主动捕捉冰下探测AUV并与之接驳；其中所述捕捉ROV包括中空的ROV外筒，所述ROV外筒的后端安装有镂空圆环状的后盖板，所述后盖板的内侧均布安装有若干个驱动捕捉ROV水下运动的后向推进器，所述后盖板的边缘安装有两个分别与零浮力缆连接的吊环，所述后盖板的中部固定有用于与冰下探测AUV对接的捕捉筒；所述捕捉筒的外周围设有ROV控制舱和第二锁紧装置，所述ROV控制舱内安装有主控电路板和推进器驱动电路板，所述推进器与推进器驱动电路板电性连接；

所述ROV外筒内侧靠近前端位置径向布置有用于水下定位冰下探测AUV位置和视觉导向冰下探测AUV接驳的前视摄像头、用于提供良好视觉效果的照明灯、用于冰下探测AUV返航时水声定位或水声通信的超短基线定位应答器和若干个用于采集冰下水样的采水器，所述前视摄像头、照明灯、超短基线定位应答器和采水器均与主控电路板电性连接；

冰下探测AUV，用于水下时脱离捕捉ROV进行水下自主探测或接驳固定于捕捉ROV中随捕捉ROV移动回收至接驳舱中进行充电续航和数据通信；

在冰孔布放或回收过程中，接驳舱将缆完全收回，捕捉ROV在缆的作用下与接驳舱同轴地贴合在一起，冰下探测AUV也被接驳舱和捕捉ROV锁紧固定住，组合***的整体形状为带阶梯的圆柱状。

2.如权利要求1所述的一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其特征在于：所述接驳舱包括圆柱形壳体，所述圆柱形壳体内安装有控制和分离舱、接驳筒，所述承重电缆的电芯接入到控制和分离舱，所述控制和分离舱上安装有绞车驱动电机，所述绞车驱动电机的两侧均安装有绞车卷筒，一侧的绞车卷筒盘绕有零浮力主缆，所述控制和分离舱的电缆连接于绞车滑环，所述电缆的电芯通过绞车滑环与零浮力主缆连接，另一侧的绞车卷筒盘绕有零浮力副缆，所述零浮力主缆和零浮力副缆的自由端均与捕捉ROV连接；

所述接驳筒的***依次安装有用于检测冰下探测AUV是否完全进入到接驳筒的位置传感器、用于冰下探测AUV完全进入接驳筒后进行冰下探测AUV的锁紧固定的第一锁紧装置、用于冰下探测AUV充电续航和数据传输的充电和通信装置。

3.如权利要求2所述的一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其特征在于：所述圆柱形壳体内安装有镂空的固定板，所述控制和分离舱和接驳筒分别固定在固定板的两侧，所述圆柱形壳体在每个绞车卷筒下方的壁面上均安装有用于相应零浮力缆限位和导向用的导向滑轮，所述圆柱形壳体的底部设有用于与捕捉ROV对接用的对接定位锥形槽。

4.如权利要求2所述的一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其特征在于：所述接驳筒为圆柱形导筒，其底部设有用于冰下探测AUV对接时限位和缓冲的锥形槽。

5.如权利要求1所述的一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其特征在于：所述ROV外筒的内壁圆周方向均布有若干个侧向推进器。

6.如权利要求1所述的一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其特征在于：所述ROV外筒的周面靠近后向推进器的位置开设有大圆孔。

7.如权利要求1所述的一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其特征在于：所述接驳筒的外部开口与ROV外筒的前端开口之间通过若干条沿径向辐条状均布的锥形导向条连接。

8.如权利要求1所述的一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其特征在于：所述照明灯布置在前视摄像头的两边，所述采水器位于超短基线定位应答器的两侧，所述前视摄像头位于ROV外筒内侧正上方，所述超短基线定位应答器位于ROV外筒内侧正下方。

9.如权利要求1所述的一种基于捕捉ROV的适用于冰孔布放回收的冰下探测***，其特征在于：所述冰下探测AUV为外壳平滑的鱼雷状，其尾部设有矢量推进器，所述矢量推进器的最大外径小于冰下探测AUV的外壳外径；所述冰下探测AUV的前端设有摄像头和用于水声定位通信用的超短基线定位收发器；所述冰下探测AUV的天线安装在外壳腔体内部。

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