CN110937087B - 一种auv水下布放与回收对接装置和对接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AUV水下布放与回收对接装置和对接方法，属于无缆水下机器人技术领域。由主体支撑结构，导引灯阵，夹紧装置和限位固定装置组成。导引灯阵由两个大灯和两个小灯组成，大灯安装在主体支撑结构两端，小灯安装在主体支撑结构中间部分。夹紧装置位于主体支撑结构两端的内部，夹紧臂与连杆铰接，连杆与摆动杆铰接，摆动杆固定在电机轴上。限位固定装置由半圆柱翻盖，电磁铁，传动齿轮和电机组成。半圆柱翻盖安装在主体支撑结构中部下方，电磁铁安装在半圆柱翻盖中部边上，半圆柱翻盖两端为不完全齿轮结构，与传动齿轮相啮合，传动齿轮固定在电机轴上。本发明体积小，结构简单，可实现对AUV的快速有效的布放与回收。

Description

一种AUV水下布放与回收对接装置和对接方法
技术领域
本发明属于无缆水下机器人技术领域，具体涉及一种AUV水下布放与回收对接装置和对接方法。
背景技术
水下工程设备，水下机器人的一种。习惯称为自主式水下潜器(AutonomousUnderwater Vehicle，简称AUV)。
水下机器人主要分为两大类：一类是有缆水下机器人，习惯称为遥控潜器(RemoteOperated Vehicle，简称ROV)；另一类是无缆水下机器人，习惯称为自主式水下潜器(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)。自主式水下机器人是新一代水下机器人，具有活动范围大、机动性好、安全、智能化等优点，成为完成各种水下任务的重要工具。例如，在民用领域，可用于铺设管线、海底考察、数据收集、钻井支援、海底施工，水下设备维护与维修等；在军用领域则可用于侦察、布雷、扫雷、援潜和救生等。由于无缆水下机器人具有活动范围不受电缆限制，隐蔽性好等优点，所以从60年代中期起，工业界和军方开始对无缆水下机器人发生兴趣。
AUV在海洋研究、生态监测等领域有着重要而广泛的应用。受体积和质量的限制，AUV携带的能源十分有限，对于长时间作业的AUV，必须通过支持平台对AUV进行布放和回收，以补充能源、传递信息和维护保障。利用水面船或空中进行布放回收，无法保证回收平台的隐蔽性，而且易受水面波浪的干扰，在复杂海况下无法对AUV进行回收。因此，在水下设置回收坞站，实现AUV的自主回收成为目前AUV研究的一个重要方向。目前运用于水下布放回收AUV的方式，主要有机械手抓捕，固定漏斗式对接，叉柱式捕捉对接，但存在机械结构复杂，体积庞大，对接成功率低等缺点，严重的限制了水下AUV布放与回收的快速性与安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供结构体积小，布放回收快速安全的一种AUV水下布放与回收对接装置和对接方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种AUV水下布放与回收对接装置，AUV(19由主体支撑结构，导引灯阵，夹紧装置和限位固定装置四部分组成，主体支撑结构一端安装通信声纳16，另一端安装控制舱17；导引灯阵由两个大灯1和两个小灯5组成，大灯1安装在主体支撑结构两端，小灯5安装在主体支撑结构中间部分；夹紧装置位于主体支撑结构两端的内部，夹紧臂2与连杆12铰接，连杆12与摆动杆14铰接，摆动杆14固定在电机13轴上；限位固定装置由半圆柱滑盖7，电磁铁11，传动齿轮9和电机10组成，半圆柱滑盖7安装在主体支撑结构中部下方，电磁铁11安装在半圆柱翻盖中部边上，半圆柱滑盖7两端为不完全齿轮结构，与传动齿轮9相啮合，传动齿轮9固定在电机10轴上。
AUV(19两侧开有四个槽，夹紧臂2端部伸入槽内与AUV(19接触挤压，摄像机18安装在AUV(19腹部。
一种AUV水下布放与回收对接装置和对接方法，包括以下步骤：
步骤1：AUV未水下布放时，夹紧装置的摆动杆处于水平位置，与之相连的连杆和夹紧臂通过结构特点将AUV夹住，限位固定装置位于AUV上方，通过电磁铁将AUV固定住；
步骤2：AUV水下布放时，限位固定装置的传动齿轮由电机驱动转动，使与之啮合的半圆柱滑盖沿主体支撑结构的滑轨运动，运动到主体支撑结构的正下方，夹紧装置的摆动杆由电机驱动转动，带动连杆使夹紧臂转动，不再夹紧AUV，从而完成AUV的水下布放；
步骤3：AUV水下回收时，导引灯阵两端大灯为AUV提供视觉导引信息，AUV抵近时两小灯为AUV提供视觉导引信息，AUV坐落到主体支撑结构，限位固定装置的传动齿轮由电机驱动转动，使与之啮合的半圆柱滑盖沿主体支撑结构的滑轨运动，运动到主体支撑结构的正上方，半圆柱滑盖上的电磁铁与主体支撑结构上的电磁铁相吸，夹紧装置的摆动杆由电机驱动转动，带动连杆使夹紧臂转动，夹紧AUV，从而完成AUV的水下回收。
本发明的有益效果在于：
本发明采用限位固定装置与夹紧装置相结合，节省空间并实现了AUV的布放和回收。该装置设计简单，结构稳定，操作方便，易于实现AUV快速安全的布放和回收。
附图说明
图1为AUV布放回收对接装置俯视图；
图2为AUV布放回收对接装置主视图；
图3为限位固定装置示意图；
图4为夹紧装置示意图；
图5为AUV示意图；
图6为AUV布放回收对接装置示意图；
图7为AUV回收对接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
具体实施例一：
结合图1至图5，本发明包括主体支撑结构3，16，17，导引灯阵1，5，夹紧装置2，12，13，14，15和限位固定装置7，9，10，11四部分。主体支撑结构3一端安装通信声纳16，另一端安装控制舱17。导引灯阵由两个大灯1和两个小灯5组成，大灯1安装在主体支撑结构3两端，小灯5安装在主体支撑结构3中间部分。夹紧装置位于主体支撑结构3两端的内部，夹紧臂2与连杆12铰接，连杆12与摆动杆14铰接，摆动杆14固定在电机13轴上，由电机13驱动转动。限位固定装置由半圆柱滑盖7，电磁铁11，传动齿轮9和电机10组成。半圆柱滑盖7安装在主体支撑结构3中部下方，电磁铁11安装在半圆柱翻盖中部边上，半圆柱滑盖7两端为不完全齿轮结构，与传动齿轮9相啮合，传动齿轮9固定在电机10轴上，由电机10驱动转动。对AUV(19外形稍稍改造，即在AUV两侧扣四个槽，以便夹紧臂2端部伸入槽内将AUV(19夹紧，摄像机18安装在AUV19腹部。
本发明具有以下状态：
AUV水下布放时，如图3至图6所示，AUV未布放时，AUV位于主体支撑结构上，夹紧装置的摆动杆处于水平位置，与之相连的连杆和夹紧臂通过结构特点将AUV夹住。限位固定装置位于AUV上方，通过电磁铁相吸将AUV固定住。AUV布放时，限位固定装置的传动齿轮由电机驱动转动，使与之啮合的半圆柱滑盖沿主体支撑结构的滑轨运动，运动到主体支撑结构的正下方。夹紧装置的摆动杆由电机驱动转动，带动连杆使夹紧臂转动，不再夹紧AUV，AUV慢慢驶出回收装置，从而完成AUV的水下布放。
AUV水下回收时，如图3至图6所示，当AUV收到返航命令时，进入回收流程。AUV使用声纳进行定位，运动到回收点附近，此时导引灯阵两端大灯为AUV提供视觉导引信息，AUV调整好艏向以及水平相对误差后向下坐落。AUV抵近时两小灯为AUV提供视觉导引信息，AUV再次调节自身位姿信息后继续向下坐落。AUV坐落到主体支撑结构，限位固定装置的传动齿轮由电机驱动转动，使与之啮合的半圆柱滑盖沿主体支撑结构的滑轨运动，运动到主体支撑结构的正上方，半圆柱滑盖上的电磁铁与主体支撑结构上的电磁铁相吸。夹紧装置的摆动杆由电机驱动转动，带动连杆使夹紧臂转动，夹紧AUV，从而完成AUV的水下回收。
图3和图4分别为限位固定装置示意图和夹紧装置示意图。限位固定装置由半圆柱滑盖，电磁铁，传动齿轮和电机组成。半圆柱滑盖安装在主体支撑结构中部下方，电磁铁安装在半圆柱翻盖中部边上，半圆柱滑盖两端为不完全齿轮结构，与传动齿轮相啮合，传动齿轮固定在电机轴上，由电机驱动转动。夹紧装置位于主体支撑结构两端的内部，夹紧臂与连杆铰接，连杆与摆动杆铰接，摆动杆固定在电机轴上，由电机驱动转动。
图5为AUV示意图。AUV需要在两侧扣四个槽，摄像机安装在AUV腹部。
总体来说，本发明公开了一种多UUV布放回收对接装置，该装置可以实现AUV在水下安全，准确的布放和回收。
具体实施例二：
该装置可安装在母船背部或者圆柱状舱内，由四部分组成：主体支撑结构，导引灯阵，夹紧装置和限位固定装置。主体支撑结构一端安装通信声纳，另一端安装控制舱。导引灯阵由两个大灯和两个小灯组成，大灯安装在主体支撑结构两端，小灯安装在主体支撑结构中间部分。夹紧装置位于主体支撑结构两端的内部，夹紧臂与连杆铰接，连杆与摆动杆铰接，摆动杆固定在电机轴上，由电机驱动转动。限位固定装置由半圆柱滑盖，电磁铁，传动齿轮和电机组成。半圆柱滑盖安装在主体支撑结构中部下方，电磁铁安装在半圆柱翻盖中部边上，半圆柱滑盖两端为不完全齿轮结构，与传动齿轮相啮合，传动齿轮固定在电机轴上，由电机驱动转动。对AUV外形稍稍改造，即在AUV两侧扣四个槽，同时摄像机安装在AUV腹部。
本发明还包括这样一些结构特征：
AUV未水下布放时，夹紧装置的摆动杆处于水平位置，与之相连的连杆和夹紧臂通过结构特点将AUV夹住。限位固定装置位于AUV上方，通过电磁铁将AUV固定住。
AUV水下布放时，限位固定装置的传动齿轮由电机驱动转动，使与之啮合的半圆柱滑盖沿主体支撑结构的滑轨运动，运动到主体支撑结构的正下方。夹紧装置的摆动杆由电机驱动转动，带动连杆使夹紧臂转动，不再夹紧AUV，从而完成AUV的水下布放。
AUV水下回收时，导引灯阵两端大灯为AUV提供视觉导引信息，AUV抵近时两小灯为AUV提供视觉导引信息。AUV坐落到主体支撑结构，限位固定装置的传动齿轮由电机驱动转动，使与之啮合的半圆柱滑盖沿主体支撑结构的滑轨运动，运动到主体支撑结构的正上方，半圆柱滑盖上的电磁铁与主体支撑结构上的电磁铁相吸。夹紧装置的摆动杆由电机驱动转动，带动连杆使夹紧臂转动，夹紧AUV，从而完成AUV的水下回收。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种AUV水下布放与回收对接装置，其特征在于，AUV(19)由主体支撑结构，导引灯阵，夹紧装置和限位固定装置四部分组成，主体支撑结构一端安装通信声纳(16)，另一端安装控制舱(17)；导引灯阵由两个大灯(1)和两个小灯(5)组成，大灯(1)安装在主体支撑结构两端，小灯(5)安装在主体支撑结构中间部分；夹紧装置位于主体支撑结构两端的内部，夹紧臂(2)与连杆(12)铰接，连杆(12)与摆动杆(14)铰接，摆动杆(14)固定在电机(13)轴上；限位固定装置由半圆柱滑盖(7)，电磁铁(11)，传动齿轮(9)和电机(10)组成，半圆柱滑盖(7)安装在主体支撑结构中部下方，电磁铁(11)安装在半圆柱翻盖中部边上，半圆柱滑盖(7)两端为不完全齿轮结构，与传动齿轮(9)相啮合，传动齿轮(9)固定在电机(10)轴上。
2.根据权利要求1所述的一种AUV水下布放与回收对接装置，其特征在于，AUV(19)两侧开有四个槽，夹紧臂2端部伸入槽内与AUV(19)接触挤压，摄像机(18)安装在AUV(19)腹部。
3.一种AUV水下布放与回收对接装置和对接方法，AUV(19)由主体支撑结构，导引灯阵，夹紧装置和限位固定装置四部分组成，主体支撑结构一端安装通信声纳(16)，另一端安装控制舱(17)；导引灯阵由两个大灯(1)和两个小灯(5)组成，大灯(1)安装在主体支撑结构两端，小灯(5)安装在主体支撑结构中间部分；夹紧装置位于主体支撑结构两端的内部，夹紧臂(2)与连杆(12)铰接，连杆(12)与摆动杆(14)铰接，摆动杆(14)固定在电机(13)轴上；限位固定装置由半圆柱滑盖(7)，电磁铁(11)，传动齿轮(9)和电机(10)组成，半圆柱滑盖(7)安装在主体支撑结构中部下方，电磁铁(11)安装在半圆柱翻盖中部边上，半圆柱滑盖(7)两端为不完全齿轮结构，与传动齿轮(9)相啮合，传动齿轮(9)固定在电机(10)轴上，AUV(19)两侧开有四个槽，夹紧臂2端部伸入槽内与AUV(19)接触挤压，摄像机(18)安装在AUV(19)腹部，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：AUV未水下布放时，夹紧装置的摆动杆处于水平位置，与之相连的连杆和夹紧臂通过结构特点将AUV夹住，限位固定装置位于AUV上方，通过电磁铁将AUV固定住；
步骤2：AUV水下布放时，限位固定装置的传动齿轮由电机驱动转动，使与之啮合的半圆柱滑盖沿主体支撑结构的滑轨运动，运动到主体支撑结构的正下方，夹紧装置的摆动杆由电机驱动转动，带动连杆使夹紧臂转动，不再夹紧AUV，从而完成AUV的水下布放；
步骤3：AUV水下回收时，导引灯阵两端大灯为AUV提供视觉导引信息，AUV抵近时两小灯为AUV提供视觉导引信息，AUV坐落到主体支撑结构，限位固定装置的传动齿轮由电机驱动转动，使与之啮合的半圆柱滑盖沿主体支撑结构的滑轨运动，运动到主体支撑结构的正上方，半圆柱滑盖上的电磁铁与主体支撑结构上的电磁铁相吸，夹紧装置的摆动杆由电机驱动转动，带动连杆使夹紧臂转动，夹紧AUV，从而完成AUV的水下回收。
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