CN111717353A - 一种可重复回收水下机器人的导向式回收机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于自主水下机器人领域，具体地说是一种可重复回收水下机器人的导向式回收机构，壳体的后端安装于水下机器人上，前端分别连接有起重块及浮块，电动推杆A的输出端由壳体穿出，两侧对称设有夹持杆，每侧夹持杆的一端均与安装在壳体上的支撑板铰接，另一端均铰接有卡舌，卡舌与夹持杆之间设有扭簧，电动推杆A的输出端通过驱动杆A分别与两侧的夹持杆相连；电动推杆B的输出端由壳体穿出，两侧对称设有导向杆，每侧导向杆均与支撑板铰接，电动推杆B的输出端通过驱动杆B分别与两侧的导向杆相连，带动两侧所述导向杆张开或闭合。本发明整体结构简单，性能可靠，便于维护，实用性强。

Description

一种可重复回收水下机器人的导向式回收机构

技术领域

本发明属于自主水下机器人领域，具体地说是一种可重复回收水下机器人的导向式回收机构。

背景技术

近些年，自主水下机器人技术日趋成熟，已经在海洋科学研究、资源调查和军事领域得到广泛应用。然而由于自主水下机器人自身携带能源且受电池等技术发展水平制约，其能力和进一步推广应用受到限制，需要频繁的对接回收。传统有人回收方式存在作业成本高，人员风险大，回收程序复杂，自动化水平低，作业效率低等问题，也已成为阻碍自主水下机器人广泛应用的瓶颈，回收方式正向少人化或无人化方向发展。

发明内容

针对目前水下对接/回收机构存在的结构复杂、对接成功率低等问题，本发明的目的在于提供一种可重复回收水下机器人的导向式回收机构。该导向式回收机构安装在自主水下机器人前端，用于无人船或其它平台自主回收水下机器人。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括壳体、被动夹持/主动释放机构、导向机构、起重块及浮块，其中壳体的后端安装于水下机器人上，前端分别连接有起重块及浮块，所述被动夹持/主动释放机构包括安装于壳体内的电动推杆A及位于壳体外的驱动杆A、夹持杆、扭簧和卡舌，该电动推杆A的输出端由壳体穿出，两侧对称设有所述夹持杆，每侧所述夹持杆的一端均与安装在壳体上的支撑板铰接，另一端均铰接有卡舌，所述卡舌与夹持杆之间设有扭簧，所述电动推杆A的输出端通过驱动杆A分别与两侧的夹持杆相连，带动两侧所述夹持杆张开或闭合；所述导向机构包括安装于壳体内的电动推杆B及位于壳体外的驱动杆B和导向杆，该电动推杆B的输出端由壳体穿出，两侧对称设有所述导向杆，每侧所述导向杆均与所述支撑板铰接，所述电动推杆B的输出端通过驱动杆B分别与两侧的导向杆相连，带动两侧所述导向杆张开或闭合。

其中：所述夹持杆的另一端开设有防止卡舌向外回转的U形槽B，所述扭簧容置于U形槽B内，两端分别与所述卡舌及U形槽B的槽底面抵接，所述卡舌通过该U形槽B的槽底面限位。

所述夹持杆上开设有条形孔A，所述驱动杆A呈“L”形，一端与所述电动推杆A的输出端相连，另一端***所述条形孔A中，通过所述电动推杆A输出端的伸缩带动驱动杆A的另一端在条形孔A中滑动，进而带动所述夹持杆张开或闭合。

所述导向杆的一端与支撑板铰接，另一端呈勾状，该导向杆上开设有条形孔B，所述驱动杆B呈“L”形，一端与所述电动推杆B的输出端相连，另一端***所述条形孔B中，通过所述电动推杆B输出端的伸缩带动驱动杆B的另一端在条形孔B中滑动，进而带动所述导向杆张开或闭合。

所述起重块的一端安装于壳体上，另一端开设有U形槽A，该U形槽A的两侧均由下向上开设有弧形槽，所述U形槽A每侧的底部均呈勾状。

所述夹持杆带动的卡舌位于起重块的下方，该卡舌在未受碰撞力时通过所述扭簧的弹力作用闭合，进而使所述起重块另一端的U形槽A处于闭合状态；所述导向杆位于起重块的上方。

所述导向杆呈“V”形，两侧的所述导向杆在闭合状态与水下机器人的外表面抵接，在张开状态时伸向水下机器人前端、呈“V”形。

所述浮块上安装有对射红外线探测器。

所述浮块分为上浮块、下浮块、左浮块及右浮块，所述支撑板分为支撑板A及支撑板B，该上浮块安装于所述支撑板B的上表面，所述下浮块安装于支撑板A的下表面，所述上浮块及下浮块形状相同，均呈流线形；所述左浮块及右浮块安装在支撑板A与支撑板B之间的左右两侧，该左浮块及右浮块上均安装有对射红外线探测器，两个所述对射红外线探测器对称设置。

所述壳体上分别安装有声学导引设备及视觉光学导引设备。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明可以自主水下机器人实现水下360°水下对接，进而完成对自主水下机器人的无人回收，大大提高了回收自主水下机器人效率，降低操作人员劳动强度，提高回收过程自动化水平。

2.本发明采用被动捕获，在碰撞力作用下完成对绳索或对接杆的捕获，更加方便可靠，同时具有防止绳索或对接杆脱离作用，只有在电动推杆驱动下才能完成对绳索或对接杆的释放。

3.本发明采用导向机构把绳索或对接杆导引到被动夹持/主动释放机构中，导向机构中导向杆的跨度也降低对自主水下机器人的导航精度要求，提高水下对接成功率。

4.本发明中导向机构和被动夹持/主动释放机构均采用电动推杆驱动，不会出现由于自身机构受外界因素干扰导致卡滞问题，安全可靠，稳定性好，便于维修。

5.本发明具有较好的通用性，不同尺寸的自主水下机器人只需首部安装有该捕获机构，均可实现水下无人对接回收。

6.本发明中被动夹持/主动释放机构、导向机构相互独立，各由一套电动推杆驱动，结构简单紧凑、导向及夹持运动可靠；被动夹持/主动释放机构通过浮块与水下机器人共形，并且在航行过程中关闭导向装置，可减小对水下机器人操纵性能的影响。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图(导向机构处于闭合状态)；

图2为本发明的整体结构示意图(导向机构处于打开状态)；

图3为图1去掉浮块后的结构示意图；

图4为图2去掉浮块后的结构示意图；

图5为本发明导向机构的结构示意图；

图6为本发明被动夹持/主动释放机构处于主动释放状态的结构示意图；

图7为本发明被动夹持/主动释放机构处于被动夹持状态的结构示意图；

图8为图3中起重块处的局部放大图；

其中：1为被动夹持/主动释放机构，2为导向机构，3为起重块，4为电动推杆A，5为驱动杆A，6为对射红外线探测器，7为法兰盘，8为支撑板A，9为浮块，10为导向杆，11为夹持杆，12为扭簧，13为卡舌，14为销轴A，15为螺栓，16为螺母，17为声学导引设备，18为摄像机，19为销轴B，20为电动推杆B，21为驱动杆B，22为支撑板B，23为销轴C，24为U形槽A，25为弧形槽，26为U形槽B，27为条形孔A，28为条形孔B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～8所示，本发明包括壳体、被动夹持/主动释放机构1、导向机构2、起重块3、对射红外线探测器6、浮块9、声学导引设备17及视觉光学导引设备，其中壳体的后端安装于水下机器人上，前端分别连接有起重块3及浮块9，本实施例的壳体包括两个通过连接板相连的法兰盘7，壳体顶部安装有声学导引设备17，底部安装有视觉光学导引设备，本实施例的声学导引设备17可为超短信标，与无人艇或回收平台上的超短换能器配合，用于远距离声学导引；本实施例的超短换能器及超短信标均为市购产品，购置于德国Evologic公司，产品型号为S2CR系列；本实施例的视觉光学导引设备为摄像机18。

本实施例的被动夹持/主动释放机构1包括安装于壳体内的电动推杆A4及位于壳体外的驱动杆A5、支撑板A8、夹持杆11、扭簧12和卡舌13，该电动推杆A4通过螺栓15固定在后端的法兰盘7上，电动推杆A4的伸缩杆(即电动推杆A4的输出端)由前端的法兰盘7穿出；在电动推杆A4伸缩杆的两侧对称设有夹持杆11，每侧夹持杆11的一端均通过销轴A14与支撑板A8铰接、构成旋转副，支撑板A8通过螺栓15固接在前端法兰盘7外表面上，每侧夹持杆11的另一端均通过销轴B19铰接有卡舌13；夹持杆11的另一端开设有防止卡舌13向外回转的U形槽B26，卡舌13通过该U形槽B26的槽底面限位、仅能向内移动，防止绳索或对接杆在未释放状态脱离被动夹持/主动释放机构1；卡舌13与夹持杆11之间设有扭簧12，该扭簧12容置于U形槽B26内，两端分别与卡舌13及U形槽B26的槽底面抵接。电动推杆A4的伸缩杆通过驱动杆A5分别与两侧的夹持杆11相连，带动两侧夹持杆11移动，进而驱动两侧夹持杆11张开或闭合；本实施例的夹持杆11上开设有条形孔A27，驱动杆A5呈“L”形，一端与电动推杆A4的伸缩杆相连，另一端***条形孔A27中，通过电动推杆A4伸缩杆的伸缩带动驱动杆A5的另一端在条形孔A27中滑动，进而带动夹持杆11张开或闭合。

本实施例的导向机构2包括安装于壳体内的电动推杆B20及位于壳体外的驱动杆B21、支撑板B22和导向杆10，该电动推杆B20通过螺栓固定在后端的法兰盘7上，电动推杆B20的伸缩杆(即电动推杆B20的输出端)由前端的法兰盘7穿出；在电动推杆B20伸缩杆的两侧对称设有导向杆10，每侧导向杆10的一端均通过销轴C23与支撑板B22铰接、构成旋转副，支撑板B22通过螺栓15固接在前端法兰盘7外表面上，每侧导向杆10的另一端均呈勾状；电动推杆B20的伸缩杆通过驱动杆B21分别与两侧的导向杆10相连，带动两侧导向杆10围绕销轴C23旋转，进而驱动两侧的导向杆10张开或闭合；本实施例的导向杆10上开设有条形孔B28，驱动杆B21呈“L”形，一端与电动推杆B20的伸缩杆相连，另一端***条形孔B28中，通过电动推杆B20伸缩杆的伸缩带动驱动杆B21的另一端在条形孔B28中滑动，进而带动导向杆10张开或闭合。本实施例的导向杆10呈“V”形，两侧的导向杆10在闭合状态与水下机器人的外表面抵接，在张开状态时伸向水下机器人前端、呈“V”形，增大捕获绳索或对接杆的范围。

本实施例的起重块3的一端通过螺栓固接于前端法兰盘7的外表面上，另一端开设有U形槽A24，该U形槽A24的两侧均由下向上开设有弧形槽25，U形槽A24每侧的底部均呈勾状，便于对绳索或对接杆的储放及对水下机器人的起吊。夹持杆11带动的卡舌13位于起重块3的下方，导向杆10位于起重块3的上方；卡舌13在未受碰撞力时通过扭簧12的弹力作用闭合，进而使起重块3另一端的U形槽A24处于闭合状态；当卡舌13受碰撞力时，在碰撞力克服扭簧12弹力作用下，卡舌13围绕与夹持杆11铰接的销轴B19旋转，从而使绳索或对接杆进入起重块3另一端的U形槽A24内。

本实施例的浮块9分为上浮块、下浮块、左浮块及右浮块，该上浮块安装于支撑板B22的上表面，下浮块安装于支撑板A8的下表面，上浮块及下浮块形状相同，均呈流线形，保持水下机器人外表面的流线外形；左浮块及右浮块安装在支撑板A8与支撑板B22之间的左右两侧。本实施例的左浮块及右浮块上均通过螺母16固定有对射红外线探测器6，两个对射红外线探测器6对称安装；本实施例的对射红外线探测器6为市购产品，购置于上海沪创实业有限公司，型号为E3F-5DN2。

本发明的工作原理为：

当需要水下对接回收自主水下机器人时，水下机器人通过声学导引设备17或视觉光学导引设备18向无人艇或回收平台靠近航行，当水下机器人距离回收绳索/对接杆小于50m时，导向机构2中的电动推杆B20向前推动伸缩杆，带动驱动杆B21向前移动，从而使导向杆10打开，增大被动闭合夹持机构与绳索/对接杆的碰撞概率。水下机器人进一步向绳索/对接杆靠近，当绳索/对接杆进入导向杆10跨度内时，随着水下机器人继续前进，绳索/对接杆在导向杆10作用下向被动夹持/主动释放机构1靠近；首先与卡舌13接触，在绳索/对接杆与卡舌13碰撞力作用下，克服扭簧12作用力，绳索/对接杆打开卡舌13，进入起重块3的U形槽A24内(此时被动夹持/主动释放机构1处于关闭状态)，通过对射红外线探测器6进一步确认，当确认绳索/对接杆进入被动夹持/主动释放机构1，从而完成对绳索/对接杆的捕获，下一步通过回收绳索/对接杆，完成对水下机器人的回收，水下机器人的重量将会由起重块3承受。

当水下机器人完成水下捕获准备回收时，由于某些突发事件需要在水中释放水下机器人时，这时被动夹持/主动释放机构1处于封闭状态，卡舌13受夹持杆11上的防止绳索/对接杆脱离的U形槽B26约束，无法释放绳索/对接杆，此时只能通过被动夹持/主动释放机构1完成。被动夹持/主动释放机构1中的电动推杆A4向后回收伸缩杆，带动驱动杆A5向后移动，使夹持杆11以及安装在其上面的卡舌13相互远离，即被动夹持/主动释放机构1不再封闭起重块3的U形槽A24，使绳索/对接杆可自由脱离，完成对水下机器人的释放。

Claims (10)

1.一种可重复回收水下机器人的导向式回收机构，其特征在于：包括壳体、被动夹持/主动释放机构(1)、导向机构(2)、起重块(3)及浮块(9)，其中壳体的后端安装于水下机器人上，前端分别连接有起重块(3)及浮块(9)，所述被动夹持/主动释放机构(1)包括安装于壳体内的电动推杆A(4)及位于壳体外的驱动杆A(5)、夹持杆(11)、扭簧(12)和卡舌(13)，该电动推杆A(4)的输出端由壳体穿出，两侧对称设有所述夹持杆(11)，每侧所述夹持杆(11)的一端均与安装在壳体上的支撑板铰接，另一端均铰接有卡舌(13)，所述卡舌(13)与夹持杆(11)之间设有扭簧(12)，所述电动推杆A(4)的输出端通过驱动杆A(5)分别与两侧的夹持杆(11)相连，带动两侧所述夹持杆(11)张开或闭合；所述导向机构(2)包括安装于壳体内的电动推杆B(20)及位于壳体外的驱动杆B(21)和导向杆(10)，该电动推杆B(20)的输出端由壳体穿出，两侧对称设有所述导向杆(10)，每侧所述导向杆(10)均与所述支撑板铰接，所述电动推杆B(20)的输出端通过驱动杆B(21)分别与两侧的导向杆(10)相连，带动两侧所述导向杆(10)张开或闭合。

2.根据权利要求1所述可重复回收水下机器人的导向式回收机构，其特征在于：所述夹持杆(11)的另一端开设有防止卡舌(13)向外回转的U形槽B(26)，所述扭簧(12)容置于U形槽B(26)内，两端分别与所述卡舌(13)及U形槽B(26)的槽底面抵接，所述卡舌(13)通过该U形槽B(26)的槽底面限位。

3.根据权利要求1所述可重复回收水下机器人的导向式回收机构，其特征在于：所述夹持杆(11)上开设有条形孔A(27)，所述驱动杆A(5)呈“L”形，一端与所述电动推杆A(4)的输出端相连，另一端***所述条形孔A(27)中，通过所述电动推杆A(4)输出端的伸缩带动驱动杆A(5)的另一端在条形孔A(27)中滑动，进而带动所述夹持杆(11)张开或闭合。

4.根据权利要求1所述可重复回收水下机器人的导向式回收机构，其特征在于：所述导向杆(10)的一端与支撑板铰接，另一端呈勾状，该导向杆(10)上开设有条形孔B(28)，所述驱动杆B(21)呈“L”形，一端与所述电动推杆B(20)的输出端相连，另一端***所述条形孔B(28)中，通过所述电动推杆B(20)输出端的伸缩带动驱动杆B(21)的另一端在条形孔B(28)中滑动，进而带动所述导向杆(10)张开或闭合。

5.根据权利要求1所述可重复回收水下机器人的导向式回收机构，其特征在于：所述起重块(3)的一端安装于壳体上，另一端开设有U形槽A(24)，该U形槽A(24)的两侧均由下向上开设有弧形槽(25)，所述U形槽A(24)每侧的底部均呈勾状。

6.根据权利要求5所述可重复回收水下机器人的导向式回收机构，其特征在于：所述夹持杆(11)带动的卡舌(13)位于起重块(3)的下方，该卡舌(13)在未受碰撞力时通过所述扭簧(12)的弹力作用闭合，进而使所述起重块(3)另一端的U形槽A(24)处于闭合状态；所述导向杆(10)位于起重块(3)的上方。

7.根据权利要求1所述可重复回收水下机器人的导向式回收机构，其特征在于：所述导向杆(10)呈“V”形，两侧的所述导向杆(10)在闭合状态与水下机器人的外表面抵接，在张开状态时伸向水下机器人前端、呈“V”形。

8.根据权利要求1所述可重复回收水下机器人的导向式回收机构，其特征在于：所述浮块(9)上安装有对射红外线探测器(6)。

9.根据权利要求8所述可重复回收水下机器人的导向式回收机构，其特征在于：所述浮块(9)分为上浮块、下浮块、左浮块及右浮块，所述支撑板分为支撑板A(8)及支撑板B(22)，该上浮块安装于所述支撑板B(22)的上表面，所述下浮块安装于支撑板A(8)的下表面，所述上浮块及下浮块形状相同，均呈流线形；所述左浮块及右浮块安装在支撑板A(8)与支撑板B(22)之间的左右两侧，该左浮块及右浮块上均安装有对射红外线探测器(6)，两个所述对射红外线探测器(6)对称设置。

10.根据权利要求1所述可重复回收水下机器人的导向式回收机构，其特征在于：所述壳体上分别安装有声学导引设备(17)及视觉光学导引设备。

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