CN112208717A - 海上多功能智能打捞*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种海上多功能智能打捞***，包括：水面控制台、吊机、脐带缆绞车、ROV载体、浮力调节装置和捕捉装置；所述水面控制台连接并控制吊机和脐带缆绞车；所述脐带缆绞车通过脐带缆与ROV载体连接；所述浮力调节装置包括浮力材料、浮筒、海水泵及控制阀组，通过海水泵调节水下浮力与浮态，对ROV载体进行姿态控制；所述捕捉装置与ROV载体相连，抓取打捞对象送至ROV载体。本发明可适用于水中呈漂浮状的UUV等物体打捞回收，也适用于海底固定目标物的搜寻和打捞，并可作为综合性水下作业平台，实现水下船体或海底的探测、维修和救援。

Description

海上多功能智能打捞***
技术领域
本发明涉及海洋技术领域，具体地，涉及一种海上多功能智能打捞***。尤其地，涉及一种采用ROV技术的海上多功能智能打捞回收***。
背景技术
目前海上的UUV等物体打捞回收主要依靠传统的人工打捞方式，作业难度大、效率低，在恶劣海况下很难回收，且容易造成打捞对象损伤或人员伤亡。随着海洋资源开发、海上防卫与军事需求的不断增加，UUV、浮标等作业设备数量及使用频次也随之剧增，相应的海上回收任务也日益增多，急需研制一种自动化的打捞装备，解决日益突出的打捞效率低、安全性差等问题。
专利文献CN109515655A(申请号：201811465089.3)公开了一种多功能的六履带式水下机器人，其包括纵惯首尾的主浮体和置于左右侧板底部内侧的主驱动履带及设置在首尾各两个、左右对称布置、可360度自由转动的摇臂，主驱动履带转动时带动摇臂上履带转动，使得摇臂具有攀爬、越障能力；在该机器人的首部设有左、右机械臂，左机械手臂可实现抓取功能，右机械手臂为液压式自带手库式机械手臂，可完成钻取、切割等功能，大大提高水下作业效率；同时搭载环境智能监测***。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种海上多功能智能打捞***。
根据本发明提供的海上多功能智能打捞***，包括：水面控制台、吊机、脐带缆绞车、ROV载体、浮力调节装置和捕捉装置；
所述水面控制台连接并控制吊机和脐带缆绞车；
所述脐带缆绞车通过脐带缆与ROV载体连接；
所述浮力调节装置包括浮力材料、浮筒、海水泵及控制阀组，通过海水泵调节水下浮力与浮态，对ROV载体进行姿态控制；
所述捕捉装置与ROV载体相连，抓取打捞对象送至ROV载体。
优选的，所述水面控制台包括ROV操作面板、ROV控制计算机、显示单元、视觉引导***和供配电单元；
所述ROV操作面板和视觉引导***通过数据通讯线与ROV控制计算机相连；
所述显示单元通过视频通讯线与ROV控制计算机相连；
所述供配电单元通过供电线缆与水面控制台和脐带缆输入端相连。
优选的，ROV控制计算机接收和处理ROV载体传输的传感器数据并以用户界面形式进行显示，将ROV操作面板、视觉引导***传输的控制数据经过处理后以控制指令形式发送给ROV载体。
优选的，操作面板设有按钮、旋钮和操作杆，用于操控ROV载体；
显示单元为显示器、触摸屏或数据仪表，用于显示用户软件界面、视频画面或传感器数据；
供配电单元为各装置提供供电与保护功能，具有升压、变频、滤波和绝缘保护的功能，并提供用户操作和显示界面。
优选的，所述捕捉装置包括抓取机械手、锁定装置及导向装置；
所述抓取机械手为液压或电机驱动的多自由度关节手臂，具有横摆、伸缩、腕部旋转和手爪张合的运动关节；手爪张合尺寸匹配打捞对象***尺寸，手爪在水下本体姿态控制的辅助下，主动接近并抓取打捞对象；
所述锁定装置位于手爪根部，采用插销式、棘轮式或连杆等形式，手爪合拢后进行自动锁紧防止误动作导致打捞对象脱落；
所述导向装置位于抓取机械手两侧，覆盖机械手运动范围，采用锥面或内缩曲面形式，增大对接范围、导引打捞对象进入指定位置。
优选的，水面控制台采用整体集成式或便捷安装式；
整体集成式将水面控制台整体集成在一个小型箱体内部，在箱体内部进行操控，在甲板预留布置空间；
便捷安装式将水面控制台的操作面板根据需求固定安装在甲板或舱室。
优选的，所述ROV载体包括本体结构、推进器***、液压***、水下控制***、云台***和水下视频***；
所述推进器***、液压***、水下控制***、云台***和水下视频***均与本体结构相连；
所述推进器***和云台***采用液压驱动或电力驱动；
液压驱动型推进***和云台***通过液压管线与液压***相连，电力驱动型推进***和云台***通过电缆与水下控制***相连；
水下视频***通过数据通讯电缆与水下控制***相连；
水下控制***接收水面控制台的指令，对推进器***、液压***和云台***进行控制，同时接收各***的传感器数据，并将数据通过脐带缆发送至ROV控制计算机。
优选的，吊机是本体结构的起升装置，用于将本体结构吊放至母船外预设安全距离后下放，本体结构入水后再启动运动功能进行打捞对象捕获作业，捕获成功后再由吊机将本体结构连同打捞对象整体回收至甲板。
优选的，脐带缆绞车用于存储和收放脐带缆，脐带缆绞车采用液压马达或电机驱动，脐带缆绞车包括主结构、滑环、接线箱和电控柜；根据作业工况要求，脐带缆绞车配备自动排缆装置和升沉补偿功能。
优选的，根据打捞对象规格及浮态情况选择不同的抓取模块，在目视或视觉引导***的辅助下，通过遥控水下本体动作完成对打捞对象的对位、捕捉、携带回游及起吊回收。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可适用于水中呈漂浮状的UUV等物体打捞回收，也适用于海底固定目标物的搜寻和打捞，并可作为综合性水下作业平台，实现水下船体或海底的探测、维修和救援等；
2、本发明抓取工具整体具有较强的误差适应性，通过采用导向装置等降低捕捉本体的控制精度要求；并且与打捞对象接触部分具有缓冲材料或结构，防止挤压或碰触打捞对象后留下划痕或损伤；
3、本发明的ROV载体具有便利的捕捉工具安装接口，良好的水面及水下运动性能和抗风浪能力，全面、清晰的视频监视与引导***等；
4、本发明的浮力调节装置包括浮力材料、浮筒、海水泵及控制阀组，可在水下提供足够浮力满足携带打捞对象的上浮力要求，也可以通过海水泵调节水下浮力与浮态，以适应水下本体的姿态控制要求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为***组成图；
图2为水下打捞部件的结构图；
图3为水下本体的总体布置图；
图4为水下本体工作时的结构图；
图5为多功能抓取机械手结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1，根据本发明提供的海上多功能智能打捞***，包括：
智能打捞回收***采用ROV遥控作业方式，实现水下或水面物体打捞回收。***可分为水上***和水下***两部分，其中：水上***由水面控制台、吊机、绞车等组成；水下本体***由ROV载体和捕捉工具模块等组成。
所述水面控制台包括ROV操作面板、ROV控制计算机、显示单元、视觉引导***和供配电单元；
ROV操作面板和视觉引导***通过数据通讯线(网线、CAN总线或串口通讯线等)与ROV控制计算机相连，显示单元(可能会有多个)通过视频通讯线与控制计算机相连，供配电单元通过供电线缆与水面控制台各设备和水下脐带缆输入端相连。
ROV控制计算机是水面控制***的核心单元，负责***的主要监视与控制任务，如接收和处理水下***传输上来的传感器数据并以用户界面形式进行显示，将操作面板、视觉引导计算机传输过来的控制数据经过处理后以控制指令形式发送给水下***等；操作面板设有按钮、旋钮和操作杆等，是用户操控ROV***的主要输入界面；显示单元为显示器、触摸屏或数据仪表等，主要用于显示用户软件界面、视频画面或传感器数据等；供配电单元为水面和水下***提供供电与保护功能，具有升压、变频、滤波和绝缘保护等功能，并提供用户操作和显示界面。
打捞对象回收作业模式分为人工操控和自主回收两种模式：人工操控主要由水面操作人员结合水下视频和监控信息主动操作ROV载体及其捕捉工具完成整个打捞对象回收过程；自主回收则考虑采用声学、视觉引导方法，通过声学、视觉***识别打捞对象关键部位获得其有效的方位及状态信息，ROV载体根据该信息实现回收作业的自主预定位，并辅助操作人员完成最后的回收操作。
打捞作业时，水下本体由吊机布放至水中，人工操作水下本体游向打捞对象，直至水下本体和打捞对象全部进入声学或视觉探测范围内，对水下本体和打捞对象在探测范围内进行有效识别，获得二者大范围相对位置和方位信息。
在声学或视觉信息引导下，操作人员操作水下本体继续靠近打捞对象，到达打捞对象一定距离后，调整水下本体浮力、浮态，并启动推进器***将水下本体姿态稳定至合适状态后逐渐接近打捞对象；操作机械手整体向打捞对象伸出，直至钳口底部接触打捞对象后将手爪合拢、锁死；重新调整水下本体浮力和和浮态，保持本体稳定的运动控制状态；水下本体携带打捞对象游至吊机下方，由绞车回收脐带缆将水下本体及打捞对象整体回收。
实施例2：
本发明针对以上需求提供一种采用ROV技术的海上多功能智能打捞回收***。***采用遥控作业方式，实现UUV等打捞对象的水下或近水面抓取式、机械化打捞回收，可解决高海况下的高效、安全回收问题。智能打捞回收***可根据打捞对象规格及浮态情况选择不同的抓取模块，在操作人员目视或声学、视觉引导***的辅助下，完成打捞对象的对位、捕捉、携带回游及起吊回收等一系列作业过程。***可适用于水中呈漂浮状物体的打捞回收，也适用于海底固定目标物的搜寻和打捞；并可作为综合性水下作业平台，实现水下船体或海底的探测、维修和救援等。在深海UUV或特定目标物的打捞、救援方面具有广阔应用前景。
本发明是通过以下技术方案实现的：智能打捞回收***采用ROV遥控作业方式，实现水下或水面物体打捞回收。***可分为水上***和水下***两部分，其中：水上***由水面控制台、吊机、绞车等组成；水下本体***由ROV载体和捕捉工具模块等组成。在打捞时，吊机和绞车配合将水下本体释放到安全水域，水下本体进入作业区域后，在操作人员目视或水面、水下视觉***的辅助下，通过遥控水下本体动作完成打捞对象的对位、捕捉、携带回游及起吊回收等一系列作业过程。
如图2、图3、图4，所述的水下本体***至少包含本体结构、浮力调节装置、捕捉或抓取工具、推进器***和水下控制***等，以及配套的液压***、云台***、水下视频***等。为适应打捞作业需求，ROV载体具有便利的捕捉工具安装接口，良好的水面及水下运动性能和抗风浪能力，全面、清晰的视频监视与引导***等。
所述的捕捉或抓取工具至少包含抓取机械手、锁定装置及导向装置等。工具整体应具有较强的误差适应性，通过采用导向装置等降低捕捉本体的控制精度要求；并且与打捞对象接触部分具有缓冲材料或结构，防止挤压或碰触打捞对象后留下划痕或损伤。
所述的浮力调节装置至少包含浮力材料、浮筒、海水泵及控制阀组等，可在水下提供足够浮力满足携带打捞对象的上浮要求，也可以通过海水泵调节水下浮力与浮态，以适应水下本体的姿态控制要求。
如图5，所述的抓取机械手为液压或电机驱动的多自由度关节手臂，具有横摆、伸缩、腕部旋转和手爪张合等运动关节。手爪开合尺寸适合打捞对象***尺寸要求，手爪可具有力感知功能，在水下本体姿态控制的辅助下，可主动接近并抓取打捞对象。
所述的水面控制台至少应包括人员操控用的控制面板、控制计算机、显示单元、水下供配电单元等。水面控制台可以采用整体集成式也可以采用便捷安装式。整体集成式的水面控制台整体集成在一个小型箱体内部，人员在箱体内部进行操控，但需要在甲板预留足够布置空间；便捷安装式的可将***单元根据需要安装在甲板或舱室合适的位置，对整体安装空间没有较高要求，但不便于移动或拆卸。
所述的吊机是水下本体的起升装置，主要用于将水下本体吊放至母船外一定安全距离后下放，水下本体入水后再启动运动功能进行打捞对象捕获作业，捕获成功后再由吊机将水下本体连同打捞对象整体回收至甲板。
所述的绞车用于存储和收放脐带缆，绞车采用液压马达或电机驱动，主要由主结构、滑环、接线箱、电控柜等组成。根据作业工况要求，绞车可配套自动排缆装置和升沉补偿功能。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的***、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种海上多功能智能打捞***，其特征在于，包括：水面控制台、吊机、脐带缆绞车、ROV载体、浮力调节装置和捕捉装置；
所述水面控制台连接并控制吊机和脐带缆绞车；
所述脐带缆绞车通过脐带缆与ROV载体连接；
所述浮力调节装置包括浮力材料、浮筒、海水泵及控制阀组，通过海水泵调节水下浮力与浮态，对ROV载体进行姿态控制；
所述捕捉装置与ROV载体相连，抓取打捞对象送至ROV载体。
2.根据权利要求1所述的海上多功能智能打捞***，其特征在于，所述水面控制台包括ROV操作面板、ROV控制计算机、显示单元、视觉引导***和供配电单元；
所述ROV操作面板和视觉引导***通过数据通讯线与ROV控制计算机相连；
所述显示单元通过视频通讯线与ROV控制计算机相连；
所述供配电单元通过供电线缆与水面控制台和脐带缆输入端相连。
3.根据权利要求1所述的海上多功能智能打捞***，其特征在于，ROV控制计算机接收和处理ROV载体传输的传感器数据并以用户界面形式进行显示，将ROV操作面板、视觉引导***传输的控制数据经过处理后以控制指令形式发送给ROV载体。
4.根据权利要求1所述的海上多功能智能打捞***，其特征在于，操作面板设有按钮、旋钮和操作杆，用于操控ROV载体；
显示单元为显示器、触摸屏或数据仪表，用于显示用户软件界面、视频画面或传感器数据；
供配电单元为各装置提供供电与保护功能，具有升压、变频、滤波和绝缘保护的功能，并提供用户操作和显示界面。
5.根据权利要求1所述的海上多功能智能打捞***，其特征在于，所述捕捉装置包括抓取机械手、锁定装置及导向装置；
所述抓取机械手为液压或电机驱动的多自由度关节手臂，具有横摆、伸缩、腕部旋转和手爪张合的运动关节；手爪张合尺寸匹配打捞对象***尺寸，手爪在水下本体姿态控制的辅助下，主动接近并抓取打捞对象；
所述锁定装置位于手爪根部，采用插销式、棘轮式或连杆等形式，手爪合拢后进行自动锁紧防止误动作导致打捞对象脱落；
所述导向装置位于抓取机械手两侧，覆盖机械手运动范围，采用锥面或内缩曲面形式，增大对接范围、导引打捞对象进入指定位置。
6.根据权利要求1所述的海上多功能智能打捞***，其特征在于，水面控制台采用整体集成式或便捷安装式；
整体集成式将水面控制台整体集成在一个小型箱体内部，在箱体内部进行操控，在甲板预留布置空间；
便捷安装式将水面控制台的操作面板根据需求固定安装在甲板或舱室。
7.根据权利要求1所述的海上多功能智能打捞***，其特征在于，所述ROV载体包括本体结构、推进器***、液压***、水下控制***、云台***和水下视频***；
所述推进器***、液压***、水下控制***、云台***和水下视频***均与本体结构相连；
所述推进器***和云台***采用液压驱动或电力驱动；
液压驱动型推进***和云台***通过液压管线与液压***相连，电力驱动型推进***和云台***通过电缆与水下控制***相连；
水下视频***通过数据通讯电缆与水下控制***相连；
水下控制***接收水面控制台的指令，对推进器***、液压***和云台***进行控制，同时接收各***的传感器数据，并将数据通过脐带缆发送至ROV控制计算机。
8.根据权利要求7所述的海上多功能智能打捞***，其特征在于，吊机是本体结构的起升装置，用于将本体结构吊放至母船外预设安全距离后下放，本体结构入水后再启动运动功能进行打捞对象捕获作业，捕获成功后再由吊机将本体结构连同打捞对象整体回收至甲板。
9.根据权利要求1所述的海上多功能智能打捞***，其特征在于，脐带缆绞车用于存储和收放脐带缆，脐带缆绞车采用液压马达或电机驱动，脐带缆绞车包括主结构、滑环、接线箱和电控柜；根据作业工况要求，脐带缆绞车配备自动排缆装置和升沉补偿功能。
10.根据权利要求1所述的海上多功能智能打捞***，其特征在于，根据打捞对象规格及浮态情况选择不同的抓取模块，在目视或视觉引导***的辅助下，通过遥控水下本体动作完成对打捞对象的对位、捕捉、携带回游及起吊回收。
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