CN112829904A - 一种水下机器人用光纤浮包装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种水下机器人用的光纤浮包装置。包括光纤微缆、浮球、金属软管、保护套连接件、保护套及刚性导管，其中保护套通过保护套连接件设置于浮球的下端，刚性导管穿过稳定翼与水下机器人的框架连接，金属软管的两端分别与刚性导管和保护套连接，光纤微缆依次穿过刚性导管、金属软管及浮球至水面端。本发明的整个光纤通道内部光滑，阻力小，装置在水中状态稳定可控，避免了载体端直接伸出的光纤与机器人缠绕情况，对载体端光纤起引导作用，提升了载体端光纤的安全性，装置随水下机器人布放回收，不依赖外部设备。
Description
技术领域
本发明属于水下机器人技术领域，特别涉及一种水下机器人用光纤浮包装置。
背景技术
ARV(Autonomous and Remotely-operated Vehicle)是一种新概念的水下机器人，它综合遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle，ROV)和自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)的优点，自带能源并通过光纤与母船通信。ARV引入人的参与，使人机结合，由人来完成复杂的事情如识别或决策，简单的事情交由机器人自行解决，这类混合式水下机器人可延伸人类对海洋的探索活动，是水下机器人研究的新发展方向。
ARV在下潜或航行时，载体端伸出一根光纤微缆连接至水面端，机器人的信息上传和使命下载主要依靠光纤传输，而光纤微缆外径纤细、质量较轻，在水中为微负浮力，机器人布放和航行时，光纤在水中的状态不易控制，容易与载体缠绕，也易被吸入螺旋桨产生的水流中，造成通信中断，这使得光纤微缆的保护十分重要，利用浮力材在水中为正浮力的特点，将光纤搭载其上，研制一种光纤浮包装置，引导光纤远离载体一定距离变为可控状态，既可保证水下正常通信又可避免光纤缠绕载体发生危险。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种水下机器人用光纤浮包装置，适用于所有ARV，具有对载体端光纤的导引功能，同时保证了载体端光纤的安全。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水下机器人用光纤浮包装置，包括光纤微缆、浮球、金属软管、保护套连接件、保护套及刚性导管，其中保护套通过保护套连接件设置于浮球的下端，刚性导管与水下机器人的框架连接，金属软管的两端分别与刚性导管和保护套连接，光纤微缆依次穿过刚性导管、金属软管及浮球至水面端。
所述金属软管的两端通过张紧装置分别与刚性导管和保护套连接。
所述张紧装置包括张紧环和压紧螺母，其中张紧环套设于所述金属软管上，所述张紧环通过与所述刚性导管或所述保护套连接的压紧螺母压紧，所述张紧环通过变形将金属软管压紧。
所述保护套的外圆周上设有环形限位凸起，所述保护套的一端与所述保护套连接件螺纹连接、且通过螺母锁紧。
所述浮球的下端粘接有螺套，所述保护套连接件通过螺栓与螺套连接。
所述刚性导管穿过稳定翼与水下机器人的框架连接。
所述浮球的顶部为锥形结构，中部为圆柱形，底部为平面，所述浮球的中轴线加工有通孔作为光纤微缆的通道。
所述保护套连接件为锥形薄壁结构，作为浮球底部流线型的过渡。
所述水下机器人的框架上设有光纤剪切机构，由光纤团伸出的所述光纤微缆穿过光纤剪切机构。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明具有对载体端光纤的导引功能。依靠浮球在水中的正浮力特性，将光纤出口导引至载体外适当距离，保障了通信链路稳定，避免光纤缠绕载体，提升了载体端光纤的安全性。
2、本发明对水下机器人航行和作业影响小。本装置的浮球为流线型结构，水阻力小，整体剩余浮力偏正，能始终保持垂直向上的姿态，对机器人航行姿态影响可以忽略，金属软管和浮球内表面都光滑，通过实际验证，出纤阻力很小。
3、本发明使用简单，便于维护。金属软管可适时变换长度，其他金属件为不锈钢件，耐海水腐蚀，每次光纤剪切潜器回收后，可用一根穿线钢丝贯通整个通道，将光纤导引回通道中，布放时只需保护浮包在机器人之后入水即可。
4、本发明通用性强。本装置适用于所有采用光纤通信的水下机器人，针对不同下潜深度的ARV，只需根据相应深度的海水密度计算并调整浮球大小和金属软管长度，使其剩余浮力偏正即可。
附图说明
图1为本发明的外部结构示意图；
图2为本发明载体外结构剖视图；
图3为图2的Ⅰ处局部放大图；
图4为图2的Ⅱ处局部放大图；
图5为本发明载体端结构剖视图；
图6为图5的Ⅲ处局部放大图；
图7为本发明的布放示意图。
其中：1为光纤微缆，2为浮球，3为金属软管，4为水下机器人，5为保护套连接件，6为保护套，7为螺母，8为压紧螺母，9为张紧环，10为螺套，11为稳定翼，12为框架，13为光纤剪切机构，14为光纤团，15为刚性导管，16为换能器。
Ⅲ
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1-3、图5所示，本发明提供的一种水下机器人用光纤浮包装置，包括光纤微缆1、浮球2、金属软管3、保护套连接件5、保护套6及刚性导管15，其中保护套6通过保护套连接件5设置于浮球2的下端，刚性导管15穿过稳定翼11与水下机器人4的框架12连接，金属软管3的两端分别与刚性导管15和保护套6连接，光纤微缆1依次穿过刚性导管15、金属软管3及浮球2至水面端。
如图3所示，保护套6的外圆周上设有环形限位凸起，保护套6的一端与保护套连接件5螺纹连接、且通过螺母7锁紧。保护套6和螺母7之间可以增加橡胶垫增大摩擦力，避免两者在水下脱开。
如图4所示，浮球2的下端粘接有螺套10，保护套连接件5通过螺栓与螺套10连接。
本发明的实施例中，浮球2的底面均布加工了四个盲孔，螺套10埋入盲孔与浮球2粘接，保护套连接件5与螺套10的内螺纹连接。
如图3、图6所示，金属软管3的两端通过张紧装置分别与刚性导管15和保护套6连接。张紧装置包括张紧环9和压紧螺母8，其中张紧环9套设于金属软管3上，张紧环9通过与刚性导管15或保护套6螺纹连接的压紧螺母8压紧。张紧环9为塑料可变型件，螺纹副压紧的同时张紧环9内圈收缩，将金属软管3锁紧，即张紧环9通过变形将金属软管3压紧。
如图5所示，水下机器人4的框架12上设有光纤剪切机构13，光纤剪切机构13在刚性导管15下方与框架12连接，由光纤团14伸出的光纤微缆1自下向上依次穿过光纤剪切机构13、刚性导管15和金属软管3，整个通道去除尖锐棱角，保障光纤顺利穿过。
如图2所示，浮球2顶部为锥形结构，中部圆柱形，底部为平面，浮球2中轴线加工有通孔作为光纤微缆1的通道，浮球2所有与光纤微缆1有接触的表面都做了倒圆角处理。保护套连接件5为锥形薄壁结构，作为浮球2底部流线型的过渡。
如图7所示，在本实施例中，对于较长的金属软管3，为避免布放时浮球2压在ARV下面，将软管绕过某设备的换能器16，布放时在水面需一人用长杆拨开和保护软管，另一人负责梳理伸出的光纤，下潜后观察整体装置状态，如图1所示即可。ARV完成作业后，光纤被剪切，机器人出水面后本装置自由下垂回收，重新穿入光纤即可。
本实施例中，光纤剪切机构13采用2017年6月6日公开的，公开号为CN106799753A，申请号为CN201510837485.4的中国发明专利申请“一种水下用拔销触发超微光导纤维剪切机构”。本发明的金属软管3为市购产品。
本发明提供的一种水下机器人用光纤浮包装置，在水中为悬浮状态，金属软管3的长度选择依据分为两方面，一方面根据水下机器人4的体积选择，需保证ARV布放时浮球2不被压在载体下面，以免造成光纤伸出受阻；另一方面，需与浮球2的体积以及其他金属件的重量相互协调，保证本装置在工作水深处的整体剩余浮力偏正。在本实施例中，金属软管3与水下机器人4艉部连接，机器人起吊钩在中部，避免与机器人的布放回收干涉。
综上所述，本发明给出了一种水下机器人用光纤浮包装置，利用浮球水中正浮力的特性，以刚性导管和金属软管作为通道，将水下机器人载体端的光纤出口移至载体外适当距离。本装置在海水中保持悬浮状态，整个光纤通道内部光滑，阻力小，可实现载体端光纤的可控性，而不增加机器人航行和作业负担，避免了载体端直接伸出的光纤缠绕载体，对载体端光纤起引导作用，提升了载体端光纤的安全性，保障了机器人与水面端通信链路稳定。装置随水下机器人布放回收，不依赖外部设备。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。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、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种水下机器人用光纤浮包装置，其特征在于，包括光纤微缆(1)、浮球(2)、金属软管(3)、保护套连接件(5)、保护套(6)及刚性导管(15)，其中保护套(6)通过保护套连接件(5)设置于浮球(2)的下端，刚性导管(15)与水下机器人(4)的框架(12)连接，金属软管(3)的两端分别与刚性导管(15)和保护套(6)连接，光纤微缆(1)依次穿过刚性导管(15)、金属软管(3)及浮球(2)至水面端。
2.根据权利要求1所述的水下机器人用光纤浮包装置，其特征在于，所述金属软管(3)的两端通过张紧装置分别与刚性导管(15)和保护套(6)连接。
3.根据权利要求2所述的水下机器人用光纤浮包装置，其特征在于，所述张紧装置包括张紧环(9)和压紧螺母(8)，其中张紧环(9)套设于所述金属软管(3)上，所述张紧环(9)通过与所述刚性导管(15)或所述保护套(6)连接的压紧螺母(8)压紧，所述张紧环(9)通过变形将金属软管(3)压紧。
4.根据权利要求1所述的水下机器人用光纤浮包装置，其特征在于，所述保护套(6)的外圆周上设有环形限位凸起，所述保护套(6)的一端与所述保护套连接件(5)螺纹连接、且通过螺母(7)锁紧。
5.根据权利要求1所述的水下机器人用光纤浮包装置，其特征在于，所述浮球(2)的下端粘接有螺套(10)，所述保护套连接件(5)通过螺栓与螺套(10)连接。
6.根据权利要求1所述的水下机器人用光纤浮包装置，其特征在于，所述刚性导管(15)穿过稳定翼(11)与水下机器人(4)的框架(12)连接。
7.根据权利要求1所述的水下机器人用光纤浮包装置，其特征在于，所述浮球(2)的顶部为锥形结构，中部为圆柱形，底部为平面，所述浮球(2)的中轴线加工有通孔作为光纤微缆(1)的通道。
8.根据权利要求1所述的水下机器人用光纤浮包装置，其特征在于，所述保护套连接件(5)为锥形薄壁结构，作为浮球(2)底部流线型的过渡。
9.根据权利要求1所述的水下机器人用光纤浮包装置，其特征在于，所述水下机器人(4)的框架(12)上设有光纤剪切机构(13)，由光纤团伸出的所述光纤微缆(1)穿过光纤剪切机构(13)。
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