CN113277015B - 用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于自主水下机器人领域，具体地说是一种用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，包括固定框架及分别安装在固定框架上的滑道机构、丝杠滑台吊装机构和夹持机构，三个机构协同工作，对接杆在滑台带动下向前移动，对接杆起主要牵引作用，皮带起辅助牵引及支撑作用，共同使水下机器人向固定框架内部移动，对接杆与长滑台发生接触并驱动其一起向前运动，长滑台通过绳索经定滑轮与夹持架相连，两侧夹持架在绳索拉力作用下沿短导轨相互靠近，完成对水下机器人的夹持限位，三个机构相互协作，共同完成对水下机器人的回收。本发明整体结构简单，性能可靠，便于维护，实用性强。

Description

用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置

技术领域

本发明属于自主水下机器人领域，具体地说是一种用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置。

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。由于自主水下机器人自身携带能源有限，且受电池技术发展水平的制约，其能力和进一步推广应用受到限制，需要频繁对其回收。而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，同样已成为阻碍自主水下机器人广泛应用的瓶颈。因此，为了更大发挥水下机器人的性能，水下机器人回收方式正向少人化或无人化方向发展。

发明内容

针对目前自主水下机器人的有人回收机构存在结构复杂、成功率低等问题，本发明的目的在于提供一种用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置。该回收装置采用无人自主回收的方式，结构相对简单、安全可靠、回收成功率高，可有效提高回收自主水下机器人的作业效率及成功率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括固定框架及分别安装在该固定框架上的滑道机构、丝杠滑台吊装机构和夹持机构，其中滑道机构位于所述固定框架内的下部，包括电机A、传动装置、滚轮、皮带及支撑板，所述滚轮转动安装在支撑板上、并通过所述传动装置与安装在固定框架上的电机A的输出端连接，所述皮带缠绕在滚轮上，通过所述电机A驱动运转；所述丝杠滑台吊装机构位于滑道机构的上方，包括电机B、丝杠滑台固定板、丝杠滑台及对接杆，该电机B及丝杠滑台固定板分别安装于所述固定框架上，所述丝杠滑台中的丝杠转动安装在丝杠滑台固定板上，且与所述电机B的输出端相连，所述丝杠滑台中的滑台具有沿所述丝杠轴向往复移动的自由度，所述对接杆的上端铰接于所述滑台上、与滑台同步移动，该对接杆的下端为牵引端；所述夹持机构包括夹持架、绳索、定滑轮、长滑台及弹簧，所述皮带两侧对称设有用于夹持水下机器人的夹持架，该夹持架与所述固定框架滑动连接，每侧所述夹持架均连接有绳索，所述绳索的一端连接于夹持架上，另一端绕过安装在固定框架上的定滑轮后与滑动连接在固定框架上的长滑台相连，每侧所述夹持架的内侧为夹持侧、外侧与所述固定框架之间连接有弹簧，所述夹持架在弹簧弹力作用下靠近固定框架；所述长滑台位于对接杆随滑台移动的轨迹上，由所述对接杆推动，进而通过所述绳索拉动夹持架夹持水下机器人。

其中：所述支撑板为相互平行的两个，分别固定在所述固定框架内的下部，两个所述支撑板之间通过滚轮托架相连，所述滚轮托架上安装有小滚轮，两个所述支撑板的两端之间转动安装有大滚轮，所述皮带分别缠绕在大滚轮及小滚轮上。

所述小滚轮呈“V”字形，缠绕在该小滚轮上的所述皮带的表面也呈“V”字形，该“V”字形的底位于所述滚轮托架的中间。

所述传动装置包括链轮及链条，所述电机A固定在固定框架的上端，该电机A的输出端连接有一个链轮；任意一个所述大滚轮上连接有另一个链轮，两个链轮之间通过所述链条相连。

所述电机B通过转接板固定在丝杠滑台固定板或固定框架上，该电机B的输出端通过联轴器与所述丝杠滑台中的丝杠相连。

所述丝杠滑台中的滑台与丝杠之间螺纹连接，该滑台的一侧或两侧铰接有所述对接杆，所述对接杆的上端***所述滑台上开设的U形槽内，并通过销轴实现铰接。

所述夹持架的底部固接有短滑台，该短滑台与安装在所述固定框架上的短导轨滑动连接，滑动方向与所述水下机器人向固定框架内部移动的方向相垂直；所述长滑台与安装在固定框架上的长导轨滑动连接，滑动方向与所述水下机器人向固定框架内部移动的方向相同。

每侧所述绳索均由两个定滑轮绕过，其中一个定滑轮固定在所述固定框架内的上部、轴向与所述夹持架的滑动方向相同，另一个定滑轮固定在所述固定框架内的下部、轴向与所述长滑台的滑动方向相同。

所述夹持架的内侧与水下机器人接触的夹持部位设有软性泡沫，该软性泡沫与所述夹持架之间设有压力传感器。

所述支撑板的一端连接有前端挡板，该前端挡板上安装有测距传感器，所述支撑板的另一端固接有导向板。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明是一种可以无人自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，结构简单且模块化设计，大大降低了操作人员的劳动强度，提高了回收过程自动化水平以及回收效率。

2.本发明通过改变回收过程中对接杆向前移动距离可完成对不同直径水下机器人的回收，同时由于对接杆和皮带共同牵引水下机器人向前移动；因此，同样可以完成对重量较大水下机器人的回收，具有较好的通用性。

3.本发明对水下机器人具有较好的安全性，首先滑道机构中的皮带成V形，当水下机器人位于皮带上面时在自身重力作用下有向皮带中央移动的趋势；另外，对接杆位于水下机器人卡舌中间，会对水下机器人起到牵引作用，防止水下机器人与其它物件发生碰撞；回收水下机器人时，设置滑台运动速度和皮带运动速度同步，可保证水下机器人平稳移动；夹持架与水下机器人接触的地方采用软性泡沫，避免由于压力过大导致水下机器人壳体表面受损。

4.本发明采用一套丝杠滑台解决了水下机器人在皮带上移动以及对水下机器人夹持限位两个问题，减少一套驱动设备并提高了装置可靠性问题。

5.本发明中对接杆通过销轴与滑台铰接，当海况较差时，回收平台发生横摇，对接杆在自身重力作用下会回到竖直状态，从而降低外界干扰对水下机器人捕获对接杆的影响，提高回收成功率；因此，本发明可以在较高海况下完成对水下机器人的自主回收。

6.本发明中滑道装置载重大、防滑耐磨、驱动力大、运行平稳，可以满足小中型水下机器人的回收；此外，丝杠滑台的驱动电机位于框架上方，远离水面，防止电机遇水对其造成损坏。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明滑道机构的结构示意图；

图3为本发明滑道内部结构示意图；

图4为本发明丝杠滑台吊装机构的结构示意图；

图5为本发明夹紧机构的结构示意图；

图6为本发明夹紧机构内部的结构示意图；

图7为本发明前端挡板的结构示意图；

其中：1为固定框架、2为滑道机构、3为丝杠滑台吊装机构、4为夹持机构、5为导向板、6为螺栓、7为螺母、8为角件、9为电机A、10为链条、11为链轮、12为水下机器人、13为皮带、14为电机固定板、15为大滚轮、16为支撑板、17为绳索、18为对接杆、19为定滑轮、20为小滚轮、21为滚轮托架、22为联轴器、23为丝杠滑台、24为转接板、25为销轴、26为短滑台、27为短导轨、28为长滑台、29为长导轨、30为弹簧、31软性泡沫、32为压力传感器、33为测距传感器、34为前端挡板，35为丝杠滑台固定板、36为夹持架、37为铝型材、38为电机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1～7所示，本发明包括固定框架1、滑道机构2、丝杠滑台吊装机构3及夹持机构4，其中滑道机构2、丝杠滑台吊装机构3、夹持机构4均通过螺栓6、螺母7连接到固定框架1上。本实施例的固定框架1由多根铝型材37通过螺栓6、螺母7及角件8连接而成的长方体框架，整体为一个模块，滑道机构2位于固定框架1内的下部，丝杠滑台吊装机构3位于固定框架1的上部。

本实施例的滑道机构2包括电机A9、传动装置、滚轮、皮带13及支撑板16，电机A9通过电机固定板14固接在固定框架1的上端，使电机A9远离水面，防止电机A9溅水，保证电机A9安全运行；滚轮转动安装在支撑板16上、并通过传动装置与电机A9的输出端连接，皮带13缠绕在滚轮上，通过电机A9驱动运转。本实施例的支撑板16为相互平行的两个，分别通过螺栓6固定在固定框架1内的下部，两个支撑板16之间通过滚轮托架21相连，滚轮托架21上安装有小滚轮20，两个支撑板16的前后两端之间各转动安装一个大滚轮15，皮带13分别缠绕在大滚轮15及小滚轮20上。本实施例的滚轮托架21为多个，每个滚轮托架21上均安装有一个小滚轮20；本实施例的小滚轮20呈“V”字形，缠绕在该小滚轮20上的皮带13的表面也呈“V”字形，该“V”字形的底位于滚轮托架21的中间，便于使水下机器人12位于滚轮托架21的中间位置，防止水下机器人12向两侧晃动。本实施例的传动装置包括链轮11及链条10，电机A的输出端连接有一个链轮11，任意一个大滚轮15上连接有另一个链轮11，两个链轮11之间通过链条10相连。电机A9带动链轮11转动，再通过链条10带动大滚轮15和皮带13运动。皮带13起到支撑及运送水下机器人12的作用。

本实施例支撑板16的一端通过螺栓6固接有前端挡板34，该前端挡板34朝向水下机器人12的一面安装有测距传感器33，主要作用是检测水下机器人12在皮带13上距离固定框架1前端的距离。支撑板16的另一端通过螺栓6固接有导向板5，导向板5的主要作用是把水面航行的水下机器人12导引到皮带13正后方，便于水下机器人到皮带13上面。

本实施例的丝杠滑台吊装机构3位于滑道机构2的上方，包括电机B38、转接板24、联轴器22、丝杠滑台固定板35、丝杠滑台23、销轴25及对接杆18，该电机B38通过转接板24固定在丝杠滑台固定板35或固定框架1上，本实施例的电机B38通过转接板24固定在丝杠滑台固定板35上，丝杠滑台固定板35通过螺栓6固接在固定框架1上，丝杠滑台23中的丝杠转动安装在丝杠滑台固定板35上，电机B38的输出端通过联轴器22与丝杠滑台23中的丝杠相连。丝杠滑台23中的滑台具有沿丝杠轴向往复移动的自由度，即丝杠滑台23中的滑台与丝杠之间螺纹连接，该滑台的一侧或两侧铰接有对接杆18，对接杆18的上端***滑台上开设的U形槽内，并通过销轴25与滑台铰接，与滑台同步移动，对接杆18的下端为牵引端。滑台上的U形槽可以保证船体横摇时对接杆18在自身重力作用下仍然较好地处于竖直状态，提高水下机器人12捕获对接杆18的成功率。水下机器人12位于对接杆18的正下方，电机B38转动从而驱动丝杠滑台23中的丝杠旋转、滑台移动，进而带动连接杆18实现往复运动，对接杆18对水下机器人12起到主要牵引，皮带辅助牵引并支撑。当丝杠滑台固定35随船体横摇时，对接杆18在自身重力作用下会自动回到竖直状态，从而降低船体横摇对水下机器人12捕获对接杆18的影响。本实施例的皮带13的运行速度和滑台的运行速度同步，可保持水下机器人12平稳回收。

本实施例的夹持机构4包括夹持架36、绳索17、定滑轮19、长滑台28、弹簧30、软性泡沫31及压力传感器32，皮带13两侧上方对称设有用于夹持水下机器人12的夹持架36，该夹持架36与固定框架1滑动连接，每侧夹持架36均连接有绳索17，绳索17的一端连接于夹持架36上，另一端绕过安装在固定框架1上的定滑轮19后与滑动连接在固定框架1上的长滑台28相连，每侧夹持架36的内侧为夹持侧、外侧与固定框架1之间连接有弹簧30，在不回收水下机器人12时，夹持架36在弹簧30弹力作用下靠近固定框架1，防止夹持架36晃动；长滑台28位于对接杆18随滑台移动的轨迹上，由对接杆18推动，进而通过绳索17拉动夹持架36夹持水下机器人12。本实施例的夹持架36的底部固接有短滑台26，该短滑台26与通过螺栓6固定在固定框架1内下部的短导轨27滑动连接，滑动方向与水下机器人12向固定框架1内部移动的方向相垂直；长滑台28与通过螺栓6固定在固定框架1内上部的长导轨29滑动连接，滑动方向与水下机器人12向固定框架1内部移动的方向相同。本实施例的每侧绳索17均由两个定滑轮19绕过，其中一个定滑轮19固定在固定框架1内的上部、轴向与夹持架36的滑动方向相同，另一个定滑轮19固定在固定框架1内的下部、轴向与长滑台28的滑动方向相同。绳索17经位于上方的定滑轮19由水下机器人12移动方向的水平方向变为竖直方向，再经位于下方的定滑轮19再变为垂直水下机器人12移动方向的水平方向。本实施例在夹持架36的内侧与水下机器人12接触的夹持部位包裹有软性泡沫31，起到保护水下机器人12的作用，避免对水下机器人12的壳体造成损伤，该软性泡沫31与夹持架36之间设有压力传感器32，通过压力传感器32测得夹持架36与水下机器人12之间的压力数值。本实施例的压力传感器32及测距传感器33分别与船上的控制***相连，电机A9及电机B38也分别与控制***相连；本实施例的控制***为现有技术，在此不再赘述。

本发明的工作原理为：

当需要自主回收自主水下机器人12时，水下机器人12通过通讯导引设备向回收平台(如无人船)所在水域航行；当水下机器人12到达指定水域后，打开前端的捕获机构，此时本发明的回收装置启动，滑道机构2、丝杠滑台吊装机构3、夹紧机构4三者协同工作。首先，丝杠滑台吊装机构3中的电机B38通过联轴器22带动丝杠旋转，滑台同对接杆18一起向固定框架1的尾端移动。当滑台到达最边缘后，滑道机构开始启动，电机A9带动链轮11旋转，通过链条10带动滑道机构中的皮带13运动。水下机器人12从水面进一步向回收装置靠近，在导向罩导引作用下成功捕获对接杆18；此时，滑台开始向固定框架1的前端移动，在对接杆18和皮带13的牵引作用下把水下机器人12从水中转移到皮带13上。在牵引作用下，水下机器人12继续向固定框架1的前端移动，且对接杆18与长滑台28已接触，长滑台28在对接杆18的推力作用下向前移动，且通过绳索17拉动两侧夹持架36沿短导轨27相向移动，两侧夹持架36之间的距离逐渐缩小。当两侧夹持架36之间距离小于水下机器人12的直径时，夹持架36上面的软性泡沫31与水下机器人12的壳体表面接触并开始起到夹持固定作用。随着水下机器人12进一步向前移动，夹持架36与水下机器人12之间的夹持力逐渐增大；当安装在固定框架1前端的测距传感器33感应到水下机器人12，或夹持架36与水下机器人12壳体之间压力达到压力传感器32指定数值时，丝杠滑台吊装机构3和滑道机构2停止工作；此时，回收装置已经完成对水下机器人12的夹持限位及固定，通过三个机构的相互配合协作，共同完成对水下机器人12的自主回收。

Claims (9)

1.一种用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，其特征在于：包括固定框架(1)及分别安装在该固定框架(1)上的滑道机构(2)、丝杠滑台吊装机构(3)和夹持机构(4)，其中滑道机构(2)位于所述固定框架(1)内的下部，包括电机A(9)、传动装置、滚轮、皮带(13)及支撑板(16)，所述滚轮转动安装在支撑板(16)上、并通过所述传动装置与安装在固定框架(1)上的电机A(9)的输出端连接，所述皮带(13)缠绕在滚轮上，通过所述电机A(9)驱动运转；所述丝杠滑台吊装机构(3)位于滑道机构(2)的上方，包括电机B(38)、丝杠滑台固定板(35)、丝杠滑台(23)及对接杆(18)，该电机B(38)及丝杠滑台固定板(35)分别安装于所述固定框架(1)上，所述丝杠滑台(23)中的丝杠转动安装在丝杠滑台固定板(35)上，且与所述电机B(38)的输出端相连，所述丝杠滑台(23)中的滑台具有沿所述丝杠轴向往复移动的自由度，所述对接杆(18)的上端铰接于所述滑台上、与滑台同步移动，该对接杆(18)的下端为牵引端；所述夹持机构(4)包括夹持架(36)、绳索(17)、定滑轮(19)、长滑台(28)及弹簧(30)，所述皮带(13)两侧对称设有用于夹持水下机器人(12)的夹持架(36)，该夹持架(36)与所述固定框架(1)滑动连接，每侧所述夹持架(36)均连接有绳索(17)，所述绳索(17)的一端连接于夹持架(36)上，另一端绕过安装在固定框架(1)上的定滑轮(19)后与滑动连接在固定框架(1)上的长滑台(28)相连，每侧所述夹持架(36)的内侧为夹持侧、外侧与所述固定框架(1)之间连接有弹簧(30)，所述夹持架(36)在弹簧(30)弹力作用下靠近固定框架(1)；所述长滑台(28)位于对接杆(18)随滑台移动的轨迹上，由所述对接杆(18)推动，进而通过所述绳索(17)拉动夹持架(36)夹持水下机器人(12)；

所述支撑板(16)为相互平行的两个，分别固定在所述固定框架(1)内的下部，两个所述支撑板(16)之间通过滚轮托架(21)相连，所述滚轮托架(21)上安装有小滚轮(20)，两个所述支撑板(16)的两端之间转动安装有大滚轮(15)，所述皮带(13)分别缠绕在大滚轮(15)及小滚轮(20)上。

2.根据权利要求1所述用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，其特征在于：所述小滚轮(20)呈“V”字形，缠绕在该小滚轮(20)上的所述皮带(13)的表面也呈“V”字形，该“V”字形的底位于所述滚轮托架(21)的中间。

3.根据权利要求1所述用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，其特征在于：所述传动装置包括链轮(11)及链条(10)，所述电机A(9)固定在固定框架(1)的上端，该电机A(9)的输出端连接有一个链轮(11)；任意一个所述大滚轮(15)上连接有另一个链轮(11)，两个链轮(11)之间通过所述链条(10)相连。

4.根据权利要求1所述用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，其特征在于：所述电机B(38)通过转接板(24)固定在丝杠滑台固定板(35)或固定框架(1)上，该电机B(38)的输出端通过联轴器(22)与所述丝杠滑台(23)中的丝杠相连。

5.根据权利要求1所述用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，其特征在于：所述丝杠滑台(23)中的滑台与丝杠之间螺纹连接，该滑台的一侧或两侧铰接有所述对接杆(18)，所述对接杆(18)的上端***所述滑台上开设的U形槽内，并通过销轴(25)实现铰接。

6.根据权利要求1所述用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，其特征在于：所述夹持架(36)的底部固接有短滑台(26)，该短滑台(26)与安装在所述固定框架(1)上的短导轨(27)滑动连接，滑动方向与所述水下机器人(12)向固定框架(1)内部移动的方向相垂直；所述长滑台(28)与安装在固定框架(1)上的长导轨(29)滑动连接，滑动方向与所述水下机器人(12)向固定框架(1)内部移动的方向相同。

7.根据权利要求1所述用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，其特征在于：每侧所述绳索(17)均由两个定滑轮(19)绕过，其中一个定滑轮(19)固定在所述固定框架(1)内的上部、轴向与所述夹持架(36)的滑动方向相同，另一个定滑轮(19)固定在所述固定框架(1)内的下部、轴向与所述长滑台(28)的滑动方向相同。

8.根据权利要求1所述用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，其特征在于：所述夹持架(36)的内侧与水下机器人(12)接触的夹持部位设有软性泡沫(31)，该软性泡沫(31)与所述夹持架(36)之间设有压力传感器(32)。

9.根据权利要求1所述用于自主回收水下机器人的模块化滑道捕获杆式回收装置，其特征在于：所述支撑板(16)的一端连接有前端挡板(34)，该前端挡板(34)上安装有测距传感器(33)，所述支撑板(16)的另一端固接有导向板(5)。

Images