CN102826210B - 一种智能水下机器人部署装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种将多个智能水下机器人进行快速部署的装置。本发明包括旋转主轴、吊舱、止摆装置及加固连接器。旋转主轴可绕中心轴进行360°旋转；吊舱安装在旋转主轴的外表面，环绕排列于主轴周向，通过第一加固连接器与旋转主轴相连，控制智能水下机器人的释放；止摆装置经第二加固连接器与旋转主轴相连，控制对水下机器人的止摆幅度。本发明可实现多AUV在同一地点的快速部署或运载器在一次航程中不间断的在沿其航线的不同地点实施多AUV的部署，该装置结构紧凑，自动化程度高，可适用于有人或无人、水面及水下多种运载器载体，同时安装后对原运载器载体的外形及运动性能影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种将多个智能水下机器人进行快速部署的装置。
背景技术
目前，伴随智能水下机器人（简称AUV）的相关技术发展，AUV在科学考察、军事侦查等领域的作用越来越大。由于每台AUV的能源及其所搭载的传感器的作用范围有限，因此可通过多AUV的合作与协调来更可靠、更快速地完成单个AUV难以完成的工作任务。对于AUV的部署方式，针对不同的AUV类型，可采用不同的方式。当前AUV按主尺度的不同可以分为大型AUV和微小型AUV两大类，对于大型AUV普遍采用的是利用岸基或其载具上的吊车等设备进行释放，一次只能进行一台AUV的部署。由于载具上的吊车等设备有限，因而如果以上述这种方式进行多大型AUV的部署，就需或使用大量的载具，或用单一载具完成多次重复工作，这样会消耗大量的人力和时间。微小型AUV虽然相对大型AUV而言体积小、重量轻，但其部署的方式还是以人搭载至指定工作水域后，由人进行部署，这样就需要有人的参与，对于一些危险水域的作业，会给人员生命安全带来较大的威胁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于多个智能水下机器人在同一地点快速部署或运载器在一次航程中沿航线不间断实施部署的装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明包括旋转主轴（1）、吊舱（2）、止摆装置（3）及加固连接器，旋转主轴（1）可绕中心轴进行360°旋转；控制电机与旋转主轴（1）相连，用于带动旋转主轴（1）的旋转；吊舱（2）安装在旋转主轴（1）的外表面，通过第一加固连接器（4）与旋转主轴（1）相连，控制智能水下机器人的释放；止摆装置（3）经第二加固连接器（8）与旋转主轴（1）相连，控制对水下机器人的止摆幅度。
吊舱（2）包括F型杆（6）、滑块（12）、动力装置（11）、连杆（15）、压簧（16）、固定轴（17）和固定滑道，滑块（12）为梯形结构，动力装置（11）与滑块（12）接触，启动时推动滑块（12）沿第一固定滑道（10）和第二固定滑道（13）的限定区域运动；F型杆（6）可绕固定轴（17）转动，用于连接或脱离智能水下机器人的吊环（7）；连杆（15）与压簧（16）相连，可沿第三固定滑道（14）运动，连杆（15）将限制F型杆（6）的转动幅度。
滑块（12）及固定滑道的表面安装有滚珠。
旋转主轴为柱形，在强度允许的情况下可制为空心结构。
吊舱（2）在旋转主轴（1）的外表面呈周向分布。
止摆装置（3）上装有调节器（9），止摆装置（3）及调节器（9）与智能水下机器人的接触面为柔性，调节器（9）与智能水下机器人的接触面位于智能水下机器人的肋骨上。
本发明的有益效果在于：
本发明可实现多AUV在同一地点的快速部署或运载器在一次航程中不间断的在沿其航线的不同地点实施多AUV的部署，该装置结构简单紧凑，自动化程度高，可适用于有人或无人、水面及水下多种运载器载体，同时安装后对原运载器载体的外形及运动性能影响较小。
附图说明
图1是多智能水下机器人部署装置的立体示意图；
图2是多智能水下机器人部署装置的主视图；
图3是多智能水下机器人部署装置的侧视图；
图4是多智能水下机器人部署装置中AUV吊舱的一种设计方案启动前示意图；
图5是多智能水下机器人部署装置中AUV吊舱的一种设计方案启动后示意图；
图6是多智能水下机器人部署装置的无人艇方案侧视图；
图7是多智能水下机器人部署装置的无人艇方案俯视图；
图8是装载于水面舰艇的多智能水下机器人部署装置独立吊舱方案主视图；
图9是装载于水面舰艇的多智能水下机器人部署装置独立吊舱方案侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
为克服现有方式在部署多AUV时出现的大量人员、时间占用，大型AUV部署时的多母船支持，以及考虑到危险水域作业人员的安全等问题，本发明提供一种多AUV的快速部署装置。该装置可适用于有人或无人、水面及水下运载器载体，并可实现多AUV在同一地点的快速部署或运载器在一次航程中不间断的在沿其航线的不同地点实施多AUV的部署。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在旋转主轴周向，安装吊舱，同时吊舱上装有止摆装置。控制电机与旋转主轴相连，其能源来自独立能源或与载具上能源共用，控制电机可由载具上的控制系统进行控制。每次在安装AUV时，AUV会通过专用挂钩与吊舱进行连接，并由止摆装置进行固定。在装置运行时，会根据操作者的指令，经由控制系统将指令传递到控制电机，控制电机会带动旋转主轴转动，当所需AUV到达释放位置时，相应吊舱会将AUV与其专用挂钩进行解锁，从而将AUV进行释放，AUV会经自由下落离开载体。AUV上将事先加载可弃压载，使其处于负浮力状态，当AUV到达安全深度后，可弃压载会通过AUV上的控制系统进行释放，至此AUV可开始工作。
如图所示，图中1.旋转主轴，2.吊舱，3.止摆装置，4.第一加固连接器，5.AUV，6.F型杆，7.吊环，8.第二加固连接器，9.止摆装置上的调节器，10.第一固定滑道，11.动力装置，12.滑块，13.第二固定滑道，14第三固定滑道，15连杆，16.压簧，17.固定轴，18.控制舱，19.主机舱，20.喷水推进器，21.多AUV快速部署装置，22.艏尖舱，23.姿态控制舱，24.减摇水舱，25.油舱，26.排水设备舱，27.桅杆，28.视觉设备，29.天线及GPS定位设备，30.船舷或船尾，31.缆绳，32.独立吊舱外壳，33.吊舱吊环，34.水面，35.控制电机舱，36.重物，37.缓冲装置，38.舱门。
图1中，每台AUV（5）经由相应的吊舱（2）与旋转主轴（1）相连。吊舱（2）在旋转主轴（1）的周向进行排列。吊舱（2）上安装有止摆装置（3）。吊舱（2）可经由第一加固连接器（4）与旋转主轴（1）相连，并增加强度。旋转主轴（1）与控制电机相连，控制电机可由相应的控制系统进行控制。当AUV（5）需要部署时，由控制系统发出指令，令控制电机带动旋转主轴（1）进行转动，当所需AUV（5）到达出口正上方时，AUV（5）距水面的距离最近，吊舱（2）会将AUV（5）进行释放。AUV（5）将以自由落体的方式离开载体。AUV（5）上会事先加载可弃压载，使其处于负浮力状态，当AUV（5）到达安全深度后，可弃压载会通过AUV（5）上的控制系统进行释放，AUV（5）可开始工作。
图2和图3中，止摆装置（3）经由第二加固连接器（8）进行加固。止摆装置（3）上装有调节器（9），其作用是可在AUV（5）装载的过程中，人为控制对AUV（5）的止摆幅度，其与AUV（5）的接触面为柔性，并且与AUV（5）的接触点位于AUV（5）的肋骨上。AUV（5）的吊装由吊舱（2）内的F型杆（6）与AUV（5）上的吊环（7）连接完成。旋转主轴（1）可在强度允许的情况下制为空心，一方面可减少设备总重量，另一方面其空心部分可以用于添加相关设备和线路。
图4中，吊舱中的部件为对称布置并应进行防水处理。在AUV（5）部署前，AUV（5）经由吊环（7）与F型杆（6）向连。F型杆（6）与安装在吊舱中的固定轴（17）经连接件连在一起，并可绕固定轴（17）转动，F型杆（6）可避免AUV（5）在运载器竖直方向出现大幅度运动，同时F型杆（6）的尺寸可根据所装载AUV（5）的型号进行更换，以防止AUV（5）上的附体与吊舱外壳发生碰撞。此时，动力装置（11）没有启动，F型杆（6）被与压簧（16）相连的连杆（15）以及滑块（12）锁定。由于连杆（15）的运动方向被第三固定滑道（14）限制，因而受力后只能沿第三固定滑道（14）的方向运动。运动情况如图中箭头所示。
图5中，当动力装置（11）经由控制系统启动后，其会推动滑块（12）沿第二固定滑道（13）以及第一固定滑道（10）运动，迫使F型杆（6）绕固定轴（17）克服连杆（15）带来的力转动，令F型杆（6）从吊环（7）中抽出，从而实现对AUV（5）的部署释放作业。滑块（12）与第一固定滑道（10）的接触面、滑块（12）与第二固定滑道（13）的接触面、滑块（12）与动力装置（11）的接触面、连杆（15）与F型杆（6）的接触面及连杆（15）与第三固定滑道（14）的接触面上均设有小轮或滚珠以减少运动阻力。运动情况如图中箭头所示。
图6和图7中，除一般无人艇上所需的控制舱（18）、主机舱（19）、喷水推进器（20）、艏尖舱（22）、桅杆（27）、视觉设备（28）、天线及GPS定位设备（29）外，在安装完多AUV快速部署装置（21）后，还要安装排水设备舱（26）、姿态控制舱（23）以及舱门（38）。由于多AUV快速部署装置（21）在工作的过程中会绕旋转主轴进行旋转，这在一定程度上会影响无人艇载体的运动姿态，因而需要对无人艇载体的横向姿态进行控制。姿态控制舱（23）中主要装有与艇体中线对称的减摇水舱（24）和一个油舱（25）。油舱（25）布置在艇中，以减少无人艇运行中油料消耗带来的横向运动；减摇水舱（24）布置在无人艇两舷侧，以最大限度的控制无人艇的姿态，满足多AUV快速部署装置（21）的正常工作。由于多AUV快速部署装置（21）在工作时需要打开并关闭舱门（38），装有多AUV快速部署装置（21）的舱室内部会有水进入，因而需安装排水设备舱（26）。在完成AUV部署任务，舱门（38）关闭后，排水设备舱（26）启动，将此舱内的水排除，以减少此舱室中的水对无人艇运动性能的影响。
图8和图9中，该独立吊舱可经由与吊舱吊环（33）相连的缆绳（31），和船舷侧或船尾（30）的吊车相连。通过吊车将独立吊舱吊至水面（34）上方或水中。多AUV快速部署装置（21）置于独立吊舱中，独立吊舱底部直接预留开口，以方便AUV的部署。同时，在独立吊舱中需设置控制电机舱（35）。控制电机舱（35）可经由电缆与船母船相连，由母船对其进行控制和供能。由于多AUV快速部署装置（21）在工作时会出现转动，因而会带动独立吊舱整体出现晃动，为减少其摆动的幅度，可以在独立吊舱底部安装重物（36）。为防止独立吊舱外壳（32）与船舷侧或船尾（30）发生碰撞，应在独立吊舱上靠近船舷侧或船尾（30）的一侧装有缓冲装置（37）。
Claims (5)
1.一种智能水下机器人部署装置，其特征在于：包括旋转主轴(1)、吊舱(2)、止摆装置(3)及加固连接器，旋转主轴(1)可绕中心轴进行360°旋转；控制电机与旋转主轴(1)相连，用于带动旋转主轴(1)的旋转；吊舱(2)安装在旋转主轴(1)的外表面，通过第一加固连接器(4)与旋转主轴(1)相连，控制智能水下机器人的释放；止摆装置(3)经第二加固连接器(8)与旋转主轴(1)相连，控制对水下机器人的止摆幅度，所述吊舱(2)包括F型杆(6)、滑块(12)、动力装置(11)、连杆(15)、压簧(16)、固定轴(17)和固定滑道，滑块(12)为梯形结构，动力装置(11)与滑块(12)接触，启动时推动滑块(12)沿第一固定滑道(10)和第二固定滑道(13)的限定区域运动；F型杆(6)可绕固定轴(17)转动，用于连接或脱离智能水下机器人的吊环(7)；连杆(15)与压簧(16)相连，可沿第三固定滑道(14)运动，连杆(15)将限制F型杆(6)的转动幅度。
2.根据权利要求1所述的一种智能水下机器人部署装置，其特征在于：所述滑块(12)及固定滑道的表面安装有滚珠。
3.根据权利要求1所述的一种智能水下机器人部署装置，其特征在于：所述旋转主轴为柱形，在强度允许的情况下制为空心结构。
4.根据权利要求1所述的一种智能水下机器人部署装置，其特征在于：所述吊舱(2)在旋转主轴(1)的外表面呈周向分布。
5.根据权利要求1所述的一种智能水下机器人部署装置，其特征在于：所述止摆装置(3)上装有调节器(9)，止摆装置(3)及调节器(9)与智能水下机器人的接触面为柔性，调节器(9)与智能水下机器人的接触面位于智能水下机器人的肋骨上。
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