CN103171746B - 一种自治水下航行器的布放回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于自治水下航行器领域，具体地说是一种自治水下航行器的布放回收装置，包括承重梁体、机械抓手、起吊装置、电池模块、控制及通讯模块及液压系统，承重梁体的两端分别设有一机械抓手，电池模块安装在承重梁体上、为布放回收装置提供动力，控制及通讯模块及液压系统分别安装在承重梁体上，并分别与电池模块相连，控制及通讯模块接收母船上工作人员发出的控制指令，通过液压系统驱动两端的机械抓手同步开合或夹紧。本发明可实现工作人员在母船上即可对自治水下航行器进行布放和回收作业，采用具有自主张合能力的机械回收装置实现自治水下航行器的布放和回收过程，减小了自治水下航行器布放和回收过程的危险性。

Description

一种自治水下航行器的布放回收装置

技术领域

本发明属于自治水下航行器领域，具体地说是一种用于具有回转体特性的自治水下航行器的布放回收装置。

背景技术

自治水下航行器是一种依靠自身携带能源进行自主航行的水下平台。由于受到海上风浪的影响，自治水下航行器的布放和回收一直是一项比较困难的作业过程。目前，自治水下航行器主要采用在航行器上安装起吊点的方式进行布放和回收作业，但该方法布放时需要将起吊点和吊车钩脱离，回收时又需要起吊点和吊钩连接，往往需要工作人员在小艇上甚至下水作业，这就增加了在海况不好时的布放和回收危险性。

发明内容

为了解决目前自治水下航行器布放和回收作业危险性高的问题，本发明的目的在于提供一种自治水下航行器的布放回收装置。该布放回收装置采用液压驱动的可开合手抓，工作人员在母船上即可对自治水下航行器进行布放和回收操作。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括承重梁体、机械抓手、起吊装置、电池模块、控制及通讯模块及液压系统，其中承重梁体的两端分别设有一机械抓手，所述电池模块安装在承重梁体上、为所述布放回收装置提供动力，所述控制及通讯模块及液压系统分别安装在承重梁体上，并分别与电池模块相连，控制及通讯模块接收母船上工作人员发出的控制指令，通过液压系统驱动两端的机械抓手同步开合或夹紧；所述承重梁体上设有与母船吊车相连接的起吊装置。

其中：所述承重梁体与自治水下航行器相接触的底面上设有减震充气橡胶垫；所述承重梁体两端的机械抓手结构相同，均包括两个夹爪，每个夹爪的一端设有齿轮，另一端设有与所述电池模块连接的吸合电磁铁；一个机构抓手的两个夹爪上的齿轮相互啮合，两个机构抓手中位于一侧的两个夹爪分别与所述液压系统相连、由液压系统驱动，两个机构抓手中位于另一侧的两个夹爪通过齿轮的啮合传动同步运动；所述每个夹爪均为半圆形，承重梁体同一端的两个夹爪处于夹紧状态形成与所述自治水下航行器外轮廓相对应的圆形，每个夹爪与所述自治水下航行器相接触的内侧均涂有橡胶层；所述承重梁体一端的机械抓手包括第一夹爪及第二夹爪，另一端的机械抓手包括第三夹爪及第四夹爪，其中第一夹爪上的齿轮通过主动旋转轴安装在所述承重梁体一端的端面，第二夹爪上的齿轮通过被动旋转轴安装在所述承重梁体一端的端面，所述主动旋转轴穿过承重梁体一端的端面、与液压系统相连；所述第三夹爪上的齿轮通过动力传动轴安装在所述承重梁体另一端的端面，第四夹爪上的齿轮通过被动旋转轴安装在所述承重梁体另一端的端面，该动力传动轴穿过承重梁体另一端的端面、与液压系统相连；所述液压系统包括电机及液压泵模块、液压油箱、液压阀体及液压摆动缸，其中电机及液压泵模块分别与电池模块和控制及通讯模块连接，所述电机及液压泵模块中液压泵的入口与液压油箱连通，出口通过液压泵油管与液压阀体连通，所述液压摆动缸通过液压摆动缸油管与液压阀体连通，所述承重梁体两端的机械抓手分别与液压摆动缸连接，通过液压摆动缸带动开合或关闭；所述液压阀体为三位四通的电磁换向阀；所述起吊装置包括第一起吊环、第二起吊环及起吊钢丝绳，其中第一起吊环安装在承重梁体上，所述起吊钢丝绳的一端通过第二起吊环与第一起吊环连接，另一端通过第二起吊环与母船上的吊车连接；所述承重梁体的两端分别设有止荡吊环，每个止荡吊环均系有止荡绳；所述承重梁体上安装有保护罩，电池模块、控制及通讯模块及液压系统均位于所述保护罩内。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明可实现工作人员在母船上即可对自治水下航行器进行布放和回收作业，采用在遥控作用下具有自主张合能力的机械回收装置实现自治水下航行器的布放和回收过程。

2.本发明自行携带能源，采用液压系统实现机构的张合动作，极大地减小了自治水下航行器布放和回收过程的危险性。

3.本发明的承重梁体与自治水下航行器接触的底面安装了减震充气橡胶垫20，用来缓冲布放和回收时航行器和布放回收装置接触时的碰撞力，避免航行器在布放和回收过程造成损伤。

4.本发明每个夹爪的低端均设有吸合电磁铁，保证布放回收过程夹持的可靠性。

5.本发明每个夹爪的内侧均涂有橡胶层，减小了在夹持过程中夹爪和自治水下航行器的碰撞冲击，有效保护布放和回收过程自治水下航行器航行器的安全性。

附图说明

图1为本发明夹紧状态的结构示意图；

图2为本发明放松状态的结构示意图之一；

图3为本发明放松状态的结构示意图之二；

图4为本发明的液压系统原理图；

其中：1为自治水下航行器，2为第一夹爪，3为第二夹爪，4为第三夹爪，5为第四夹爪，6为第一起吊环，7为第二起吊环，8为起吊钢丝绳，9为主动旋转轴，10为被动旋转轴，11为齿轮，12为止荡吊环，13为吸合电磁铁，14为电池模块，15为控制及通讯模块，16为电机及液压泵模块，17为液压油箱，18为液压阀体，19为液压摆动缸，20为液压摆动缸油管，21为动力传动轴，22为液压泵油管，23为减震充气橡胶垫，24为承重梁体，25为保护罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括承重梁体24、机械抓手、起吊装置、电池模块14、控制及通讯模块15及液压系统，其中承重梁体24上安装有保护罩25，电池模块14、控制及通讯模块15及液压系统分别安装在承重梁体14上、并均位于所述保护罩25内。承重梁体24的两端分别设有一机械抓手，所述电池模块14采用高密度二次锂离子电池为本发明布放回收装置提供能量，所述控制及通讯模块15及液压系统分别与电池模块14电连接，控制及通讯模块15由通讯模块和控制系统(通讯模块及控制系统均为现有技术)两部分组成、接收母船上工作人员发出的控制指令，通过液压系统驱动两端的机械抓手同步开合或夹紧；所述承重梁体24上设有与母船吊车相连接的起吊装置。

如图4所示，本发明的液压系统提供了机械抓手开合或关闭所需的动力，包括电机及液压泵模块16、液压油箱17、液压阀体18及液压摆动缸19，其中电机及液压泵模块16分别与电池模块14和控制及通讯模块15连接，所述电机及液压泵模块16中液压泵的入口经过滤器25后与液压油箱17连通，出口通过液压泵油管22与液压阀体18连通，所述液压摆动缸19通过液压摆动缸油管20与液压阀体18连通，所述承重梁体24两端的机械抓手分别与液压摆动缸19连接，通过液压摆动缸19带动开合或关闭。本发明的液压阀体18为三位四通的电磁换向阀。

承重梁体24两端的机械抓手结构相同，均包括两个夹爪，即承重梁体24一端的机械抓手包括第一夹爪2及第二夹爪3，另一端的机械抓手包括第三夹爪4及第四夹爪5，第一～四夹爪2～5的一端均设有齿轮11，另一端均设有与所述电池模块14连接的吸合电磁铁13；每个夹爪均为半圆形，当机械抓手处于夹紧状态时，第一夹爪2与第二夹爪3形成与所述自治水下航行器1外轮廓相对应的圆形，另一端的第三夹爪4与第四夹爪5形成与所述自治水下航行器1外轮廓相对应的圆形；每个夹爪与所述自治水下航行器1相接触的内侧均涂有橡胶层，用于缓冲布放和回收时自治水下航行器与布放回收装置接触时的碰撞力。第一夹爪2上的齿轮11通过主动旋转轴9安装在承重梁体24一端的端面上，第一夹爪2上的齿轮11与主动旋转轴9固接、与主动旋转轴9共同转动；第二夹爪3上的齿轮11通过被动旋转轴10安装在承重梁体24一端的端面，第一、二夹爪2、3上的齿轮互相啮合，主动旋转轴9穿过承重梁体24一端的端面，与液压摆动缸19相连；第三夹爪4上的齿轮11通过动力传动轴21安装在承重梁体24另一端的端面上，第三夹爪4上的齿轮11与动力传动轴21固接、与动力传动轴21共同转动；第四夹爪5上的齿轮11通过被动旋转轴10安装在承重梁体24另一端的端面，第三、四夹爪4、5上的齿轮互相啮合，动力传动轴21穿过承重梁体24另一端的端面、与液压摆动缸19相连。在液压摆动缸19的带动下，第一夹爪2及第三夹爪4同时旋转，通过齿轮11的啮合传动，使第二夹爪3及第四夹爪5同步旋转，实现机械抓手的开合或关闭。

起吊装置包括第一起吊环6、第二起吊环7及起吊钢丝绳8，在承重梁体24上设有两个第一起吊环6，该两个第一起吊环6由保护罩25穿出；每个第一起吊环6均通过第二起吊环7与一根起吊钢丝绳8的一端连接，起吊钢丝绳8的另一端通过第二起吊环7与母船上的吊车连接。在承重梁体24的两端分别设有止荡吊环12，每个止荡吊环12均系有止荡绳；通过系在止荡吊环12上的止荡绳来控制自治水下航行器布放和回收过程的姿态，保证布放和回收过程作业的安全性。在承重梁体24与自治水下航行器1相接触的底面上设有减震充气橡胶垫23，用来缓冲布放和回收时航行器和布放回收装置接触时的碰撞力，避免航行器在布放和回收过程造成损伤。

本发明的工作原理为：

首先对自治水下航行器的回收过程进行说明：当自治水下航行器1完成任务使命后，母船上工作人员通过遥控使自治水下航行器1靠近母船。为减小风浪对自治水下航行器1的影响，采用头部牵引的方式使得自治水下航行器1和母船保持同向同速航行，准备回收。

当自治水下航行器1和母船做好回收准备后，将布放回收装置通过第二起吊环7和母船吊车相连接。布放回收装置的两止荡吊环12分别系上止荡绳，由母船上工作人员控制，在止荡绳和吊车的共同作用下将布放回收装置放下靠近水下航行器。此时，布放回收装置的两对共四个夹爪通过母船工作人员遥控处于张开状态。通过控制吊车以及母船上工作人员对两止荡绳的控制，使得布放回收装置的两对夹爪放在自治水下航行器1上方、并使得自治水下航行器1的重心近似处于两对夹爪的中间位置；然后缓慢放下布放回收装置，使减震充气橡胶垫23和自治水下航行器1相接触。自治水下航行器1和减震充气橡胶垫23相接触后，通过遥控迅速使得两对夹爪夹合，布放回收装置将自治水下航行器1紧紧抓牢。布放回收装置将自治水下航行器1夹紧后，母船吊车将自治水下航行器1吊回母船并放在固定的托架上，与此同时通过布置在布放回收装置上的两止荡绳来控制布放回收装置和自治水下航行器1的姿态。

自治水下航行器1的布放过程和回收过程相反，它的主要过程是将自治水下航行器1从母船甲板固定托架上放到水中。当自治水下航行器1需要下水执行任务时，首先将布放回收装置通过第二起吊环7和吊车连接，在布放回收装置的两个止荡吊环12上分别系上止荡绳；然后将布放回收装置吊放在自治水下航行器1的上方，并通过遥控将两对夹爪夹合，在吊车和止荡绳的作用下将自治水下航行器1放在水面，然后通过遥控松开两对夹爪使航行器进入水中，最后遥控自治水下航行器1离开母船，完成自治水下航行器1的布放回收过程。

布放回收装置两对夹爪的张开过程为：当需要夹爪张开时，工作人员通过遥控器给控制及通讯模块15发送张开指令，控制系统接收到指令后同时电机及液压泵模块16的电机动作，液压泵开始工作，将驱动液压摆动缸19所需的液压油从液压油箱17通过液压泵油管22泵到液压阀体18，同时控制系统控制液压阀体18处于图4中的左位，液压油驱动液压摆动缸19旋转，在液压摆动缸19的带动下，第一夹爪2按照图2所示从前向后看顺时针旋转，同时第三夹爪4在同液压摆动缸19相连的动力传动轴21的带动下也按顺时针方向旋转。由于第二夹爪3和第四夹爪5分别与第一夹爪2和第三夹爪4通过齿轮1相啮合，故第二夹爪3和第四夹爪5则按逆时针方向和两啮合夹爪同步旋转，这样布放回收装置的两对夹爪便张开。

夹爪的夹合过程与张开过程中两对夹爪的旋转方向相反，但各部件的动作过程则大体相同，不同的是夹合过程控制系统需要将液压阀体18的右边通路打开，则液压摆动缸19旋转方向和张开方向相反，完成夹合过程。当两对夹爪夹合到两低端活动端头相互接触后，两对夹爪上的吸合电磁铁13通电产生磁力，使得两对夹爪相互吸合，既第一夹爪2和第二夹爪3,第三夹爪4和第四夹爪5相互吸合，保证布放回收过程夹持的可靠性。

在布放和回收过程中，自治水下航行器1的重力通过两对夹爪传递到与之相连的承重梁体21上，然后再传递到与承重梁体21相固接的第一起吊环6上，最终通过两根起吊钢丝绳8和第二起吊环7传递到吊车上。

本发明可实现工作人员在母船上即可对自治水下航行器进行布放和回收作业，采用在遥控作用下具有自主张合能力的机械回收装置实现自治水下航行器的布放和回收过程。本发明自行携带能源，采用液压系统实现机构的张合动作，极大地减小了自治水下航行器布放和回收过程的危险性。

Claims (10)

1.一种自治水下航行器的布放回收装置，其特征在于：包括承重梁体(24)、机械抓手、起吊装置、电池模块(14)、控制及通讯模块(15)及液压系统，其中承重梁体(24)的两端分别设有一机械抓手，所述电池模块(14)安装在承重梁体(24)上、为所述布放回收装置提供动力，所述控制及通讯模块(15)及液压系统分别安装在承重梁体(24)上，并分别与电池模块(14)相连，控制及通讯模块(15)接收母船上工作人员发出的控制指令，通过液压系统驱动两端的机械抓手同步开合或夹紧；所述承重梁体(24)上设有与母船吊车相连接的起吊装置。

2.按权利要求1所述自治水下航行器的布放回收装置，其特征在于：所述承重梁体(24)与自治水下航行器(1)相接触的底面上设有减震充气橡胶垫(23)。

3.按权利要求1或2所述自治水下航行器的布放回收装置，其特征在于：所述承重梁体(24)两端的机械抓手结构相同，均包括两个夹爪，每个夹爪的一端设有齿轮(11)，另一端设有与所述电池模块(14)连接的吸合电磁铁(13)；一个机构抓手的两个夹爪上的齿轮相互啮合，两个机构抓手中位于一侧的两个夹爪分别与所述液压系统相连、由液压系统驱动，两个机构抓手中位于另一侧的两个夹爪通过齿轮的啮合传动同步运动。

4.按权利要求3所述自治水下航行器的布放回收装置，其特征在于：所述每个夹爪均为半圆形，承重梁体(24)同一端的两个夹爪处于夹紧状态形成与所述自治水下航行器(1)外轮廓相对应的圆形，每个夹爪与所述自治水下航行器(1)相接触的内侧均涂有橡胶层。

5.按权利要求3所述自治水下航行器的布放回收装置，其特征在于：所述承重梁体(24)一端的机械抓手包括第一夹爪(2)及第二夹爪(3)，另一端的机械抓手包括第三夹爪(4)及第四夹爪(5)，其中第一夹爪(2)上的齿轮(11)通过主动旋转轴(9)安装在所述承重梁体(24)一端的端面，第二夹爪(3)上的齿轮(11)通过被动旋转轴(10)安装在所述承重梁体(24)一端的端面，所述主动旋转轴(9)穿过承重梁体(24)一端的端面、与液压系统相连；所述第三夹爪(4)上的齿轮(11)通过动力传动轴(21)安装在所述承重梁体(24)另一端的端面，第四夹爪(5)上的齿轮(11)通过被动旋转轴(10)安装在所述承重梁体(24)另一端的端面，该动力传动轴(21)穿过承重梁体(24)另一端的端面、与液压系统相连。

6.按权利要求1或2所述自治水下航行器的布放回收装置，其特征在于：所述液压系统包括电机及液压泵模块(16)、液压油箱(17)、液压阀体(18)及液压摆动缸(19)，其中电机及液压泵模块(16)分别与电池模块(14)和控制及通讯模块(15)连接，所述电机及液压泵模块(16)中液压泵的入口与液压油箱(17)连通，出口通过液压泵油管(22)与液压阀体(18)连通，所述液压摆动缸(19)通过液压摆动缸油管(20)与液压阀体(18)连通，所述承重梁体(24)两端的机械抓手分别与液压摆动缸(19)连接，通过液压摆动缸(19)带动开合或关闭。

7.按权利要求6所述自治水下航行器的布放回收装置，其特征在于：所述液压阀体(18)为三位四通的电磁换向阀。

8.按权利要求1或2所述自治水下航行器的布放回收装置，其特征在于：所述起吊装置包括第一起吊环(6)、第二起吊环(7)及起吊钢丝绳(8)，其中第一起吊环(6)安装在承重梁体(24)上，所述起吊钢丝绳(8)的一端通过第二起吊环(7)与第一起吊环(6)连接，另一端通过第二起吊环(7)与母船上的吊车连接。

9.按权利要求1或2所述自治水下航行器的布放回收装置，其特征在于：所述承重梁体(24)的两端分别设有止荡吊环(12)，每个止荡吊环(12)均系有止荡绳。

10.按权利要求1或2所述自治水下航行器的布放回收装置，其特征在于：所述承重梁体(24)上安装有保护罩(25)，电池模块(14)、控制及通讯模块(15)及液压系统均位于所述保护罩(25)内。