CN105599880A - 自主水下航行器及其对接装置 - Google Patents

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王晓丁
荆丹翔
陈桂辉
武建勇
应义星
韩军
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for

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Abstract

本发明公开了一种自主水下航行器及其对接装置。本发明中的自主水下航行器由两个水平推进器和一个垂直推进器提供动力，航行器上部有浮力材料提供部分向上的浮力节约能源，中部前后放有两个密封舱，前面的密封舱用以放探测和控制用的电子器件，后面的密封舱放置电源，前端设有导流罩，下部是两块呈梯形放置的两块支撑架。对接站主体是呈马鞍状，两侧延伸出两个斜坡，对接站内部有电磁铁。在应用时，自主水下航行器从纵向驶入对接站，并通过两个斜坡的引导和限位，当航行器稳定后，会通过电磁铁固定，实现自主水下航行器与海底观测网之间电能和数据信号的传输。本发明能实现自主水下航行器的可持续工作，且结构简单。

Description

自主水下航行器及其对接装置
技术领域
本发明涉及一种自主水下航行器和海底观测网信号和信号传输的对接装置，属于自治水下航行器领域。
背景技术
海洋蕴含着丰富的资源，对人类的发展有至关重要的作用，自主水下航行器以其灵活的机动性可以对大范围的海域进行探测。但是随着海洋资源开发区域的不断向深海和远海扩展，以及不断变化的国家海防形式，为满足应用要求，对AUV在水下作业时间、作业内容和续航能力提出了更高的要求。由于自主水下航行器是不带电缆的，自身只能携带一定量的能源，水下的活动时间受到了很大的限制，传统的方式是通过母船或水面平台进行能源补充，消耗了大量的能源、时间，作业的连续性也被打断。因此通过与水下对接平台的连接，为AUV补充能源，以及信号的传输等操作，是实现AUV大范围、大深度、长时间连续工作的有效方法。
为了提高AUV的水下作业时间、工作效率和降低风险，各国科学家研究出了各种不同结构、形状各异的AUV水下对接装置，使AUV主动与水下的静止平台或移动平台对接，完成AUV能源补充、数据的上传和下载新的指令。现有的已经实现的对接方式有以下几种：
沈阳自动化研究所水中箱式收放系统、日本的水下平台回收方式、杆类回收方式和圆锥形导向罩回收方式。国外对于自治水下航行器的水下对接技术的研究相对较多，其研究的对接装置都是针对特定目标的机器人，结构形式多样，方法及技术也各不相同，而国内关于自治水下航行器的水下对接技术的研究较少。AUV水下对接技术是未来水下航行器回收的主流方式，是我国AUV技术领域亟需研究和发展的重要问题。
发明内容
本发明提供一种用于在深海中实现自主水下航行器与海底观测网间的电能和信号传输，且结构简单、控制方便的水下对接装置。
本发明中的自主水下航行器的上部为浮力材料，用于平衡装置的重力；中部是密封舱，密封舱与自主水下航行器的骨架是以滑轨的形式连接的，便于调节重心；该自主水下航行器的垂直推进器固定在浮力材料上；水平推进器固定在自主水下航行器的两侧；同时主水下航行器的支撑架也位于两侧；在支撑架的内侧安装有衔铁。
本发明中的对接装置包括固定在海底并呈马鞍状的机座、在机座两头呈斜坡设置的导轨；在机座上安装有位置传感器；与衔铁对应的位置安装有电磁铁；所述机座的外形与水平推进器底部形状相配。
进一步说，前面的密封舱里放着电子器件，包括温湿传感器，深度传感器，陀螺仪，后面的密封舱放着电源、无线充电和数据传输装置。
本发明结构简单，控制方便，能够可靠的锁紧和释放AUV，并实现电能和信号传输，有效提高水下航行器的工作效率，节约能源和成本。
附图说明
图1是自主水下航行器结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是不带支撑架的自主水下航行器结构示意图
图4是支撑架细节图；
图5是第一卡箍细节图；
图6是第二卡箍细节图；
图7是自主水下航行器与海底观测网对接装置对接状态示意图；
图中：1.垂直推进器、2.浮力材料、3.导流罩、4.侧板、5.机座、6.水平推进器、7.支撑架、8.后密封舱、9.第一卡箍、10、导轨、11.前密封舱、12.加固板、13.摄像头、14.第二卡箍、15.衔铁。
具体实施方式
如图1至图7所示，本发明的自主水下航行器与海底观测网对接装置，包括自主水下航行器和对接装置两部分：马鞍状的机座5、斜坡设置的导轨10和安装在自主水下航行器（AUV）支撑架7上的衔铁15，浮力材料2位于AUV上部，用于平衡装置的重力，中部是密封舱，密封舱与AUV骨架间是以滑轨的形式连接的，便于调节重心，前密封舱11里放着电子器件，如温湿传感器，深度传感器，陀螺仪等，后密封舱8放着电源和无线充电和数据传输装置。前密封舱所对应的头部安装有导流罩3和位于导流罩内，加固板12上的摄像头13。AUV下部是截面呈凹的槽，刚好与机座外形吻合。中间的垂直推进器1采用两个第一卡箍9用螺栓固定在浮力材料上，两个水平推进器6是用第二卡箍14固定在侧板4上。在机座端面上安装有位置传感器，衔铁对应的位置安装有电磁铁，该电磁铁通电有磁，断电时消磁。当对接主体和自主水下航行器对接时，支撑板7是与机座5表面贴合的，纵向和横向的斜坡都可用于调整水下自主航行器对接姿态。
本发明中的机座是固定在海底，为整个系统提供了物理支撑，两侧斜坡式的导轨是在初步阶段起到了引导的作用，马鞍型的机座放置AUV在横向出现很大的偏差；通过对电磁铁的通断电实现对AUV的锁紧和释放，而电磁铁的通断又由安装在机座上的位置传感器来控制。
对接过程启动后，自主水下航行根据机座提供的位置信息达到机座的上方，然后缓慢的下落，当AUV行驶到机座附近，并且在导向范围内时，通过机座上的斜坡引导到准确的位置。安装到机座上的位置传感器接收到感应信号，电磁铁通电产生强大的吸力将衔铁与电磁铁吸住，从而实现AUV的锁紧。当AUV完成充电和数据传输，要释放AUV时，给电磁铁断电，衔铁不在受磁力，给AUV发送指令使AUV上升退出对接装置，至此整个对接过程完成。
尽管已经出示和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化和改进，这些变化和改进都要落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围有权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.自主水下航行器及其对接装置，其特征在于：所述自主水下航行器的上部为浮力材料，用于平衡装置的重力；中部是密封舱，密封舱与自主水下航行器的骨架是以滑轨的形式连接的，便于调节重心；该自主水下航行器的垂直推进器固定在浮力材料上；水平推进器固定在自主水下航行器的两侧；同时主水下航行器的支撑架也位于两侧；在支撑架的内侧安装有衔铁；
所述对接装置包括固定在海底并呈马鞍状的机座、在机座两头呈斜坡设置的导轨；在机座上安装有位置传感器；与衔铁对应的位置安装有电磁铁；所述机座的外形与水平推进器底部形状相配。
2.根据权利要求1所述的自主水下航行器及其对接装置，其特征在于：前面的密封舱里放着电子器件，包括温湿传感器，深度传感器，陀螺仪，后面的密封舱放着电源、无线充电和数据传输装置。
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