CN106314732A - Auv水下对接与收放装置 - Google Patents
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Abstract
AUV水下对接与收放装置，包括搭载筒，搭载筒两端分别同轴固接有导引环、抽水环，抽水环的另一端盖合有可开闭的盖体；导引环的环壁为中空壳体，所述环壁的外壁的两端分别向导引环内部弯折并沿导引环轴向延伸形成喉管段、聚缩段，聚缩段的宽口端朝向搭载筒，聚缩段的窄口端套叠在喉管段窄口端的外部，且二者之间留有径向间隙，所述径向间隙使所述中空壳体的内腔与导引环的内腔连通；抽水环的内腔与所述中空壳体的内腔通过管路连通，管路上设有水泵；搭载筒的内壁上设有锁紧机构和限位机构，分别用于AUV的锁紧与限位。本发明能够安全、可靠、高效完成AUV的水下对接回收与布放。
Description
技术领域
本发明涉及水下作业装置技术领域，具体涉及应用于自主式水下无人航行器（简称“AUV”）的水下搭载平台，尤其涉及水下搭载平台上将自主式水下无人航行器回收对接及布放的装置。
背景技术
AUV，主要用于海洋科学考察、海底勘探、海底打捞等深海探测的应用领域。由于AUV的续航能力及水下作业时间受到自身携带能源的限制，当AUV完成某一任务后，通常需要在水下对接并回收至搭载平台，以便补充能源和指令信息，当AUV接收到下一个任务后，可在水下布放AUV开展探测与作业任务。
目前，AUV与水下搭载平台的对接及布放方式主要是三种：第一种是在AUV艏部安装捕捉绳索、杆类等导向目标的对接机构，AUV沿导向装置运动并完成对接，该种搭载对接装置结构复杂，在各类平台上的适装性较差，且需对AUV进行较大的改动，影响航行运动和作业性能；第二种是以圆锥导向罩、喇叭筒和笼箱类为对接目标的对接方式，该种方式对AUV的操纵性、运动控制性能和声学导航定位精度具有严苛的要求，即使设置转向机构根据海流方向调节对接角度，对接过程中受船身附近各向异性海流的干扰影响很大，回收失败率很高，AUV稍有偏离，即会撞击回收装置，造成AUV本体及回收装置的损坏；第三种是一种平台式对接，即AUV采用飞机降落的原理降落于对接平台上，通过AUV腹下的两个捕捉臂捕捉对接平台上的V字形定位装置，利用锁定机构完成最终定位，该种装置需在AUV上附加复杂的捕捉机构，对AUV姿态控制的要求高，对接过程中AUV容易与对接平台发生撞击而造成损坏。
发明内容
本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种安全、可靠、高效回收、布放AUV的AUV水下对接与收放装置。
本发明的技术方案如下：
AUV水下对接与收放装置，包括搭载筒，搭载筒两端分别同轴固接有导引环、抽水环，抽水环的另一端盖合有可开闭的盖体；导引环的环壁为中空壳体，所述环壁的外壁的两端分别向导引环内部弯折并沿导引环轴向延伸形成喉管段、聚缩段，聚缩段的宽口端朝向搭载筒，聚缩段的窄口端套叠在喉管段窄口端的外部，且二者之间留有径向间隙，所述径向间隙使所述中空壳体的内腔与导引环的内腔连通；抽水环的内腔与所述中空壳体的内腔通过管路连通，管路上设有水泵；搭载筒的内壁上设有锁紧机构和限位机构，分别用于AUV的锁紧与限位。
其进一步技术方案为：
所述喉管段的长度小于导引环长度的四分之一。
所述抽水环的内壁上设有周向槽，周向槽与抽水环内腔连通，周向槽通过法兰管一与管路连通，管路另一端通过法兰管二与所述中空壳体的内腔连通。
管路上位于水泵与抽水环之间的管段上设有过滤器。
所述搭载筒入口侧的内壁上沿周向设有多个可伸缩的锁紧机构，所述锁紧机构的可伸缩锁紧件朝向搭载筒中心轴线的一端上设有橡胶垫层一。
所述搭载筒出口侧的内壁上沿周向设有多个限位机构，所述限位机构的可伸缩限位件朝向搭载筒中心轴线的一端上设有橡胶垫层二。
所述盖体与连杆的一端铰接，连杆的另一端与电动推杆的推杆端铰接，连杆两端之间的杆体铰接支撑在支板上，电动推杆的壳体铰接在抽水环外周壁上，支板固定支撑在抽水环外周壁上。
所述搭载筒的内壁上固装有无线充电装置初级模块，无线充电装置初级模块与AUV上的安装的无线充电装置次级模块配合；搭载筒的内壁与AUV上均装有数据通信模块。
本发明的技术效果：
1、本发明可实现AUV的全方位水下对接与回收，能避免海流扰动、电磁干扰、对接角度差等不利因素的影响，提高了回收AUV的可靠性及成功率，缩短了水下回收AUV所耗费的时间，提高了工作效率，并降低了在回收过程中AUV损坏和丢失的风险。
2、本发明可实现AUV舷外搭载和安全、快速布放的功能，能够实现以一定的速度和角度水下布放AUV，布放效率高，且降低了布放过程中AUV与搭载平台碰撞的风险。
3、本发明对AUV的操纵性能和定位精度的要求不高，更适用于通用型AUV；且无需在AUV上附加复杂的对接机构，可避免改装结构对AUV的续航能力、航行运动性能造成的不利影响。
附图说明
图1为本发明的剖视结构示意图，图中盖体部分未剖视，且图中双点划线部分示出了AUV。
图2为本发明的回收AUV的状态示意图，图中，AUV回收并对接到位后的状态见虚线所示AUV。
图3为本发明的布放AUV的状态示意图，图中，AUV布放后的状态见虚线所示AUV。
其中：1、搭载筒；2、导引环；201、外壁；202、喉管段；203、聚缩段；3、抽水环；301、周向槽；4、盖体；5、管路；6、水泵；7、法兰管一；8、法兰管二；9、过滤器；10、可伸缩锁紧件；11、橡胶垫层一；12、可伸缩限位件；13、橡胶垫层二；14、连杆；15、电动推杆；16、支板；17、无线充电装置初级模块；18、无线充电装置次级模块；19、数据通信模块；20、电磁铁一；21、弹簧一；22、电磁铁二；23、弹簧二；24、AUV。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
见图1，本发明包括搭载筒1，搭载筒1两端分别同轴固接有导引环2、抽水环3，抽水环3的另一端盖合有可开闭的盖体4；盖体4用于将抽水环3的一端盖合或打开，从而使得抽水环3连接盖体4的一端外侧的海水能够进入搭载筒1或者被阻挡在搭载筒1外部；导引环2的环壁为中空壳体，所述环壁的外壁201的两端分别向导引环2内部弯折并沿导引环2轴向延伸形成喉管段202、聚缩段203，聚缩段203的宽口端朝向搭载筒1，聚缩段203的窄口端套叠在喉管段202窄口端的外部，且二者之间留有径向间隙，所述径向间隙使所述中空壳体的内腔与导引环2的内腔连通；抽水环3的内腔与所述中空壳体的内腔通过管路5连通，管路5上设有水泵6，为了对海水过滤，管路5上位于水泵6与抽水环3之间的管段上设有过滤器9；搭载筒1的内壁上设有锁紧机构和限位机构，分别用于AUV的锁紧与限位。
所述喉管段202的长度小于导引环2长度的四分之一，确保导引环2的符区域产生在导引环入口端，然后通过一端较长的减速作用使AUV的回收更加平稳。
所述抽水环3的内壁上设有周向槽301，周向槽301与抽水环3的内腔连通，周向槽301通过法兰管一7与管路5连通，管路5另一端通过法兰管二8与所述中空壳体的内腔连通，周向槽301的设置，在水泵6的作用下，在整个抽水环3内部形成负压区域。
搭载筒1入口侧的内壁上沿周向设有多个可伸缩的锁紧机构，所述锁紧机构的可伸缩锁紧件10朝向搭载筒1中心轴线的一端上设有橡胶垫层一11；搭载筒1出口侧的内壁上沿周向设有多个限位机构，限位机构的可伸缩限位件12朝向搭载筒1中心轴线的一端上设有橡胶垫层二13。具体地，所述锁紧机构和所述限位机构可以采用机械技术领域常见的伸缩机构，如电动推杆、气缸驱动的伸缩机构，本发明优选采用电磁铁与弹簧组成的伸缩机构，见图1，所述锁紧机构包括固装在搭载筒1内壁上的电磁铁一20，电磁铁一20的铁芯即为可伸缩锁紧件10，橡胶垫层一11固设在所述铁芯伸出电磁铁一20壳体的一端，位于橡胶垫层一11一端与电磁铁一20壳体之间的铁芯芯段上套接有弹簧一21；所述限位机构包括固装在搭载筒1内壁上的电磁铁二22，电磁铁二22的铁芯即为可伸缩限位件12，橡胶垫层二13固设在所述铁芯伸出电磁铁二22壳体的一端，位于橡胶垫层二13一端与电磁铁二22壳体之间的铁芯芯段上套接有弹簧二23。电磁铁一20、电磁铁二22的线圈通电时，在磁场作用下，电磁铁一20的铁芯朝着搭载筒1的中心轴线径向移动，直至橡胶垫层一11与回收至搭载筒1内并对接到位的AUV的外壁面紧贴，通过轴向设置的多的锁紧机构，能够确保锁紧到位，在需要布放AUV时，线圈断电，电磁铁一20的铁芯在弹簧一21的作用下回缩并回复原位，所述限位机构的作用原理同所述锁紧机构的作用原理，电磁铁二22通电，其铁芯伸出，通过铁芯端面的橡胶垫层二13与AUV的头部或尾部外壁面抵接，从而实现限位，电磁铁二22、断电，在弹簧二23的作用下，电磁铁二22的铁芯回缩至原位，由此实现可伸缩锁紧件10和可伸缩限位件12的伸缩。
本发明对盖体4进一步设置了开闭机构，即将盖体4与连杆14的一端铰接，连杆14的另一端与电动推杆15的推杆端铰接，连杆14两端之间的杆体铰接支撑在支板16上，电动推杆15的壳体铰接在抽水环3外周壁上，支板16固定支撑在抽水环3外周壁上，电动推杆15的推杆伸出时，通过连杆14的杠杆作用，盖体4向下翻转，直至盖体4盖合在抽水环3的端面上，电动推杆15的推杆回缩时，带动盖体4向上翻转与抽水环3的端面逐渐脱离，直至完全打开抽水环3的一端端口。
为了实现对回收后的AUV补充能源并与之进行通讯，再搭载筒1的内壁上固装有无线充电装置初级模块17，无线充电装置初级模块17与AUV上的安装的无线充电装置次级模块18配合，二者配合使用，用以向AUV补充电能；搭载筒1的内壁与AUV上均装有数据通信模块19，用以与搭载平台上的监控单元与AUV之间的信息通讯和数据交换。无线充电装置初级模块17、无线充电装置次级模块18、数据通信模块19均为成熟的现有技术。
实际使用时，将搭载筒1固定支撑在水下的搭载平台上，AUV回收及布放的过程如下：
回收AUV24：见图2，电动推杆15的推杆伸出，使盖体4完全盖合在抽水环3的外侧端面上，阻挡海水浸入搭载筒1内，控制可伸缩锁紧件10回缩、可伸缩限位件12伸出，开启水泵6，搭载筒1内靠近抽水环3一端的海水在水泵6作用下，通过抽水环3的周向槽301、法兰管一7抽吸至管路5，经过滤器9过滤、水泵6增压后通过法兰管二8进入导引环2所述中空壳体的内腔，所述中空壳体的内腔的海水从聚缩段203的窄口端与喉管段202窄口端之间的所述径向间隙高速喷出，在喉管段202的入口处因海水被喷出的射流带走而产生负压区域，由此抽吸周围的海水并形成喇叭状水流，利用水流压力将AUV导引进导引环2内，从所述径向间隙喷出的海水与在喉管段202入口内抽吸的海水在喉管段202内汇混合后，通过聚缩段203的扩散作用将混合海水的动能转换为压力势能，与抽水环3处的负压区域形成一定的压差，该压差将AUV推送入搭载筒1，由于在搭载筒1出口端设置的所述限位机构的限位作用，AUV被推送至预定位置，然后控制所述锁紧机构的可伸缩锁紧件10伸出将推送到位的AUV锁紧，由此实现AUV的回收并对接到位，图2中虚线所示AUV为处于回收并对接到位后状态下的AUV，图2中箭头所示为海水流向，此时，搭载筒1内的无线充电装置初级模块17与AUV上的安装的无线充电装置次级模块18正好对准，使两个无线电充电装置模块工作，即可对AUV补充电能，同时可利用数据通信模块19在搭载平台上监控单元与AUV之间进行信息通讯与数据交换。
布放AUV24：电动推杆15的推杆回缩，使盖体4逐步脱离抽水环3的外侧端面，盖体4下上翻转的角度控制大于90°，使得抽水环3的外侧端面与外部海水处于完全连通状态，控制可伸缩锁紧件10、可伸缩限位件12均回缩，此时AUV处于自由状态，海水通过抽水环3的外侧端口进入搭载筒1，AUV本身的推力器反向转动为AUV提供反向推力，通过迎流和AUV推力器反向推力的作用，将AUV推送出搭载筒1，由此完成AUV的水下布放，图3中虚线所示AUV为处于布放后状态下的AUV，图3中箭头所示为海水流向。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (8)
1.AUV水下对接与收放装置，其特征在于：包括搭载筒（1），搭载筒（1）两端分别同轴固接有导引环（2）、抽水环（3），抽水环（3）的另一端盖合有可开闭的盖体（4）；导引环（2）的环壁为中空壳体，所述环壁的外壁（201）的两端分别向导引环（2）内部弯折并沿导引环（2）轴向延伸形成喉管段（202）、聚缩段（203），聚缩段（203）的宽口端朝向搭载筒（1），聚缩段（203）的窄口端套叠在喉管段（202）窄口端的外部，且二者之间留有径向间隙，所述径向间隙使所述中空壳体的内腔与导引环（2）的内腔连通；抽水环（3）的内腔与所述中空壳体的内腔通过管路（5）连通，管路（5）上设有水泵（6）；搭载筒（1）的内壁上设有锁紧机构和限位机构，分别用于AUV的锁紧与限位。
2.按权利要求1所述的AUV水下对接与收放装置，其特征在于：所述喉管段（202）的长度小于导引环（2）长度的四分之一。
3.按权利要求1所述的AUV水下对接与收放装置，其特征在于：所述抽水环（3）的内壁上设有周向槽（301），周向槽（301）与抽水环（3）内腔连通，周向槽（301）通过法兰管一（7）与管路（5）连通，管路（5）另一端通过法兰管二（8）与所述中空壳体的内腔连通。
4.按权利要求1所述的AUV水下对接与收放装置，其特征在于：管路（5）上位于水泵（6）与抽水环（3）之间的管段上设有过滤器（9）。
5.按权利要求1所述的AUV水下对接与收放装置，其特征在于：所述搭载筒（1）入口侧的内壁上沿周向设有多个可伸缩的锁紧机构，所述锁紧机构的可伸缩锁紧件（10）朝向搭载筒（1）中心轴线的一端上设有橡胶垫层一（11）。
6.按权利要求1所述的AUV水下对接与收放装置，其特征在于：所述搭载筒（1）出口侧的内壁上沿周向设有多个限位机构，所述限位机构的可伸缩限位件（12）朝向搭载筒（1）中心轴线的一端上设有橡胶垫层二（13）。
7.按权利要求1所述的AUV水下对接与收放装置，其特征在于：所述盖体（4）与连杆（14）的一端铰接，连杆（14）的另一端与电动推杆（15）的推杆端铰接，连杆（14）两端之间的杆体铰接支撑在支板（16）上，电动推杆（15）的壳体铰接在抽水环（3）外周壁上，支板（16）固定支撑在抽水环（3）外周壁上。
8.按权利要求1所述的AUV水下对接与收放装置，其特征在于：所述搭载筒（1）的内壁上固装有无线充电装置初级模块（17），无线充电装置初级模块（17）与AUV上的安装的无线充电装置次级模块（18）配合；搭载筒（1）的内壁与AUV上均装有数据通信模块（19）。
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