CN106882348B - 高海况下完成事故船与救援船对接的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一套能够在高海况条件下进行事故船与救援船对接的系统及实现方法。系统包括机器人、导航定位系统、放缆系统、母船控制器。机器人采用前后两段的设计，两段之间由防水舵机铰接。使用磁性履带完成船体表面的行走，由两个水平推进器和两个垂直推进器完成水下的运动。导航定位系统采用两种定位模式结合的形式，以救援船为核心，救援船对事故船通过AIS雷达进行定位，并且通过USBL对机器人在水下的位置进行定位。放缆装置由岸基放缆装置组成，放缆设备具有单独的伺服驱动功能，可快速的释放机器人脐带缆，减轻缆绳对机器人的影响。该系统为高海况下事故船的救援工作提供了足够的支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种事故船与救援船对接系统，具体的说是高海况下完成事故船与救援船对接的系统。
背景技术
目前，对事故船的救援多采用抛射缆绳的方式，完成对事故船和救援船的对接。但在高海况条件下，人员在甲板上受到风浪的影响，很难完成应有的操作，而且操作人员的安全也难以保证。
为了解决在高海况下事故船与救援船对接的问题，本发明设计了一套系统，该系统通过人遥控或自控的机器人将缆绳从救援船拖拽到事故船，不需要人员进行危险的甲板作业。
本发明的目的是通过如下系统来达到的：整套系统包括机器人、放缆系统、导航定位系统、母船显控系统。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种能够用于高海况下完成事故船与救援船对接的系统，可以行之有效的解决高海况下对事故船舶的救援问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一套在高海况下完成事故船与救援船对接的系统，包括机器人、导航定位系统、放缆系统、母船控制器，其特征在于，所述机器人机体包括前端部分与后端部分，前端部分前端装有摄像机及照明设备、垂向推进器以及前视声纳，后端部分两侧分别装有主推进器、辅助摄像机以及避碰声纳，前端部分与后端部分两侧各有一条永磁性履带，磁性履带与驱动电机以齿轮咬合的方式进行连接，后端部分的后部装有机载放缆器。
事故船定位采用船舶自动识别系统（AIS）与雷达定位相结合的方式，在事故船通讯设备完好的情况下通过AIS进行主动报送位置，在事故船通讯设备损坏的情况下，救援船通过雷达搜索定位事故船位置。
水下机器人导航定位系统采用超短基线定位系统，保证水下机器人的实时定位精度。
所述的水下机器人在距离事故船200米范围内时，末端目标识别系统采用前视声纳探测。
放缆设备由母船缆箱链接脐带缆，脐带缆链接后端部分的机载放缆器。
母船控制器是具有实时监控功能的显控系统。
该系统的具体操作方式为操作人员将将机器人从救援船释放入水中。潜入到水下15米的静水区后通过AIS雷达对事故船进行定位，当机器人接近事故船200米范围后，通过声呐和雷达对事故船进行探测并快速接近。机器人接触船体后，改变姿态进行爬船。在机器人登上事故船后，由事故船船员接管救援缆，双方船员完成缆绳的连接工作。
本发明与现有技术相比有如下有益效果：
本发明为高海况下事故船与救援船的对接提供了一套切实可行的设备与方法，可以快速进入工作状态，对接由机器人完成，成功率高，缩短救援时间。
放缆设备由母船缆箱链接脐带缆，脐带缆链接水下机器人后端部分的机载放缆器。在水下运行过程中由母船缆箱负责放缆，在爬船过程中由机载放缆器放缆，这样可以减小机器人运动的阻力。
该机器人采用前后两段的设计，两段之间由防水舵机铰接，以实现在水下与船体对接和上船时通过改变折叠的方法登船。两段都使用磁性履带完成船体表面的行走，由于船体表面凹凸不平，采用分级连杆的履带结构。
与现有技术相比，本发明采用水下机器人进行对接任务，机器人主体部分具有水下航行与爬船两种运动模式，任务完成成功率高，且机器人结构强度大，两段式结构运动灵活，适用于高海况环境下，配合母船显控系统的控制手柄进行控制操作，整体运行灵活、方便。
附图说明
下面结合附图并参照以下详细说明，可以更完整地了解本发明。
图1为本发明所述一种高海况下完成事故船与救援船对接的系统组成图；
图2为本发明所述一种高海况下完成事故船与救援船对接系统的水下机器人结构图（前端部分1、磁性履带2、避碰声纳3、后端部分4、机载放缆器5、主推进器6、垂向推进器7、前视声纳8、照明设备9）；
图3为本发明所述一种高海况下完成事故船与救援船对接系统的水下机器人追踪定位示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本发明保护的范围。
电源系统采用220VDC由水面端直接通过脐带电缆供给，传入机器人后通过机载稳压电源转换为3.3V、±5V、12V及24V电源供各用电器使用。并且电源具有电流监视、电压监视功能。
主控制器采用TMS320DM642款DSP系统，该款DSP具有良好的图像处理能力。通过该款DSP将采集到的视频图像进行压缩后打包通过UDP协议以太网络传送到光端交换机后通过光纤回传到母船控制箱，并通过母船控制箱显示器显示。并且在此基础上实现运动控制操作。
外部传感器包括摄像头、声纳、水深传感器以及超短基线定位等。
内部传感器导航控制模块，包括姿态传感器与测速传感器。实现机器人水下姿态控制。
功率控制板主要实现对灯光辅助进行功率驱动功能。
驱动信号板是辅助DM642进行运动控制、产生驱动及驱动器信号的模块。该模块通过CAN总线与系统挂接。
驱动器主要是无刷电机驱动模块，输入PWM信号实现对推进器的正反线性调速控制。
脐带缆光电转换分线盒可解决光电复合插头不易寻找相应插头的问题，通过压盖密封形式令电缆直接接入分线盒中，将光缆通过盒光端机转换为电气网口，通过压盖密封方式接出盒子并通过插头与控制舱相连。电源线则分出一支路稳压后为光端机供电，同时也可直接通过插头与控制舱连接供电。
内部通讯主要采用CAN总线进行总线式通讯。如传感器信号采集板、DM642控制主板、驱动信号板、功率控制板等。为了满足采购设备主要以串口为主，还特别设计了4口串口转网口，通过UDP网络实现网口扩展，供DM642控制器使用。另外也制作了串口转CAN口转换模块实现总线接入。
外部通讯系统主要为光纤通讯以实现水面与水下网络连接，基于UDP通讯协议。水面控制箱内部具有4口光端交换机将控制计算机、外接计算机端口进行汇总后，通过光纤与水下ROV进行通讯。ROV具有光纤防水接头，光纤及电力供应电缆由该接头接入水下机器人中。通过机器人内部的4口光端交换机与各设备相连。
外部P900声纳通过LAN口与舱内设备进行通讯，接入8口光端交换机，以此该声纳即可被水面控制箱读取也可被水下机器人读取。
摄像头采用PAL制式模拟摄像机，该摄像机通过同轴电缆输入后接入水下机器人中，通过DM642控制主板采集后，进行本地处理封装为H.264视频编码，通过LAN口发送给母船控制计算机。
水下机器人的控制系统是指处理和分析水下机器人内部和外部各种信息、命令的综合系统，根据这些信息和命令实现对水下机器人的控制功能。它是水下机器人的核心部分，由主控制芯片和相应的接口电路组成。控制系统实时的接受和处理水面的控制指令，同时实时采集水下机器人自身的深度、方向信息和图像信息并进行处理，从而实现对水下机器人的实时遥控。
机器人由操作手操作，由救援船船舷吊落水中，同时光缆释放器进行伺服随动，释放光缆。待机器人潜入15米下静水区后放缆装置入水。
在图3所示实施例中机器人处于人工介入的自动化控制模式。救援船通过AIS雷达获得事故船方位坐标，通过救援机器人的声信标，救援船对其进行定位，获得机器人与事故船的相对位置后给出航迹规划方案，并实现机器人去往事故船的自动控制，从而令机器人达到目标海区。在机器人进入到事故船200米半径范围内后，将通过机器人上搭载的前视声纳对事故船进行探测，此时人工通过前视摄像机探知事故船位置，并快速靠近。
机器人接触事故船后，改变姿态并启动履带爬行，进行爬船，爬上事故船。
机器人爬上船舷后，在船边缘处由后半部分形成支撑，前半部分由伺服电机驱动，弯曲后爬上船体。爬上船体后由救援船遥控机器人行进至指定区域，由事故船船员接管救援缆，事故船船员将救援机器人脐带缆摘下，并与事故船卷绳机连接，救援船收回放缆装置，船员将缆绳切断并将缆绳与救援缆接驳后，通知事故船将救援缆拖至事故船，救援缆与事故船连接后即可启动救援工作。
Claims (3)
1.一套在高海况下完成事故船与救援船对接的系统，包括机器人、导航定位系统、放缆设备、母船控制器，其特征在于，所述机器人机体包括前端部分(1)与后端部分(4)，前端部分(1)前端装有摄像机及照明设备(9)、垂向推进器(7)以及前视声纳(8)，后端部分(4)两侧分别装有主推进器(6)、辅助摄像机以及避碰声纳(3)，前端部分(1)与后端部分(4)两侧各有一条磁性履带(2)，磁性履带(2)与驱动电机以齿轮咬合的方式进行连接，后端部分(4)的后部装有机载放缆器(5)；所述的水下机器人导航定位系统采用超短基线定位系统，保证水下机器人的实时定位精度；所述的水下机器人在距离事故船200米范围内时，末端目标识别系统采用前视声纳(8)探测；所述的放缆设备由母船缆箱连接脐带缆，脐带缆连接后端部分(4)的机载放缆器(5)，在水下运行过程中由母船缆箱负责放缆，在爬船过程中由机载放缆器放缆，减小机器人运动的阻力；机器人采用前后两段的设计，两段之间由防水舵机铰接，以实现在水下与船体对接和上船时通过改变折叠的方法登船，机器人前后两段都使用磁性履带(2)完成船体表面的行走，由于船体表面凹凸不平，采用分级连杆的履带结构。
2.根据权利要求1所述的一套在高海况下完成事故船与救援船对接的系统，其特征在于，所述的事故船定位采用船舶自动识别系统与雷达定位相结合的方式，在事故船通讯设备完好的情况下通过船舶自动识别系统进行主动报送位置，在事故船通讯设备损坏的情况下，救援船通过雷达搜索定位事故船位置。
3.根据权利要求1所述的一套在高海况下完成事故船与救援船对接的系统，其特征在于，所述的母船控制器是具有实时监控功能的显控系统。
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