CN107200099B - 基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置及其工作方法，属于海上浮式结构物装备领域。该装置主要包括浮漂、电磁阀固定装置、连接杆、滑道、上拉索、下拉索、回收网、网具收纳箱和卷扬机。该装置的连接杆、浮漂和网具收纳箱刚性连接在一起，连接杆连接上拉索的一端。装置在未使用时，浮漂与网具收纳箱通过电磁阀固定装置固定在滑道上，装置在使用时，无人艇自动控制使浮漂与网具收纳箱通过滑道滑入水中，回收网伸展开。无人艇利用自身的定位系统，自动改变航向和航行距离或对水下机器人发出指令令其航行至指令位置，进行水下机器人的回收。该装置具有结构简单、成本低廉、易于操纵、维护方便、在复杂海况下也能安全稳定工作等优点。

Description

基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置及其工作方法，属于海上浮式结构物装备领域。

背景技术

近年来，对无人艇的研究越来越多，无人艇主要用于执行危险以及不适于有人船只执行的任务。一旦配备先进的控制系统、传感器系统、通信系统和武器系统后，可以执行多种战争和非战争军事任务，比如，侦察、搜索、探测和排雷；搜救、导航和水文地理勘察；反潜作战、反特种作战以及巡逻、打击海盗、反恐攻击等。无人艇也可作为海上平台进行工作，无人艇作为海上平台主要是作为无人机和水下机器人的载体进行工作。而由于无人机的活动比较灵活，其可以依靠与无人艇之间的定位系统自动进行返回无人艇上的无人机平台，但是对于水下机器人，由于海上的环境比较复杂，机器人受海浪影响较大，因此对水下机器人的回收比较复杂。现在对于水下机器人的回收基本上都是在人为的参与下，将水下机器人移动到母船附近，利用吊钩将其吊至母船上。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置及其工作方法。该自动回收装置应通过浮漂、电磁阀固定装置、上拉索、下拉索、回收网、网具收纳箱和卷扬机等主要设备。通过无人艇的自动控制系统，控制相应设备的开关以及无人艇的自主操纵，可以实现自动回收水下机器人的功能，具有结构简单、操纵方便、安全高效等优点。

本发明采用的技术方案是：一种基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置，它主要包括浮漂、滑道、连接杆、下拉索、电磁阀固定装置、卷扬机、上拉索、网具收纳箱和回收网，所述滑道在无人艇后甲板上对称于无人艇中线面布置，滑道尾端突出无人艇后甲板的边线，滑道包含滑轮、滑轨、支撑杆、两端隔板和滑道上部挡板，滑轮布置在滑轨中，支撑杆将滑轮、滑轨和两端隔板连接在一起并将整个滑道固定在主船体后甲板上；所述两端隔板垂直高度高于滑轨和滑轮的最大垂直距离，两端隔板与浮漂两端之间存在间隙，滑道上部挡板向内侧突出，其通过浮漂下部挡板限制其垂直方向的位移；所述上拉索为柔性拉索其通过艉柱上的小孔与固定在艉柱内部的卷扬机连接，下拉索一端固定在船尾的左舷，一端连接回收网的一端，回收网上下有浮子和铅坠；所述连接杆包括连接杆杆体和卡环，卡环始终与上拉索的一端连接在一起，卡环在装置固定时通过电磁阀固定装置固定在无人艇后甲板上，所述连接杆杆体下部与浮漂刚性连接在一起，浮漂与网具收纳箱刚性连接在一起，网具收纳箱为空箱结构，在回收装置固定于无人艇甲板时，回收网和下拉索放置在网具收纳箱里。

所述卷扬机布置在无人艇艉柱内部，上拉索通过在艉柱上的开孔连接到卷扬机上，卷扬机配备离合器，离合器的拉力固定，保证了上拉索一直处于拉伸状态，卷扬机由无人艇的控制系统进行自动控制，当需要回收上拉索时，卷扬机开始工作。

所述电磁阀固定装置为一电磁阀控制的固定机构，电磁阀固定装置在回收装置固定时处于关闭状态，其阀轴处于中位穿过卡环固定浮漂，当回收装置需要入水时，所述电磁阀固定装置限时打开，其阀轴离开中位，浮漂利用自身重力和滑轮滑入水中，所述电磁阀固定装置由无人艇的控制系统进行自动控制。

所述的基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置的工作方法：所述无人艇接收到回收水下机器人的指令时，无人艇首先向水下机器人发出指令，令水下机器人浮出水面，然后无人艇自动控制系统控制电磁阀固定装置限时打开，所述浮漂通过滑道滑入水中，无人艇利用自身的定位系统，确定水下机器人的相对位置，然后无人艇自身规划航向或者向水下机器人发出指令，让无人艇和水下机器人移动到某一设定的位置，然后无人艇重新调整航向，向右舷转向并航行到让水下机器人处于无人艇与回收网构成的三角形区域之内，然后无人艇自动控制系统控制卷扬机转动回收上拉索，使上拉索长度与下拉索长度相同，然后无人艇向左舷转向，使无人艇向前正向航行，完成回收水下机器人的工作。

本发明的有益效果是：这种基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置主要包括浮漂、滑道、连接杆、下拉索、电磁阀固定装置、卷扬机、上拉索、网具收纳箱和回收网。无人艇接收到回收指令时，浮漂通过滑道滑入水中，让无人艇和水下机器人移动到某一设定的位置，然后无人艇向右舷转向并航行到让水下机器人处于无人艇与回收网构成的三角形区域之内，回收水下机器人。该自动回收装置结构简单，相应设备部件制造简单、成本低廉；整个装置中控制设备较少，易于实现自动化；设备操纵简单，不易出现故障，维护方便，安全高效。设备选用及工作方法考虑了无人艇在海上工作时可能遇到的恶劣海况，能够安全高效地实现对水下机器人的自动回收。

附图说明

图1是装置在无人艇上布置的正视图。

图2是装置在水中工作时的正视图。

图3是装置在水中工作时的轴测图。

图4是滑道固定在无人艇上，无人艇的俯视图。

图5是滑道平放时的俯视图。

图6是滑道平放时的主视图。

图7是连接杆的主视图。

图8是浮漂与网具收纳箱的轴测图。

图9是浮漂与网具收纳箱的左视图。

图10是图1中Ⅰ处的局部放大图。

图中：1、无人艇，1a、主船体，1b、艉柱，1c、雷达，1d、螺旋桨，2、浮漂，2a、浮漂下部挡板，3、滑道，3a、滑轮，3b、滑轨，3c、支撑杆，3d、两端隔板，3e、滑道上部挡板，4、连接杆，4a、连接杆杆体，4b、卡环，5、下拉索，6、电磁阀固定装置，7、卷扬机，8、上拉索，9、网具收纳箱，10、回收网，10a、浮子，10b、铅坠，11、水下机器人。

具体实施方法

以下参照附图对本发明的结构做进一步描述。

图1示出了基于无人艇对水下机器人自动回收装置的结构。在布置上，浮漂2和网具收纳箱9为一整体，连接杆4固定在浮漂2上。浮漂2、网具收纳箱9和连接杆4共同通过电磁阀固定装置6的连接固定在无人艇甲板上的轨道3上。电磁阀固定装置6的控制是由无人艇的控制系统自动进行的。当装置未使用时，电磁阀固定装置6处于关闭状态，连接杆上的卡环4b被电磁阀固定装置6的阀轴卡住，进而固定浮漂不能使其下滑，当需要装置进行工作时，电磁阀固定装置6通过无人艇的控制系统进行限时打开，连接杆上的卡环4b处于自由状态，浮漂利用自己的重力，滑入水中。上拉索8通过艉柱1b后的小孔与卷扬机7进行连接，卷扬机7配备离合器，可以保证上拉索一直处于伸紧状态，当浮漂通过自身的重力下滑时，其会通过上拉索克服离合器的拉力。

图2示出了装置在入水之后进行回收水下机器人11之前的相应状态。当无人艇1要进行对水下机器人回收之前，其会提前把回收装置放入水中，由于上拉索8是通过位于无人艇艉柱1b上，下拉索5连接在无人艇左舷后方，因此回收装置的回收网10的伸开方向和无人艇的航行方向是接近平行的。回收网10通过下拉索伸展开，其上端的浮子10a与铅坠10b相配合，垂向将回收网10拉伸开。

图3示出了回收装置在回收水下机器人时各设备的相对位置。当无人艇接受到回收水下机器人的指令之后，其首先做的工作是对水下机器人11发出相关指令，令水下机器人11浮出水面，然后无人艇自动控制系统将自动回收装置放入水中。无人艇1通过定位系统，得到水下机器人11的位置信息，其通过相应指令自身前往水下机器人11所在位置附近，或者是命令水下机器人11移动到无人艇1附近，使水下机器人11在其船尾右侧设定位置处，所述设定位置是水下机器人11处于回收网10的伸张长度内并且距离回收网10很近的位置。然后无人艇1会重新规划航行，向右侧转弯，使无人艇尾端与回收网10的两端之间连成一个三角形，在水下机器人处于无人艇1与回收网10构成的三角形中间时，无人艇艉柱1b上的卷扬机7通过无人艇1上的控制系统控制开始工作，收拉上拉索8，当上拉索8的伸长长度达到和下拉索5伸长长度一致时，无人艇1重新设定航行，向左侧转弯至某一角度进行正向航行，拖住水下机器人11驶向目的地。进而完成对水下机器人的自动回收工作。

图4、5、6示出了滑道3在无人艇后甲板的布置方法以及滑道3的设计方案。图4中，滑道3对称于无人艇1中线面布置。通过图5、6可以看出，滑道主要由五部分组成，滑轮3a、滑轨3b、支撑杆3c、两端隔板3d和上部挡板3e，滑道尾端要突出无人艇尾端一定长度，进而避免浮漂下滑时碰到船体或者螺旋桨1d。其中滑轮3a固定在滑轨3b上，起到了浮漂2滑入水中时减小摩擦力的作用。两端隔板3d垂直高度稍高，两隔板之间的水平距离稍大于浮漂宽度，两端隔板3d起到了阻止浮漂2在其上固定时候左右移动的作用。上部挡板3e向内侧突出，通过浮漂下部挡板2a，卡住浮漂2，限制了浮漂垂直方向的自由度。支撑杆3c起到将滑轨3b、滑轮3c、两端隔板3d和上部挡板3e组合到一起的作用。

图7为浮漂2上端固定的连接杆4的结构。连接杆4由连接杆杆体4a和卡环4b组成。其中卡环4b始终与上拉索8连接在一起，在自动回收装置未使用时，电磁阀固定装置6会通过卡环4b将浮漂固定于无人艇甲板上。

图8、9为浮漂2与网具收纳箱9的示意图。浮漂2和网具收纳箱9是固定在一起的，二者均采用提供浮力的轻质材料。浮漂2底部两端有向外侧突出的挡板2a，浮漂2固定在无人艇1上时，浮漂下部挡板2a通过滑道上部挡板3e被限制其垂直方向的自由度。

图10为无人艇艉柱1b上让上拉索8通过的通透小孔的局部放大图。小孔直径可以满足上拉索8的需要，小孔外部采用耐磨高分子材料进行喇叭口状处理，不会对上拉索8产生切割和阻力，小孔内部通过多孔橡胶材料进行水封，保证不会有水通过小孔进入船内。

Claims (3)

1.一种基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置，它主要包括浮漂（2）、滑道（3）、连接杆（4）、下拉索（5）、电磁阀固定装置（6）、卷扬机（7）、上拉索（8）、网具收纳箱（9）和回收网（10），其特征是：所述滑道（3）在无人艇后甲板上对称于无人艇中线面布置，滑道（3）尾端突出无人艇后甲板的边线，滑道（3）包含滑轮（3a）、滑轨（3b）、支撑杆（3c）、两端隔板（3d）和滑道上部挡板（3e），滑轮（3a）布置在滑轨（3b）中，支撑杆（3c）将滑轮（3a）、滑轨（3b）和两端隔板（3d）连接在一起并将整个滑道（3）固定在主船体（1a）后甲板上；所述两端隔板（3d）垂直高度高于滑轨（3b）和滑轮（3a）的最大垂直距离，两端隔板（3d）与浮漂（2）两端之间存在间隙，滑道上部挡板（3e）向内侧突出，其通过浮漂下部挡板（2a）限制其垂直方向的位移；所述上拉索（8）为柔性拉索其通过艉柱（1b）上的小孔与固定在艉柱（1b）内部的卷扬机（7）连接，下拉索（5）一端固定在船尾的左舷，一端连接回收网（10）的一端，回收网（10）上下有浮子（10a）和铅坠（10b）；所述连接杆（4）包括连接杆杆体（4a）和卡环（4b），卡环（4b）始终与上拉索（8）的一端连接在一起，卡环（4b）在装置固定时通过电磁阀固定装置（6）固定在无人艇后甲板上，所述连接杆杆体（4a）下部与浮漂（2）刚性连接在一起，浮漂（2）与网具收纳箱（9）刚性连接在一起，网具收纳箱（9）为空箱结构，在回收装置固定于无人艇甲板时，回收网（10）和下拉索（5）放置在网具收纳箱（9）里；所述无人艇（1）接收到回收水下机器人（11）的指令时，无人艇（1）首先向水下机器人（11）发出指令，令水下机器人（11）浮出水面，然后无人艇（1）自动控制系统控制电磁阀固定装置（6）限时打开，所述浮漂（2）通过滑道（3）滑入水中，无人艇（1）利用自身的定位系统，确定水下机器人（11）的相对位置，然后无人艇（1）自身规划航向或者向水下机器人（11）发出指令，让无人艇（1）和水下机器人（11）移动到某一设定的位置，然后无人艇（1）重新调整航向，向右舷转向并航行到让水下机器人（11）处于无人艇（1）与回收网（10）构成的三角形区域之内，然后无人艇（1）自动控制系统控制卷扬机（7）转动回收上拉索（8），使上拉索（8）长度与下拉索（5）长度相同，然后无人艇（1）向左舷转向，使无人艇（1）向前正向航行，完成回收水下机器人（11）的工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置，其特征是：所述卷扬机（7）布置在无人艇艉柱（1b）内部，上拉索（8）通过在艉柱（1b）上的开孔连接到卷扬机（7）上，卷扬机（7）配备离合器，离合器的拉力固定，保证了上拉索（8）一直处于拉伸状态，卷扬机（7）由无人艇的控制系统进行自动控制，当需要回收上拉索（8）时，卷扬机（7）开始工作。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人艇平台的水下机器人自动回收装置，其特征是：所述电磁阀固定装置（6）为一电磁阀控制的固定机构，电磁阀固定装置（6）在回收装置固定时处于关闭状态，其阀轴处于中位穿过卡环（4b）固定浮漂（2），当回收装置需要入水时，所述电磁阀固定装置（6）限时打开，其阀轴离开中位，浮漂（2）利用自身重力和滑轮（3a）滑入水中，所述电磁阀固定装置（6）由无人艇的控制系统进行自动控制。