CN108528640A - 一种基于滑道回收uuv时拦阻索式自动对接回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收装置及方法，属于水下无人航行器UUV的水面回收技术。本发明采用了特殊设计的收放滑道来进行全自动回收UUV的工作，主要用途是解决传统UUV回收中需要消耗大量人力的问题。本发明的有益效果具体通过下述技术方案予以实现：首先利用水面遥控装置操控在水面待回收的UUV接近水面母船；下一步控制收放滑道展开，使收放滑道及浮式防碰导向架伸入水下；接下来遥控UUV艏部与浮式防碰导向架对准并冲入导向架；接着操控携带拦阻索的可旋转机械臂向上旋转，使阻拦锁与UUV艏部下方回收挂钩勾合，再利用收放滑道上集成的绞车将UUV拖拽至滑道上，最后操控滑道摆动、回缩，将UUV回收至水面母船上。

Description

一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收装置及方法

技术领域

本发明涉及水下无人航行器UUV的水面回收技术领域，具体涉及一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收装置及方法。

背景技术

由于地球上海洋的覆盖面积广阔,且蕴藏着丰富的生物资源和矿藏资源,毋庸置疑,随着地上资源的消耗和枯竭,开发和利用海洋资源表现得越来越迫在眉睫。海洋是人类发展的四大战略空间陆、海、空、天中继陆地之后的第二大空间,是最有发展潜力的空间,对世界经济与社会发展产生着直接、巨大的支撑作用。作为人类探索和开发海洋的助手,水下机器人在这一领域显示了它们多方面的用途。目前,随着国内外科研机构及研究型高校对水下无人航行器的研究不断深入,技术已经达到了十分成熟的水平,并且在科学调查和工业领域得到了越来越广泛的应用。上世纪八十年代,还是被用于军事上的特殊用途,而发展到现在,已经成为在大量工业及科研任务中一个不可或缺的工具。海洋采样、海底地形地貌绘制、水下系统调查以及军事和矿藏勘察,这些原本对于人工作业十分危险,甚至是人类不可能到达的领域几乎都有的身影,而这些例子仅仅是应用中的一小部分。

水下机器人的种类很多,大致上可以分为载人潜器、有缆潜器和自治式水下机器人三类。其技术是集运动学与动力学理论、机械设计与制造技术、计算机硬件与软件技术、控制理论、电动伺服随动技术、传感器技术、人工智能理论等科学技术为一体的综合技术,其设计涉及到流体、结构材料、水声、光学和计算机控制等多门学科,因此水下机器人的研究水平往往体现了一个国家的综合技术力量。目前,水下无人航行器是水下无人平台的一个重要发展方向,自最早出现于世纪年代以来,在海洋科学调查、海洋军事防御方面扮演着越来越不可取代的角色。在发展初期主要用于民用领域,例如进行深水勘探、沉船打捞、水下铺缆以及维修作业等,之后逐步开展了一系列军事应用,比如水下声源探测、协助潜艇深水避雷、港口战术侦察等。具有活动范围大、潜水深度大、无脐带纠缠、可进入复杂结构中、不需要庞大水面支持系统、占用甲板小、运行和维修费用低等优点。又由于噪声辐射小,所以是一种理想的测量仪器平台,可以贴近要观测的对象,故可以得到利用常规观测方法不能得到的高质量数据及图像。再加上隐蔽性好,安全性高无需人员驾驶,使其正逐步成为海洋观察和探测的一个非常重要的手段。

到目前为止,己经多次成功地应用于海底石油与天然气、天然气水合物、大洋多金属结核和热液硫化物矿床等海洋矿产资源的探测。在海洋科学调查方面,的应用非常广泛,它是一个理想的传感器及观测设备平台。通过配置不同类型的观测设备,可以完成不同的调查任务,如海洋矿产资源和海洋生物资源等的调查。根据续航能力,这类可以分为远程和近程两类。除了科学调查型外,作业型则不仅可以进行观测,还可就对象进行简单操作。这种与一般的调查型的不同之处在于,它们一般都配置了作业机械手,此外还具有悬停能力配置多个推进器。这也正是今后发展的一个重要方向。

在军事上的应用也同样广泛,主要包括水下目标的搜索、海底侦察和潜艇训练等。目前美国和挪威等国家正在加紧研究将应用在水雷搜索技术中。此外,在未来进行海上网络中心战中,将成为水下信息网络的重要节点,支持“互联、互通、互操作”的水下网络链接能力。由于水下回收平台活动范围的隐蔽性及安全性需要,回收过程无法使用吊车、中继站等其他辅助设备另外,远程因其活动范围大,采用母船跟随并实施回收也不现实。这些因素都对的回收技术提出了新的要求—回收过程必须在不借助第三方辅助设备的情况下控制自主航行返回回收平台。这种回收方式的优点是受时间和空间的约束小,可节约大量辅助设备费用和大量人力,但是回收过程中的复杂力学及运动控制等关键问题有待进一步解决,同时昂贵的造价也对回收的安全性提出了一定的要求。在水下进行自主回收相对于水面起吊方式来说,提高了回收过程的自动化水平,摆脱了人为干预的繁琐过程,但也增加了技术难度。

在UUV的业务流程中，布放回收作业是极其重要的环节，直接关系到UUV的可用性。尤其是高海况下的回收作业，一直是UUV技术方面的难点。水面母船回收UUV时，大多数采用基于母船吊机对航行器进行吊放式回收或利用滑道式收放装置对UUV进行拖拽式回收。回收作业中的难点在于高海况下UUV与收放装置的对接。当在海中对UUV进行回收时，由于海浪涌流比较大，UUV不是静止在水面，而是随海浪上下摆动，水面母船也受海浪、海流干扰摇摆不定，对于下水进行对接的工作人员来说这是十分危险的而且操作也很不方便，这就要求回收过程中的对接工作快速、安全、可靠，尽量减少或不需工作人员下海操作。采用一种不需人下海操作的回收对接技术，对于UUV的实际应用以及保护人员、设备安全具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决上述问题所采用的新技术方案是这样实现的：

一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收装置，具体包括回收滑道1、浮式防碰导向架2、带有拦阻索6的可旋转机械臂4、UUV艏部下方集成的回收挂钩8、UUV水面遥控装置；回收滑道1固定于水面母甲板上，滑道底部由绞车7配合吊拉；浮式防碰导向架通过旋转轴3与回收滑道下端相连，带有拦阻索6的可旋转机械臂4通过旋转轴5与浮式防碰导向架2相连。

所述的浮式防碰导向架具体包括：浮式防碰导向架1主体采用浮力材料加工，外部包敷橡胶弹性材料，浮式防碰导向架1可绕与回收滑道相连的旋转轴3旋转。

所述的带有拦阻索的可旋转机械臂具体包括：所述的可旋转机械臂4固定于浮式防碰导向架2两侧，两个机械臂4可由液压驱动同步绕固定于导向架的轴5旋转；两个机械臂之间配置拦阻索6，拦阻索6与两个机械臂4采用弹性卡簧机构固定。

所述的UUV艏部下方配置回收挂钩具体包括：回收挂钩8布置在UUV艏部下方中纵剖面上，采用高强度金属材质加工。

一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收方法，具体包括如下步骤：

(1)定位UUV所在位置，并操控母船接近UUV，在母船接近UUV后，利用手操盒控制UUV与母船一起迎风匀速行驶；

(2)在操控UUV接近回收区域时，母船准备放下收放滑道；

(3)缓慢放下收放滑道，将防碰式收放滑道伸入水下，待展开过程结束后，等待UUV与母船的行驶姿态调整至最佳角度，等待时机合适，此时利用手操盒控制UUV驶向收放滑道下端；

(4)根据权利要求1中的UUV水面遥控装置，其特征在于：当UUV浮出水面并将无线电天线伸出水面后，工作人员可在水面母船甲板上利用手操盒通过无线电对UUV进行实时操控。

(5)待UUV冲上收放滑道下端的浮式防碰导向架并且将UUV的速度方向引至与滑道方向相同利用可旋转式机械臂进行旋转，待UUV失去动能并在重力作用下向滑道下方后退时，机械臂上的拦阻索与UUV下方回收挂钩勾合；

(6)利用收放滑道上集成的绞车将UUV拖拽至滑道上，将UUV逐步回收；

(7)在回收完成后，操控滑道摆动，回缩，将UUV回收至水面母船上,回收过程完毕。

本发明的有益效果在于：与传统回收方式不同，本发明的无线电操控将UUV驶至回收母船附近提高到驶入母船下放的回收滑道，提高了回收效率，不需要人工手动进入水中完成一部分回收工作，可以全自动化完成整套回收流程，解决了传统UUV回收中需要消耗大量人力的问题。

说明书附图

图1为基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收装置示意图；

图2为UUV的可旋转式机械臂旋转示意图；

图3为在操控UUV接近回收区域时母船准备放下收放滑道示意图；

图4为UUV驶向收放滑道下端示意图；

图5为机械臂上的拦阻索与UUV下方回收挂钩勾合示意图；

图6为UUV收回过程示意图；

图7为UUV回收过程结束示意图。

具体实施方式

本发明为一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收装置及方法，下面结合说明书附图具体说明此装置结构及其回收方法。

如图1所示，此回收装置采用特殊结构设计，主要由回收滑道1、浮式防碰导向架2、带有拦阻索6的可旋转机械臂4、UUV艏部下方集成的回收挂钩8、UUV水面遥控装置等部件组成。

回收滑道1可基于母船进行旋转摆动和平移操作，可利用滑道将水面母甲板与海面连通，作为UUV布放回收的通道。与传统回收方式不同，本发明的回收滑道可将UUV从水中吊拉至母船的过程简化为利用绞车配合滑道导向将UUV拖拽至母船的过程，简化了操作流程和人力。

浮式防碰导向架2结构主体采用浮力材料加工，外部包敷橡胶弹性材料，浮式防碰导向架在水中具有正浮力，可绕轴3旋转，当浮式防碰导向架2伸入水中时，导向架受浮力向上摆动，并因其在收放滑道上的机械限位与收放滑道形成一定角度，在回收对接过程中对UUV进行碰撞保护，并将UUV导向引入收放滑道。与传统回收方式不同，本发明的浮式防碰式导向架可吸收UUV驶入滑道时的动能，保护UUV及滑道，降低了回收过程中可能造成的损伤及损耗。

在浮式防碰导向架2两侧分别配置一个机械臂4，两个机械臂4可由液压驱动同步绕轴5旋转，两个机械臂4之间配置拦阻索6，拦阻索6与两个机械臂4采用弹性卡簧机构固定，当受绞车7拉力时，拦阻索6可由机械臂4脱离。与传统回收方式不同，本发明的机械臂4本身可调节角度，避免了传统拦阻索勾合UUV下方挂钩时角度经常不精确导致勾合失败的问题，将勾合成功率大大提升，达到稳定勾合的水准。

回收挂钩8布置在UUV艏部下方中纵剖面上，采用高强度金属材质加工，可承受UUV回收过程中的载荷重量。

本发明的具体回收方法如下：

首先定位UUV所在位置，并操控母船接近UUV，在母船接近UUV后，利用手操盒控制UUV与母船一起迎风匀速行驶，以降低对接过程中水流扰动使UUV摇摆震动难以定向行驶的困难，使UUV与母船间的相对震动降低到可接受程度。

在操控UUV接近回收区域时，母船准备放下收放滑道，如图3。

之后缓慢放下收放滑道，将防碰式收放滑道伸入水下，待展开过程结束后，等待UUV与母船的行驶姿态调整至最佳角度，等待时机合适，此时利用手操盒控制UUV驶向收放滑道下端，如图4。

待UUV冲上收放滑道下端的浮式防碰导向架，防碰式导向架吸收掉UUV大部分的动能保护了UUV艇艏并且将UUV的速度方向引至与滑道方向相同，此时UUV速度降低至预期速度并在导入至滑道下方作减速运动，然后利用图2所示的可旋转式机械臂进行旋转，待UUV失去动能并在重力作用下向滑道下方后退时，机械臂上的拦阻索与UUV下方回收挂钩勾合，如图5。

利用收放滑道上集成的绞车将UUV拖拽至滑道上，将UUV逐步回收，如图6。

在回收完成后，操控滑道摆动，回缩，将UUV回收至水面母船上,回收过程完毕。

与传统回收方式不同，本发明的无线电操控将UUV驶至回收母船附近提高到驶入母船下放的回收滑道，提高了回收效率，不需要人工手动进入水中完成一部分回收工作，可以全自动化完成整套回收流程，解决了传统UUV回收中需要消耗大量人力的问题。

Claims (5)

1.一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收装置，具体包括回收滑道1、浮式防碰导向架2、带有拦阻索6的可旋转机械臂4、UUV艏部下方集成的回收挂钩8、UUV水面遥控装置；回收滑道1固定于水面母甲板上，滑道底部由绞车7配合吊拉；浮式防碰导向架通过旋转轴3与回收滑道下端相连，带有拦阻索6的可旋转机械臂4通过旋转轴5与浮式防碰导向架2相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收装置，其特征在于，所述的浮式防碰导向架具体包括：浮式防碰导向架1主体采用浮力材料加工，外部包敷橡胶弹性材料，浮式防碰导向架1可绕与回收滑道相连的旋转轴3旋转。

3.根据权利要求1所述的一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收装置，其特征在于，所述的带有拦阻索的可旋转机械臂具体包括：所述的可旋转机械臂4固定于浮式防碰导向架2两侧，两个机械臂4可由液压驱动同步绕固定于导向架的轴5旋转；两个机械臂之间配置拦阻索6，拦阻索6与两个机械臂4采用弹性卡簧机构固定。

4.根据权利要求1所述的一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收装置，其特征在于，所述的UUV艏部下方配置回收挂钩具体包括：回收挂钩8布置在UUV艏部下方中纵剖面上，采用高强度金属材质加工。

5.一种基于滑道回收UUV时拦阻索式自动对接回收方法，具体包括如下步骤：

(1)定位UUV所在位置，并操控母船接近UUV，在母船接近UUV后，利用手操盒控制UUV与母船一起迎风匀速行驶；

(2)在操控UUV接近回收区域时，母船准备放下收放滑道；

(3)缓慢放下收放滑道，将防碰式收放滑道伸入水下，待展开过程结束后，等待UUV与母船的行驶姿态调整至最佳角度，等待时机合适，此时利用手操盒控制UUV驶向收放滑道下端；

(4)根据权利要求1中的UUV水面遥控装置，其特征在于：当UUV浮出水面并将无线电天线伸出水面后，工作人员可在水面母船甲板上利用手操盒通过无线电对UUV进行实时操控。

(5)待UUV冲上收放滑道下端的浮式防碰导向架并且将UUV的速度方向引至与滑道方向相同利用可旋转式机械臂进行旋转，待UUV失去动能并在重力作用下向滑道下方后退时，机械臂上的拦阻索与UUV下方回收挂钩勾合；

(6)利用收放滑道上集成的绞车将UUV拖拽至滑道上，将UUV逐步回收；

(7)在回收完成后，操控滑道摆动，回缩，将UUV回收至水面母船上,回收过程完毕。