CN108569371A - 一种用于拖曳水池中回收auv的位置与姿态调整机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出述一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，包括回收管水平位置控制装置、回收管垂直位置控制装置和回收管姿态角控制装置。利用本发明所述的位置与姿态调整机构，其能够实现的功能有：一、可以更加灵活地调整AUV回收装置在拖曳水池里的位置及在某一位置上回收管的姿态角，使得实验的工况更加丰富，并且降低了数据收集的实验的费用、周期性和风险性；二、整个控制机构结构简单，安装方便，操作流程简便；三、降低了实验人员进入水池的次数，增加了实验人员操作的安全性。

Description

一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构
技术领域
本发明涉及AUV回收技术领域，具体为一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构。
背景技术
近年来，自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)在海洋军事技术、海洋科学考察技术、海底矿产资源勘探等领域发挥的作用越来越大。随着AUV应用领域的不断扩大，人们对AUV的性能要求也越来越高。其中，大航程成为评价AUV性能的重要技术指标之一。然而，由于AUV自身携带能源有限，导致AUV的水下作业时间受到了极大的限制。因此，通过水下平台对AUV进行能源补充的回收技术成为了目前研究的热点。
AUV在以鱼雷发射管为水下回收平台的布放与回收过程中，AUV与回收装置的回收管的相对角度的大小及方向会随着回收条件的改变而改变。需要做大量的实验来深入研究AUV在回收与布放过程中的非线性力学干扰问题。目前AUV前期的相关实验在湖泊或者近海里进行时，具有费用高、周期长、风险大等特点，而传统实验室里实验条件又相对单一，难以满足实验要求。因此，设计一种能够在实验室里模拟测试AUV在多工况下布放与回收的实验装置，对AUV水下回收技术的发展与进步起着极其重要的作用。
发明内容
为了能够在实验室里模拟AUV在多工况下回收和布放过程，本发明提供了一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，包括有回收管水平位置控制装置、回收管垂直位置控制装置和回收管姿态角控制装置，通过精确地控制回收管姿态角的调整和回收装置位置的改变，从而模拟在多种工况下布放和回收AUV，实现实验工况的丰富和实验成本与风险的降低。
本发明的技术方案为：
所述一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，其特征在于：包括回收管水平位置控制装置、回收管垂直位置控制装置和回收管姿态角控制装置；
所述回收管水平位置控制装置包括横梁(1)、基座(2)、横梁内嵌滑块(22)、丝杠(21)、填块(20)和水平位置控制手柄(4)；所述基座(2)固定安装在拖曳水池两侧；所述横梁(1)横跨拖曳水池，两端分别与拖曳水池两侧的基座(2)固定连接；所述横梁(1)底面具有横跨拖曳水池的T型滑槽，T型滑槽外端通过填块(20)封闭；横梁内嵌滑块(22)安装在T型滑槽内；所述丝杠(21)贯穿横梁内嵌滑块(22)，且与横梁内嵌滑块(22)螺纹配合；所述丝杠(21)一端与横梁(1)通过轴承连接，另一端穿过填块(20)并与水平位置控制手柄(4)连接；水平位置控制手柄(4)能够带动丝杠(21)转动，从而控制横梁内嵌滑块(22)在横梁(1)底面T型滑槽内移动；
所述回收管姿态角控制装置包括纵向固定板(9)、纵向支架(10)、连接轴(24)、第一锥齿轮组(12)、水平姿态角控制手柄(5)、第二锥齿轮组(11)、垂直姿态角控制手柄(6)和套筒(19)；
所述纵向固定板(9)和纵向支架(10)沿拖曳水池纵向布置；纵向固定板(9)和纵向支架(10)前部通过支撑杆(23)固定连接；连接轴(24)一端与纵向支架(10)中部固定连接，另一端穿过纵向固定板(9)后与横梁内嵌滑块(22)通过轴承连接；第一锥齿轮组(12)中的一个锥齿轮同轴固定安装在连接轴(24)上，另一个锥齿轮通过杆与水平姿态角控制手柄(5)连接；水平姿态角控制手柄(5)通过第一锥齿轮组(12)能够带动连接轴(24)转动，从而带动纵向固定板(9)和纵向支架(10)在水平方向转动；
所述套筒(19)安装在纵向支架(10)后部，且与纵向支架(10)滑动配合；第二锥齿轮组(11)的一个锥齿轮同轴固定安装在一根螺纹轴上，螺纹轴一端与套筒(19)螺纹配合，另一端与纵向固定板(9)滑动配合；第二锥齿轮组(11)的另一个锥齿轮通过杆与垂直姿态角控制手柄(6)连接；垂直姿态角控制手柄(6)通过第二锥齿轮组(11)带动螺纹轴转动，套筒(19)受回收管垂直位置控制装置约束，在螺纹轴转动驱动下沿轴向移动；
所述回收管垂直位置控制装置包括纵向前连杆(14)和纵向后连杆(13)；纵向前连杆(14)一端与纵向支架(10)固定连接，另一端通过球铰链(16)安装球铰链固定块(18)；纵向后连杆(13)一端与套筒(19)同轴固定连接，另一端通过铰链(15)安装铰链固定块(17)；球铰链固定块(18)和铰链固定块(17)用于连接AUV回收装置。
进一步的优选方案，所述一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，其特征在于：纵向前连杆(14)和纵向后连杆(13)采用长度可调的连杆结构。
进一步的优选方案，所述一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，其特征在于：铰链固定块(17)内部具有滑动槽，槽内安装有若干内嵌滚轮(25)，铰链(15)的底座安装在滑动槽内，并与内嵌滚轮(25)接触。
进一步的优选方案，所述一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，其特征在于：所述回收管姿态角控制装置还包括支撑板(8)和滑块(7)；支撑板(8)固定在拖曳水池一侧的基座(2)上，支撑板(8)上开有滑槽，滑块(7)处于滑槽内；垂直姿态角控制手柄(6)的连接杆穿过滑块(7)与第二锥齿轮组(11)的锥齿轮连接。
有益效果
本发明的有益效果是：利用本发明所述的位置与姿态调整机构，其能够实现的功能有：一、可以更加灵活地调整AUV回收装置在拖曳水池里的位置及在某一位置上回收管的姿态角，使得实验的工况更加丰富，并且降低了数据收集的实验的费用、周期性和风险性；二、整个控制机构结构简单，安装方便，操作流程简便；三、降低了实验人员进入水池的次数，增加了实验人员操作的安全性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明横梁、横梁内嵌滑块和丝杠等构成的结构剖意图。
图3是本发明球铰链固定块和球铰链构成的结构示意图。
图4是本发明铰链固定块的滑动槽结构剖示图。
图5是本发明与回收管共同安装在拖曳水池中的示意图。
图中：1-横梁，2-基座，3-加强筋板，4-水平位置控制手柄，5-水平姿态角控制手柄，6-垂直姿态角控制手柄，7-滑块，8-支撑板，9-纵向固定板，10-纵向支架，11-第二锥齿轮组，12-第一锥齿轮组，13-纵向后连杆，14-纵向前连杆，15-铰链，16-球铰链，17-铰链固定块，18-球铰链固定块，19-套筒，20-填块，21-丝杠，22-横梁内嵌滑块，23-支撑杆，24-连接轴，25-内嵌滚轮。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本实施例中的用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，包括回收管水平位置控制装置、回收管垂直位置控制装置和回收管姿态角控制装置。
如图1和图2所示，所述回收管水平位置控制装置包括横梁(1)、基座(2)、横梁内嵌滑块(22)、丝杠(21)、填块(20)和水平位置控制手柄(4)。所述基座(2)固定安装在拖曳水池两侧；所述横梁(1)横跨拖曳水池，两端分别与拖曳水池两侧的基座(2)固定连接；所述横梁(1)底面具有横跨拖曳水池的T型滑槽，T型滑槽外端通过填块(20)封闭，填块(20)与横梁(1)固定连接；横梁内嵌滑块(22)安装在T型滑槽内；所述丝杠(21)贯穿横梁内嵌滑块(22)，且与横梁内嵌滑块(22)螺纹配合；所述丝杠(21)一端与横梁(1)通过轴承连接，另一端穿过填块(20)并与水平位置控制手柄(4)连接；水平位置控制手柄(4)能够带动丝杠(21)转动，从而控制横梁内嵌滑块(22)在横梁(1)底面T型滑槽内移动。这样就可以精确地控制回收装置与拖曳水池壁面的水平距离，从而来设定不同的工况进行实验。
参照图1、图2和图4，所述回收管姿态角控制装置包括纵向固定板(9)、纵向支架(10)、连接轴(24)、第一锥齿轮组(12)、水平姿态角控制手柄(5)、第二锥齿轮组(11)、垂直姿态角控制手柄(6)和套筒(19)。
所述纵向固定板(9)和纵向支架(10)沿拖曳水池纵向布置；纵向固定板(9)和纵向支架(10)前部通过支撑杆(23)固定连接。连接轴(24)一端与纵向支架(10)中部通过螺栓固定连接，另一端穿过纵向固定板(9)后与横梁内嵌滑块(22)通过轴承连接。第一锥齿轮组(12)中的一个锥齿轮通过键同轴固定安装在连接轴(24)上，另一个锥齿轮通过杆与水平姿态角控制手柄(5)连接；水平姿态角控制手柄(5)通过第一锥齿轮组(12)能够带动连接轴(24)转动，从而带动纵向固定板(9)和纵向支架(10)在水平方向转动。
所述套筒(19)安装在纵向支架(10)后部，且与纵向支架(10)滑动配合；第二锥齿轮组(11)的一个锥齿轮同轴固定安装在一根螺纹轴上，螺纹轴一端与套筒(19)螺纹配合，另一端与纵向固定板(9)滑动配合。第二锥齿轮组(11)的另一个锥齿轮通过杆与垂直姿态角控制手柄(6)连接；垂直姿态角控制手柄(6)通过第二锥齿轮组(11)带动螺纹轴转动，套筒(19)受回收管垂直位置控制装置约束，在螺纹轴转动驱动下沿轴向移动。
由于纵向固定板(9)和纵向支架(10)在水平方向转动时，会带动垂直姿态角控制手柄(6)及其连接杆摆动，为了结构稳固，所述回收管姿态角控制装置还包括支撑板(8)和滑块(7)；支撑板(8)固定在拖曳水池一侧的基座(2)上，支撑板(8)上开有滑槽，滑块(7)处于滑槽内；垂直姿态角控制手柄(6)的连接杆穿过滑块(7)与第二锥齿轮组(11)的锥齿轮连接。
所述回收管垂直位置控制装置包括纵向前连杆(14)和纵向后连杆(13)；纵向前连杆(14)一端与纵向支架(10)固定连接，另一端通过球铰链(16)安装球铰链固定块(18)。纵向后连杆(13)一端与套筒(19)同轴固定连接，另一端通过铰链(15)安装铰链固定块(17)；铰链固定块(17)内部具有滑动槽，槽内安装有若干内嵌滚轮(25)，铰链(15)的底座安装在滑动槽内，并与内嵌滚轮(25)接触，有利于铰链(15)的滑动。球铰链固定块(18)和铰链固定块(17)用于连接AUV回收装置。
纵向前连杆(14)和纵向后连杆(13)采用长度可调的连杆结构，或者通过向纵向前连杆(14)和纵向后连杆(13)增加连杆来改变回收管与水面之间的垂直距离。这样就可以根据不同的实验要求，通过改变回收管与水面之间的垂直距离，来考虑或忽略水面的兴波对实验的影响。
垂直姿态角控制手柄(6)和水平姿态角控制手柄(5)分别转动，能够控制回收管水平姿态角和垂直姿态角，并且通过球铰链(16)和铰链(15)连接相应的固定块，这样可以灵活地调整某一位置处的回收管的姿态角，增加实验工况，简化实验流程，缩短了实验的周期。
下面结合附图说明本控制机构发明的安装及使用过程。
本发明的安装过程：1、将横梁(1)与基座(2)和加强筋板(3)焊接连接，并将其放置在拖曳水池上，将横梁内嵌滑块(22)、填块(20)、丝杠(21)、水平位置控制手柄(4)安装在横梁(1)上；2、将连接轴(24)与纵向固定板(9)以及第一锥齿轮组(12)连接起来，然后与横梁内嵌滑块(22)连接起来，并与水平姿态角控制手柄(5)一起安装在横梁(1)上；3、将滑块(7)安装在支撑板(8)上，然后将支撑板(8)焊接在基座(2)上；4、将第二锥齿轮组(11)的螺纹轴与纵向固定板(9)滑动连接起来，将套筒(19)与纵向后连杆(13)焊接在一起，接着将其与纵向支架(10)和第二锥齿轮组(11)连接起来，然后将第二锥齿轮组(11)与垂直姿态角控制手柄(6)安装在一起；5、将连接轴(24)与纵向支架(10)用螺栓连接，将支撑杆(23)与纵向固定板(9)和纵向支架(10)用螺栓连接，并将纵向前连杆(14)用螺栓连接在纵向支架(10)；6、将铰链(15)与铰链固定块(17)安装在一起，然后与纵向后连杆(13)螺栓连接起来；7、将球铰链(16)与球铰链固定块(18)和纵向前连杆(14)螺纹连接。
本发明的使用过程：通过摇动水平位置控制手柄(4)可以精确控制回收装置与拖曳水池壁面的距离，摇动水平姿态角控制手柄(5)和垂直姿态角控制手柄(6)可以精确控制回收管的姿态角；通过在纵向前连杆(14)和纵向后连杆(13)上连接等长度的连杆，灵活改变回收管与水面距离，从而根据不同的实验要求，来设定不同的工况条件。
本发明可以精确地控制回收装置与拖曳水池壁面的距离及回收管的姿态角改变的大小及方向，并且通过增加连杆可以改变回收管与水面的距离，结构简单，安装方便，是一种可以用作研究多工况下AUV回收和布放的实验装置，具有广泛的用途。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，其特征在于：包括回收管水平位置控制装置、回收管垂直位置控制装置和回收管姿态角控制装置；
所述回收管水平位置控制装置包括横梁(1)、基座(2)、横梁内嵌滑块(22)、丝杠(21)、填块(20)和水平位置控制手柄(4)；所述基座(2)固定安装在拖曳水池两侧；所述横梁(1)横跨拖曳水池，两端分别与拖曳水池两侧的基座(2)固定连接；所述横梁(1)底面具有横跨拖曳水池的T型滑槽，T型滑槽外端通过填块(20)封闭；横梁内嵌滑块(22)安装在T型滑槽内；所述丝杠(21)贯穿横梁内嵌滑块(22)，且与横梁内嵌滑块(22)螺纹配合；所述丝杠(21)一端与横梁(1)通过轴承连接，另一端穿过填块(20)并与水平位置控制手柄(4)连接；水平位置控制手柄(4)能够带动丝杠(21)转动，从而控制横梁内嵌滑块(22)在横梁(1)底面T型滑槽内移动；
所述回收管姿态角控制装置包括纵向固定板(9)、纵向支架(10)、连接轴(24)、第一锥齿轮组(12)、水平姿态角控制手柄(5)、第二锥齿轮组(11)、垂直姿态角控制手柄(6)和套筒(19)；
所述纵向固定板(9)和纵向支架(10)沿拖曳水池纵向布置；纵向固定板(9)和纵向支架(10)前部通过支撑杆(23)固定连接；连接轴(24)一端与纵向支架(10)中部固定连接，另一端穿过纵向固定板(9)后与横梁内嵌滑块(22)通过轴承连接；第一锥齿轮组(12)中的一个锥齿轮同轴固定安装在连接轴(24)上，另一个锥齿轮通过杆与水平姿态角控制手柄(5)连接；水平姿态角控制手柄(5)通过第一锥齿轮组(12)能够带动连接轴(24)转动，从而带动纵向固定板(9)和纵向支架(10)在水平方向转动；
所述套筒(19)安装在纵向支架(10)后部，且与纵向支架(10)滑动配合；第二锥齿轮组(11)的一个锥齿轮同轴固定安装在一根螺纹轴上，螺纹轴一端与套筒(19)螺纹配合，另一端与纵向固定板(9)滑动配合；第二锥齿轮组(11)的另一个锥齿轮通过杆与垂直姿态角控制手柄(6)连接；垂直姿态角控制手柄(6)通过第二锥齿轮组(11)带动螺纹轴转动，套筒(19)受回收管垂直位置控制装置约束，在螺纹轴转动驱动下沿轴向移动；
所述回收管垂直位置控制装置包括纵向前连杆(14)和纵向后连杆(13)；纵向前连杆(14)一端与纵向支架(10)固定连接，另一端通过球铰链(16)安装球铰链固定块(18)；纵向后连杆(13)一端与套筒(19)同轴固定连接，另一端通过铰链(15)安装铰链固定块(17)；球铰链固定块(18)和铰链固定块(17)用于连接AUV回收装置。
2.根据权利要求1所述一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，其特征在于：纵向前连杆(14)和纵向后连杆(13)采用长度可调的连杆结构。
3.根据权利要求2所述一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，其特征在于：铰链固定块(17)内部具有滑动槽，槽内安装有若干内嵌滚轮(25)，铰链(15)的底座安装在滑动槽内，并与内嵌滚轮(25)接触。
4.根据权利要求3所述一种用于拖曳水池中回收AUV的位置与姿态调整机构，其特征在于：所述回收管姿态角控制装置还包括支撑板(8)和滑块(7)；支撑板(8)固定在拖曳水池一侧的基座(2)上，支撑板(8)上开有滑槽，滑块(7)处于滑槽内；垂直姿态角控制手柄(6)的连接杆穿过滑块(7)与第二锥齿轮组(11)的锥齿轮连接。
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