CN108726362B - 一种基于单臂吊回收系统的uuv捕捉机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，包括对称间隔设置的两个门型外壳连杆和设置在所述门型外壳连杆上的内部连杆机构，所述内部连杆机构上设置有液压缸，所述两个门型外壳连杆组成框架型的外壳结构，通过使用这种捕捉机构，降低了回收过程中在水中捕捉UUV的难度，实现捕捉机构对UUV的精准有效夹持；满足在高海况条件下可以实现对UUV的安全回收；所述内部连杆机构能够在回收时，实现双侧抓钩同时钩住，并提供抓钩需要的较强的抗拉能力。

Description

一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构

技术领域

本发明涉及一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构。

背景技术

水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,简称UUV)是一种不需要人现场操作，完全或部分自主执行水下作战、远程运载、导航定位、海洋监测等任务的水下航行器。随着UUV技术的发展，其作为一种新型海上力量倍增器，有着越来越广泛的应用。在UUV的使用过程中，由于UUV一般采用自身携带能源的方式，因此在水下进行作业时，需要根据其能源消耗情况，在必要时进行回收作业以对其进行能源补充、数据传输以及维护等作业。因此UUV的回收对于UUV在其作业过程中是一个非常重要的环节。其回收方式分为主要分为水面舰艇回收以及水下潜艇回收两方面，其中单臂吊回收系统被广泛应用于水面回收方式中。其主要使用折叠式的液压单臂吊，在回收时，需要将UUV引导至指定位置，再采用专用的吊缆将UUV固定，以此来实现将UUV回收至母船。此回收方式具备占用空间小，回收设备简单等特点；然而，当海况等级较高时，尤其是在4级海况以上时，由于海浪的作用，使得吊缆很难准确与UUV对接，一般需要通过潜水员入水手动将UUV吊环与吊缆固定后，才可以进行回收，且需要大量的人员来协调配合，因此回收效率较低，同时还具备一定的安全隐患。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种全新的UUV捕捉机构的机械结构设计，以此来提高UUV水面回收效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：本发明提供一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，包括对称间隔设置的两个门型外壳连杆和设置在所述门型外壳连杆上的内部连杆机构，每个所述门型外壳连杆均具有水平设置的横杆和垂直于所述横杆两端设置并与所述横杆固定连接的两根竖杆，两个所述门型外壳连杆的横杆中段之间设置有第一连杆传动轴；

所述内部连杆机构包括对称设置的两组多段式的连杆组、多根连杆转动轴和两个抓钩，每组所述连杆组包括两根内部第一连杆和两根内部第二连杆，每组所述连杆组中的两根内部第一连杆的一端相互铰接，两根内部第一连杆的另一端分别与两根所述内部第二连杆的一端铰接，两根所述内部第二连杆的中段相互铰接，并且两根所述内部第二连杆的另一端分别与两个所述抓钩同一侧的端部铰接，两组所述连杆组的内部第一连杆铰接处分别与所述第一连杆传动轴的两端铰接，两组所述连杆组的内部第一连杆与内部第二连杆铰接处之间分别铰接有第二连杆传动轴，两组所述连杆组的内部第二连杆相互铰接处之间还铰接有第三连杆传动轴，两组所述连杆组的内部第二连杆与抓钩铰接处铰接设置有第四连杆传动轴，所述第一连杆传动轴与第三连杆传动轴之间设置有液压缸，所述内部第二连杆与所述抓钩还设有弹性元件。

两个所述门型外壳连杆的两根横杆之间设置有至少两根第一连杆固定连接轴，两个所述门型外壳连杆对应的竖杆底端之间均设置有第二连杆固定连接轴。

进一步的，每个所述第二连杆固定连接轴上还同轴嵌套有条形的浮筒。

优选的，所述弹性元件为压缩弹簧与钢索复合结构。

进一步的，所述第一连杆传动轴上还设有吊环，所述吊环通过绳索与母船单臂吊回收系统连接。

优选的，所述两个门型外壳连杆和设置在所述门型外壳连杆上的内部连杆机构均采用碳纤维增强复合材料。

本发明的有益效果是：

1)降低了回收过程中在水中捕捉UUV的难度，实现捕捉机构对UUV的精准有效夹持；

2)在使用环境方面，满足在高海况条件下可以实现对UUV的安全回收；

3)所述内部连杆机构能够在回收时，实现双侧抓钩同时钩住，并提供抓钩需要的较强的抗拉能力。

附图说明

图1为本发明所述基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构的正面示意图；

图2为本发明所述基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构的俯视示意图；

图3为本发明所述基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构的内部连杆机构简图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-2所示，一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，包括对称间隔设置的两个门型外壳连杆9和设置在所述门型外壳连杆9上的内部连杆机构，每个所述门型外壳连杆9均具有水平设置的横杆和垂直于所述横杆两端设置并与所述横杆固定连接的两根竖杆，两个所述门型外壳连杆9的横杆中段之间设置有第一连杆传动轴2；

所述内部连杆机构包括对称设置的两组多段式的连杆组12、多根连杆转动轴和两个抓钩13，每组所述连杆组12包括两根内部第一连杆和两根内部第二连杆，每组所述连杆组12中的两根内部第一连杆的一端相互铰接，两根内部第一连杆的另一端分别与两根所述内部第二连杆的一端铰接，两根所述内部第二连杆的中段相互铰接，并且两根所述内部第二连杆的另一端分别与两个所述抓钩13同一侧的端部铰接，两组所述连杆组12的内部第一连杆铰接处分别与所述第一连杆传动轴2的两端铰接，两组所述连杆组12的内部第一连杆与内部第二连杆铰接处之间分别铰接有第二连杆传动轴3，两组所述连杆组12的内部第二连杆相互铰接处之间还铰接有第三连杆传动轴4，两组所述连杆组12的内部第二连杆与抓钩13铰接处铰接设置有第四连杆传动轴5，所述第一连杆传动轴2与第三连杆传动轴4之间设置有液压缸15，所述液压缸15的上部设置有液压缸吊环14，每个所述内部第二连杆与所述抓钩13之间还设有弹性元件11。

两个所述门型外壳连杆9的两根横杆之间设置有至少两根第一连杆固定连接轴6，两个所述门型外壳连杆9对应的竖杆底端之间均设置有第二连杆固定连接轴7，两个所述门型外壳连杆9同侧的所述抓钩13之间还设有第三连杆固定连接轴8，通过设置这些连杆固定连接轴，能够使得在结构强度方面满足安全要求，并增加整个装置的可靠系数。

进一步的，每个所述第二连杆固定连接轴7上还同轴嵌套有条形的浮筒10，所述捕捉机构利用一对浮筒10漂浮于水面，要保证在安装浮筒10后，两浮筒10之间的最小距离要大于UUV的宽度，否则UUV将无法驶入外壳结构，优选的，所述浮筒的直径取400mm。

优选的，所述弹性元件11为压缩弹簧与钢索复合结构，所述抓钩13通过压缩弹簧与钢索符合结构与所述内部第二连杆相连，使抓钩向弹簧压缩方向运动，并可回弹至钢索拉伸极限位置。

进一步的，所述第一连杆传动轴2上还设有吊环1，所述吊环1通过绳索与母船单臂吊回收系统连接。

优选的，所述两个门型外壳连杆9和设置在所述门型外壳连杆9上的内部连杆机构均采用碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简写CFRP)，能够满足捕捉机构强度高、密度小以及电磁屏蔽性好等要求。

在回收作业的准备阶段，通过母船的单臂吊布放系统将捕捉机构下放至水面处，捕捉机构利用自身的一对浮筒漂浮于水面。然后缩短液压缸臂，升高内部连杆机构，控制UUV驶入两个所述门型外壳连杆9与两根第一连杆固定连接轴6、两个所述浮筒10限定出的内部空间(后面简称外壳结构)中；然后使UUV在上浮至水面处并航行至所述连杆组12的下方。随后通过液压缸15驱动连杆组12向下伸长，当抓钩13触碰到蘑菇头型回收架时做向上压缩运动，随着液压缸15的继续伸长，抓钩13持续向下挤压蘑菇头回收架，直至将蘑菇头回收架挤压至抓钩13的上方，此时抓钩13在压缩弹簧的作用下回弹至钢索极限拉伸位置，且抓钩13的上表面卡在回收架下表面。最后，利用母船单臂吊回收系统，通过绳索牵引捕捉机构顶部的吊环1，将所述捕捉机构与UUV同时回收至母船甲板，完成UUV的回收作业。

如图3所示，AB和AC为内部第一连杆；BF、CE为内部第二连杆；EG、HF为抓钩13；Gg与Hh分别为抓钩13的运动轨迹。

为使连杆机构向下伸长和向下压缩的空间较为充足均衡，且考虑到整体协调性，在这里将连杆AB与连杆AC夹角取120°，并将此夹角设置为连杆机构在理论捕捉位置时的夹角。连杆AB与连杆BF的夹角因为60°，且AB＝AC，由此可知四边形ABCD为菱形，即AB＝BD＝DC＝CA。已知的某型号UUV参数得到其外形尺寸(长×宽×高)为2600×950×760(mm)，故取AB＝450mm，BF＝1000mm。可计算：

ED＝EC-DC

＝1000-450＝550mm

弹簧PQ与弹簧RS分别固定连杆CE、BF与抓钩EG、FH上，其中取EQ＝FS＝225mm，且EQ＝PQ、FS＝FR，即可得到

为了使抓钩13在夹持蘑菇头回收架时能够实现双侧抓钩13同时钩住，避免只钩住单侧回收架，需要尽量减小蘑菇头回收架下部的宽度，同时兼顾蘑菇头需要具有较强的抗拉能力，因此取蘑菇头宽度为30mm。因此取抓钩长度为460mm，即EG＝FH＝460mm。可计算:

GH＝EF-(EG+FH)

＝952.63-(460+460)

＝32.63mm

这样可以使蘑菇头刚好可以卡在抓钩之间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，其特征在于：包括门型框架外壳和设置在所述门型框架外壳上的内部连杆机构，所述内部连杆机构对称设置的两组多段式的连杆组(12)和铰接在所述连杆组(12)下端两组抓钩(13)，所述连杆组(12)与所述抓钩(13)之间连接有弹性元件(11)，所述连杆组(12)上还设有液压缸(15)；

所述内部连杆机构还包括多根连杆转动轴，每组所述连杆组(12)包括两根内部第一连杆和两根内部第二连杆，每组所述连杆组(12)中的两根内部第一连杆的一端相互铰接，两根内部第一连杆的另一端分别与两根所述内部第二连杆的一端铰接，两根所述内部第二连杆的中段相互铰接，并且两根所述内部第二连杆的另一端分别与两个所述抓钩(13)同一侧的端部铰接，两组所述连杆组(12)的内部第一连杆铰接处分别与所述第一连杆传动轴(2)的两端铰接，两组所述连杆组(12)的内部第一连杆与内部第二连杆铰接处之间分别铰接有第二连杆传动轴(3)，两组所述连杆组(12)的内部第二连杆相互铰接处之间还铰接有第三连杆传动轴(4)，两组所述连杆组(12)的内部第二连杆与抓钩(13)铰接处铰接设置有第四连杆传动轴(5)。

2.根据权利要求1所述的一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，其特征在于：所述门型框架外壳包括对称间隔设置的两个门型外壳连杆(9)每个所述门型外壳连杆(9)均具有水平设置的横杆和垂直设置于所述横杆两端的两根竖杆，所述两根竖杆与所述横杆固定连接；两个所述门型外壳连杆(9)的横杆中段之间设置有第一连杆传动轴(2)。

3.根据权利要求2所述的一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，其特征在于：所述液压缸(15)设置在所述第一连杆传动轴(2)与第三连杆传动轴(4)之间。

4.根据权利要求3所述的一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，其特征在于：所述弹性元件(11)设置在所述内部第二连杆与所述抓钩(13)之间。

5.根据权利要求2所述的一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，其特征在于：两个所述门型外壳连杆(9)的两根横杆之间设置有至少两根第一连杆固定连接轴(6)，两个所述门型外壳连杆(9)对应的竖杆底端之间均设置有第二连杆固定连接轴(7)。

6.根据权利要求5所述的一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，其特征在于：每个所述第二连杆固定连接轴(7)上还同轴嵌套有条形的浮筒(10)。

7.根据权利要求1或4所述的一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，其特征在于：所述弹性元件(11)为压缩弹簧与钢索复合结构。

8.根据权利要求2所述的一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，其特征在于：所述第一连杆传动轴(2)上还设有吊环(1)。

9.根据权利要求2所述的一种基于单臂吊回收系统的UUV捕捉机构，其特征在于：所述两个门型外壳连杆(9)和设置在所述门型外壳连杆(9)上的内部连杆机构均采用碳纤维增强复合材料。