CN109774886B - 一种水下航行器柔性对接回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋工程相关技术领域，其公开了一种水下航行器柔性对接回收装置，所述装置包括捕获器组件及可分离地连接于所述捕获器组件的对接接口组件，所述捕获器组件用于连接回收绞车的零浮力缆绳，所述对接接口组件用于连接水下航行器；所述捕获器组件包括捕获器及单向卡扣，所述捕获器组件通过所述捕获器连接于所述缆绳，所述捕获器为具有扇形缺口的圆柱状镂空结构，所述单向卡扣转动地连接于所述捕获器；所述扇形缺口用于供所述对接接口组件穿过以部分地进入所述捕获器或者自所述捕获器脱离；所述单向卡扣呈弧形，其通过转动使自身的一端连接于所述捕获器或者自所述捕获器脱离。本发明结构简单，灵活性较高，适用性较强，易于操作。

Description

一种水下航行器柔性对接回收装置

技术领域

本发明属于海洋工程相关技术领域，更具体地，涉及一种水下航行器柔性对接回收装置。

背景技术

随着海洋资源开发利用区域的不断扩大，并不断向深海、远海延伸，同时不断变化的海防形式，也要求现代海洋装备具有深海、远海的工作能力，而智能无人水下航行器(AUV)作为水下作业设备，在目前无人机和智能化的趋势下，受到了广泛的关注。AUV的研究与应用是一个系统性工程，其包括任务规划、方案设计、样机研制、布放与回收等，其中回收技术是实现AUV安全连续作业的关键技术。

目前，按照回收装置与AUV对接形式的不同，可将回收分为以下几类，1.水中箱式回收，优点是结构较为简单，缺点是操作复杂，易受环境影响；2.杆类回收，优点是AUV从任何方向靠近均可实现引导对接，缺点是前端定位锁紧机构较为复杂，且前端的“V型剪”影响AUV性能；3.圆锥导向罩回收，此种方式对接时，对接装置入口方向固定，一般需要与海流方向保持一致，如此才能保证机器人以顺流状态进入对接装置；4.鱼雷管回收，优点是对接可靠性高，缺点是对接时为刚性对接，容易产生碰撞，结构复杂，设计难度大，且控制要求高，即目前的回收手段大多存在结构复杂，对接成功率较低，受环境影响较大等缺点。相应地，本领域存在着发展一种结构简单的水下航行器柔性对接回收装置的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水下航行器柔性对接回收装置，其基于现有水下航行器的回收装置的工作特点，研究及设计了一种结构简单的水下航行器柔性对接回收装置。所述柔性对接回收装置针对水下航行器对接时易受环境影响、结构复杂、成本高、操作技能要求高等问题，设计了柔性连接、锥形导向、销轴锁紧的水下对接回收装置，该对接回收装置操作方便，结构简单，成本低，且可以在复杂环境下实现水下航行器的柔性对接和回收，大大地提高了水下航行器的回收效率，可以广泛应用于水下航行器回收。

为实现上述目的，本发明提供了一种水下航行器柔性对接回收装置，所述对接回收装置包括捕获器组件及可分离地连接于所述捕获器组件的对接接口组件，所述捕获器组件用于连接回收绞车的零浮力缆绳，所述对接接口组件用于连接水下航行器；

所述捕获器组件包括捕获器及单向卡扣，所述捕获器组件通过所述捕获器连接于所述缆绳，所述捕获器为具有扇形缺口的圆柱状镂空结构，所述单向卡扣转动地连接于所述捕获器，且其设置在所述扇形缺口的一侧；所述扇形缺口用于供所述对接接口组件穿过以部分地进入所述捕获器或者自所述捕获器脱离；所述单向卡扣呈弧形，其通过转动使自身的一端连接于所述捕获器或者自所述捕获器脱离，进而使部分所述对接接口组件收容在所述捕获器内而处于工作状态或者使所述对接接口组件脱离所述捕获器而处于非工作状态。

进一步地，所述捕获器朝向所述回收绞车的一端开设有收容腔，另一端开设有与所述收容腔相连通的锥形孔，所述收容腔及所述锥形孔均与所述扇形缺口相连通；所述收容腔及所述锥形孔共同用于收容部分所述对接接口组件。

进一步地，所述收容腔垂直于自身长度方向的横截面为圆形，其直径大于所述锥形孔的直径。

进一步地，所述捕获器的外周还开设有容纳槽，所述容纳槽用于容纳浮力材料，以将所述捕获器配置成零浮力。

进一步地，所述捕获器组件还包括捕获器把手及扭簧，所述捕获器把手呈弧形，其两端转动地连接于所述捕获器，所述零浮力缆绳连接于所述捕获器把手；所述扭簧设置在所述捕获器上，其用于为所述捕获器把手提供单向的扭矩，以使所述捕获器把手在对接开始时处于倒下状态且倒向所述捕获器非缺口的一侧。

进一步地，所述捕获器上设置有两个连接部，两个所述连接部分别与所述捕获器把手的两端之间形成转动连接；所述连接部上设置有所述扭簧。

进一步地，所述对接接口组件包括浮球、对接销轴、对接连接体、销轴升降控制绞车及对接锁紧机构，所述销轴升降控制绞车设置在所述对接连接体中，其输出的线缆连接于所述对接销轴的一端，所述对接销轴的另一端穿过所述对接连接体后连接于所述浮球；所述对接锁紧机构设置在所述对接连接体内，其通过伸出或者缩回以锁紧所述对接销轴或者与所述对接销轴脱离。

进一步地，所述对接连接体为阶梯状的圆柱体，其朝向所述捕获器组件的一端开设有圆孔，且所述对接连接体开设有与所述圆孔相连通的收容槽；所述销轴升降控制绞车设置在所述收容槽的底部，所述对接锁紧机构设置在所述收容槽的顶部，且所述销轴升降控制绞车与所述对接锁紧机构相对设置。

进一步地，所述对接销轴包括圆盘、圆柱段及锥形段，所述圆柱段的直径小于所述锥形孔的最小直径；所述圆柱段的一端连接于所述锥形段，所述锥形段连接于所述线缆；所述圆柱段的另一端穿过所述锥形孔，所述圆盘设置在所述圆柱段远离所述锥形段的一端上；所述圆柱段临近所述锥形段的位置开设有配合槽，所述配合槽与所述对接锁紧机构相配合以将所述对接销轴锁定。

进一步地，所述对接锁紧机构包括舵机、过渡法兰、驱动齿轮、推杆支座、开口栓及锁紧齿条，所述推杆支座连接于所述对接连接体，所述舵机设置在所述推杆支座上；所述驱动齿轮设置在所述推杆支座上，所述舵机的输出轴通过所述过渡法兰连接于所述驱动齿轮；所述锁紧齿条设置在所述推杆支座上，其与所述驱动齿轮之间形成啮合连接；所述开口栓的一端连接于所述锁紧齿条的一端。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的水下航行器柔性对接回收装置主要具有以下有益效果：

1.所述单向卡扣呈弧形，其通过转动使自身的一端连接于所述捕获器或者自所述捕获器脱离，进而使部分所述对接接口组件收容在所述捕获器内而处于工作状态或者使所述对接接口组件脱离所述捕获器而处于非工作状态，结构简单，易于操作，且可以适用于多种复杂多变的环境中，对于复杂的现场环境有良好的适应性，提高了对接效率及准确性。

2.自动化程度比较高，对接效率高，如对接装置完成水下对接时只需2人即可完成，一人通过观测水下镜头画面，发送指令控制舵机、销轴升降控制绞车及回收绞车，一人负责操控ROV保证捕获器与线缆的对接即可，工作时整个对接过程耗时约5分钟，对接效率高。

3.柔性对接成功率及容错率较高。对接用的牵引线缆均是零浮力缆，即丢在水中不会在自身重力下往下沉，不会对捕获器产生影响；整体采用的是柔性对接，如果使用刚性结构进行对接回收，在水下工作时可能会被折断，且刚性对接的对接位置易受波浪冲击影响，对接成功率较低，因此相比于刚性对接，本发明中的柔性对接回收装置成功率和容错率更高。

4.水下航行器外形可以多变，只需在需要回收的水下航行器上安装对接连接体即可实现对接，对水下航行器的外形要求较低，应用更加广泛，适用于不同结构的水下航行器，适用性较强。

附图说明

图1是本发明提供的水下航行器柔性对接回收装置的结构示意图。

图2是图1中的水下航行器柔性对接回收装置的剖面示意图。

图3是图1中的水下航行器柔性对接回收装置的局部示意图。

图4是图1中的水下航行器柔性对接回收装置的对接锁紧机构的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-回收平台，2-捕获器把手，3-浮球，4-捕获器，5-单向卡扣，6-对接销轴，7-对接连接体，8-销轴升降控制绞车，9-对接锁紧机构，91-舵机，92-过渡法兰，93-驱动齿轮，94-推杆支座，95-开口栓，96-锁紧齿条，10-扭簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3及图4，本发明提供的水下航行器柔性对接回收装置包括回收平台1、设置在所述回收平台1上的回收绞车、连接于所述回收绞车的捕获器组件及可分离地连接于所述捕获器组件的对接接口组件，所述对接回收装置通过所述对接接口组件连接于水下航行器，以将待回收的水下航行器进行回收。所述回收绞车用于收放零浮力缆绳，所述零浮力缆绳连接于所述捕获器组件，所述回收绞车通过转动来带动所述零浮力缆绳移动，继而带动所述捕获器组件及连接于所述捕获器组件的所述对接接口组件移动，所述对接接口组件带动所述水下航行器移动。

所述捕获器组件包括捕获器把手2、捕获器4、单向卡扣5及扭簧10，所述捕获器把手2转动地连接于所述捕获器4，其能够相对于所述捕获器4转动。所述扭簧10设置在所述捕获器4上，其用于为所述捕获器把手2提供单向的扭矩，以使得所述捕获器把手2在对接开始前处于倒下状态且倒向所述捕获器4的非缺口一侧，以避免影响所述对接接口组件进入所述捕获器4；当对接完成后，所述捕获器把手2连接于所述零浮力缆绳，其会在所述零浮力缆绳的牵引下保持竖直状态。所述单向卡扣5活动地设置在所述捕获器4内，其通过转动来使所述对接接口组件处于工作状态或者非工作状态。

所述捕获器把手2呈弧形，其两端转动地连接于所述捕获器4。本实施方式中，所述捕获器把手2与所述零浮力缆绳相连接。所述捕获器4为带扇形缺口的圆柱状镂空结构，其朝向所述捕获器把手2的表面上设置有两个连接部，两个所述连接部分别与所述捕获器把手2的两端之间形成转动连接。本实施方式中，两个所述连接部分别关于所述捕获器4的中心轴对称设置；所述连接部包括两个垂直固定在所述捕获器4上的支撑板及两端分别连接于两个所述支撑板的连接轴，所述捕获器把手2的两端分别连接于两个所述连接轴。每个所述连接轴上套设有一个所述扭簧10。

所述捕获器4朝向所述捕获器把手2的一端开设有收容腔，所述收容腔用于收容部分所述对接接口组件。所述捕获器4朝向所述对接接口组件的一端开设有与所述收容腔相连通的锥形孔，所述锥形孔用于供部分所述对接接口组件通过。所述捕获器4还开设有扇形缺口，所述扇形缺口与所述收容腔及所述锥形孔相连通。本实施方式中，所述扇形锥缺口贯穿所述捕获器4；所述收容腔垂直于自身长度方向的横截面为圆形，所述收容腔的直径大于所述锥形孔的最大直径，由此对所述对接接口组件的竖直运动进行限位。所述捕获器4的外周还开设有容纳槽，所述容纳槽用于容纳浮力材料，以将所述捕获器4配置成零浮力。此外，所述捕获器4为下重上轻结构，如此保证了所述捕获器4正常放于水下时处于水平状态，以方便所述对接接口组件部分地进入所述捕获器4中而完成对接。

所述单向卡扣5设置于所述收容腔内，其活动地连接于所述收容腔的内壁。本实施方式中，所述单向卡扣5为弧形结构，其一端转动地连接于所述收容腔的内壁；所述单向卡扣5通过相对于所述捕获器4转动，使其另一端连接于所述捕获器4或者与所述捕获器4相脱离，进而使所述对接接口组件处于工作状态或者非工作状态。当所述单向卡扣5的一端脱离所述捕获器4时，所述对接接口组件可以进入所述捕获器4，所述单向卡扣5再朝向所述收容腔转动而使所述单向卡扣5的两端均连接于所述捕获器4，由此保证了所述对接接口组件与所述捕获器4之间连接的可靠性，防止了所述对接接口组件与所述捕获器4之间的脱离。本实施方式中，水下缆控潜器或者潜水员可以手持所述捕获器组件，使得部分所述对接接口组件依次通过所述扇形缺口及所述单向卡扣5后到达所述收容腔及所述锥形孔内，实现了所述捕获器4与所述对接接口组件之间的连接。同样，部分所述对接接口组件可以依次通过所述单向卡扣5及所述扇形缺口而脱离所述捕获器4，实现所述捕获器组件与所述对接接口组件的分离。

所述对接接口组件包括浮球3、对接销轴6、对接连接体7、销轴升降控制绞车8及对接锁紧机构9，所述销轴升降控制绞车8设置在所述对接连接体7中，其输出的线缆连接于所述对接销轴6的一端，所述对接销轴6的另一端穿过所述对接连接体7后连接于所述浮球3。所述对接锁紧机构9设置在所述对接连接体7内，其通过伸出或者缩回以锁紧所述对接销轴6或者与所述对接销轴6脱离。

所述对接连接体7为阶梯状的圆柱体，其朝向所述捕获器组件的一端开设有圆孔，且所述对接连接体开设有与所述圆孔相连通的收容槽。所述收容槽的尺寸大于所述圆孔的尺寸。所述圆孔朝向所述捕获器4的一端形成有喇叭口，所述喇叭口便于所述对接销轴6的穿过。所述对接连接体7用于通过螺栓连接于水下航行器。所述销轴升降控制绞车8设置在所述收容槽的底部，所述对接锁紧机构9设置在所述收容槽的顶部，且所述销轴升降控制绞车8与所述对接锁紧机构9相对设置。

所述对接销轴6包括圆盘、圆柱段及锥形段，所述圆柱段的直径小于所述锥形孔的直径。所述圆柱段的一端连接于所述锥形段，所述锥形段连接于所述线缆。所述圆柱段的另一端穿过所述锥形孔，所述圆盘设置在所述圆柱段远离所述锥形段的一端上。所述圆柱段临近所述锥形段的位置开设有配合槽，所述配合槽与所述对接锁紧机构9相配合以将所述对接销轴6锁定。

所述对接锁紧机构9包括舵机91、过渡法兰92、驱动齿轮93、推杆支座94、开口栓95及锁紧齿条96，所述推杆支座94连接于所述对接连接体7，所述舵机91设置在所述推杆支座94上。所述驱动齿轮93设置在所述推杆支座94上，所述舵机91的输出轴通过所述过渡法兰92连接于所述驱动齿轮93。所述锁紧齿条96设置在所述推杆支座94上，其与所述驱动齿轮93之间形成啮合连接。所述开口栓95的一端连接于所述锁紧齿条96的一端。所述舵机91用于驱动所述驱动齿轮93转动，所述驱动齿轮93带动所述锁紧齿条96移动，所述锁紧齿条96带动所述开口栓95伸出或者缩回，从而使得所述开口栓95卡在所述配合槽内或者脱离所述配合槽，由此实现所述对接销轴6的锁紧与释放。

所述的水下航行器柔性对接回收装置的使用方法包括以下步骤：

步骤一，开始工作时，操作人员控制所述舵机91动作，所述开口栓95收回，所述对接销轴6上浮，并拉直所述销轴升降控制绞车8的线缆。

步骤二，水下缆控潜器(ROV)或者潜水员手持所述捕获器组件，使得所述销轴升降绞车8的线缆通过所述扇形缺口、所述单向卡扣5到达所述捕获器4的收容腔及锥形孔中，以实现所述捕获器4在所述销轴升降控制绞车8的线缆上的挂放。线缆捕获完成后，所述水下缆控潜器与所述捕获器4断开连接。

步骤三，控制所述销轴升降控制绞车8收缆，线缆牵引所述对接销轴6穿过所述捕获器4的上端，使得所述对接销轴6的圆盘卡在所述捕获器4的底部，继续收缆，线缆会牵引所述对接销轴6和所述捕获器4直至所述对接销轴6穿过所述对接连接体7，所述对接销轴6回到初始位置，然后所述对接锁紧机构9的舵机91动作，通过所述驱动齿轮93驱动所述锁紧齿条96以带动所述开口栓95前伸，由此锁紧所述对接销轴6，实现了所述捕获器4与所述对接连接体7的对接。

步骤四，待对接完成之后，所述回收绞车收缆，由此完成所述水下航行器的回收。

本发明提供的水下航行器柔性对接回收装置，所述对接回收装置的结构简单，操作方便，并且可以适用于多种复杂多变的环境中(如海洋)，且可适用于不同结构的水下航行器，适用性较强。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下航行器柔性对接回收装置，其特征在于：

所述对接回收装置包括捕获器组件及可分离地连接于所述捕获器组件的对接接口组件，所述捕获器组件用于连接回收绞车的零浮力缆绳，所述对接接口组件用于连接水下航行器；

所述捕获器组件包括捕获器及单向卡扣，所述捕获器组件通过所述捕获器连接于所述缆绳，所述捕获器为具有扇形缺口的圆柱状镂空结构，所述单向卡扣转动地连接于所述捕获器，且其设置在所述扇形缺口的一侧；所述扇形缺口用于供所述对接接口组件穿过以部分地进入所述捕获器或者自所述捕获器脱离；所述单向卡扣呈弧形，其通过转动使自身的一端连接于所述捕获器或者自所述捕获器脱离，进而使部分所述对接接口组件收容在所述捕获器内而处于工作状态或者使所述对接接口组件脱离所述捕获器而处于非工作状态。

2.如权利要求1所述的水下航行器柔性对接回收装置，其特征在于：所述捕获器朝向所述回收绞车的一端开设有收容腔，另一端开设有与所述收容腔相连通的锥形孔，所述收容腔及所述锥形孔均与所述扇形缺口相连通；所述收容腔及所述锥形孔共同用于收容部分所述对接接口组件。

3.如权利要求2所述的水下航行器柔性对接回收装置，其特征在于：所述收容腔垂直于自身长度方向的横截面为圆形，其直径大于所述锥形孔的直径。

4.如权利要求2所述的水下航行器柔性对接回收装置，其特征在于：所述捕获器的外周还开设有容纳槽，所述容纳槽用于容纳浮力材料，以将所述捕获器配置成零浮力。

5.如权利要求1所述的水下航行器柔性对接回收装置，其特征在于：所述捕获器组件还包括捕获器把手及扭簧，所述捕获器把手呈弧形，其两端转动地连接于所述捕获器，所述零浮力缆绳连接于所述捕获器把手；所述扭簧设置在所述捕获器上，其用于为所述捕获器把手提供单向的扭矩，以使所述捕获器把手在对接开始时处于倒下状态且倒向所述捕获器非缺口的一侧。

6.如权利要求5所述的水下航行器柔性对接回收装置，其特征在于：所述捕获器上设置有两个连接部，两个所述连接部分别与所述捕获器把手的两端之间形成转动连接；所述连接部上设置有所述扭簧。

7.如权利要求2-4任一项所述的水下航行器柔性对接回收装置，其特征在于：所述对接接口组件包括浮球、对接销轴、对接连接体、销轴升降控制绞车及对接锁紧机构，所述销轴升降控制绞车设置在所述对接连接体中，其输出的线缆连接于所述对接销轴的一端，所述对接销轴的另一端穿过所述对接连接体后连接于所述浮球；所述对接锁紧机构设置在所述对接连接体内，其通过伸出或者缩回以锁紧所述对接销轴或者与所述对接销轴脱离。

8.如权利要求7所述的水下航行器柔性对接回收装置，其特征在于：所述对接连接体为阶梯状的圆柱体，其朝向所述捕获器组件的一端开设有圆孔，且所述对接连接体开设有与所述圆孔相连通的收容槽；所述销轴升降控制绞车设置在所述收容槽的底部，所述对接锁紧机构设置在所述收容槽的顶部，且所述销轴升降控制绞车与所述对接锁紧机构相对设置。

9.如权利要求7所述的水下航行器柔性对接回收装置，其特征在于：所述对接销轴包括圆盘、圆柱段及锥形段，所述圆柱段的直径小于所述锥形孔的最小直径；所述圆柱段的一端连接于所述锥形段，所述锥形段连接于所述线缆；所述圆柱段的另一端穿过所述锥形孔，所述圆盘设置在所述圆柱段远离所述锥形段的一端上；所述圆柱段临近所述锥形段的位置开设有配合槽，所述配合槽与所述对接锁紧机构相配合以将所述对接销轴锁定。

10.如权利要求7所述的水下航行器柔性对接回收装置，其特征在于：所述对接锁紧机构包括舵机、过渡法兰、驱动齿轮、推杆支座、开口栓及锁紧齿条，所述推杆支座连接于所述对接连接体，所述舵机设置在所述推杆支座上；所述驱动齿轮设置在所述推杆支座上，所述舵机的输出轴通过所述过渡法兰连接于所述驱动齿轮；所述锁紧齿条设置在所述推杆支座上，其与所述驱动齿轮之间形成啮合连接；所述开口栓的一端连接于所述锁紧齿条的一端。

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