CN110001895A - 一种潜器收放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潜器收放装置，包括控制单元、压力传感器、供电单元、电气驱动单元和收放机构，所述的收放机构包括浮力基座、门型支架、伸缩平台、延伸臂和抓臂。浮力基座包括至少一个浮力块和至少一台水力推进器，水力推进器与浮力块连接；浮力基座的上方固定连接有支架，在支架的上方设置有水平导轨，伸缩平台的上部设置在两条水平导轨上，能够随水平导轨移动，伸缩平台的下部连接有多个抓臂；每个抓臂的末端固定连接有接触板，用以从不同方位通过接触板夹持潜器，抓臂由伺服电机驱动，在控制单元的作用下，实现收缩和扩张运动；压力传感器设置在抓臂与潜器的接触面，用以测量抓臂接触板与潜器之间的压力值，并发送给控制单元。

Description

一种潜器收放装置

技术领域

本发明属于水下航行器的水面布放与回收技术领域。

背景技术

潜器是具有水下观察和作业能力的活动深潜水装置。主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发等任务。在潜器的业务流程中,布放与回收作业是极其重要的环节,尤其是回收环节,直接关系到水下无人航行器的可用性。

潜器的布放回收大多数采用基于母船吊车或A形架对其直接进行吊装。由于海上作业风浪较大,潜器在水面随海浪摆动,对于下水操作的工作人员很危险，而且也不方便高效。同时，潜器的结构越来越精巧，携带精密仪器种类越来越多。尤其是涉及到多关节的潜器，如“一种结构可调的潜器吊点外挂式布放回收装置及方法”专利(专利号：CN106744258A)采用笼式结构的回收装置，容易对多关节潜器表面的传感器造成损伤，容易损坏潜器。如“自治水下航行器的布放回收装置”专利(专利号：202379064U)只有两组抓臂，不能满足对多关节的潜器的回收布放。

现有的工作装置已不能满足对于多关节潜器的收放，同时为了提高潜器深海收放的工作效率和安全性，防止潜器在收放过程中发生激烈摆荡，避免潜器遭受撞击，需要更先进的潜器收放装置以及控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种潜器收放装置，用以实现潜器尤其是多关节潜器在复杂海况下的回收布放，在潜器回收布放过程中，根据浪高、风速、温度、湿度等环境因素，收放机构可相应调整，结构灵活。给予潜器多个方向的夹持力，吊装过程不会摇摆，不会破毁潜器表面传感器，安全性和稳定性高。本发明所采用的技术方案如下：

一种潜器收放装置，包括控制单元、压力传感器、供电单元、电气驱动单元和收放机构，所述的收放机构包括浮力基座、门型支架、伸缩平台、延伸臂、限位设施和抓臂，其特征在于，

浮力基座包括至少一个浮力块和至少一台水力推进器，水力推进器与浮力块连接，在控制单元的控制下，用以实现装置在水面的前移。

浮力基座的上方固定连接有支架，在支架的上方设置有水平导轨，伸缩平台的上部设置在两条水平导轨上，能够随水平导轨移动，伸缩平台的下部连接有多个抓臂。

每个抓臂的末端固定连接有接触板，用以从不同方位通过接触板夹持潜器，抓臂由伺服电机驱动，在控制单元的作用下，实现收缩和扩张运动。

压力传感器设置在抓臂与潜器的接触面，用以测量抓臂接触板与潜器之间的压力值，并发送给控制单元。

控制单元，分别与压力传感器的输出端、电气驱动单元的输入端及供电单元的控制端相连。

电气驱动单元由设置在收放机构各处的伺服电机构成，在控制单元的作用下实施运动。

潜器回收和布放的方法,包括以下步骤：

布放过程：

1)潜器被固定到潜器收放装置上，调节接触板与潜器之间的压力，使压力值处于安全范围，限位设施固定住潜器前端，收放装置连同潜器被吊装在水面上，

2)潜器收放装置驶向预定的布放水面；

2)在控制单元的作用下，延伸臂伺服电机动作，延伸臂沿导轨向前方移动，限位设施离开潜器的前部，缆绳伺服电机动作，使底部缆绳松开，伸缩平台沿水平导轨向两端移动，抓臂随伸缩平台动作，接触板离开潜器，潜器漂浮于布放水面；

回收过程：

1)潜器收放装置被吊装后，驶向潜器附近水域。

2)在控制单元的作用下，伸缩平台伺服电机动作，伸缩平台沿导轨向两端张开，抓臂随之张开，同时缆绳电机动作，底部缆绳松开，置于水面之下，将有限位设施的一端作为后方，依次驶过潜器的头部和尾部，直到潜器的头部被限位设施捕获，潜器进入三对抓臂内，收放装置停止移动。

3)在控制单元的作用下，缆绳伺服电机动作，底部缆绳收缩从下方兜住潜器，同时伸缩平台伺服电机动作，伸缩平台沿导轨向中间收缩，利用各个抓臂固定住潜器；接触板上的压力传感器测量潜器与接触板之间的压力，发送给控制单元，控制单元调节到合理的压力值。

4)将潜器收放装置吊起，并放到预定位置，完成回收过程。

优选地，所述的抓臂为三对，两对用以在侧向上夹持潜器，一对用以在顶部和底部之间夹持潜器。在伸缩平台的上方设置有延伸臂水平导轨，延伸臂沿此水平导轨移动，延伸臂前端下垂固定连接有限位设施，用以在前部对潜器限位。所述的支架为门型支架。浮力块由软性防碰撞材料制成。所述的装置还包括遥控器，控制单元与遥控器无线连接通信，遥控器用以实现集中控制和信息分析，具有信息回传和工作参数设定功能，并用来查看各传感器回传结果与运行状态。

本发明可以实现潜器回收布放过程中信息数字化实时传输、自动化遥控操纵，传感器全程监控回传信息，避免了工作人员下水操作。相较于传统的笼式收放装置，本装置不会损伤潜器的表面，同时具有极高的工作可靠性，提高海上回收布放潜器的效率。

控制单元与遥控器无线连接通信，同时可以实现集中控制和信息分析，具有信息回传和工作参数设定功能，可通过遥控器实时查看各传感器回传结果与运行状态，使用方便可靠。

为保证装置工作的可靠性，加入无线信号中断保护功能，采用握手信号方式设置中断超时功能，若中断超时则立即执行返航，直到检测到通信信号恢复，原地停止等待下一步操作指令，从而极大程度提高了系统的可靠性。

本发明提出的通过使用压力传感器、供电单元、遥控器以及控制单元等实现对潜器的遥控布放和回收的装置。利用遥控器，在控制单元的作用下，实现收放机构的水面灵活移动，完成对潜器的水面捕获，然后通过母船的吊车将收放机构连同潜器，吊装到甲板上，避免潜器与船体直接碰撞的可能，保护潜器表面传感器。遥控操作，自动化程度高，收放简便，安全稳定。同时解决了多关节潜器布放与回收的难题，还实现了一种装置对于多种潜器的布放回收。

附图说明

图1为：一种潜器收放装置的主视图；

图2为：一种潜器收放装置的左视图；

图3为：一种潜器收放装置的俯视图；

图4为：压力传感器控制逻辑流程图；

图5为：控制系统中各模块的工作关系结构框图；

附图说明如下：

1-浮力基座 2-门型支架 3-伸缩平台 4-导轨 5-延伸臂 6-限位设施 7-接触板8-底部缆绳 9-抓臂 10-压力传感器模块 11-吊装缆绳 12-伸缩平台伺服电机 13-第一抓臂 14-接触板 15-第二抓臂 16-第三抓臂 17-浮力基座浮力块 18-水力推进器 19-潜器

具体实施方式

下面结合附图及具体实施过程对本发明作进一步具体详细描述。

如图1所示一种潜器收放装置，用于回收和布放鱼雷状潜器20。由控制单元、压力传感器10、供电单元、电气驱动单元、遥控器、收放机构等部分组成。其中，

收放机构包括浮力基座1、门型支架2、伸缩平台3、延伸臂5、限位设施6、抓臂9等，门型支架2下方固定连接浮力基座1，上方设置有两条水平导轨4，伸缩平台安装在两条水平导轨4上，伸缩平台下方设置有三对抓臂9，伸缩平台3上方设置有一水平导轨，连接延伸臂5，可以实现前后方向伸缩，延伸臂5前端下垂固定连接限位设施6。

浮力基座1由四个浮力块18和两台水力推进器19构成，浮力块18为整个收放装置提供浮力，由软性防碰撞材料制成，在收放过程中即使触碰到潜器，也不会对潜器造成损伤，浮力块18分布在收放机构的底部四角，上方固定门型支架2。两台水力推进器19安装在收放机构后方两个浮力块18上，在控制单元和遥控器的控制下，实现本装置在水面的移动。水利推进器主要由伺服电机和螺旋桨叶构成，伺服电机与供电单元的输出端连接，利用两台伺服电机的转差，实现装置的转向。

限位设施6设置在延伸臂5前端，用限制住潜器的前端，使其在回收布放稳定不摇摆。限位设施6跟随延伸臂5沿导轨实现在前后方向的移动。

抓臂9由第一抓臂13、第二抓臂15、第三抓臂17及接触板14构成。第一抓臂13固定在伸缩平台3前部，其接触板14从左右两侧夹住潜器20；第二抓臂15固定在伸缩平台3中部，其接触板14从上下两侧夹住潜器20；第三抓臂17固定在伸缩平台3后部，其接触板14从左右两侧夹住潜器20。抓臂9由伺服电机驱动，在控制单元的作用下，实现收缩和扩张运动。

遥控器设置在工作母船上，工作人员操纵，与收放机构的控制单元建立双向无线通信连接，发送控制指令信号，同时接受收放装置传回的信息。

控制单元主要包括信息处理模块和通信模块两个部分，信息处理模块主要控制伺服电机的启动停止，比较压力传感器10压力值与安全阈值，接收遥控器的指令。通信模块与遥控器建立双向无线连接，实时接收来自母船上的信息，同时发送收放装置信息给母船。控制单元分别与压力传感器的输出端、电气驱动单元的输入端及供电单元的控制端相连，控制整个装置运行。

供电单元主要由大容量蓄电池、电缆、控制电路等组成。供电单元的控制电路受控制单元控制。蓄电池的输出端与电气驱动单元各处的伺服电机相连接，可反复进行充放电，为整个装置提供电能。

压力传感器10设置在抓臂接触板14与潜器20的接触面，共有3组6个，测量抓臂9与潜器20之间的压力值，把测量的信息以1S一次的频率，实时的发送给控制单元的信息处理模块，与信息处理模块预设的压力安全阈值进行比较，工作过程如流程图4所示。当压力处在安全范围内时，伸缩平台伺服电机12停止动作；当压力低于设置的压力阈值时，抓臂的接触板没有抱紧潜器，伸缩平台收缩，接触压力增加；当压力高于设置的压力阈值时，立刻扩张伸缩平台3，防止接触压力过大，潜器被破坏。

电气驱动单元由设置在收放机构各处的伺服电机构成，各伺服电机与供电单元的输出端连接，在控制单元的作用下实施运动。收放装置的水面移动和各部件动作均需电气驱动单元提供动力。

如图4所示的是潜器回收和布放装置中各部件的工作关系结构框，图中遥控器与通信模块双向无线连接，发送指令给控制单元，同时接受信息。供电单元与信息处理模块双向连接，接受控制单元的指令，同时反馈剩余电量的信息，在控制单元的作用下，将电能传输给伺服电机和压力传感器，压力传感器实时反馈压力值给控制单元。电气驱动单元在控制单元的作用下启动和停止。

本收放装置可以回收不同尺寸的潜器。收放机构抓臂9的接触板14可以拆换，根据潜器的直径，选择相应尺寸的接触板；收放机构三组抓臂9之间的间距可以根据潜器的长度自由灵活的调节。当潜器长度较短时，可以相应的缩小抓臂9之间的间距；当潜器较长时，相应的扩大抓臂9之间的间距，从而使本装置具有更高的收放灵活性和通用性。

本收放装置可以较好地解决多关节潜器布放和回收的难题。多关节潜器关节连接处材质不同，安装有水下探测设备，多数情况下不受力，常规的滑道式布放回收不能满足要求。本收放装置可以应对三节及以下的潜器回收布放，根据潜器的尺寸，调整抓臂之间的距离，在收放过程中，使每组抓臂的接触板14夹在潜器每节中间的位置，避免潜器关节处受力，从而完成对多关节潜器的布放和回收。

具体的针对潜器回收和布放过程,包括以下步骤：

布放过程：

1)在母船甲板上工作人员把潜器20固定到该装置上，调节接触板14与潜器20之间的压力，使压力值处于安全范围，限位设施6固定住潜器前端，通过母船上的吊车或A形架将本收放装置连同潜器20吊装在水面上，

2)工作人员操纵遥控器将潜器20收放装置驶向预定的布放水面。

3)遥控器发送布放指令给控制单元，在控制单元的作用下，延伸臂5伺服电机动作，延伸臂5沿导轨向前方移动，限位设施6离开潜器的前部，伸缩平台3固定的伺服电机动作，底部缆绳8慢慢松开，伸缩平台3沿导轨4向两端移动，抓臂9随伸缩平台3动作，接触板7离开潜器20，潜器漂浮于布放水面。

4)遥控器发送返回指令给控制单元，操纵本装置缓慢航行，离开潜器20布放水面，驶向母船，通过母船上的吊车或A形架，把本装置吊装到甲板上，完成布放过程。

回收过程：

1)潜器20收放装置通过母船的吊车或A形架，吊装到母船附近的水面，操纵遥控器，将收放装置驶向潜器20附近水域。

2)遥控器发送回收指令给控制单元，在控制单元的作用下，伸缩平台伺服电机12动作，伸缩平台3沿导轨4向两端张开，抓臂9随之张开。同时缆绳电机动作，底部缆绳8松开，置于水面之下。将有限位设施6的一端作为该装置的后方。依次驶过潜器的头部和尾部，直到潜器20的头部被限位设施6捕获，潜器进入三对抓臂9内，收放装置停止移动。

3)在控制单元的作用下，缆绳伺服电机动作，底部缆绳8缓慢收缩从下方兜住潜器20，同时伸缩平台伺服电机12动作，伸缩平台3沿导轨4向中间收缩，进而第一、三抓臂的接触板14从左右两侧固定住潜器20，第二抓臂的接触板从上下两侧固定住潜器20。接触板上的压力传感器10测量潜器20与接触板14之间的压力，实时发送给控制单元，控制单元调节到合理的压力值。

4)遥控器发送返回指令给控制单元，操纵本装置行驶到母船附近，通过吊车或A形架将收放装置吊起，放到母船的甲板上，完成回收过程。

Claims (6)

1.一种潜器收放装置，包括控制单元、压力传感器、供电单元、电气驱动单元和收放机构，所述的收放机构包括浮力基座、门型支架、伸缩平台、延伸臂和抓臂。其特征在于，

浮力基座包括至少一个浮力块和至少一台水力推进器，水力推进器与浮力块连接，在控制单元的控制下，用以实现装置在水面的前移；

浮力基座的上方固定连接有支架，在支架的上方设置有水平导轨，伸缩平台的上部设置在两条水平导轨上，能够随水平导轨移动，伸缩平台的下部连接有多个抓臂；

每个抓臂的末端固定连接有接触板，用以从不同方位通过接触板夹持潜器，抓臂由伺服电机驱动，在控制单元的作用下，实现收缩和扩张运动；

压力传感器设置在抓臂与潜器的接触面，用以测量抓臂接触板与潜器之间的压力值，并发送给控制单元；

控制单元，分别与压力传感器的输出端、电气驱动单元的输入端及供电单元的控制端相连；

电气驱动单元由设置在收放机构各处的伺服电机构成，在控制单元的作用下实施运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的抓臂为三对，两对用以在侧向上夹持潜器，一对用以在顶部和底部之间夹持潜器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在伸缩平台的上方设置有延伸臂水平导轨，延伸臂沿此水平导轨移动，延伸臂前端下垂固定连接有限位设施，用以在前部对潜器限位。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的支架为门型支架。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，浮力块由软性防碰撞材料制成。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括遥控器，控制单元与遥控器无线连接通信，遥控器用以实现集中控制和信息分析，具有信息回传和工作参数设定功能，并用来查看各传感器回传结果与运行状态。