CN110203358A - 一种随洋流自动调向的auv接驳站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随洋流自动调向的AUV接驳站，属于水下航行器技术领域，包括接驳主体、调向装置和旋转装置，接驳主体包括喇叭口和与喇叭口相连的无线充电信号交换腔；调向装置包括通过锁紧机构与无线充电信号交换腔相连接的连接筒以及安装在连接筒端部的尾翼板；旋转装置包括安装在无线充电信号交换腔侧壁上的支撑轴、固定在水下的支撑平台以及连接在支撑轴与支撑平台之间的旋转组件，支撑平台上设有用于对旋转组件进行制动的制动组件。接驳主体承担了接驳AUV，调向装置可以使得喇叭口和接驳腔体随着洋流方向的变化而自动调整喇叭口朝向，旋转装置为接驳主体和调向装置提供基础支撑和旋转，可以随时对接驳主体和调向装置进行锁紧，保证接驳成功。

Description

一种随洋流自动调向的AUV接驳站

技术领域

本发明涉及水下航行器技术领域，具体地说，涉及一种随洋流自动调向的AUV接驳站。

背景技术

水下机器人主要分为两大类：一类是有缆水下机器人，习惯称为遥控潜器(RemoteOperated Vehicle，简称ROV)；另一类是无缆水下机器人，习惯称为自主式水下潜器(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)。自主式水下机器人是新一代水下机器人，具有活动范围大、机动性好、安全、智能化等优点，成为完成各种水下任务的重要工具。例如，在民用领域，可用于铺设管线、海底考察、数据收集、钻井支援、海底施工，水下设备维护与维修等；在军用领域则可用于侦察、布雷、扫雷、援潜和救生等。由于无缆水下机器人具有活动范围不受电缆限制，隐蔽性好等优点，所以从60年代中期起，工业界和军方开始对无缆水下机器人发生兴趣。

海洋资源是我们国家不容忽视的战略资源。为了更好，更完美地开发利用各类海洋资源，我国开发了海底观测网络。水下自主航行器AUV是海底观测网络中的重要成员。它可以完全自主地航行深海之中，搜集各类观测数据，实现海洋剖面动态监测。然而AUV依靠电池供电，且其大量数据需要通过通讯基站向地面平台传输，故其续航能力有限，存储容量有限，需要平台为其提供电能补充和数据传送。现有的AUV接驳站承担了这些功能，能够可靠地为AUV充电和传输数据指令，提高AUV的续航能力。

AUV成功续航的关键在于顺利进入AUV接驳站的内部。现有的AUV接驳站多数采用了喇叭口的入口形式，可以大大提高AUV入坞的成功率。然而深海中的洋流速度较大，强度较强，对AUV自由航行形成很大的阻力。若接驳站能够将喇叭口调向洋流方向，即可方便AUV随洋流进入喇叭口中，提高入坞成功率。现有大部分接驳站其喇叭口无法转动，致使AUV需花费大量能量和时间进入喇叭口中。极少数的AUV接驳站可以使得喇叭口转动，但都采用了驱动电机和各类复杂的传感器，其结构复杂，需要极其精准的控制系统和高精度的传感器，故制造成本高，使用不便而且精度变化很大。

发明内容

本发明的目的为提供一种随洋流自动调向的AUV接驳站，可以自由地随洋流力的作用自动调向，方便AUV入坞操作，同时还可以在接驳时电动锁紧，保证接驳过程的顺利进行。

为了实现上述目的，本发明提供的随洋流自动调向的AUV接驳站包括接驳主体、调向装置和旋转装置，接驳主体包括喇叭口和与喇叭口相连的无线充电信号交换腔；调向装置包括通过锁紧机构与无线充电信号交换腔相连接的连接筒以及安装在连接筒端部的尾翼板；旋转装置包括安装在无线充电信号交换腔侧壁上的支撑轴、固定在水下的支撑平台以及连接在支撑轴与支撑平台之间的旋转组件，支撑平台上设有用于对旋转组件进行制动的制动组件。

上述技术方案中，接驳主体承担了接驳AUV，为AUV提供电能的任务。调向装置可以使得喇叭口和接驳腔体随着洋流方向的变化而自动调整喇叭口朝向，始终使得喇叭口朝向洋流的相反方向，便于接驳AUV。旋转装置为接驳主体和调向装置提供基础支撑和旋转结构，并且可以随时对接驳主体和调向装置进行锁紧，保证接驳成功。

作为优选，锁紧机构为电磁锁紧机构，包括沿连接筒周向均匀设置的电磁铁至少三个。电磁锁紧机构可由螺钉连接在无线充电信号交换腔上，并与连接筒固连。

作为优选，支撑轴接有一外壳，外壳与支撑平台密封固定，外壳的顶部设有与支撑轴水密连接的端盖。

作为优选，旋转组件包括固定在外壳内壁且与支撑轴过盈配合的滚子轴承。

作为优选，制动组件包括固定在支撑轴底端的双向棘轮、安装在双向棘轮一侧的棘爪以及控制棘爪开合的制动器。

作为优选，棘爪包括中心轴以及与中心轴铰接的左棘爪和右棘爪，右棘爪上设有限制棘爪最大开口角度的限位套，且左棘爪和所述右棘爪之间设有使棘爪恢复张开状态的弹簧。

作为优选，左棘爪和右棘爪各连接有一连杆，两个连杆通过一长轴销铰接于一电磁连接件上。

作为优选，制动器为电磁制动器。

作为优选，连接筒通过12根长管搭建成支架型结构。可以大大减小转动时海水对它的阻力，同时可以减小转动惯量，便于整个喇叭口转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明可以自由地随洋流力的作用自动调向，方便AUV入坞操作，同时还可以在接驳时电动锁紧，保证接驳过程的顺利进行。本发明的整体装置结构简单，制造成本低，使用方便且精度变化小，

附图说明

图1为本发明实施例的AUV接驳站的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的旋转装置的俯视图；

图3为本发明实施例的旋转装置的剖视图；

图4为本发明实施例的制动组件的爆炸图；

图5为本发明实施例的制动组件在未制动时的状态图；

图6为本发明实施例的制动组件在制动时的状态图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1至图4，本实施例随洋流自动调向的AUV接驳站包括接驳主体、调向装置和旋转装置。

其中，接驳主体包括喇叭口1、无线充电信号交换腔2和电磁锁紧机构3，该部分承担了接驳AUV，为AUV提供电能等主要任务。调向装置包括连接筒4、尾翼板连接件5和尾翼板6，该部分可以使得喇叭口和接驳腔体可以随着洋流方向的变化而自动调整喇叭口朝向，始终使得喇叭口朝向洋流的相反方向，便于接驳AUV。旋转装置包括支撑轴7、旋转主体8和支撑平台9，该部分为上述两个部分提供基础支撑和旋转结构，并且可以随时对上述两个部分进行锁紧，保证接驳成功。

喇叭口1与无线充电信号交换腔2固连，电磁锁紧机构3有三个，由螺钉连接在无线充电信号交换腔2上，其又与连接筒4固连。

连接筒4设计为12根长管搭建的支架型结构，该结构可以减轻整个部分的重量，可以耐受深海水压。同时，支架型结构是空心的，在转动时基本不会受到海水阻力，故大大减少了旋转部分的转动惯量，使得整个部分在受到洋流作用后可以迅速旋转到预期位置。尾翼板6设计为类似鱼类尾鳍的形状，可以在迎向洋流时减轻阻力，同时避免了喇叭口反向对准洋流的情况。尾翼板6面积较大，可以在受到洋流阻力作用时产生很大的转动力，同时，其位置距离转动轴较远，力臂比喇叭口长很多，可以产生巨大的转矩，故受洋流阻力作用会迅速回转而不会被定死。

旋转装置由支撑轴7、密封圈10、端盖11、推力滚子轴承12、外壳13、轴端挡圈15、六角头螺栓16和制动组件17组成。支撑轴7上端与接驳主体连接，对其进行支撑，其轴径较大，能够保证必要的强度和刚度。该轴分为三段，第一段轴径最大，密封圈10可以紧密套在其上，第二段轴径中等，与推力滚子轴承12内圈为过盈连接，前两段之间的轴肩既可以提供支撑，又可以保证推力滚子轴承12的轴向位置。第三段轴径较小，其上开有普通平键键槽，为双向棘轮14提供周向固定，传递转矩，同时轴肩为双向棘轮14提供周向固定。密封圈10放置在端盖11的密封槽中，用于将外壳内部与海水隔离。端盖11开有8个六角头螺栓孔，可以固接在外壳13上面。推力滚子轴承12内圈与支撑轴段紧密贴合，外圈与外壳13为过盈配合，为支撑轴7提供支撑。外壳13为铸造件，其最上面开有8个螺纹孔，用于连接端盖11，其底面开有12个螺栓孔，用于外壳13和支撑平台9的固定。外壳提供了旋转结构的腔体，保证内部与海水隔绝，提供了制动的空间。双向棘轮14紧挨轴肩，内连普通平键用于传递转矩，是制动组件的一部分，用于制动整个支撑轴，使喇叭口保持静止状态。轴端挡圈15通过六角头螺栓16拧紧在支撑轴7的轴头，中间有弹簧垫圈锁紧，防止其因为旋转而松动，用于双向棘轮的轴向固定。制动组件17是对支撑轴7进行制动的驱动部分。

制动组件包括双向棘轮14、右短销18、左短销19、右棘爪20、限位套21、左棘爪22、中心轴23、长轴销24、右连杆25、弹簧26、电磁连接件27和左连杆28。双向棘轮14连接在支撑轴7上，用于传动制动力矩。左短销19和右短销18分别与左连杆28、右连杆25以及左棘爪22、右棘爪20相连，使它们可以围绕销中心旋转。左棘爪22和右棘爪20是制动的关键部件，两者与中心轴23相连，可以围绕轴中心自由旋转，在制动状态下会与棘轮接触以达到制动的目的。限位套21为弹性元件，套在左棘爪22上，通过限位孔维持固定，其作用是限定制动和松开两个状态，左右棘爪之间的夹角。长轴销24用将左连杆28，右连杆25，电磁铁连接件27连接在一起，使它们沿着轴销中心旋转。左连杆28，右连杆25一端连接电磁铁连接件27，另一端连接左棘爪22，右棘爪20，用于传递电磁铁往复运动时的力，作为曲柄滑块系统的连杆，将直线往复运动转化为回转运动，从而带动左棘爪22，右棘爪20锁紧或者松开。弹簧26一端固接在左棘爪22，一端固接在右棘爪20上，安装时处于压缩状态，在制动状态下被压缩，在未制动状态下释放，仍保持在压缩状态。电磁铁连接件27用于与推拉式电磁铁连接，将电磁铁磁芯的运动传递到连杆上。

本实施例的制动原理如下：

参见图5和图6，在未制动状态下，推拉式电磁铁不通电，其磁芯受内部弹簧作用处于自然伸长状态，弹簧26由于一开始安装时就有压缩量，故产生弹力，左右两棘爪由于受到弹簧力的作用而张开。当张开到开口为110度时，套在左棘爪22上的限位套21会与右棘爪20接触，从而限制其开口保持为110度。在未制动状态下，双向棘轮14不受任何力作用，可以随洋流方向的改变自由旋转，以达到使喇叭口始终朝向洋流方向。当AUV准备入坞时，为了防止喇叭口的摆动，应接通电磁铁电源，下达制动指令。在制动状态下，电磁铁通电，其磁芯受到电磁力作用，向内运动，从而带动电磁连接件27向右运动，电磁连接件27又带动左右连杆运动，左右连杆又带动左右棘爪运动，由于连杆作用力的作用点距离转轴较远，其力臂相比弹簧力作用力臂长，故电磁铁仅需较小的力就可以克服弹簧力的作用而使左右棘爪压紧。左右棘爪在压紧时，其开口减小为80度时，限位套21与右棘爪20接触，使得张开角度保持为80度。由于电磁铁固定，其磁芯仅可以左右直线运动，故左右棘爪相对中心线不会发生转动。在制动状态下，左右棘爪会与双向棘轮接触，棘爪顶端接触到双向棘轮齿顶时，由于限位套为弹性元件，允许一定弹性变形，故棘爪会有所张开，以度过与齿顶接触的状态，防止顶死。当棘爪顶端遇到齿顶边缘时，由于棘齿倾角大于20度，大于棘爪材料和棘轮材料之间的摩擦角，故棘爪顶端会自动滑入齿底。此时，根据棘轮机构原理，其双向均被顶死，故无法自由旋转，于是成功完成制动。在AUV出坞之后，电磁铁断电，其磁芯会重回原位，同时，左右两棘爪之间连接的弹簧26产生的弹力会使左右棘爪张开，脱开棘轮，直到张角为110度时再被限位套21限制住。于是支撑轴7又可以自由地转动。

本实施例连接筒采用框架型结构，可以大大减小转动时海水对它的阻力，同时可以减小转动惯量，便于整个喇叭口转动。

本实施例设置尾翼板，同时采用了不等臂结构，使得喇叭口在洋流作用下可以自动调向，自动迎向洋流。

本实施例去除了各类测洋流传感器和辅助齿轮，简化了结构，减轻了重量，去除了繁杂的控制系统。

本实施例尾翼板与鱼尾鳍形状类似，可以减小迎向洋流时的阻力。

本实施例采用了一种双向棘轮制动，可以减少原有产品制动所需的电磁锁紧力。

本实施例采用了弹性限位套，可以防止棘爪顶死棘轮。

Claims (9)

1.一种随洋流自动调向的AUV接驳站，包括接驳主体、调向装置和旋转装置，其特征在于：

所述接驳主体包括喇叭口和与所述喇叭口相连的无线充电信号交换腔；

所述调向装置包括通过锁紧机构与所述无线充电信号交换腔相连接的连接筒以及安装在所述连接筒端部的尾翼板；

所述旋转装置包括安装在所述无线充电信号交换腔侧壁上的支撑轴、固定在水下的支撑平台以及连接在所述支撑轴与所述支撑平台之间的旋转组件，所述支撑平台上设有用于对所述旋转组件进行制动的制动组件。

2.根据权利要求1所述的随洋流自动调向的AUV接驳站，其特征在于，所述的锁紧机构为电磁锁紧机构，包括沿所述的连接筒周向均匀设置的至少三个。

3.根据权利要求1所述的随洋流自动调向的AUV接驳站，其特征在于，所述的支撑轴接有一外壳，所述外壳与所述支撑平台密封固定，所述外壳的顶部设有与所述支撑轴水密连接的端盖。

4.根据权利要求3所述的随洋流自动调向的AUV接驳站，其特征在于，所述的旋转组件包括固定在所述外壳内壁且与所述支撑轴过盈配合的滚子轴承。

5.根据权利要求1所述的随洋流自动调向的AUV接驳站，其特征在于，所述的制动组件包括固定在所述支撑轴底端的双向棘轮、安装在所述双向棘轮一侧的棘爪以及控制所述棘爪开合的制动器。

6.根据权利要求5所述的随洋流自动调向的AUV接驳站，其特征在于，所述的棘爪包括中心轴以及与所述中心轴铰接的左棘爪和右棘爪，所述右棘爪上设有限制棘爪最大开口角度的限位套，且所述左棘爪和所述右棘爪之间设有使两棘爪恢复未制动状态的弹簧。

7.根据权利要求6所述的随洋流自动调向的AUV接驳站，其特征在于，所述的左棘爪和所述的右棘爪各连接有一连杆，两个连杆通过一长轴销铰接于一电磁连接件上。

8.根据权利要求7所述的随洋流自动调向的AUV接驳站，其特征在于，所述的制动器为电磁制动器。

9.根据权利要求1所述的随洋流自动调向的AUV接驳站，其特征在于，所述的连接筒通过12根长管搭建成支架型结构。