CN110329465A - 潜水器自动吊装回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种潜水器自动吊装回收系统，该系统包括：潜水器、输送艇、控制系统、吸附机械手、锁定机械手和吊装钢缆。当潜水器浮出水面回收时，输送艇靠近并接触潜水器，吸附机械手吸附在潜水器顶部钢板上，然后在自动控制程序控制下，调节二维移动底座、锁定机械手底座和锁定机械手转动臂的角度和位置，使得电磁吸附销对准潜水器吊装孔，而后电磁吸附机构将销穿过吊装孔并通过限位机构进行限位，从而实现潜水器的自动吊装与回收。该系统可以在没有蛙人参与系缆的情况下，实现潜水器与吊装钢缆的连接，吊回母船，不仅可以降低蛙人的风险，也能够节省成本。

Description

潜水器自动吊装回收系统

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程技术领域，尤其是一种潜水器自动吊装回收系统。

背景技术

潜水器下潜作业后，需要回收到母船，目前潜水器回收的方式是：潜水器上浮到海面时，多名蛙人乘坐输送艇将吊装钢缆系在潜水器的吊装孔上，然后回收。当遇到高海况，尤其在夜间作业时，蛙人很难将吊装钢缆系在潜水器上，而且作业时蛙人在海浪的作用下不仅可能撞到潜水器或者钢缆上受伤，更甚至会被海浪卷走失踪。当蛙人不能将吊装钢缆系在潜水器上时，就无法实现潜水器的及时回收，由于潜水器所携带的能源和补给是有限的，这对潜航员的生命也会产生威胁。

发明内容

本申请针对上述问题及技术需求，提出了一种潜水器自动吊装回收系统，该系统可以在遥控或者自动的方式下工作，实现潜水器的自动系缆与回收，降低人工成本和人工操作的风险性。

本发明的技术方案如下：

一种潜水器自动吊装回收系统，其包括：潜水器、输送艇、控制系统、吸附机械手、锁定机械手和吊装钢缆；

所述潜水器顶部表面安装一块可以磁性吸附的钢板；

所述输送艇是所述吸附机械手、锁定机械手和吊装钢缆的运输工具；

所述控制系统用于控制所述输送艇的运动和所述吸附机械手、锁定机械手的动作；

所述吸附机械手固定在所述输送艇上，用于吸附所述潜水器顶部表面安装的钢板，将输送艇连接到潜水器上，并保持输送艇与潜水器位置的相对固定；

所述锁定机械手安装在所述吸附机械手上，用于将所述吊装钢缆连接并锁定到所述潜水器上。

优选的，所述吸附机械手包括吸附机械手底座、吸附机械手转动臂和吸附机械手吸头；

以及

所述吸附机械手底座固定在输送艇上；所述吸附机械手吸头用于吸附潜水器顶部的钢板；所述吸附机械手转动臂内含关节电机，两端都为具有一个转动自由度的铰关节结构，两个铰关节的转动轴线是相互平行的，第一端与所述吸附机械手底座相连，第二端与所述吸附机械手吸头相连。

优选的，所述锁定机械手包括二维移动底座、锁定机械手底座、锁定机械手转动臂和电磁吸附销；

所述二维移动底座的下表面安装在所述吸附机械手吸头的上表面，所述二维移动底座相对于吸附机械手吸头上表面可做两个自由度的移动，用以补偿吸附机械手吸头吸附潜水器顶部的钢板时存在的位置误差；

所述锁定机械手底座固定安装在垂直于所述二维移动底座上表面的柱状体的侧面，所述锁定机械手底座包括关节电机，可驱动所述锁定机械手底座绕其安装面的法线方向360度旋转；

所述锁定机械手转动臂的第一端与所述锁定机械手底座连接，的第二端与所述电磁吸附销连接，所述锁定机械手转动臂内含关节电机，可驱动所述锁定机械手转动臂对所述电磁吸附销的位置进行微调。

优选的，所述电磁吸附销包括销、第二电磁吸附机构以及限位机构；

所述电磁吸附销对准吊装孔后，所述第二电磁吸附机构产生一个指向吊装孔方向的电磁力，驱动所述销穿过潜水器的吊装孔；当所述销穿过吊装孔后，所述限位机构动作，对所述销进行锁定。

优选的，所述吸附机械手转动臂上装有可以拍摄照片的摄像头，供所述控制系统进行图像位置识别。

优选的，所述锁定机械手转动臂上装有可以拍摄照片的摄像头，供所述控制系统进行图像位置识别。

优选的，所述吊装钢缆固定在所述锁定机械手转动臂的中部。

优选的，所述潜水器顶部表面安装的磁性吸附钢板的尺寸和安装位置与机械手的机械尺寸相匹配，可保证在吸附机械手与钢板正确吸附后，锁定机械手的电磁吸附销只需微调即可对准潜水器吊装孔。

本发明的有益技术效果是：

本发明公开了一种潜水器自动吊装回收系统，该系统可以在没有蛙人参与系缆的情况下，实现潜水器与吊装钢缆的连接，吊回母船，不仅可以降低蛙人的风险，也能够节省成本。

附图说明

图1是潜水器自动吊装回收系统的示意图；

图2是吸附机械手的结构示意图；

图3是锁定机械手的结构示意图；

图4为锁定机械手各部件运动关节方向示意图；

图4(a)为锁定机械手转动臂转动关节轴线以及电磁吸附销直线运动轴线示意图；

图4(b)为锁定机械手底座转动轴线示意图；

图4(c)为二维移动底座相对于吸附机械手吸头6底面x、y方向平移自由度的示意图；

以及

图5为潜水器自动吊装回收系统的操作流程图。

具体实施方式

本实施例公开了一种潜水器自动吊装回收系统，实现方式如图1-5所示。其包括潜水器1、输送艇2、控制系统3、吸附机械手、锁定机械手以及吊装钢缆11；控制系统及机械手是本系统中的关键组成部分。

潜水器1是被回收的目标，与本系统搭配使用时，其结构与传统的潜水器1有所不同，顶部吊装孔附近,有一定面积的可被磁铁吸附的高强度钢板，且钢板与潜水器1的框架结构紧密连接，能够承受输送艇2在波浪作用下的晃动的载荷。潜水器1顶部表面安装的磁性吸附钢板的尺寸和安装位置与机械手的机械尺寸相匹配，可保证在吸附机械手与钢板正确吸附后，锁定机械手的电磁吸附销只需微调即可对准吊装孔。

输送艇2为小艇，整艇的质量较小，具备良好的操控性，既能采用人工智能程序操控，也可以采用遥控器在母船上进行操控，其主要功能是机械手的运输工具，与吸附机械手连接的底面为局部加强的钢结构，可以承受输送艇2随潜水器1晃动的波浪载荷。输送艇2的头部为柔性橡胶结构，与潜水器1靠近对接时，以防撞伤潜水器1。

控制系统3是潜水器自动吊装回收系统最重要的部分，控制系统包括位置测量部件、输入电路、输出电路以及控制模块。位置测量部件包括光源和摄像头。光源在光线昏暗条件下，尤其是在晚上开启，以便摄像头能够清晰地拍摄照片；位置测量部件利用图像识别技术，利用从摄像头获得的图像信息，产生位置测量信号，输出到输入电路。输入电路对输入信号进行电平转换后输出到控制模块，输入信号包括位置测量信号输入以及上位机控制指令输入。控制模块跟据位置测量信号和上位机指令，一方面产生控制输送艇2运动的控制指令，另一方面产生控制电机运动的指令，控制机械手的动作。输出电路主要是对控制模块产生的控制指令进行电平转换，控制输送艇2或机械手的运动。

机械手是潜水器回收系统的关键组件，其可分为吸附机械手和锁定机械手，吸附机械手主要包括吸附机械手底座4、吸附机械手转动臂5和吸附机械手吸头6。吸附机械手底座4与输送艇2连接的部位为法兰面结构，可以通过螺钉将其固定在输送艇2的底面上，吸附机械手底座4的顶部通过具有一个转动自由度的铰关节结构与吸附机械手转动臂5连接。吸附机械手转动臂5内含关节电机，转动臂两端都为具有一个转动自由度的铰关节结构，第一端与吸附机械手底座相连，第二端与吸附机械手吸头相连，两个关节的转动轴线相互平行，关节电机驱动转动臂的转动，并且能够将其锁定在一个位置。吸附机械手吸头6包括第一电磁吸附机构,吸附机械手吸头6与吸附机械手转动臂5连接的部位为铰关节结构，与潜水器1连接的部位为平面结构。吸附机械手吸头6的材料为软磁性材料，当吸头靠近潜水器1顶部钢板时，第一电磁吸附机构通电，则其产生的电磁力与潜水器1吸附，断电则断开吸附。

锁定机械手主要包括二维移动底座7、锁定机械手底座8、锁定机械手转动臂9和电磁吸附销10。二维移动底座7用以补偿吸附机械手吸头6吸附潜水器1顶部的钢板时的位置误差，其下表面固定连接在吸附机械手吸头6的上表面，其上表面可以在丝杆的作用下，具有x、y方向两个平移的自由度，即使在吸附机械手吸头6吸附潜水器1顶部的钢板时存在位置误差的情况下，也可以通过二维移动底座7可以带动锁定机械手底座8作大位移补偿，使电磁吸附销10基本对准潜水器1上部的吊装孔。锁定机械手底座8的第一端安装在二维移动底座7上表面，锁定机械手底座8的第一端安装在垂直于二维移动底座7上表面的柱状体的侧面，第二端通过转动关节结构与锁定机械手转动臂9相连。锁定机械手底座8内含关节电机，在关节电机的驱动下，锁定机械手底座8可绕安装面的法线方向360度旋转。锁定机械手转动臂9的两端都为铰关节结构，一端通过安装在锁定机械手底座8上，能够绕锁定机械手底座8转动，另一端铰关节结构与电磁吸附销10连结。锁定机械手转动臂9的中间部位与吊装钢缆11固定连接。电磁吸附销10包括销、第二电磁吸附机构以及限位机构，销安装在锁定机械手转动臂9的绞关节内，销为软磁性材料，在第二电磁吸附机构所产出的电磁力作用下可以沿铰关节的轴线方向运动，当销穿过潜水器1上部的吊装孔后，限位机构将其与吊装孔限位，防止销沿绞关节的轴线方向的窜动。

吊装钢缆11为回收潜水器1用的缆绳，能够承受潜水器1的重量，另外一端置于母船的龙门架上，通过卷扬机实现钢缆的回收。在输送艇2靠近潜水器1的过程中，能够随着输送艇2的运动而伸长。

潜水器1在水下完成作业后，通过浮力调节系统上浮至水面后，就需要开展潜水器1的回收工作。此时从母船通过甲板上的龙门吊放下输送艇2，输送艇2上搭载锁定机械手，并且钢缆此时已固定在锁定机械手转动臂上，随着艇的运动其可以自由伸长。根据输送艇2与潜水器1之间的位置，在人工智能的程序控制下(也可在母船上的人员遥控控制下)，输送艇2头部靠近并接触潜水器1，控制系统通过摄像头拍摄的位置，判断吸附机械手吸头能否吸附到潜水器1顶部的钢板，若不能，则调整艇与潜水器1的位置，直到可以吸附到为止。然后第一电磁吸附机构通电将吸附机械手吸头6吸附在潜水器1的钢板上。这样输送艇2就与潜水器1连接在一起，它们可以随着波浪一起运动，这时锁定机械手与潜水器1吊装孔的位置就是确定的，再在自动控制程序下，关节电机调节锁定机械手底座8、锁定机械手转动臂9的角度和高度位置，并通过二维移动底座的移动使得电磁吸附销10对准潜水器1吊装孔，而后第二电磁吸附机构将销穿过吊装孔并通过限位机构进行限位，这样吊装钢缆11就与潜水器1实现了固定连接。最后通过甲板上的卷扬机回收钢缆，从而实现潜水器1的自动吊装与回收。操作流程见图4。

本实施例提出的潜水器自动吊装回收系统，整个过程无蛙人参与，不存在蛙人人身安全的问题。并且当吸附机械手吸头吸附在潜水器的钢板上后，潜水器与机械手固定连接在一起，即便是在高海况的海浪作用下，两者一起随浪运动，但它们之间的空间位置是确定的，反而利于后面电磁吸附销与吊装孔连接。潜水器自动吊装回收系统减少了潜水器回收过程中操作人员，尤其是不需要蛙人的参与，极大的降低了人员操作的风险，并且在高海况下也能回收潜水器，对潜航员以及潜水器本身也多了一重保障。还有操作人员的减少，可以降低潜水器出海作业的成本，也具有一定的经济效益。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种潜水器自动吊装回收系统，其特征在于，其包括：潜水器(1)、输送艇(2)、控制系统、吸附机械手、锁定机械手和吊装钢缆(11)；

所述潜水器(1)顶部表面安装一块可以磁性吸附的钢板；

所述输送艇(2)是所述吸附机械手、锁定机械手和吊装钢缆的运输工具；

所述控制系统用于控制所述输送艇(2)的运动和所述吸附机械手、锁定机械手的动作；

所述吸附机械手固定在所述输送艇(2)上，用于吸附所述潜水器(1)顶部表面安装的钢板，将输送艇(2)连接到潜水器(1)上，并保持输送艇(2)与潜水器(1)位置的相对固定；以及

所述锁定机械手安装在所述吸附机械手上，用于将所述吊装钢缆(11)连接并锁定到所述潜水器(1)上。

2.根据权利要求1所述的潜水器自动吊装回收系统，其特征在于，所述吸附机械手包括吸附机械手底座(4)、吸附机械手转动臂(5)和吸附机械手吸头(6)；以及

所述吸附机械手底座(4)固定在输送艇(2)上；所述吸附机械手吸头(6)用于吸附潜水器(1)顶部的钢板；所述吸附机械手转动臂(5)内含关节电机，两端都为具有一个转动自由度的铰关节结构，两个铰关节的转动轴线是相互平行的，第一端与所述吸附机械手底座(4)相连，第二端与所述吸附机械手吸头(6)相连。

3.根据权利要求1所述的潜水器自动吊装回收系统，其特征在于，所述锁定机械手包括二维移动底座(7)、锁定机械手底座(8)、锁定机械手转动臂(9)和电磁吸附销(10)；

所述二维移动底座(7)的下表面安装在所述吸附机械手吸头(6)的上表面，所述二维移动底座(7)相对于吸附机械手吸头(6)上表面可做两个自由度的移动，用以补偿吸附机械手吸头(6)吸附潜水器(1)顶部的钢板时存在的位置误差；

所述锁定机械手底座(8)固定安装在垂直于所述二维移动底座(7)上表面的柱状体的侧面，所述锁定机械手底座(8)包括关节电机，可驱动所述锁定机械手底座(8)绕其安装面的法线方向360度旋转；以及

所述锁定机械手转动臂(9)的第一端与所述锁定机械手底座(8)连接，的第二端与所述电磁吸附销(10)连接，所述锁定机械手转动臂(9)内含关节电机，可驱动所述锁定机械手转动臂(9)对所述电磁吸附销(10)的位置进行微调。

4.根据权利要求3所述的潜水器自动吊装回收系统，其特征在于，所述电磁吸附销(10)包括销、第二电磁吸附机构以及限位机构；以及

所述电磁吸附销(10)对准吊装孔后，所述第二电磁吸附机构产生一个指向吊装孔方向的电磁力，驱动所述销穿过潜水器(1)的吊装孔；当所述销穿过吊装孔后，所述限位机构动作，对所述销进行锁定。

5.根据权利要求1所述的潜水器自动吊装回收系统，其特征在于，所述吸附机械手转动臂(5)上装有可以拍摄照片的摄像头，供所述控制系统进行图像位置识别。

6.根据权利要求1所述的潜水器自动吊装回收系统，其特征在于，所述锁定机械手转动臂(9)上装有可以拍摄照片的摄像头，供所述控制系统进行图像位置识别。

7.根据权利要求1所述的潜水器自动吊装回收系统，其特征在于，所述吊装钢缆(11)固定在所述锁定机械手转动臂(9)的中部。

8.根据权利要求1所述的潜水器自动吊装回收系统，其特征在于，所述潜水器(1)顶部表面安装的磁性吸附钢板的尺寸和安装位置与机械手的机械尺寸相匹配，可保证在吸附机械手与钢板正确吸附后，锁定机械手的电磁吸附销(10)只需微调即可对准潜水器吊装孔。