CN110775200A - 一种高海况条件下的auv快速布放回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，该装置包括：V形回收框：用以收纳AUV；AUV导向组件：安装在V形回收框前方，用以实现对接近的AUV进行导向；吊索组件：包括固定在无人艇底部的卷筒驱动电机、吊索收放卷筒以及分别安装在V形回收框四角处的V形框吊索，该V形框吊索通过驱动电机控制器指令控制卷筒驱动电机实现V形框吊索的释放和收纳；阻拦网组件：安装在4条V形框吊索间，用以实现侧面和后面的防护阻拦，避免AUV滑出V形回收框外。与现有技术相比，本发明具有扩大回收区域、降低高精度对接要求、快速布放回收、防止撞击、安全保护等优点。

Description

一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置
技术领域
本发明涉及AUV布放回收领域，尤其是涉及一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置。
背景技术
随着我国对维护海洋权益的高度重视，AUV(自主式水下潜器)在探索海洋、开发利用海洋资源，以及保障国家安全等方面扮演着越来越重要的角色。
AUV的使用流程中布放回收是必不可少的一环，对提高AUV的作业能力和续航能力至关重要，其中AUV的回收尤其是使用的难点，为该领域研究的一个热点问题。
目前国际上AUV布放回收大都是基于有人母船，高度依赖人工操作。但是在复杂危险环境中，对无人母船布放回收AUV具有迫切的需求，部署过程是无人艇携带AUV沿预先设定的路径前往任务执行区，到达后布放AUV，AUV完成水下任务后返回，无人艇自主完成对AUV的回收工作。由于无人艇、AUV和回收装置都会受到海洋环境干扰的影响，所以在高海况下的AUV自主回收非常困难。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，该装置包括：
V形回收框：用以收纳AUV；
AUV导向组件：安装在V形回收框前方，用以实现对接近的AUV进行导向；
吊索组件：包括固定在无人艇底部的卷筒驱动电机、吊索收放卷筒以及分别安装在V形回收框四角处的V形框吊索，该V形框吊索通过驱动电机控制器指令控制卷筒驱动电机实现V形框吊索的释放和收纳；
阻拦网组件：安装在4条V形框吊索间，用以实现侧面和后面的防护阻拦，避免AUV滑出V形回收框外。
该装置安装在双体无人艇或单体无人艇上。
所述的AUV可带有背鳍和尾翼，也可无背鳍和尾翼。
AUV导向组件包括V形的回收框导向板以及安装在回收框导向板上的回收框导引灯。
所述的回收框导向板由硬质材料制成，如铝或塑料，并安装在V形回收框入口处，并且在边缘处外翻，所述的回收框导引灯设有三个，分别安装在V形的回收框导向板的三个端点上。
所述的V形回收框由较高强度材料制成，如铝合金或不锈钢，其内侧衬设有缓冲层，用以避免撞伤AUV。
所述的V形回收框内还设有用以锁定进入V形回收框内AUV的V形框锁定圈，在V形框锁定圈释放后，其圆形部分伸出V形回收框之外。
该装置还包括安装在无人艇上的AUV探测器，用以探测AUV是否已进入V形回收框内。
所述的阻拦网组件包括设置在V形回收框左右两侧的侧面阻拦网以及设置在V形回收框后方的横截面拦阻网。
该装置包括两种回收方式，即：
A、无人艇静止，AUV驶入回收区域，具体包括以下步骤：
11)无人艇航行至回收海域，将艇上回收区域定向至AUV方向；
12)驱动电机控制器发出信号，使得卷筒驱动电机带动吊索收放卷筒旋转，释放V形框吊索，V形回收框沉入水中；
13)释放打开V形框锁定圈；
14)AUV根据回收框导引灯提供的导引信息驶入由阻拦网组件和V形回收框围成的回收区域，直到顶到横截面拦阻网后停止前进；
15)AUV探测器探测到AUV驶入后，通知驱动电机控制器发出信号，使得卷筒驱动电机带动吊索收放卷筒旋转，回收V形框吊索，AUV落至V形框底部，V形框最终锁定在无人艇支架上；
16)V形框锁定圈锁定AUV，完成回收任务；
B、AUV静止或低速航行，无人艇将AUV圈入回收区域，具体包括以下步骤；
21)无人艇航行至回收海域，将艇上回收区域定向至AUV方向；
22)驱动电机控制器发出信号，使得卷筒驱动电机带动吊索收放卷筒旋转，释放V形框吊索，V形回收框沉入水中；
23)释放打开V形框锁定圈；
24)无人艇向AUV行进，直至将AUV圈入由阻拦网组件和V形回收框围成的回收区域；
25)AUV顶到横截面拦阻网后停止移动；
26)AUV探测器探测到AUV驶入后，通知驱动电机控制器发出信号，使得卷筒驱动电机带动吊索收放卷筒旋转，回收V形框吊索，AUV落至V形框底部，V形框最终锁定在无人艇支架上；
27)V形框锁定圈锁定AUV，完成回收任务。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过V形回收框和拦阻网扩大了回收区域，降低了高精度对接的要求，可实现高海况条件下快速布放回收AUV，并且通过V形回收框和硬质拦阻网实现了对AUV艏部、背鳍和尾翼的保护，可用于有背鳍和尾翼AUV的布放回收，降低了高海况条件下回收AUV时艏部的撞击风险。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
图2为完成AUV回收的结构示意图。
图中标记说明：
1、V形回收框，2、回收框导向板，3、回收框导引灯，4、横截面拦阻网，5、侧面拦阻网，6、V形框吊索，7、吊索收放卷筒，8、卷筒驱动电机，9、驱动电机控制器，10、V形框锁定圈，11、AUV探测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
高海况条件下布放回收AUV主要面临两个方面的挑战。首先，海浪和海流随机动态变化会对AUV的水平和垂直位置以及艏向产生复杂的影响，风浪流又会对无人艇的水平和垂直位置以及艏向产生复杂的影响。这些影响综合作用的结果使得无人艇和AUV之间难以进行高精度的对接。回收方法需要为定位偏离留有尽可能大的容忍裕量。其次，AUV的回收受到多个因素的限制。由于AUV的有效载荷装在艏部，受到撞击容易损坏；典型的AUV往往具有背鳍，尾部除了尾翼还有推进器。因此，回收方法还需要特别考虑对艏部、背鳍和尾翼的保护。
如图1所示，本发明提出了一种无人艇高海况自主快速布放回收AUV的装置，该装置主要用于双体无人艇，但结合艇侧的机械臂使用，亦可用于单体无人艇，工作原理相同。
本发明提出的AUV布放回收装置包括V形回收框1，回收框导向板2，回收框导引灯3，横截面拦阻网4，两个侧面拦阻网5，V形框吊索6，吊索收放卷筒7，卷筒驱动电机8，驱动电机控制器9，V形框锁定圈10，AUV探测器11。
V形回收框1由具有较高强度材料制成，用于收纳AUV。框的内侧衬有缓冲材料，以免撞伤AUV。这里采用V形框而不采用长方形框，目的是使入框的AUV保持稳定，并避免背鳍受撞击。
回收框导向板2用于对接近的AUV进行导向，由硬质材料制成，用以避免AUV撞击受损。
回收框导向板2上装有三只高亮度导引灯3，用以引导AUV。
V形回收框的横截面拦阻网4用来拦阻AUV。这里采用拦阻网而不是刚性材料，主要的考虑是避免AUV艏部受到撞击。
V形回收框的侧面拦阻网5是为避免进入回收区域的AUV滑出V形框外。
V形回收框四角上各连接一根吊索6，用于收放V形框，使用时通过释放吊索将V形框放置到水面下一定深度；回收时通过收回吊索将V形框回收到放置到水面下一定深度
吊索收放卷筒7根据驱动电机控制器9的指令，通过卷筒驱动电机8释放和收纳吊索。
V形框锁定圈10用于锁定进入V形框内的AUV，以免AUV在无人艇行进过程中滑动。锁定圈释放后半圆形部分在V形框之外，不会碰到AUV。
AUV探测器11用于探测AUV是否已进入V形框内。一个简单的实现方案是通过摄像头采集信息，若需要提高可靠性，还可辅以其他类型传感器，如霍尔传感器等。
本发明布放的具体实施步骤如下：
无人艇出发前，AUV放置在V形回收框1上，V形框锁定圈10处于锁定状态，以确保在无人艇的航行过程中AUV不会滑落。同时V形框吊索6收紧，使得V形框锁定在无人艇支架上。当到达布放海域后，驱动电机控制器9发出信号，使得卷筒驱动电机8带动吊索收放卷筒7旋转，释放V形框吊索6，V形回收框1沉入水中。之后，V形框锁定圈10释放，AUV自主驶离V形回收框1。AUV探测器11探测到AUV驶离后，通知驱动电机控制器9发出信号，使得卷筒驱动电机8带动吊索收放卷筒7旋转，回收V形框吊索6，使得V形框再次锁定在无人艇支架上。
本发明涉及的装置可采用两种回收方式，一种是无人艇静止，AUV驶入回收区域；一种是AUV静止或低速航行，无人艇将AUV圈入回收区域。
对前一种方式，如图2所示，具体实施步骤如下：
无人艇航行至回收海域，将艇上回收区域定向至AUV方向。
驱动电机控制器9发出信号，使得卷筒驱动电机8带动吊索收放卷筒7旋转，释放V形框吊索6，V形回收框1沉入水中。
V形框锁定圈10释放。
AUV根据回收框导引灯3提供的导引信息驶入由回收网和V形框围成的回收区域，顶到横截面拦阻网4后停止前进。
AUV探测器11探测到AUV驶入后，通知驱动电机控制器9发出信号，使得卷筒驱动电机8带动吊索收放卷筒7旋转，回收V形框吊索6，AUV落至V形框底部，V形框最终锁定在无人艇支架上。
V形框锁定圈10锁定AUV，完成回收任务。
对后一种方式，具体实施步骤如下：
无人艇航行至回收海域，将艇上回收区域定向至AUV方向。
驱动电机控制器9发出信号，使得卷筒驱动电机8带动吊索收放卷筒7旋转，释放V形框吊索6，V形回收框1沉入水中。
V形框锁定圈10释放。
无人艇向AUV行进，直至将AUV圈入由回收网和V形框围成的回收区域。
AUV顶到横截面拦阻网4后停止移动。
AUV探测器11探测到AUV驶入后，通知驱动电机控制器9发出信号，使得卷筒驱动电机8带动吊索收放卷筒7旋转，回收V形框吊索6，AUV落至V形框底部，V形框最终锁定在无人艇支架上。
V形框锁定圈10锁定AUV，完成回收任务。
本发明通过V形回收框和拦阻网扩大了回收区域，降低了高精度对接要求，可实现高海况条件下快速布放回收AUV，并且通过V形回收框和拦阻网实现了对AUV艏部、背鳍和尾翼的保护，可用于有背鳍和尾翼AUV的布放回收，降低了高海况条件下回收AUV时艏部的撞击风险。

Claims (10)

1.一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，其特征在于，该装置包括：
V形回收框(1)：用以收纳AUV；
AUV导向组件：安装在V形回收框(1)前方，用以实现对接近的AUV进行导向；
吊索组件：包括固定在无人艇底部的卷筒驱动电机(8)、吊索收放卷筒(7)以及分别安装在V形回收框(1)四角处的V形框吊索(6)，该V形框吊索(6)通过驱动电机控制器(9)指令控制卷筒驱动电机(8)实现V形框吊索(6)的释放和收纳；
阻拦网组件：安装在4条V形框吊索(6)间，用以实现侧面和后面的防护阻拦，避免AUV滑出V形回收框(1)外。
2.根据权利要求1所述的一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，其特征在于，该装置安装在双体无人艇或单体无人艇上。
3.根据权利要求1所述的一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，其特征在于，所述的AUV带有背鳍和尾翼。
4.根据权利要求1所述的一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，其特征在于，AUV导向组件包括V形的回收框导向板(2)以及安装在回收框导向板(2)上的回收框导引灯(3)。
5.根据权利要求4所述的一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，其特征在于，所述的回收框导向板(2)由硬质材料制成，并安装在V形回收框(1)入口处，并且在边缘处外翻，所述的回收框导引灯(3)设有三个，分别安装在V形的回收框导向板(2)的三个端点上。
6.根据权利要求1所述的一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，其特征在于，所述的V形回收框(1)由较高强度材料制成，其内侧衬设有缓冲层，用以避免撞伤AUV。
7.根据权利要求1所述的一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，其特征在于，所述的V形回收框(1)内还设有用以锁定进入V形回收框(1)内AUV的V形框锁定圈(10)，在V形框锁定圈(10)释放后，其圆形部分伸出V形回收框(1)之外。
8.根据权利要求1所述的一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，其特征在于，该装置还包括安装在无人艇上的AUV探测器(11)，用以探测AUV是否已进入V形回收框(1)内。
9.根据权利要求1所述的一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，其特征在于，所述的阻拦网组件包括设置在V形回收框(1)左右两侧的侧面阻拦网(5)以及设置在V形回收框(1)后方的横截面拦阻网(4)。
10.根据权利要求1所述的一种高海况条件下的AUV快速布放回收装置，其特征在于，该装置包括两种回收方式，即：
A、无人艇静止，AUV驶入回收区域，具体包括以下步骤：
11)无人艇航行至回收海域，将艇上回收区域定向至AUV方向；
12)驱动电机控制器(9)发出信号，使得卷筒驱动电机(8)带动吊索收放卷筒(7)旋转，释放V形框吊索(6)，V形回收框(1)沉入水中；
13)释放打开V形框锁定圈(10)；
14)AUV根据回收框导引灯(3)提供的导引信息驶入由阻拦网组件和V形回收框(1)围成的回收区域，直到顶到横截面拦阻网(4)后停止前进；
15)AUV探测器(11)探测到AUV驶入后，通知驱动电机控制器(9)发出信号，使得卷筒驱动电机(8)带动吊索收放卷筒(7)旋转，回收V形框吊索(6)，AUV落至V形框底部，V形框最终锁定在无人艇支架上；
16)V形框锁定圈(10)锁定AUV，完成回收任务；
B、AUV静止或低速航行，无人艇将AUV圈入回收区域，具体包括以下步骤；
21)无人艇航行至回收海域，将艇上回收区域定向至AUV方向；
22)驱动电机控制器(9)发出信号，使得卷筒驱动电机(8)带动吊索收放卷筒(7)旋转，释放V形框吊索(6)，V形回收框(1)沉入水中；
23)释放打开V形框锁定圈(10)；
24)无人艇向AUV行进，直至将AUV圈入由阻拦网组件和V形回收框(1)围成的回收区域；
25)AUV顶到横截面拦阻网(4)后停止移动；
26)AUV探测器(11)探测到AUV驶入后，通知驱动电机控制器(9)发出信号，使得卷筒驱动电机(8)带动吊索收放卷筒(7)旋转，回收V形框吊索(6)，AUV落至V形框底部，V形框最终锁定在无人艇支架上；
27)V形框锁定圈(10)锁定AUV，完成回收任务。
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