CN110844027A - 一种用于auv回收的动态基站 - Google Patents

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Abstract

一种用于AUV回收的动态基站属于水下机器人回收技术领域，目的在于解决现有技术存在的对接回收不稳定、操作困难、拖拽阻力大以及存在一定安全隐患的问题。本发明包括回收基站主体；对称设置在回收基站主体上的两个姿态调整器；固定在回收基站主体上的连接环；一端和连接环的一端同轴固定连接的导向罩，导向罩另一端为开口可调的自由端；一端和连接环另一端固定连接的锁紧装置，通过锁紧装置夹持或松开回收进入到动态基站内的水下机器人；和锁紧装置另一端固定连接的到位检测器；以及设置在回收基站主体内的主控制器，通过主控制器控制两个姿态调整器转速，主控制器接收到位检测器的检测信号控制锁紧装置夹持或释放水下机器人。

Description

一种用于AUV回收的动态基站
技术领域
本发明属于水下机器人回收技术领域，具体涉及一种用于AUV回收的动态基站。
背景技术
目前在AUV(水下机器人)的回收上，国内外采用的水下对接装置主要是导向式对接装置和捕捉式对接装置。其中，导向式对接装置相比于捕捉式的优点是导向罩对AUV具有一定的导向作用，对AUV的导航精度要求不高，对接成功后，对接装置本身对AUV起到一定的保护作用，免受海洋潮流的影响，同时这种水下对接装置结构相对比较简单。但是现在国内外的导向式回收基站多为静态基站，不能用于AUV的动态回收。静态基站在实现AUV回收过程中，需要在母船上实现对AUV的捕获和牵引，为了保证设备的安全，母船无法过于靠近AUV，传统的做法是从母船上释放小艇，靠近水面上的AUV，由小艇上的人员手动对AUV进行挂钩回收，操作困难，拖拽阻力大，遇到特殊天气，存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于AUV回收的动态基站，解决现有技术存在的对接回收不稳定、操作困难、拖拽阻力大以及存在一定安全隐患的问题。
为实现上述目的，本发明的一种用于AUV回收的动态基站包括：
回收基站主体，所述回收基站主体采用NACA数字翼型构型；
对称设置在所述回收基站主体上的两个姿态调整器；
固定在所述回收基站主体上的连接环；
一端和所述连接环的一端同轴固定连接的导向罩，所述导向罩另一端为开口可调的自由端；
一端和所述连接环另一端固定连接的锁紧装置，通过锁紧装置夹持或松开回收进入到动态基站内的水下机器人；
和所述锁紧装置另一端固定连接的到位检测器；
以及设置在所述回收基站主体内的主控制器，通过所述主控制器控制两个姿态调整器转速，所述主控制器接收到位检测器的检测信号控制锁紧装置夹持或释放水下机器人。
所述回收基站主体包括：
固定在所述回收基站主体上端面前部的牵引环；
对称设置在所述回收基站主体上的两个安装孔，每个安装孔上端延伸至回收基站主体上表面，两个所述姿态调整器分别位于两个安装孔内；
固定在所述回收基站主体下端面前部的前连接凸台，所述前连接凸台设置有凹槽作为器件舱，所述主控制器设置在所述器件舱内；
和所述前连接凸台的凹槽开口处密封可拆卸连接的固定板；
以及固定在所述回收基站主体下端面后部的后连接凸台，所述连接环和所述后连接凸台通过一个固定架固定连接。
每个所述姿态调整器包括：
通过固定座固定在所述安装孔内的无刷电机；
以及通过支座过盈连接在所述无刷电机的输出轴上的水桨。
所述锁紧装置包括：
外固定环，所述外固定环上关于轴线对称设置有两个槽口；所述外固定环一端和所述连接环固定连接，另一端和所述到位检测器固定连接；所述外固定环和所述后连接凸台通过一个固定架固定连接；
同轴设置在所述外固定环内的锁紧结构，所述锁紧结构至少包括相对设置的上锁紧半环和下锁紧半环，通过推动复位结构带动上锁紧半环和下锁紧半环向轴线方向运动或远离轴线方向运动实现对水下机器人的夹持或释放。
所述上锁紧半环和下锁紧半环结构结构相同；所述上锁紧半环的环形两端外环面设置有连接耳，所述连接耳从所述外固定环的槽口伸出，内环面沿轴线方向由一端向另一端切面呈倾斜设置，靠近到位检测器一端内环直径小于另一端内环直径。
所述上锁紧半环靠近到位检测器一端内环面端部设置有锁止顶尖。
所述推动复位结构包括：
设置在所述上锁紧半环和下锁紧半环环形两端结合处的两个连接耳之间的外复位弹簧，所述外复位弹簧为拉簧；
对称固定在位于所述外固定环和后连接凸台之间的固定架上的两个电磁推杆，每个所述电磁推杆与上锁紧半环和下锁紧半环一侧的两个连接耳配合，所述电磁推杆穿过所述上锁紧半环的连接耳以及两个连接耳之间的外复位弹簧与所述下锁紧半环的连接耳固定连接；
以及对称设置在锁紧结构外环面和外固定环内环面之间的两组内复位体，所述内复位体的轴线和所述外固定环的轴线垂直，一组内复位体位于上锁紧半环的外环面和外固定环的内环面之间，另一组内复位体位于下锁紧半环的外环面和外固定环的内环面之间；每组所述内复位体包括固定在所述外固定环的内环面上的推杆腔、一端设置在推杆腔内的保持推杆以及套在推杆上的内复位弹簧，所述保持推杆另一端和所述上锁紧半环的外环面或下锁紧半环的外环面固定连接。
所述导向罩包括一端和所述连接环固定连接的罩底基座、多个环形阵列错位排布的弹性罩片以及调整环带；
每个所述弹性罩片的一端和所述罩底基座另一端通过定位销杆固定连接，每个弹性罩片外表面设置有环带沟槽，多个弹性罩片的环带沟槽形成环形沟槽，所述调整环带位于所述环形沟槽内。
所述到位检测器包括：
头部端盖，所述头部端盖为半球状结构，所述半球状结构的端面和所述锁紧装置的外固定环端部固定连接；
以及设置在所述头部端盖内的到位检测传感器，所述到位检测传感器检测水下机器人到达锁紧结构处的到位信号传输至主控制器。
所述动态基站还包括设置在所述器件舱内的和所述主控制器及舱内电池电连接的检测水深的深度计、反馈位置的电子罗盘以及由主控器延伸用于连接器件舱外的到位检测器的接头。
本发明的有益效果为：
1、本发明的回收基站主体翼型设计采用NACA翼型构型，有较高的最大升力系数和较低的阻力系数可减小水流阻力适应基站在水中拖曳航行，并在头部设置牵引孔以实施对基站的牵引、水下施放和回收。
2、采用姿态调整器，在基站两侧翼基孔内分别设置电机及水桨，采用电机差速产生升力不同来调整姿态或者维持稳定。
3、采用电磁式的锁紧装置和到位检测器相配合，通过两电磁推杆带动上、下锁紧结构合紧并由外复位弹簧及在保持推杆上的内复位弹簧复位，锁紧结构内表面为斜面，且前端设置锁止顶尖，斜面压紧配合顶尖锁止回收水下机器人，回收过程稳定，到位检测器中传感器发射声波并接受反射判断将回收水下机器人是否到达指定位置锁紧，若判断没到位，则重新开合电磁锁紧装置，直到实现回收。
4、采用可变形导向罩，罩片环形阵列错位排布，互相重叠，其上开有孔洞，减小阻力和重量，并由穿过各罩片上环带沟槽的固定环带压紧程度调整开口大小，适应不同尺寸大小的水下机器人的回收，具有普遍性。
附图说明
图1为本发明的一种用于AUV回收的动态基站整体结构示意图；
图2为本发明的一种用于AUV回收的动态基站俯视图；
图3为本发明的一种用于AUV回收的动态基站主视局部剖视图；
图4为本发明的一种用于AUV回收的动态基站中器件舱与固定板连接关系示意图；
图5为本发明的一种用于AUV回收的动态基站中姿态调整器结构示意图；
图6为本发明的一种用于AUV回收的动态基站中锁紧装置结构示意图；
图7为本发明的一种用于AUV回收的动态基站中内复位体结构示意图；
图8为本发明的一种用于AUV回收的动态基站中导向罩自由状态结构示意图；
图9为本发明的一种用于AUV回收的动态基站中导向罩自由端收缩变形后示意图；
图10为本发明的一种用于AUV回收的动态基站中每个弹性罩片和罩底基座连接关系示意图；
图11为本发明的一种用于AUV回收的动态基站中到位检测器剖视图；
其中：1、回收基站主体，101、牵引环，102、前连接凸台，103、固定板，104、后连接凸台，105、安装孔，2、姿态调整器，201、水桨，202、无刷电机，203、支座，204、固定座，3、连接环，4、固定架，5、锁紧装置，501、外固定环，502、槽口，503、上锁紧半环，504、连接耳，505、下锁紧半环，506、锁止顶尖，507、外复位弹簧，508、电磁推杆，509、推杆腔，510、保持推杆，511、内复位弹簧，6、导向罩，601、罩底基座，602、定位销杆，603、弹性罩片，604、环带沟槽，605、调整环带，7、到位检测器，701、头部端盖，702、到位检测传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1-4，本发明的一种用于AUV回收的动态基站包括：
回收基站主体1，所述回收基站主体1采用NACA数字翼型构型；与其他翼型相比，有较高的最大升力系数和较低的阻力系数，采用NACA翼型可减小水流阻力适应基站在水中拖拽航行；
对称设置在所述回收基站主体1上的两个姿态调整器2；
固定在所述回收基站主体1上的连接环3；
一端和所述连接环3的一端同轴固定连接的导向罩6，所述导向罩6另一端为开口可调的自由端；
一端和所述连接环3另一端固定连接的锁紧装置5，通过锁紧装置5夹持或松开回收进入到动态基站内的水下机器人；
和所述锁紧装置5另一端固定连接的到位检测器7；
以及设置在所述回收基站主体1内的主控制器，通过所述主控制器控制两个姿态调整器2转速，所述主控制器接收到位检测器7的检测信号控制锁紧装置5夹持或释放水下机器人。
所述回收基站主体1包括：
固定在所述回收基站主体1上端面前部的牵引环101；
对称设置在所述回收基站主体1上的两个安装孔105，每个安装孔105上端延伸至回收基站主体1上表面，两个所述姿态调整器2分别位于两个安装孔105内；
固定在所述回收基站主体1下端面前部的前连接凸台102，所述前连接凸台102设置有凹槽作为器件舱，所述主控制器设置在所述器件舱内；
和所述前连接凸台102的凹槽开口处密封可拆卸连接的固定板103；
以及固定在所述回收基站主体1下端面后部的后连接凸台104，所述连接环3和所述后连接凸台104通过一个固定架4固定连接。
参见附图5，每个所述姿态调整器2包括：
通过固定座204固定在所述安装孔105内的无刷电机202；
以及通过支座203过盈连接在所述无刷电机202的输出轴上的水桨201。
回收基站主体1在翼侧两姿态调整器2中水桨201转速差来实现整体姿态的调整或者维持相对稳定。
参见附图6和附图7，所述锁紧装置5包括：
外固定环501，所述外固定环501上关于轴线对称设置有两个槽口502；所述外固定环501一端和所述连接环3固定连接，另一端和所述到位检测器7固定连接；所述外固定环501和所述后连接凸台104通过一个固定架4固定连接；
同轴设置在所述外固定环501内的锁紧结构，所述锁紧结构至少包括相对设置的上锁紧半环503和下锁紧半环505，通过推动复位结构带动上锁紧半环503和下锁紧半环505向轴线方向运动或远离轴线方向运动实现对水下机器人的夹持或释放。
所述上锁紧半环503和下锁紧半环505结构结构相同；所述上锁紧半环503的环形两端外环面设置有连接耳504，所述连接耳504从所述外固定环501的槽口502伸出，内环面沿轴线方向由一端向另一端切面呈倾斜设置，靠近到位检测器7一端内环直径小于另一端内环直径。
所述上锁紧半环503靠近到位检测器7一端内环面端部设置有锁止顶尖506。
所述推动复位结构包括：
设置在所述上锁紧半环503和下锁紧半环505环形两端结合处的两个连接耳504之间的外复位弹簧507，所述外复位弹簧507为拉簧，保证自然状态下推动上锁紧半环503和下锁紧半环505的两个连接耳504远离；
对称固定在位于所述外固定环501和后连接凸台104之间的固定架4上的两个电磁推杆508，每个所述电磁推杆508与上锁紧半环503和下锁紧半环505一侧的两个连接耳504配合，所述电磁推杆508穿过所述上锁紧半环503的连接耳504以及两个连接耳504之间的外复位弹簧507与所述下锁紧半环505的连接耳504固定连接；
以及对称设置在锁紧结构外环面和外固定环501内环面之间的两组内复位体，所述内复位体的轴线和所述外固定环501的轴线垂直，一组内复位体位于上锁紧半环503的外环面和外固定环501的内环面之间，另一组内复位体位于下锁紧半环505的外环面和外固定环501的内环面之间；每组所述内复位体包括固定在所述外固定环501的内环面上的推杆腔509、一端设置在推杆腔509内的保持推杆510以及套在推杆上的内复位弹簧511，所述保持推杆510另一端和所述上锁紧半环503的外环面或下锁紧半环505的外环面固定连接。通过两组内复位体保证由上锁紧半环503和下锁紧半环505组成的环形锁紧结构始终和外固定环501同轴设置，所述内复位弹簧511为拉簧。
锁紧装置5采用两电磁推杆508带动上锁紧半环503和下锁紧半环505合紧并由外复位弹簧507及在保持推杆510上的内复位弹簧511复位，锁紧结构内表面为斜面，且前端设置锁止顶尖506，斜面压紧配合顶尖锁止回收水下机器人。
所述固定架4为一端呈圆弧状缺口的块状结构，所述圆弧状缺口和所述连接环3的外环面或锁紧装置5的外固定环501的外环面配合并通过螺栓固定连接；所述块状结构固定在后连接凸台104上。
参见附图8-10，所述导向罩6包括一端和所述连接环3固定连接的罩底基座601、多个环形阵列错位排布的弹性罩片603以及调整环带605；
每个所述弹性罩片603的一端和所述罩底基座601另一端通过定位销杆602固定连接，每个弹性罩片603外表面设置有环带沟槽604，多个弹性罩片603的环带沟槽604形成环形沟槽，所述调整环带605位于所述环形沟槽内。根据拟回收的AUV体积选择合适的合适的调整环带605，通过选择不同尺寸的调整环带605实现多个弹性罩片603组成的整体的另一端开口大小的调整。
尾部可变形的导向罩6可调整罩面直径大小减少阻力并适应回收不同直径的鱼雷形水下机器人。
参见附图11，所述到位检测器7包括：
头部端盖701，所述头部端盖701为半球状结构，所述半球状结构的端面和所述锁紧装置5的外固定环501端部固定连接；
以及设置在所述头部端盖701内的到位检测传感器702器，所述到位检测传感器702器检测水下机器人到达锁紧结构处的到位信号传输至主控制器。
到位检测器7中到位检测传感器702器发射声波并接受反射判断将回收的水下机器人是否到达并被锁紧在指定位置，若判断没到位，则重新开合电磁锁紧装置5，直到实现回收。
所述动态基站还包括设置在所述器件舱内的和所述主控制器及舱内电池电连接的检测水深的深度计、反馈位置的电子罗盘以及由主控器延伸用于连接器件舱外的到位检测器7的接头。

Claims (10)

1.一种用于AUV回收的动态基站，其特征在于，包括：
回收基站主体(1)，所述回收基站主体(1)采用NACA数字翼型构型；
对称设置在所述回收基站主体(1)上的两个姿态调整器(2)；
固定在所述回收基站主体(1)上的连接环(3)；
一端和所述连接环(3)的一端同轴固定连接的导向罩，所述导向罩另一端为开口可调的自由端；
一端和所述连接环(3)另一端固定连接的锁紧装置(5)，通过锁紧装置(5)夹持或松开回收进入到动态基站内的水下机器人；
和所述锁紧装置(5)另一端固定连接的到位检测器(7)；
以及设置在所述回收基站主体(1)内的主控制器，通过所述主控制器控制两个姿态调整器(2)转速，所述主控制器接收到位检测器(7)的检测信号控制锁紧装置(5)夹持或释放水下机器人。
2.根据权利要求1所述的一种用于AUV回收的动态基站，其特征在于，所述回收基站主体(1)包括：
固定在所述回收基站主体(1)上端面前部的牵引环(101)；
对称设置在所述回收基站主体(1)上的两个安装孔(105)，每个安装孔(105)上端延伸至回收基站主体(1)上表面，两个所述姿态调整器(2)分别位于两个安装孔(105)内；
固定在所述回收基站主体(1)下端面前部的前连接凸台(102)，所述前连接凸台(102)设置有凹槽作为器件舱，所述主控制器设置在所述器件舱内；
和所述前连接凸台(102)的凹槽开口处密封可拆卸连接的固定板(103)；
以及固定在所述回收基站主体(1)下端面后部的后连接凸台(104)，所述连接环(3)和所述后连接凸台(104)通过一个固定架(4)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于AUV回收的动态基站，其特征在于，每个所述姿态调整器(2)包括：
通过固定座(204)固定在所述安装孔(105)内的无刷电机(202)；
以及通过支座(203)过盈连接在所述无刷电机(202)的输出轴上的水桨(201)。
4.根据权利要求2所述的一种用于AUV回收的动态基站，其特征在于，所述锁紧装置(5)包括：
外固定环(501)，所述外固定环(501)上关于轴线对称设置有两个槽口(502)；所述外固定环(501)一端和所述连接环(3)固定连接，另一端和所述到位检测器(7)固定连接；所述外固定环(501)和所述后连接凸台(104)通过一个固定架(4)固定连接；
同轴设置在所述外固定环(501)内的锁紧结构，所述锁紧结构至少包括相对设置的上锁紧半环(503)和下锁紧半环(505)，通过推动复位结构带动上锁紧半环(503)和下锁紧半环(505)向轴线方向运动或远离轴线方向运动实现对水下机器人的夹持或释放。
5.根据权利要求4所述的一种用于AUV回收的动态基站，其特征在于，所述上锁紧半环(503)和下锁紧半环(505)结构结构相同；所述上锁紧半环(503)的环形两端外环面设置有连接耳(504)，所述连接耳(504)从所述外固定环(501)的槽口(502)伸出，内环面沿轴线方向由一端向另一端切面呈倾斜设置，靠近到位检测器(7)一端内环直径小于另一端内环直径。
6.根据权利要求5所述的一种用于AUV回收的动态基站，其特征在于，所述上锁紧半环(503)靠近到位检测器(7)一端内环面端部设置有锁止顶尖(506)。
7.根据权利要求5所述的一种用于AUV回收的动态基站，其特征在于，所述推动复位结构包括：
设置在所述上锁紧半环(503)和下锁紧半环(505)环形两端结合处的两个连接耳(504)之间的外复位弹簧(507)，所述外复位弹簧(507)为拉簧；
对称固定在位于所述外固定环(501)和后连接凸台(104)之间的固定架(4)上的两个电磁推杆(508)，每个所述电磁推杆(508)与上锁紧半环(503)和下锁紧半环(505)一侧的两个连接耳(504)配合，所述电磁推杆(508)穿过所述上锁紧半环(503)的连接耳(504)以及两个连接耳(504)之间的外复位弹簧(507)与所述下锁紧半环(505)的连接耳(504)固定连接；
以及对称设置在锁紧结构外环面和外固定环(501)内环面之间的两组内复位体，所述内复位体的轴线和所述外固定环(501)的轴线垂直，一组内复位体位于上锁紧半环(503)的外环面和外固定环(501)的内环面之间，另一组内复位体位于下锁紧半环(505)的外环面和外固定环(501)的内环面之间；每组所述内复位体包括固定在所述外固定环(501)的内环面上的推杆腔(509)、一端设置在推杆腔(509)内的保持推杆(510)以及套在推杆上的内复位弹簧(511)，所述保持推杆(510)另一端和所述上锁紧半环(503)的外环面或下锁紧半环(505)的外环面固定连接。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种用于AUV回收的动态基站，其特征在于，所述导向罩包括一端和所述连接环(3)固定连接的罩底基座(601)、多个环形阵列错位排布的弹性罩片(603)以及调整环带(605)；
每个所述弹性罩片(603)的一端和所述罩底基座(601)另一端通过定位销杆(602)固定连接，每个弹性罩片(603)外表面设置有环带沟槽(604)，多个弹性罩片(603)的环带沟槽(604)形成环形沟槽，所述调整环带(605)位于所述环形沟槽内。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种用于AUV回收的动态基站，其特征在于，所述到位检测器(7)包括：
头部端盖(701)，所述头部端盖(701)为半球状结构，所述半球状结构的端面和所述锁紧装置(5)的外固定环(501)端部固定连接；
以及设置在所述头部端盖(701)内的到位检测传感器(702)，所述到位检测传感器(702)检测水下机器人到达锁紧结构处的到位信号传输至主控制器。
10.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种用于AUV回收的动态基站，其特征在于，所述动态基站还包括设置在所述器件舱内的和所述主控制器及舱内电池电连接的检测水深的深度计、反馈位置的电子罗盘以及由主控器延伸用于连接器件舱外的到位检测器(7)的接头。
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