CN111216858B - 一种小型回转体型auv的回收与释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型回转体型AUV的回收与释放装置，由柔性缓冲导向模块、夹紧与尾部包拢模块、丝杠模块和控制系统模块组成。将小型AUV的回收、夹紧固定和释放操作集中在一个装置内，同时避免使用了复杂的机械传动机构，使得装置整体上的结构更加简单，制造和安装更加方便，也降低了成本。同时用弧度较大的直向回收口来代替喇叭口，可显著降低装置整体的最大尺寸；柔性缓冲导向球能有效降低AUV回收过程中可能发生的碰撞概率，同时也降低了对AUV操纵性的要求。中部夹紧装置可固定回收完毕的AUV，同时尾部包拢件也能增加AUV的隐藏性，降低了AUV鱼鳍在回收后的携运过程中与洋流的相互作用，增加了稳定性。

Description

一种小型回转体型AUV的回收与释放装置

技术领域

本发明属于小型回转体型AUV的回收与释放装置，涉及一种小型回转体型AUV的回收与释放装置，具体地说，基于简易丝杆结构实现AUV回收后的夹紧固定和尾部包拢。

背景技术

随着人类社会不断向前发展，物质文明将伴随着精神文明逐渐向更高层次推进，而作为生命之源的海洋，将进一步得到更充分的开发与利用。目前世界各国都十分重视海洋资源的价值，都在发展着各自的和海洋资源开发利用相关的技术，竞争十分激烈。和陆地上的资源开发利用相似，总是需要一些起探测、运输作用的机器完成先导工作，那么在海洋中，应用于不同行业的类似机器就是水下航行器。目前，探索工作已向深海延伸，相关技术也更加智能化、自动化，所以科技工作者开始致力于无人水下航行器(UnmannedUnderwaterVehicle,UUV)技术的研究和应用。UUV可分为有缆水下航行器(RemoteOperatedVehicle,ROV)和自主式水下航行器(Autonomous UnderwaterVehicle,AUV),目前已有很多不同种类的无人水下航行器应用到军事海洋技术、海洋科学技术考察、海底勘探、管路检修、海底打捞、油田勘探等多个工作领域。

AUV能够自主完成一定距离的水下航行，因此它本身也是一个有机系统。同时由于需要补充能量、读取信息和维护保障，AUV需要在完成阶段工作后及时回收到水下潜艇或水面的母舰。目前AUV的回收方式按AUV与回收装置对接方式的不同可以分为以下几种：1.水中箱式回收。优点在于结构简单，不足是操作复杂，易受海流影响，对AUV的操纵性能要求较高；2.杆类回收。此法优点是对AUV回收时的方向要求不高，缺点是前端定位锁紧机构比较复杂，且前端的“V型剪”影响AUV的性能；3.圆锥导--向罩喇叭口回收，此种方法要求对接时对接装置入口方向固定，一般需要与海流方向保持一致，才能保证AUV以顺流状态进入对接装置；4.鱼雷管回收。优点在于对接成功率较高，缺点是对接方式属于刚性对接，容易发生碰撞，且对接结构较为复杂，设计加工和制造等过程耗时长、成本大。目前AUV的回收存在流体干扰问题、操纵性能及控制问题和导航定位问题，上述回收方式都存在着某些方面的不足，需要发展一种功能较为全面既更加符合现实情况的AUV水下回收装置。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种小型回转体型AUV的回收与释放装置，能够大幅度降低传统喇叭口回收装置带来的洋流方向干扰问题，同时还能在回收起始阶段实现AUV的柔性对接，降低对AUV的操纵性要求。另外采用简易丝杆结构，配合自动控制系统，能有效实现AUV到达回收位置后的紧锁与尾部包拢，是水下回收、释放小型回转体型AUV的一种可行方案。

技术方案

一种小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于包括控制系统模块1、触发开关2、夹紧件4、主壳体5、丝杠模块电气部分6、夹紧件与包拢件连接柱7、柔性缓冲导向球8、包拢件9、中部导向环11、夹紧件运动限位块12和丝杆13；主壳体5前端的圆环内侧的圆周上设有柔性缓冲导向球8，尾端设有放置控制系统电气单元1的控制盒，盒盖的平面上设有触发开关2，提供电气单元1的开关信号；主壳体5的中部设有圆环盒的丝杠模块电气部分6，盒内设有多个丝杠电机，对应丝杠电机的内侧位置设有多个凹槽，凹槽内设有丝杆13；丝杆13上螺纹连接夹紧件4的夹紧件主杆14中部的夹紧件螺纹孔15，丝杆13的一端与丝杠电机连接，另一端通过夹紧件运动限位块12与中部导向环11固连；夹紧件主杆14两端设有夹紧片16，头部通过夹紧件与包拢件连接柱7与一个包拢件9固连；所述包拢件9的头部为收拢扇型结构。

所述多个丝杠电机和多个凹槽均匀分布与圆环盒上。

所述多个丝杠电机和多个凹槽以及包拢件9为三个。

所述中部导向环11的直径大于AUV直径。

所述柔性缓冲导向球8共两圈。

所述柔性缓冲导向球8采用橡胶材料。

所述中部导向环11采用橡胶材料。

所述夹紧件主杆14采用低碳合金钢一体成型。

所述夹紧片16形状为一小段圆弧，采用有弹性的刚片制成。

所述触发开关2的周边设有水压平衡孔3。

有益效果

本发明提出的一种小型回转体型AUV的回收与释放装置，由柔性缓冲导向模块、夹紧与尾部包拢模块、丝杠模块和控制系统模块组成。将小型AUV的回收、夹紧固定和释放操作集中在一个装置内，同时避免使用了复杂的机械传动机构，使得装置整体上的结构更加简单，制造和安装更加方便，也降低了成本。同时用弧度较大的直向回收口来代替喇叭口，可显著降低装置整体的最大尺寸；柔性缓冲导向球能有效降低AUV回收过程中可能发生的碰撞概率，同时也降低了对AUV操纵性的要求。中部夹紧装置可固定回收完毕的AUV，同时尾部包拢件也能增加AUV的隐藏性，降低了AUV鱼鳍在回收后的携运过程中与洋流的相互作用，增加了稳定性。

附图说明

图1所示为回收与释放AUV装置的内部结构示意图；

图2a所示为回收与释放AUV装置工作过程1示意图；

图2b所示为回收与释放AUV装置工作过程2示意图；

图2c所示为回收与释放AUV装置工作过程3示意图；

图3所示为回收与释放AUV装置夹紧件结构示意图；

图4所示为回收与释放AUV装置丝杠与导向环结构示意图；

图5所示为回收与释放AUV装置回收完毕后的全剖视图。

图中：1-控制系统模块；2-触发开关；3-水压平衡孔；4-夹紧件；5-主壳体；6-丝杠模块电气部分；7-夹紧件与包拢件连接柱；8-柔性缓冲导向球；9-包拢件；10-AUV主体；11-中部导向环；12-夹紧件运动限位块；13-丝杆；14-夹紧件主杆；15-夹紧件螺纹孔；16-夹紧片。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例的水下回收、释放AUV的装置，由柔性缓冲导向模块、夹紧与尾部包拢模块、丝杠模块和控制系统模块组成。

其中柔性缓冲导向模块由主壳体5、柔性缓冲导向球8和中部导向环11组成。柔性缓冲导向球8安装在回收装置前端AUV 10入口处的主壳体5中，共两圈，每圈16个，主要材料为易变形、耐腐蚀、耐摩擦的优质橡胶；中部导向环11的直径比AUV 10的直略大，安装在夹紧模块中的夹紧件运动限位块12底部，主要材料和柔性缓冲导向球8类似，主要在AUV 10进入回收装置主体后在中部对AUV 10的位置进行适当限制，提高AUV 10回收过程中的同轴度。另外由于将一般回收装置的喇叭口改成了具有圆弧过渡的直瓶口形状，一方面缩小了回收装置的最大外圈半径，另一方面也大大减轻了喇叭口回收装置回收过程易受洋流方向影响的问题，同时考虑到AUV的保护问题，在主壳体5前端的瓶口状处表面涂上柔性材料。

夹紧与尾部包拢模块由夹紧件4、夹紧件与包拢件连接柱7、包拢件9和夹紧件4夹紧件运动限位块12组成。夹紧件4安装在丝杆模块的丝杆13上，同时夹紧件4的主杆14的方向和AUV 10的回收方向一致，夹紧件4的夹紧片16的材料和柔性导向缓冲模块的柔性缓冲导向球8一致。夹紧件4与包拢件9通过夹紧件与包拢件连接柱7连接，将夹紧件4的横向运动传递给包拢件9，以达到AUV 10回收后尾部包拢的目的。

丝杠模块由丝杆13、夹紧件运动限位块12、中部导向环11以及丝杠模块的其他电气控制和驱动部分组成。夹紧件运动限位块12安装在丝杆13的末端，主要用来限制夹紧件4的极限位置，不至于使夹紧件掉出丝杆。中部导向环11的材料依然和柔性导向缓冲模块的柔性缓冲导向球8一致，用来提高AUV 10回收过程中的同轴度。另外，丝杠模块还要和控制系统模块1配合工作，在AUV 10信号的作用下执行和关闭一些动作。

具体结构见附图：

图1所示为回收与释放AUV装置的内部结构示意图，可见本装置的主要结构类型是回转体型，并且整个装置涉及到的零部件较少，原理简单，执行效率高，易用性好，耐久度高。

图2所示为回收与释放AUV装置的三个工作过程示意图，分别对应AUV回收前、中、后三个阶段。图2a中，AUV发出回收信号，回收装置接受到回收信号后将检查丝杠模块是否复位，即夹紧件主杆14是否停在最高位置，若没有，则控制系统发出信号驱动丝杠模块的电机启动将夹紧件主杆14复位，至此，AUV回收的准备工作完成。

图2b中，AUV开始进入回收装置，基本过程为：AUV的头部进入回收装置主壳体5的前端，在AUV尾部提供动力的情况下，再经过柔性缓冲导向球8的缓冲减震作用，随后头部进入回收与释放装置的中部位置。由于中部导向环11的外径较AUV的外径大，因此只需AUV正常低速向前航行即可。AUV头部进入中部导向环11前，由于距离柔性缓冲导向球8并不远，因此即使有比较大的海流干扰，此时只需AUV自身提供较少的一部分稳定动力，加上距离柔性缓冲导向球8的固定作用，AUV仍然能够保持较好的同轴度。AUV进入中部导向环11之后，即可在两处分别被柔性缓冲导向球8和中部导向环11同时约束，AUV具备较好的稳定性。

图2c中，AUV航行到装置的底端靠近控制系统模块1时，AUV的头部首先接触触发开关2，推动触发开关2向前移动一段距离，然后将安装在控制系统模块1内部的总开关打开，开关的行程达到一半时控制系统即发出信号让AUV停止前进，由于AUV前进具有惯性，电机不能立即停止运转，因此AUV会继续向前移动一小段距离，这段距离仍然由触发开关2的内部行程来消化。控制系统模块1在发出AUV停止运动信号发出的同时，还发出信号驱动丝杠模块电气部分6执行动作，使丝杆13转动，进而使夹紧件4作横向运动；待夹紧件4的夹紧片16与AUV壳体柔性接触后，丝杆13的转动阻力矩会增大，增大到一定程度即视AUV被固定到位，此时丝杠模块电气部分6的电机停止运转，AUV的固定工作结束。另外，在丝杠模块电气部分6带动夹紧件4完成AUV的固定工作的过程中，夹紧件4还会通过夹紧件与包拢件连接柱7将横向运动传递给包拢件9，使得在AUV主体被固定的同时，尾部也能被装置覆盖。

图3是夹紧件4的结构示意图，夹紧件主杆14形状和一只长板凳类似，采用低碳合金钢一体成型；夹紧片16采用有弹性的刚片制成，和AUV主体接触的面上涂由缓冲材料，且夹紧片16的形状为一小段圆弧，对应的半径比AUV主体外径稍小，目的是便于更好地夹紧AUV主体。夹紧件螺纹孔15和丝杆13的螺纹是同一型号的公制螺纹。

图4所示为丝杆和导向环的结构示意图，各构件在回收AUV的过程中的作用已经在前面论述清楚，此处不再赘述。

图5通过全剖的方法再次展示AUV回收完毕后装置各部分的位置状态关系。

AUV在回收完毕后，即可被AUV运载体运载到其他地点再次执行任务，同时也能与母机进行数据交换和能源补给。如果AUV要执行释放操作，也可通过本装置快速完成。过程简述如下：AUV向装置的控制系统模块发出释放请求信号，控制系统模块接收到信号之后，释放触发开关，控制系统模块向丝杠模块电气部分6发出动作信号，驱动丝杆13转动的电机反转，夹紧片16脱离AUV主体，同时尾部的包拢件9也退回到远离AUV主体的位置，至此AUV释放的准备工作完成。夹紧片16到达顶部位置时，丝杆13的转动阻力矩也会增大，同样丝杠模块电气部分6的电机会停止旋转，停转后丝杠模块电气部分6会向控制系统模块1发出释放准备工作结束信号，此时AUV会接收到控制系统模块1发出的释放启动信号，AUV进行自航释放，中部导向环11和柔性缓冲导向球8在释放过程中所起的作用和回收过程中类似，增加AUV运动的同轴度和稳定性。

Claims (10)

1.一种小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于包括控制系统模块(1)、触发开关(2)、夹紧件(4)、主壳体(5)、丝杠模块电气部分(6)、夹紧件与包拢件连接柱(7)、柔性缓冲导向球(8)、包拢件(9)、中部导向环(11)、夹紧件运动限位块(12)和丝杆(13)；主壳体(5)前端的圆环内侧的圆周上设有柔性缓冲导向球(8)，尾端设有放置控制系统模块(1)的控制盒，盒盖的平面上设有触发开关(2)，提供控制系统模块(1)的开关信号；主壳体(5)的中部设有圆环盒的丝杠模块电气部分(6)，盒内设有多个丝杠电机，对应丝杠电机的内侧位置设有多个凹槽，凹槽内设有丝杆(13)；丝杆(13)上的螺纹连接夹紧件(4)的夹紧件主杆(14)，与夹紧件主杆(14)中部的夹紧件螺纹孔(15)螺纹连接，丝杆(13)的一端与丝杠电机连接，另一端通过夹紧件运动限位块(12)与中部导向环(11)固连；夹紧件主杆(14)两端设有夹紧片(16)，头部通过夹紧件与包拢件连接柱(7)与一个包拢件(9)固连；所述包拢件(9)的头部为收拢扇型结构。

2.根据权利要求1所述小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于：所述多个丝杠电机和多个凹槽均匀分布与圆环盒上。

3.根据权利要求1或2所述小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于：所述多个丝杠电机和多个凹槽以及包拢件(9)为三个。

4.根据权利要求1所述小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于：所述中部导向环(11)的直径大于AUV直径。

5.根据权利要求1所述小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于：所述柔性缓冲导向球(8)共两圈。

6.根据权利要求1或5所述小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于：所述柔性缓冲导向球(8)采用橡胶材料。

7.根据权利要求1或4所述小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于：所述中部导向环(11)采用橡胶材料。

8.根据权利要求1或4所述小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于：所述夹紧件主杆(14)采用低碳合金钢一体成型。

9.根据权利要求1或4所述小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于：所述夹紧片(16)形状为一小段圆弧，采用有弹性的刚片制成。

10.根据权利要求1所述小型回转体型AUV的回收与释放装置，其特征在于：所述触发开关(2)的周边设有水压平衡孔(3)。

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