CN111483578A - 自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下航行器技术领域，涉及用于自主式水下航行器与海洋平台进行补能和通信的对接装置。自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，包括停靠端和随动端，所述停靠端与海洋平台相连，所述随动端与水下自主式航行器相连；通过所述随动端与所述停靠端的对接，实现海洋平台对水下自主式航行器的电能补给和数据交换。本发明的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，主要由停靠端和随动端组成，随动端采用触杆触碰柔性电缆的方式与安装在水下平台上的停靠端对接，避免了与水下平台直接刚性触碰时较大的碰撞力对水下自主式航行器的破坏。此外，该对接装置具有较好的普适性，停靠端和随动端结构简单、紧凑，便于在多种海洋平台和水下自主式航行器上安装并实现对接。

Description

自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置

技术领域

本发明属于水下航行器技术领域，涉及用于自主式水下航行器与海洋平台进行补能和通信的对接装置。

背景技术

随着人类对海洋探索的不断深入，自主式水下航行器在海洋资源勘查、水下救援和打捞、海洋科考、军事侦察等方面发挥着越来越重要的作用。通常，自主式水下航行器利用自身携带的电池作为能量来源，这大大限制了其活动范围。为延长续航时间，自主式水下航行器需要返回补给平台（固定式补给平台或移动式补给平台）进行能源补给。固定式补给平台多采用水下坞站对接的形式对自主式水下航行器进行充电和数据传输，结构复杂，操作难度大。移动式补给平台多借助对接装置将自主式水下航行器回收至水面或水下母体航行器后进行补能和通信，需要自主式水下航行器具有较高的对接精度，对接难度高于固定式平台。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的固定式补给平台结构复杂，尺寸大，移动式补给平台补给过程中对接困难的问题，提供一种结构简单、易于操作，对接精确的对接装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，包括停靠端和随动端，所述停靠端与海洋平台相连，所述随动端与水下自主式航行器相连；通过所述停靠端与所述随动端的对接，实现海洋平台对水下自主式航行器的电能补给和数据交换。

作为本发明的一种优选方式，所述的停靠端包括初级端子，与所述初级端子连接、用于投放和回收所述初级端子的收放装置。

进一步优选地，所述的停靠端包括导引装置，所述导引装置与所述收放装置连接，所述初级端子固定在所述导引装置上；所述导引装置上设有发射光源。

作为本发明的另一种优选方式，所述的随动端包括次级端子、以及连接所述次级端子的触杆基座；所述的触杆基座与自主式水下航行器铰接，在驱动力的作用下，可沿铰接轴旋转；所述次级端子与所述初级端子配合，实现随动端与停靠端的对接。

进一步优选地，在所述触杆基座上设有U型槽，所述U型槽的开口两侧设有触杆，所述触杆部分遮挡所述U型槽的开口，在外力作用下，所述触杆向槽内转动以开放所述U型槽。

进一步优选地，所述的触杆基座由上、下两块水平板和一块竖直板组成，所述U型槽开设在所述水平板上；所述次级端子固定在所述竖直板上，与所述U型槽底部相对应。

进一步优选地，所述触杆由两个“L”型拐臂、连接轴和长轴组成，所述拐臂的长臂端部设有第一通孔，所述拐臂的拐角处设有第二通孔；所述连接轴穿过所述的第一通孔与两个拐臂固连；所述长轴穿过所述的第二通孔，与上下水平板固连。

进一步优选地，所述的触杆内侧设有限位装置，所述的限位装置用于限制所述触杆向U型槽开口的外侧转动。

进一步优选地，所述的限位装置包括短轴、固定在所述短轴上的簧片，所述簧片的一端与所述触杆固定连接；所述短轴位于所述长轴的内后方，固定在上、下水平板的内面。

进一步优选地，所述的随动端包括光源探头，所述光源探头安装在自主式水下航行器上，用于搜索定位光源信号，引导所述自主式水下航行器向所述停靠端移动。

本发明的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，主要由停靠端和随动端组成，随动端采用触杆触碰柔性电缆的方式与安装在水下平台上的停靠端对接，避免了刚性触碰时较大的碰撞力对水下自主式航行器的破坏。此外，该对接装置具有较好的普适性，停靠端和随动端结构简单、紧凑，便于在多种海洋平台和水下自主式航行器上安装并实现对接。

附图说明

图1为本发明实施例中对接装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中随动端的结构组成及安装部件装配示意图；

图3为本发明实施例中左右触杆爆炸示意图；

图4为左右触杆的局部结构图；

图5为簧片的示意图；

图6为本发明实施例中初级端子及卡簧局部示意图；

图7为本发明实施例中水下自主航行器进行补能和通信工作状态示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

在本发明提供的其中一个实施例中，自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，主要由停靠端和随动端两部分组成，其中停靠端与水下海洋平台相连，随动端与水下自主航行器相连。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，停靠端包括电滑环1、电缆绞盘2、电缆3、导引棒5、电机6、初级端子7、铅鱼8。

电缆绞盘2与电机6连接，电缆3盘绕在电缆绞盘2上，电缆3的上端通过电滑环1与海洋平台连接，电缆3的下端与导引棒5连接，初级端子7固定连接在导引棒5下端的一侧。在导引棒5的上端设有发射光源4。

初级端子7为下部圆柱体上部圆锥体的结构，其上部的圆锥体起到导向的作用。在初级端子7圆柱段的侧面设有卡簧21，卡簧一般成对设置，如图6所示。

电机6带动电缆绞盘2正反转，通过电缆绞盘2对电缆3的收放实现对导引棒5和初级端子7的收放。导引棒5的底部通过钢缆连接铅鱼8。铅鱼8作为配重部件，利用重力克服海水浮力，使电缆3绷紧并限制停靠端随海流的摆动，确保导引棒5和初级端子7在工作时保持稳定状态。

如图1和图2所示，随动端包括光学探头9、导流罩10、连接基座12、舵机13、次级端子14、右触杆15、短轴16、左触杆17、簧片18、长轴19、触杆基座20。

连接基座12安装在自主式水下航行器11的一侧，连接基座12与触杆基座20的一端铰接。舵机13安装在连接基座12上，并可驱动触杆基座20绕铰接轴转动。

在自主式水下航行器11安装连接基座12一侧的头端，安装有导流罩10，在触杆基座20非工作状态时，对触杆基座20的端部进行支撑和保护。光学探头9安装在导流罩10上，用于搜索发射光源4的信号，从而对光源进行定位，引导自主式水下航行器11向停靠端靠近。

触杆基座20由上、下两个水平板和一竖直板组成。上、下两水平板上开有若干U型槽，相邻U型槽的连接部前端形成尖角状。

对应每个U型槽底部位置的竖直板上固定有次级端子14。次级端子与U型槽一一对应。次级端子14为两端开口的圆筒形结构，其内径等于初级端子7的外径，次级端子14进入初级端子7后，实现二者的连接、充电和通信。

如图2所示，每个U型槽的开口处，左、右两侧分别设有左触杆17和右触杆15。左触杆17和右触杆15在初始状态下，可部分遮挡U型槽的开口。

如图2和图3所示，左触杆17和右触杆15互为镜像结构，均由上下两个“L”型拐臂22及连接轴23、长轴19组成。

如图2、3和4所示，拐臂22的长臂端部设有第一通孔24，用于与连接轴23固连，拐臂22的拐角处设有第二通孔25，用于与长轴19铰接。长轴19的上下端分别穿过第二通孔25，与上、下水平板固定连接。

如图2所示，相邻的左触杆17和右触杆15的第二通孔25共用一个长轴19，长轴19依次穿过左、右触杆上的第二通孔25将左、右触杆的拐臂22铰接在一起。长轴19的上下端固定在相邻U型槽连接部的尖端处。

为了限制左触杆17和右触杆15的旋转方向，使其只能向U型槽开口内转动而不能向相反方向转动，在左触杆17和右触杆15的内侧分别设置了限位装置。如图3和5所示，该限位装置由一个短轴16和一个簧片18组成。短轴16位于长轴19的内后方，嵌在上、下水平板内表面预留的小凹槽内，并凸出于水平板内表面。簧片18通过圆环26固定在短轴16上，拐臂22的长臂内侧与簧片18固定连接。相邻的左触杆17和右触杆15，与二者相连的簧片18也共用一个短轴16。

以右触杆为例，如图2和图3所示，初始状态下，拐臂22的短臂内侧与圆环26的侧面接触。当右触杆受到碰撞时，拐臂22逆时针旋转，同时带动簧片18旋转，此时，拐臂22的短臂内侧与圆环26分离，从而使右触杆15向U型槽内转动。当外力解除后，拐臂22在簧片18的回弹力作用下，顺时针旋转，回到初始位置。

在回到初始位置的过程中，当拐臂22短臂内侧与圆环26接触时，由于圆环对拐臂22短臂的阻挡作用，使拐臂停止转动，保持在初始位置处。因此，保证了右触杆只能向U型槽内转动。同理左触杆受到碰撞时也是只能向U型槽内转动。

如图1至图7所示，本发明实施例所提供的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其工作原理和过程如下：

海洋平台对自主式水下航行器11发出返航指令后，电机6带动电缆绞盘2转动以释放电缆3，电缆3上的初级端子7到达指定深度后，电机6停止释放电缆3。在铅鱼8拖拽作用下，电缆3呈张紧状态。

自主式水下航行器11接到返航指令后，逆流返回平台过程中，利用光学探头9的光学定位功能不断接近导引棒5上的发射光源4。当自主式水下航行器11距导引棒5的距离小于设定值时，舵机13驱动触杆基座20转动，直至转动至触杆基座20的竖直板与自主式水下航行器11的轴线垂直时，舵机13停机。

自主式水下航行器11继续沿发射光源4的引导方向定向移动直至触杆基座20上的右触杆15和左触杆17与导引棒5发生碰撞，导引棒5撞开右触杆15和左触杆17进入触杆基座20的U型槽内。由于右触杆15和左触杆17只能向触杆基座20的 U型槽内转动，当导引棒5进入U型槽之后，右触杆15和左触杆17在簧片18的作用下，回到初始位置。由于右触杆15和左触杆17的连接轴23之间的间隙宽度小于导引棒5的截面直径，导引棒5进入U型槽内后由于右触杆15和左触杆17的阻挡，无法反向退出。

接着，自主式水下航行器11沿导引棒5向下移动，在初级端子7上部锥形体的导引作用下，初级端子7顺利进入次级端子14圆孔内，初级端子7上的卡簧21限制初级端子7和次级端子14间的相对运动，保证自主式水下航行器11在充电和通信过程中的稳定性。

自主式水下航行器11完成充电和通信后，先向上运动至电缆3位置然后向远离电缆3的方向运动，由于右触杆15和左触杆17的连接轴23之间的间隙宽度大于电缆3的截面直径，自主式水下航行器11与停靠端分离。

最后，海洋平台将电缆3收回，自此，自主式水下航行器11与海洋平台完成对接。

Claims (10)

1.自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其特征在于：包括停靠端和随动端，所述停靠端与海洋平台相连，所述随动端与水下自主式航行器相连；通过所述随动端与所述停靠端的对接，实现海洋平台对水下自主式航行器的电能补给和数据交换。

2.根据权利要求1所述的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其特征在于：所述的停靠端包括初级端子，与所述初级端子连接、用于投放和回收所述初级端子的收放装置。

3.根据权利要求2所述的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其特征在于：所述的停靠端包括导引装置，所述导引装置与所述收放装置连接，所述初级端子固定在所述导引装置上；所述导引装置上设有发射光源。

4.根据权利要求3所述的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其特征在于：所述的随动端包括次级端子、以及连接所述次级端子的触杆基座；所述的触杆基座与自主式水下航行器铰接，在驱动力的作用下，可沿铰接轴旋转；所述次级端子与所述初级端子配合，实现随动端与停靠端的连接。

5.根据权利要求4所述的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其特征在于：在所述触杆基座上设有U型槽，所述U型槽的开口两侧设有触杆，所述触杆部分遮挡所述U型槽的开口，在外力作用下，所述触杆向槽内转动以开放所述U型槽。

6.根据权利要求5所述的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其特征在于：所述的触杆基座由上、下两块水平板和一块竖直板组成，所述U型槽开设在所述水平板上；所述次级端子固定在所述竖直板上，与所述U型槽底部相对应。

7.根据权利要求6所述的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其特征在于：所述触杆由两个“L”型拐臂、连接轴和长轴组成，所述拐臂的长臂端部设有第一通孔，所述拐臂的拐角处设有第二通孔；所述连接轴穿过所述的第一通孔与两个拐臂固连；所述长轴穿过所述的第二通孔，与上下水平板固连。

8.根据权利要求7所述的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其特征在于：所述的触杆内侧设有限位装置，所述的限位装置用于限制所述触杆向U型槽开口的外侧转动。

9.根据权利要求7所述的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其特征在于：所述的限位装置包括短轴、固定在所述短轴上的簧片，所述簧片的一端与所述触杆固定连接；所述短轴位于所述长轴的内后方，固定在上、下水平板的内面。

10.根据权利要求3-9任一项所述的自主式水下航行器与海洋平台的柔性对接装置，其特征在于：所述的随动端包括光源探头，所述光学探头安装在自主式水下航行器上，用于搜索定位光源信号，引导所述自主式水下航行器向所述停靠端移动。

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