CN111516805B - 一种小型auv集群水下布放/回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型AUV集群水下布放/回收系统，包括：用于在水下对AUV进行收纳的回收结构，对该回收结构进行固定、提起传送至母船的入口处伸缩结构，设置在母船上与所述伸缩结构相连接并接收回收结构传输的AUV的自动排缆机构；所述回收结构包括位于其上部用于对回收AUV的过程进行控制的ROV动力结构，所述ROV动力结构的底端固定连接有用于装载AUV的回收舱结构。该系统采用软硬结合的方式布放/回收AUV，海面以上采用伸缩导轨硬链接设计，完全避免了AUV回收过程中与母船发生碰撞，海面以下采用脐带缆与回收机构连接的软连接方式，为回收机构的自由运动提供了方便。

Description

一种小型AUV集群水下布放/回收系统

技术领域

本发明涉及水下机器人控制领域，尤其涉及一种小型AUV集群水下布放/回收系统。

背景技术

目前AUV的回收与布放主要采用的方式有三种：人工布放/回收AUV、吊索中继方式布放/回收AUV、滑道方式布放/回收AUV。

其中人工布放/回收AUV的方式，通过多人协作完成AUV的布放与回收，需要潜水员在水下对AUV的行进进行辅助调整，这要求潜水员具备该领域必要的技术知识，这就使得技术人手缺乏，AUV的布放与回收成本高且效率低，除此之外潜水员长期受到潜水病的困扰，工作的时间短，极不利于身体健康。

吊索中继方式布放/回收AUV，该方式虽然减少了参与工作的人手，但是受到环境与外在条件影响较为严重，该方式在风浪过大时，协载有AUV的中继装置会产生剧烈的晃动，容易与母船发生碰撞，在回收与布放过程中对AUV造成不必要的损失，除此之外，中继装置在水中不具有自我调整能力，位置受水流的影响，无法高效的与AUV完成对接，使得AUV的回收效率低下。

滑道方式布放/回收AUV，该方式只适用于大型AUV的布放与回收，且AUV与滑道对接困难，容易与AUV发生碰撞，不利于AUV的保护。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种小型AUV集群水下布放/回收系统，包括：用于在水下对AUV进行收纳的回收结构，对该回收结构进行固定、提起传送至母船的伸缩结构，设置在母船上与所述伸缩结构相连接并接收回收结构传输的AUV的自动排缆机构；

所述回收结构包括位于其上部用于对回收AUV的过程进行控制的ROV动力结构，所述ROV动力结构的底端固定连接有用于装载AUV的回收舱结构；

所述伸缩结构至少包括用于固定回收结构的导轨连接器和伸缩导轨，所述伸缩导轨的底端与导轨连接器相连接，所述伸缩结构通过伸缩导轨与自动排缆机构相连接，

所述自动排缆机构包括设置在母船上的自动排缆绞车和AUV传送机构，所述自动排缆绞车上连接有铠装电缆和脐带缆，所述铠装电缆的一端与自动排缆绞车相连接，另一端与导轨连接器相连接，控制导轨连接器的下放和回收动作；所述脐带缆的一端与自动排缆绞车相连接，另一端与回收结构相连接，用于母船终端与回收结构进行通信并引导回收结构在水中与导轨连接器进行对接，所述AUV传送机构用于从回收结构中提取AUV并传输至母船内。

所述导轨连接器包括液压锁定结构，所述液压锁定结构的端部固定连接有抓手，所述导轨连接器的四周端部固定连接有四个电磁感应单元。

所述ROV动力结构的顶端固定连接有锁紧机构，所述ROV动力结构的内部设置有控制该回收平台对AUV进行回收工作的控制舱，与为该装置提供电能的电源舱，所述控制舱与电源舱电连接；所述控制舱与为该装置提供电能的电源舱电连接，所述控制舱至少包括树莓派、电力猫、交换机和飞控板；所述回收舱结构包括用于收纳AUV的舱体，所述舱体的周围呈竖直方向设置有四个垂直推进器，所述舱体的水平方向设置有四个水平推进器；

所述舱体为一开口结构，所述舱体的开口侧的框体上设置有四个信号灯，所述舱体的内部后壁上设置有三角形信号灯，所述舱体的开口侧顶端固定连接有测量水下场景与该回收装置距离信息的双目摄像头，所述舱体的顶部固定连接有四个电磁感应传感器，电磁感应传感器与电磁感应单元的位置一一对应并配合工作，所述舱体内部的侧面固定连接有地磁传感器和深度传感器，所述舱体的底部固定连接有用于判定AUV在舱体的位置信息的行程机构，所述舱体的内部固定连接有用于抓紧AUV的夹紧机构，当AUV进入舱体内推动行程机构运动至设置的目标位置处、所述夹紧机构将AUV固定。

所述液压锁定结构包括一对液压杆和带有弧形凹槽的防锈钢块，所述防锈钢块上设置有用于对该液压锁定结构进行复位的弹簧，所述液压锁定结构与锁紧机构连接后则所述控制舱控制液压杆推动防锈钢块运动将锁紧机构固定，当需要释放回收结构时撤销对液压杆的控制，则防锈钢块在弹簧的拉力下解锁。

所述抓手设置有四个、并由舵机驱动控制，当导轨连接器与回收结构对接完毕后所述抓手卡紧回收结构。

所述夹紧机构的形状与AUV的形状相对应，所述夹紧机构包括抱夹，所述抱夹上固定连接有连杆。

所述锁紧机构为中空结构，所述脐带缆从其中穿过与控制舱连接。

所述AUV传送机构包括传送带和夹持机构，所述夹持机构用于从回收结构中夹取AUV，所述传送带带动夹持机构在母船上运动。

所述伸缩导轨的上端固定连接在自动排缆机构上、另一端沿着母船向下延伸，所述伸缩导轨的底端采用可伸缩结构，所述伸缩导轨的长度大于母船的高度。

进一步的，母船上的终端通过脐带缆与回收结构中的控制舱数据通讯。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种小型AUV集群水下布放/回收系统，首先，该系统采用软硬结合的方式布放/回收AUV，海面以上采用伸缩导轨硬连接设计，完全避免了AUV回收过程中与母船发生碰撞，海面以下采用脐带缆与回收结构连接的软连接方式，为回收结构的自由运动提供了方便，进而便利回收结构与AUV的对接，其次，采用带动力的回收结构，回收结构具有人机协同、自主识别、定点、定深等多种模式，可在多种复杂海域完成进行AUV的布放与回收；采用声、光结合的引导方式对AUV进行引导，具有自主识别最优航道的能力，可高效的完成与AUV的对接，以最优航道引导AUV进舱；回收舱内采用多形态固定装置对AUV进行固定保护，确保了AUV布放与回收时的安全，最后，母船上安装的AUV装卸传送装置，可准确的完成AUV的装与卸。本AUV集群水下布放/回收系统是一个独立的、完整的、不依赖母船与外部设施的系统，能够安全、准确、高效的的完成AUV的布放与回收任务。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中回收结构的结构示意图；

图2为本发明中回收结构的结构示意图；

图3为本发明中回收结构的ROV动力结构的电器部分原理图；

图4为本发明中伸缩结构的结构示意图；

图5为本发明中自动排缆机构结构示意图；

图6为本发明中自动排缆机构中AUV传送机构的结构示意图；

图7为本发明中小型AUV集群水下回收系统的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图7所示的一种小型AUV集群水下布放/回收系统，具体包括水下用于对AUV进行收纳的回收结构，对该回收结构进行固定、提起传送至母船的伸缩结构，设置在母船上与所述伸缩结构相连接并接收AUV的自动排缆机构。实际工作过程中首先回收结构先对AUV进行回收进入舱体内，其次在脐带缆96的软连接下引导回收结构与导轨连接器进行对接，对接完成后导轨连接器102将回收结构锁定，进而在铠装缆97的牵引下，回收结构随导轨连接器一起沿着伸缩导轨以硬链接的方式上升至母船的入口处，最后自动排缆机构中的夹持机构94提取AUV并将其送至母船。

进一步的，如图1-图3所示，回收结构包括位于其上部的ROV动力结构，所述ROV动力结构的底端固定连接有回收舱结构；ROV动力结为该装置的工作过程提供控制终端、对装置在回收AUV的过程进行实时调控，所述回收舱结构用于回收装载AUV。

进一步的，ROV动力结构的顶端固定连接有锁紧机构3，所述ROV动力结构的内部设置有控制该回收装置对AUV进行回收工作的控制舱1，与为该装置提供电能的电源舱2，所述控制舱1与电源舱2电连接；锁紧机构3位于该AUV集群水下回收装置的最顶端，实际工作过程中与用于与导轨连接器102进行对接，并且锁紧机构3可以锁在导轨连接器102上，将锁紧机构3设计成中空结构，脐带缆31从中间穿过并连接于控制舱1内。

进一步的，如图2所示，回收舱结构包括用于收纳AUV的舱体5，舱体5的周围呈竖直方向设置有四个垂直推进器51，舱体5的水平方向设置有四个水平推进器52。从方案中可以看出，该舱体5上装有8个推进器，4个位于水平方向，4个位于垂直方向，每个推进器可提供最够的动力，以确保回收装置在水下实现6DoF运动，克服水流的影响，始终稳定的保持定点模式(即在水下保持不动)，以确保AUV以最优航道、最快速度进入回收装置。

进一步的，所述舱体5为一开口结构，舱体5的开口侧的框体上设置有四个信号灯51，舱体5的内部后壁上设置有三角形信号灯53。信号灯起到光学引导的作用，共有5个，分别位于舱体5的四边和舱体5后壁中央，舱口四边上的灯为圆形设计，舱后壁上的信号灯为三角形设计。在AUV到达光学引导范围之内时，可根据舱口四边上的信号灯来确定回收舱位置，根据回收舱后壁中央的信号灯来确定进舱时应保持的高度。

舱体5的开口侧顶端固定连接有测量水下场景与该回收装置距离信息的双目摄像头6，舱体5的顶部固定连接有四个电磁感应传感器9，舱体5内部的侧面固定连接有地磁传感器7和深度传感器8。双目摄像头6用于测量场景与回收平台的距离，实现复杂环境下的人机协同操作。电磁感应传感器9位于回收平台顶部的四个角上，在AUV回收装置从水下与导轨连接器102对接过程中，一旦电磁感应传感器9触发，则表示AUV回收装置与导轨连接器102对接成功，可以对回收结构进行锁定并进行下一步的工作。地磁传感器7为控制舱1提供当前回收装置的运动方向，位于AUV回收装置的顶部，在回收时便是通过地磁传感器调整回收装置的方向，使其回收舱朝向母船，以便于从回收舱内取出回收的AUV。深度传感器8位于AUV回收平台的侧面，用于获取回收平台的深度信息。

进一步的，舱体5的底部固定连接有用于判定AUV在舱体的位置信息的行程机构10，舱体5的内部固定连接有用于抓紧AUV的夹紧机构12，行程机构10用于判定AUV在舱内的位置，当AUV开始进舱时，会推动行程机构10前进，当行程机构10在推动下到达目标位置时，代表AUV已经完成进舱，此时便可触发加紧机构12将AUV固定。

进一步的，所述夹紧机构12的形状与AUV的形状相对应，夹紧机构12包括抱夹121当AUV为圆弧形状时则抱夹121设置成弧形结构，所述抱夹121上固定连接有连杆122，连杆122由舵机驱动，可使抱夹121自由完成对AUV的锁定与解锁动作。

所述控制舱1至少包括树莓派、电力猫、交换机和飞控板，均为现有技术中通用的电气装置、负责AUV回收平台的自主巡航、水下定位等功能，控制舱通过脐带缆与中控系统进行通信。

进一步的，如图4和图5所示，所述伸缩结构包括位于上端的伸缩导轨100，伸缩导轨100的下端固定连接有导轨连接器102，导轨连接器102包括液压锁定结构103，液压锁定结构103的端部固定连接有抓手104，导轨连接器102的四周端部固定连接有四个电磁感应单元105。其中电磁感应单元105内嵌在导轨连接器102上，与回收结构上的四个电磁感应传感器9相对应，用来检测AUV回收结构是否已经与导轨连接器对接完成，是否可执行锁定过程。工作过程中液压锁定装置用于对回收结构进行固定，液压锁定结构103包括一对液压杆106和带有弧形凹槽的防锈钢块107，防锈钢块107上设置有用于对该液压锁定结构103进行复位的弹簧108，液压锁定结构103与回收结构对接后则母船终端可控制液压杆106推动防锈钢块107运动将锁紧机构3固定，当需要释放回收结构时撤销对液压杆106的控制，则防锈钢块107在弹簧108的拉力下解锁。

进一步的，所述自动排缆机构包括设置在母船上的自动排缆绞车98和AUV传送机构91，图5所示，自动排缆机构包括一个A状架体，A状架体92固定于母船之上，A状架体右端设有自动排缆绞车98与AUV传送机构91，A状架体的左端伸出母船之外，用于固定伸缩导轨100，A状架体的顶端装有两个定滑轮，在线缆下放与回收过程中起到传送作用。

进一步的，自动排缆绞车负责线缆的下放与回收，在自动排缆绞车98上装有两条线缆：铠装电缆97和脐带缆96，铠装电缆97有足够的承重能力，一端固定于自动排缆绞车之上，另一端固定于导轨连接器102之上，负责下放与回收导轨连接器102，同时负责对导轨连接器102的控制。脐带缆96一端固定于自动排揽绞车98之上，另一端固定于AUV回收结构之上，负责引导回收结构在水中与导轨连接器102进行对接，同时负责母船终端与回收机结构的信号传输，完成中控系统与回收平台的通讯。

进一步的，如图6所示，AUV传送机构91负责将回收的AUV运回母船，由传送带与抱夹构成，抱夹可从AUV回收平台的回收舱内安全的取出AUV，传送带可带动抱夹移动，将从回收舱中取出的AUV送回母船。

进一步的，伸缩导轨100上半部分固定于A状架体92之上，下半部分采用可伸缩的方式，可随铠装线缆97一同收放，伸缩导轨100的总长度大于母船的高度，这可保证导轨可将导轨连接器102下放到水面之下。导轨连接器102位于伸缩导轨100之上，通过伸缩导轨100的硬引导进行下放，解决了回收与下放过程中风浪或母船晃动会严重影响绳索等柔性吊装方式的问题，保证了AUV不受损害。

本发明公开的一种小型AUV集群水下布放/回收系统，将伸缩结构与自动自动排缆机构相结合，在通过脐带缆96的软连接下引导回收结构与导轨连接器的精准对接，保证AUV的顺利回舱。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小型AUV集群水下布放/回收系统，其特征在于包括：用于在水下对AUV进行收纳的回收结构，对该回收结构进行固定、提起传送至母船的入口处伸缩结构，设置在母船上与所述伸缩结构相连接并接收回收结构传输的AUV的自动排缆机构；

所述回收结构包括位于其上部用于对回收AUV的过程进行控制的ROV动力结构，所述ROV动力结构的底端固定连接有用于装载AUV的回收舱结构；

所述伸缩结构至少包括用于固定回收结构的导轨连接器（102）和伸缩导轨（100），所述伸缩导轨（100）的底端与导轨连接器（102）相连接，所述伸缩结构通过伸缩导轨（100）与自动排缆机构相连接，

所述自动排缆机构包括设置在母船上的自动排缆绞车（98）和AUV传送机构（91），所述自动排缆绞车（98）上连接有铠装电缆（97）和脐带缆（96），所述铠装电缆（97）的一端与自动排缆绞车（98）相连接、另一端与导轨连接器（102）相连接、控制导轨连接器（102）的下放和回收动作；所述脐带缆（96）的一端与自动排缆绞车（98）相连接、另一端与回收结构相连接、用于母船终端与回收结构进行通信并引导回收结构在水中与导轨连接器（102）进行对接，所述AUV传送机构（91）用于从回收结构中提取AUV并传输至母船内；

所述导轨连接器（102）包括液压锁定结构（103），所述液压锁定结构（103）的端部固定连接有抓手（104），所述导轨连接器（102）的四周端部固定连接有四个电磁感应单元（105）；

所述ROV动力结构的顶端固定连接有锁紧机构（3），所述ROV动力结构的内部设置有控制该回收平台对AUV进行回收工作的控制舱（1）以及为该系统提供电能的电源舱（2），所述控制舱（1）和电源舱（2）电连接；所述回收舱结构包括用于收纳AUV的舱体（5），所述舱体（5）的周围呈竖直方向设置有四个垂直推进器（51），所述舱体（5）的水平方向设置有四个水平推进器（52）；

所述舱体（5）为一开口结构，所述舱体（5）的开口侧的框体上设置有四个信号灯（51），所述舱体（5）的内部后壁上设置有三角形信号灯（52），所述舱体（5）的开口侧顶端固定连接有测量水下场景与该回收装置距离信息的双目摄像头（6），所述舱体（5）的顶部固定连接有四个电磁感应传感器（9），电磁感应传感器（9）与电磁感应单元（105）的位置一一对应并配合工作，所述舱体（5）内部的侧面固定连接有地磁传感器（7）和深度传感器（8），所述舱体（5）的底部固定连接有用于判定AUV在舱体的位置信息的行程机构（10），所述舱体（5）的内部固定连接有用于抓紧AUV的夹紧机构（12），当AUV进入舱体（5）内推动行程机构（10）运动至设置的目标位置处、所述夹紧机构（12）将AUV固定。

2.根据权利要求1所述的一种小型AUV集群水下布放/回收系统，其特征还在于：所述液压锁定结构（103）包括一对液压杆（106）和带有弧形凹槽的防锈钢块（107），所述防锈钢块（107）上设置有用于对该液压锁定结构（103）进行复位的弹簧（108），所述液压锁定结构（103）与锁紧机构（3）连接后母船终端控制液压杆（106）推动防锈钢块（107）运动将锁紧机构（3）固定，当需要释放回收结构时撤销对液压杆（106）的控制，则防锈钢块（107）在弹簧（108）的拉力下完成解锁。

3.根据权利要求1所述的一种小型AUV集群水下布放/回收系统，其特征还在于：所述抓手（104）设置有四个，并由舵机驱动控制，当导轨连接器（102）与回收结构对接完毕后所述抓手（104）卡紧回收结构。

4.根据权利要求3所述的一种小型AUV集群水下布放/回收系统，其特征还在于：所述夹紧机构（12）的形状与AUV的形状相对应，所述夹紧机构（12）包括抱夹（121），所述抱夹（121）上固定连接有连杆（122）。

5.根据权利要求3所述的一种小型AUV集群水下布放/回收系统，其特征还在于：所述锁紧机构（3）为中空结构，所述脐带缆（31）从其中穿过与控制舱（1）连接。

6.根据权利要求1所述的一种小型AUV集群水下布放/回收系统，其特征还在于：所述AUV传送机构（91）包括传送带（95）和夹持机构（94），所述夹持机构（94）用于从回收结构中夹取AUV，所述传送带（95）带动夹持机构（94）自由运动。

7.根据权利要求1所述的一种小型AUV集群水下布放/回收系统，其特征还在于：所述伸缩导轨（100）的上端固定连接在自动排缆机构上、另一端沿着母船向下延伸，所述伸缩导轨（100）的底端采用可伸缩结构，所述伸缩导轨（100）的长度大于母船的高度。

8.根据权利要求1-7任意一项权利要求所述的一种小型AUV集群水下布放/回收系统，其特征还在于：母船上的终端通过脐带缆（96）与回收结构进行数据通讯。