CN111572734A - 一种海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统 - Google Patents

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羊云石
顾海东
程烨
章远香
董彦涛
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    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
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    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric

Abstract

本发明公开了一种海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统，包括对接筒、俯仰机构、姿态传感器组件、俯仰驱动装置和基座，其中对接筒安装在俯仰机构上，俯仰机构安装在基座上并使能绕旋转轴旋转；所述的俯仰驱动装置与俯仰机构相连接，用于调整接筒的姿态。本发明的有益效果为：本发明有效解决了接驳站水下抗冲击，姿态自主稳定和自动调整的问题。接驳平台稳定落座海底，当水下航行器进入接驳口时，对接驳口产生碰撞和冲击，接驳口的角度无法满足使用要求，本发明通过有效降低设备的重心和设备重心可变化实现自身自我稳定，提高接驳站抗冲击的能力；通过特殊机构和传感控制系统，使得接驳口在海底姿态能自主调节，提高对接成功率。

Description

一种海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统
技术领域
本发明涉及海底接驳站领域，主要是一种海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统。
背景技术
海底接驳站作为海底观测网的节点之一，提供与水下移动平台进行能源补充和信息交换的平台。海底地形地貌、洋流变化较为复杂，接驳站海底布放时其稳定性和接驳通道可能不满足海底布放和接驳要求。接驳平台需进行姿态自主稳定和自动调节，提高布放的环境适应性和对接的可靠性。
目前，随着国内水下作业的不断发展和应用，海底接驳站作为海底观测网节点具有广泛的用途。针对接驳平台的海底姿态控制技术，国内尚无公开的相应研究，相关专利较少。美国remus公司开发的海底接驳站采用包容式对接技术，其结构尺寸较为小巧，海底姿态固定，只适用小型AUV。为适应复杂海洋环境和适用于大型航行器对接，需要设计一种可抗冲击和自主稳定及自动调节的海底接驳平台。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题或薄弱环节，而提供一种海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统，解决了水下航行器进站冲击、海底接驳平台受洋流影响和海底底面不平的等影响接驳成功率的问题，接驳平台还具有结构简单，易于实现、功能可靠的优点。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统，包括对接筒、俯仰机构、姿态传感器组件、俯仰驱动装置和基座，其中对接筒安装在俯仰机构上，俯仰机构安装在基座上并使能绕旋转轴旋转；所述的俯仰驱动装置与俯仰机构相连接，用于调整接筒的姿态。
更进一步的，所述的对接筒包括板条、圆环和导套，由板条和圆环构成喇叭口的头部形状，导套内部两侧开有引导槽。
更进一步的，所述的姿态传感器组件包含摄像头、到位传感器和电子罗盘，摄像头安装在基座上，到位传感器安装在对接筒的引导槽处，电子罗盘安装在对接筒上。
更进一步的，所述的俯仰机构包括俯仰杆、配重块和安装座，俯仰杆支撑在基座顶部使能绕旋转轴旋转，配重块安装在俯仰杆1的底部用于降低重心，安装座用于支撑和固定对接筒。
更进一步的，所述的俯仰驱动装置包括二套安装在基座底部的机构，二套机构分别安装在俯仰机构的两侧，每一套机构包括水密电机、链条、绞盘和支架，水密电机驱动绞盘并通过链条带动俯仰机构，在海底长期布放时，两套机构均松链；俯仰时，一套机构松链，一套机构紧链。
更进一步的，所述的基座为四面体结构，由支撑座、顶部的支撑环、旋转轴和橡胶垫组成，基座通过旋转轴支撑俯仰机构，支撑环内部装有橡胶垫，用于俯仰机构的限位和缓冲。
本发明的有益效果为：本发明有效解决了接驳站水下抗冲击，姿态自主稳定和自动调整的问题。接驳平台稳定落座海底，当水下航行器进入接驳口时，对接驳口产生碰撞和冲击，可能造成平台的倾覆，另外受到洋流和地貌不平的影响，接驳口的角度无法满足使用要求，本发明通过有效降低设备的重心和设备重心可变化实现自身自我稳定，提高接驳站抗冲击的能力；通过特殊机构和传感控制系统，使得接驳口在海底姿态能自主调节，提高对接成功率。
附图说明
图1是本发明的装配主视图；
图2是本发明的装配俯视图；
图3是本发明中的对接筒示意图；
图4是本发明中的俯仰机构示意图；
图5是本发明中的俯仰驱动装置示意图；
图6是本发明中的接驳姿态调整示意图；
图7是本发明的水下电机俯仰技术工作原理示意图。
附图标记说明：对接筒1，板条11，圆环12，导套13，引导槽14，摄像头21、到位传感器22，电子罗盘23，俯仰机构3，俯仰杆31，配重块32，安装座33，基座4，旋转轴41，支撑座42，支撑环43，橡胶垫44，俯仰驱动装置5，水密电机51、绞盘52，链条53、支架54。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
海底接驳平台在水下布放时，其自身姿态受洋流影响和海底斜度的影响，其俯仰角度会有变化。为提升接驳平台与AUV的对接成功率，需要调节和控制接驳平台喇叭口的俯仰角度。本发明用于海底接驳装置的接驳平台系统中，通过该系统实现海底接驳平台的海底长期安全布放、AUV与海底接驳平台之间的可靠接驳，从而实现信号传输。本发明可广泛应用于海底观测网、深海空间站等军民设施中。
如图1和图2所示，本发明的海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统，包括包括对接筒1、俯仰机构3、姿态传感器组件、俯仰驱动装置5和基座4，其中对接筒1安装在俯仰机构3上呈刚性连接，俯仰机构3安装在基座4上并使能绕旋转轴41旋转；所述的俯仰驱动装置5与俯仰机构3相连接，用于调整接筒1的姿态。所述的基座4为四面体结构，由三点支撑座42、顶部的支撑环43、旋转轴41和橡胶垫44组成，基座4通过旋转轴41支撑俯仰机构3，支撑环43内部装有橡胶垫44，用于俯仰机构的限位和缓冲。所述的姿态传感器组件包含摄像头21、到位传感器22和电子罗盘23，摄像头21安装在基座4上，电子罗盘23安装在对接筒1上。
如图3所示，所述的对接筒1包括板条11、圆环12和导套13，所述的对接筒1采用喇叭口形式，由16根板条11和三根圆环12连接而成通过喇叭口可有效增加拦截面积。导套13内表面光滑，组成的框架外形尺寸应能防止AUV进入后引起卡滞。导套13内部两侧开有引导槽14，可引导AUV进入对接筒1内，引导槽14处装有到位传感器22，可感应AUV是否到位。
如图4所示，所述的俯仰机构3包括俯仰杆31、配重块32和安装座33，俯仰杆31支撑在基座4顶部使能绕旋转轴41旋转，配重块32安装在俯仰杆31的底部，可有效降低重心，实现摇晃姿态的自我稳定。安装座33用于支撑和固定对接筒1。俯仰机构3和对接筒1可共同在基座4上绕旋转轴41旋转。
如图5所示，所述的俯仰驱动装置5包括二套安装在基座4底部的机构，二套机构分别安装在俯仰机构3的两侧，每一套机构包括水密电机51、链条53、绞盘52和支架54，水密电机51驱动绞盘52并通过链条53带动俯仰机构3，在海底长期布放时，两套机构均松链；俯仰时，一套机构松链，一套机构紧链。俯仰驱动装置可带动链条实现对接筒俯仰角度的控制和调整。
本发明的具体实施过程如下：
1、接驳平台在海底长期布放时，两套俯仰驱动装置5上的链条53放松，保证俯仰机构3处于自由可旋转状态。
2、当接驳平台姿态不佳，对接困难时，接驳平台通过摄像头21和电子罗盘23获取平台布放状态，当判断对接筒1需要进行姿态调整时，俯仰驱动装置5在单片机的控制下，水密电机51通过旋转带动绞盘52旋转，从而带动链条53拉紧或放松俯仰机构3。俯仰驱动装置5有两套，通过组合使用，可以进行对接筒1的姿态进行调整，直到满足对接姿态的要求。
图6是本发明中俯仰机构3调整姿态示意图。
本发明的水密电机俯仰技术工作原理如图7所示，安装于水密电机后端的旋转编码器将转速信息输入到单片机积分模块中，得到水密电机的转速和转角信息，并换算成绞盘的旋转。单片机运动控制模块通过脉冲信号控制电机驱动器。当俯仰角度信号达到预定的值时，停止水密电机。整个俯仰过程中单片机实时监测电机电流，防止受力过大或卡滞引起的电机过载。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统，其特征在于：包括对接筒(1)、俯仰机构(3)、姿态传感器组件、俯仰驱动装置(5)和基座(4)，其中对接筒(1)安装在俯仰机构(3)上，俯仰机构(3)安装在基座(4)上并使能绕旋转轴(41)旋转；所述的俯仰驱动装置(5)与俯仰机构(3)相连接，用于调整接筒(1)的姿态。
2.根据权利要求1所述的海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统，其特征在于：所述的对接筒(1)包括板条(11)、圆环(12)和导套(13)，由板条(11)和圆环(12)构成喇叭口的头部形状，导套(13)内部两侧开有引导槽(14)。
3.根据权利要求1所述的海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统，其特征在于：所述的姿态传感器组件包含摄像头(21)、到位传感器(22)和电子罗盘(23)，摄像头(21)安装在基座(4)上，到位传感器(22)安装在对接筒(1)的引导槽(14)处，电子罗盘(23)安装在对接筒(1)上。
4.根据权利要求1所述的海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统，其特征在于：所述的俯仰机构(3)包括俯仰杆(31)、配重块(32)和安装座(33)，俯仰杆(31)支撑在基座(4)顶部使能绕旋转轴(41)旋转，配重块(32)安装在俯仰杆(31)的底部用于降低重心，安装座(33)用于支撑和固定对接筒(1)。
5.根据权利要求1所述的海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统，其特征在于：所述的俯仰驱动装置(5)包括二套安装在基座(4)底部的机构，二套机构分别安装在俯仰机构(3)的两侧，每一套机构包括水密电机(51)、链条(53)、绞盘(52)和支架(54)，水密电机(51)驱动绞盘(52)并通过链条(53)带动俯仰机构(3)，在海底长期布放时，两套机构均松链；俯仰时，一套机构松链，一套机构紧链。
6.根据权利要求1或3或4所述的海底接驳平台姿态自主稳定及自动调节系统，其特征在于：所述的基座(4)为四面体结构，由支撑座(42)、顶部的支撑环(43)、旋转轴(41)和橡胶垫(44)组成，基座(4)通过旋转轴(41)支撑俯仰机构(3)，支撑环(43)内部装有橡胶垫(44)，用于俯仰机构的限位和缓冲。
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