CN111874168A - 一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，包括无人艇(1)、自动收放机构、缆绳(4)、遥控无人潜水器(5)和充电桩(6)，所述的自动收放机构设置在无人艇(1)上，所述的充电桩(6)固定在遥控无人潜水器(5)下方，所述的缆绳(4)通过自动收放机构连接至遥控无人潜水器(5)及充电桩(6)，所述的无缆水下机器人(8)上设有与所述的充电桩(6)对接的充电插头(7)。与现有技术相比，本发明能够提升无缆水下机器人(8)的作业范围和工作效率，使得无缆水下机器人(8)作业更加无人化和自主化，同时还能避免恶劣天气和海况下回收无缆水下机器人(8)过程中产生的风险。

Description

一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置
技术领域
本发明涉及水下机器人领域，尤其是涉及一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置。
背景技术
地球上海洋总面积约占地球表面积的71％，蕴藏的资源十分丰富。无缆水下机器人(AUV)是海洋开发和探索的重要设备，现代机器人技术的发展使得AUV在整个海洋环境中的角色越来越重要。随着自主算法在鲁棒性、复杂性和可靠性方面的提高，AUV执行复杂任务的能力也随之增强。曾经需要一支舰队和众多水手经历数月才能完成的海事任务，现在可以由几乎没有后勤保障需求的集群AUV来实现。
尽管人们已经取得了许多AUV技术上的进步，但是其电池容量仍然是一个制约AUV应用的主要因素。大多数AUV使用机载存储的电能和电力驱动器执行各种任务。当前部署这种类型的AUV的方法是将其充满电，利用船舶运送到任务地点，然后使用起重机将其布放到船外的大海里。一旦任务完成，或者更有可能的是，当其动力源耗尽时，AUV就需要回收。然而现有的AUV布放和回收方式非常耗时耗力，且受天气条件和海况的限制，通常对船上的人员和AUV的安全都有威胁。
因此，亟需找到一种无需人工参与的更安全、更快速的水下AUV回收和充电方法，开发一种移动式无人水下充电装置，以提高AUV的工作范围和工作效率，同时避免AUV回收过程产生的风险。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不但能够提高无缆水下机器人的工作半径和工作效率，而且还避免了人工回收无缆水下机器人过程产生的危险问题的移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，包括无人艇、自动收放机构、缆绳、遥控无人潜水器和充电桩，所述的自动收放机构设置在无人艇上，所述的充电桩固定在遥控无人潜水器下方，所述的缆绳通过自动收放机构连接至遥控无人潜水器及充电桩，所述的无缆水下机器人上设有与所述的充电桩对接的充电插头。
优选地，所述的自动收放机构包括绞车和A架，所述的缆绳一端安装于所述的绞车上，另一端通过A架连接中遥控无人潜水器及充电桩。
优选地，所述的充电桩包括由下至上同轴设置的插头导向罩、中间连接体和供电接口，所述的中间连接体为中空结构，所述的供电接口底部为中空充电区域，所述的插头导向罩内部设有用于将充电插头从插头导向罩底部沿其中轴线导向至供电接口中空充电区域的插头柱，所述的中间连接体中设有用于夹紧或松开充电插头的夹放组件。
优选地，所述的夹放组件包括两组对称设置在充电桩中轴线两侧的电动弹性插销件。
优选地，所述的电动弹性插销件包括插销、电动推杆和弹簧，所述的插销通过电动推杆和弹簧固定在中间连接体中，所述的插销可沿垂直于充电桩中轴线方向往复运动，两组插销的相对端的端部形状与充电插头周侧轮廓相匹配，当充电插头克服弹簧作用力进入供电接口，两组插销的端部压紧于充电插头侧面环形凹槽，插销锁住充电插头，完成充电插头的自锁。
优选地，所述的插销为L型，所述的中间连接体表面设有用于限制L型的插销水平移动范围的限位槽。
优选地，所述的插头导向罩为喇叭口状。
优选地，该装置用于无缆水下机器人布放过程为：无人艇装载无缆水下机器人到达指定的任务地点，将无缆水下机器人与遥控无人潜水器下方的充电桩对接，自动收放机构将遥控无人潜水器、充电桩以及充满电的无缆水下机器人放入水中，无缆水下机器人与充电桩分离，无缆水下机器人进行水下作业。
优选地，该装置用于无缆水下机器人充电过程为：自动收放机构将遥控无人潜水器和充电桩放入水中设定位置，无缆水下机器人低电量时运行至充电桩位置处，遥控无人潜水器调整充电桩在水下的位姿使得无缆水下机器人的充电插头与充电桩对接并充电，充电完成后，无缆水下机器人与充电桩分离，无缆水下机器人继续进行水下作业。
优选地，该装置用于无缆水下机器人回收过程为：自动收放机构将遥控无人潜水器和充电桩放入水中设定位置，无缆水下机器人完成水下作业任务后运行至充电桩位置处，遥控无人潜水器调整充电桩在水下的位姿使得无缆水下机器人的充电插头与充电桩对接，自动收放机构将遥控无人潜水器、充电桩和无缆水下机器人整体回收至无人艇上。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明为移动式平台，结构简单，自动化程度高，能够在水下进行充电，不需要回收无缆水下机器人(AUV)到海面，不仅可以不受海况和天气条件影响出海工作，而且还避免了人工回收AUV过程产生的危险问题。
(2)本发明通过无人艇给AUV进行能源补给，实现移动式充电，AUV可以以无人艇为中心进行水下作业，不仅可以实现AUV在水下长时间无人和自主工作，而且还提高了AUV的作业范围和作业效率。
(3)本发明遥控无人潜水器能够调整充电桩的位姿，弥补AUV的驱动能力不足，大大减少充电前对接过程的时间。
(4)本发明充电桩设置电动弹性插销件，插销既能被充电插头头部顶开然后利用弹簧复原，也能利用电机带动电动推杆打开和复原插销，从而用于AUV布放、回收及充电过程中与充电桩的可靠对接，实现充电桩的多功能复用：充电时主要实现自动化的充电连接，布放和回收过程主要实现可靠的机械连接。
附图说明
图1为本发明移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置的整体结构示意图；
图2为本发明充电桩和无缆水下机器人对接过程示意图；
图3为本发明充电桩的结构示意图；
图4为本发明充电插头的结构示意图；
图5为本发明充电桩和充电插头对接后的剖视图；
图中，1为无人艇，2为绞车，3为A架，4为缆绳，5为遥控无人潜水器，6为充电桩，7为充电插头，8为无缆水下机器人，9为插头导向罩，10为中间连接体，11为供电接口，12为插头柱，13为插头头部，14为电动推杆，15为插销。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
如图1、图2所示，一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，包括无人艇1、自动收放机构、缆绳4、遥控无人潜水器5和充电桩6，自动收放机构设置在无人艇1上，充电桩6固定在遥控无人潜水器5下方，缆绳4通过自动收放机构连接至遥控无人潜水器5及充电桩6，无缆水下机器人8(AUV)上设有与充电桩6对接的充电插头7。
自动收放机构包括绞车2和A架3，缆绳4一端安装于绞车2上，另一端通过A架3连接中遥控无人潜水器5及充电桩6。
如图3～图5所示，充电桩6包括由下至上同轴设置的插头导向罩9、中间连接体10和供电接口11，插头导向罩9为喇叭口状，中间连接体10为中空结构，供电接口11底部为中空充电区域，插头导向罩9内部设有用于将充电插头7从插头导向罩9底部沿其中轴线导向至供电接口11中空充电区域的插头柱12，中间连接体10中设有用于夹紧或松开充电插头7的夹放组件，无缆水下机器人8与充电桩6对接时，充电插头7运动到位后，插头端部置于供电接口11底部的中空充电区域中，夹放组件夹紧充电插头7，无缆水下机器人8与充电桩6分离时，夹放组件松开充电插头7，在遥控无人潜水器5的作用下，充电插头7从插头柱12中脱离。
夹放组件包括两组对称设置在充电桩6中轴线两侧的电动弹性插销件。电动弹性插销件包括插销15、电动推杆14和弹簧，插销15通过电动推杆14和弹簧固定在中间连接体10中，插销15可沿垂直于充电桩6中轴线方向往复运动，两组插销15的相对端的端部形状与充电插头7周侧轮廓相匹配，当充电插头7克服弹簧作用力进入供电接口11，两组插销15的端部压紧于充电插头7侧面环形凹槽，插销15锁住充电插头7，完成充电插头7的自锁。插销15为L型，中间连接体10表面设有用于限制L型的插销15水平移动范围的限位槽。电动推杆14包括电机、齿轮和丝杆等组件，弹簧通过丝杆固定在中间连接体10中，电机连接丝杆，电机驱动丝杆运动，进而调节弹簧的水平位置，从而调节插销15的相对位置，使得插销15压紧或远离充电插头7表面，实现夹紧或松开。
该装置用于无缆水下机器人8布放过程为：无人艇1装载无缆水下机器人8到达指定的任务地点，将无缆水下机器人8与遥控无人潜水器5下方的充电桩6对接，自动收放机构将遥控无人潜水器5、充电桩6以及充满电的无缆水下机器人8放入水中，无缆水下机器人8与充电桩6分离，无缆水下机器人8进行水下作业。此过程中无缆水下机器人8与充电桩6的对接可采用人工对接方式，也可通过自动对接形式，具体与充电过程中对接方式一致，当无缆水下机器人8放入水中后，无缆水下机器人8与充电桩6分离过程也与水下充电结果后无缆水下机器人8与充电桩6分离方式一致，下文将具体进行说明，这里不详述。
该装置用于无缆水下机器人8充电过程为：自动收放机构将遥控无人潜水器5和充电桩6放入水中设定位置，无缆水下机器人8低电量时运行至充电桩6位置处，遥控无人潜水器5调整充电桩6在水下的位姿使得无缆水下机器人8的充电插头7与充电桩6对接并充电，充电完成后，无缆水下机器人8与充电桩6分离，无缆水下机器人8继续进行水下作业。在上述充电过程中，由于遥控无人潜水器5(ROV)拥有多个矢量推进器，能够调整充电桩6在水下的位姿，弥补无缆水下机器人8(AUV)驱动能力的不足，辅助充电桩6和AUV对接。AUV自带充电插头7，能够在水下利用充电插头7与ROV的充电桩6进行对接，AUV上的充电插头7由导向罩引导滑入，然后插头头部13克服弹簧的弹力顶开插销15，插头头部13进入充电区域，接着弹簧使得插销15复原，锁住插头头部13，AUV和充电桩6对接成功，进而利用无人艇1和缆绳4对AUV充电。当AUV充满电时，电动推杆14通过电机带动丝杆缩回运动打开插销15，然后ROV和AUV的推进器运动，使得充电插头7能够脱离充电桩6，电动推杆14伸出，弹簧带动插销15复原。AUV完成一次充电过程，进行再次水下作业。
该装置用于无缆水下机器人8回收过程为：自动收放机构将遥控无人潜水器5和充电桩6放入水中设定位置，无缆水下机器人8完成水下作业任务后运行至充电桩6位置处，遥控无人潜水器5调整充电桩6在水下的位姿使得无缆水下机器人8的充电插头7与充电桩6对接，自动收放机构将遥控无人潜水器5、充电桩6和无缆水下机器人8整体回收至无人艇1上，并实现无缆水下机器人8与充电桩6的分离。此过程中无缆水下机器人8与充电桩6的对接和分离方式与充电过程中一致，这里不再详述。
本发明与现有技术相比，本发明为移动式平台，结构简单，自动化程度高，能够在水下进行充电，不需要回收AUV到海面，不仅可以不受海况和天气条件影响出海工作，而且还避免了人工回收AUV过程产生的危险问题。通过无人艇1给AUV进行能源补给，实现移动式充电，AUV可以以无人艇为中心进行水下作业，不仅可以实现AUV在水下长时间无人和自主工作，而且还提高了AUV的作业范围和作业效率。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (10)

1.一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，包括无人艇(1)、自动收放机构、缆绳(4)、遥控无人潜水器(5)和充电桩(6)，所述的自动收放机构设置在无人艇(1)上，所述的充电桩(6)固定在遥控无人潜水器(5)下方，所述的缆绳(4)通过自动收放机构连接至遥控无人潜水器(5)及充电桩(6)，所述的无缆水下机器人(8)上设有与所述的充电桩(6)对接的充电插头(7)。
2.根据权利要求1所述的一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，所述的自动收放机构包括绞车(2)和A架(3)，所述的缆绳(4)一端安装于所述的绞车(2)上，另一端通过A架(3)连接中遥控无人潜水器(5)及充电桩(6)。
3.根据权利要求1所述的一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，所述的充电桩(6)包括由下至上同轴设置的插头导向罩(9)、中间连接体(10)和供电接口(11)，所述的中间连接体(10)为中空结构，所述的供电接口(11)底部为中空充电区域，所述的插头导向罩(9)内部设有用于将充电插头(7)从插头导向罩(9)底部沿其中轴线导向至供电接口(11)中空充电区域的插头柱(12)，所述的中间连接体(10)中设有用于夹紧或松开充电插头(7)的夹放组件。
4.根据权利要求3所述的一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，所述的夹放组件包括两组对称设置在充电桩(6)中轴线两侧的电动弹性插销件。
5.根据权利要求4所述的一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，所述的电动弹性插销件包括插销(15)、电动推杆(14)和弹簧，所述的插销(15)通过电动推杆(14)和弹簧固定在中间连接体(10)中，所述的插销(15)可沿垂直于充电桩(6)中轴线方向往复运动，两组插销(15)的相对端的端部形状与充电插头(7)周侧轮廓相匹配，当充电插头(7)克服弹簧作用力进入供电接口(11)，两组插销(15)的端部压紧于充电插头(7)侧面环形凹槽，插销(15)锁住充电插头(7)，完成充电插头(7)的自锁。
6.根据权利要求5所述的一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，所述的插销(15)为L型，所述的中间连接体(10)表面设有用于限制L型的插销(15)水平移动范围的限位槽。
7.根据权利要求3所述的一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，所述的插头导向罩(9)为喇叭口状。
8.根据权利要求1所述的一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，该装置用于无缆水下机器人(8)布放过程为：无人艇(1)装载无缆水下机器人(8)到达指定的任务地点，将无缆水下机器人(8)与遥控无人潜水器(5)下方的充电桩(6)对接，自动收放机构将遥控无人潜水器(5)、充电桩(6)以及充满电的无缆水下机器人(8)放入水中，无缆水下机器人(8)与充电桩(6)分离，无缆水下机器人(8)进行水下作业。
9.根据权利要求1所述的一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，该装置用于无缆水下机器人(8)充电过程为：自动收放机构将遥控无人潜水器(5)和充电桩(6)放入水中设定位置，无缆水下机器人(8)低电量时运行至充电桩(6)位置处，遥控无人潜水器(5)调整充电桩(6)在水下的位姿使得无缆水下机器人(8)的充电插头(7)与充电桩(6)对接并充电，充电完成后，无缆水下机器人(8)与充电桩(6)分离，无缆水下机器人(8)继续进行水下作业。
10.根据权利要求1所述的一种移动式无缆水下机器人布放、回收及充电装置，其特征在于，该装置用于无缆水下机器人(8)回收过程为：自动收放机构将遥控无人潜水器(5)和充电桩(6)放入水中设定位置，无缆水下机器人(8)完成水下作业任务后运行至充电桩(6)位置处，遥控无人潜水器(5)调整充电桩(6)在水下的位姿使得无缆水下机器人(8)的充电插头(7)与充电桩(6)对接，自动收放机构将遥控无人潜水器(5)、充电桩(6)和无缆水下机器人(8)整体回收至无人艇(1)上。
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