CN112918643A - 一种水下悬浮对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下对接领域，具体地说是一种水下悬浮对接装置，安装框架一端与导向罩的一端相连，安装框架的另一端安装有配重块，导向罩的另一端上安装有用于实现水下移动载体自主入坞的远程导向设备；安装框架的顶部分别安装有尾翼板及起吊架；定位框架的两侧对称设有对进入安装框架内的水下移动载体进行定位的定位机构；密封舱位于尾翼板及起吊架的下方，且安装于安装框架上，密封舱内设有用于控制远程导向设备及舵机的通讯控制系统。本发明具有机构简单、可靠性高、成本低、布放方便、模块程度高、适用性广等特点。

Description

一种水下悬浮对接装置

技术领域

本发明属于水下对接领域，具体地说是一种可以悬浮于海水之中，在水下为执行任务的移动载体补充电能并将移动载体获得的观测数据等传回陆地的水下悬浮对接装置。

背景技术

水下对接装置在水下工程以及水下装备上有着越来越广阔的应用，可以实现水下充电、水下数据传输、水下载荷交换以及水下精确装配等多种功能，其主要应用在水下工程设备、海底观测网络、水下机器人(ROV、AUV等)及国防等诸多领域。水下固定节点与水下移动载体在水下通常很难实现自主对接，这对水下载体的航行性能以及安全性有很高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下悬浮对接装置。该水下悬浮对接装置能够实现与水下移动载体的对接，并最终通过装置上搭载的无线充电和数据传输系统完成为水下移动载体补充电能和上传数据的功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括导向罩、安装框架、定位机构、尾翼板、起吊架、配重块及密封舱，其中作为安装基础的安装框架一端与导向罩的一端相连，该安装框架的另一端安装有配重块，所述导向罩的另一端上安装有用于实现水下移动载体自主入坞的远程导向设备；所述安装框架的顶部分别安装有控制对接装置朝向的尾翼板及用于对接装置起吊或释放的起吊架；所述定位框架的两侧对称设有对进入安装框架内的水下移动载体进行定位的定位机构，该定位机构包括舵机、连杆机构、舵机主梁、滑道及滑块，该舵机主梁连接于所述安装框架上，所述舵机及滑道分别安装于舵机主梁上，该滑道内安装有相对滑动的滑块，所述滑块通过连杆机构与舵机的输出端相连，该滑块通过舵机驱动在滑道内往复滑动；所述密封舱位于尾翼板及起吊架的下方，且安装于所述安装框架上，该密封舱内设有用于控制远程导向设备及舵机的通讯控制系统。

其中：所述导向罩的一端为顶环，该顶环上沿圆周方向均布有多个安装法兰A，各所述安装法兰A分别与安装框架的一端相连，所述导向罩的另一端为底环，该底环与顶环之间通过多根钢筋弧线连接；所述底环的外边缘沿圆周方向均布有多个用于安装远程导向装备的信标固定座。

所述安装框架的一端设有安装法兰B，该安装法兰B与所述导向罩的一端相连，所述安装框架的另一端连接有配重块安装板，所述配重块安装于该配重块安装板上；所述安装框架两侧对称开设有通孔，所述滑块通过舵机的驱动由该通孔伸入，对水下移动载体进行定位。

所述配重块安装板为“工”字钢，该“工”字钢的中间板上开设有用于与所述配重块连接的光孔A。

所述连杆机构包括连杆A及连杆B，该连杆A的一端与所述舵机的输出端相连，另一端与所述连杆B的一端铰接，该连杆B的另一端与所述滑块相连。

所述尾翼板的端面呈梯形，该梯形的下底中部为开放结构，开放的两侧为与所述安装框架连接的连接部，该连接部上开设有多个光孔B，通过螺栓连接与安装框架实现固连。

所述尾翼板的端面为等腰梯形。

所述起吊架呈倒置的“U”形，该“U”形开口端两侧的端部设有带光孔C的法兰B，所述法兰B通过螺栓连接与安装框架实现固连。

所述配重块的底部开设有用于与安装框架实现固连的螺纹孔。

所述密封舱的两端均通过法兰C与安装框架固连。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明悬浮于海水中，通过海缆与海底装备相连接，可实现为水下移动载体补充电能和上传数据的功能。

2.本发明具有机构简单的特点；本发明通过多个简单的组件实现水下悬浮对接的功能，相比固定于海底的水下对接装置具有机构简单的特点

3.本发明具有可靠性高的特点；本发明采用的运动机构仅有定位机构一项，且定位机构不受运动冲击，系统可靠性高。

4.本发明具有成本低的特点；本发明总重量仅为200KG左右，运动机构仅一项，相比固定于海底的水下对接装置成本非常低。

5.本发明具有布放方便的特点；本发明通过海缆与海底装备相连接，体积小，布放、回收以及维护方便。

6.本发明具有模块化程度高的特点；本发明包含远程导向设备、导向罩、安装框架、定位机构、尾翼板、起吊架、配重块、通讯控制系统等多个模块化设备，各模块设备互相间功能独立，便于维护和检测。

7.本发明具有适应大范围水深的特点。本发明所采用的零件均能承受大水深的压力，对不同水深具有广泛的适应性。

8.本发明具有适用性广的特点。本装置可以根据需求，针对不同类型的水下移动载体进行能源补充和数据传输，应用范围广。

附图说明

图1A为本发明的整体结构主视图；

图1B为图1A的左视图；

图1C为图1A的俯视图；

图2A为本发明导向罩的结构主视图；

图2B为图2A中的A—A剖视图；

图3A为本发明安装框架的结构主视图；

图3B为图3A的左视图；

图3C为图3A的俯视图；

图4A为本发明定位机构的结构主视图；

图4B为图4A的左视图；

图4C为图4A的俯视图；

图5A为本发明尾翼板的结构主视图；

图5B为图5A的侧视图；

图5C为图5A的仰视图；

图6A为本发明起吊架的结构剖视图；

图6B为图6A的侧视图；

图6C为图6A的俯视图；

图7A为本发明配重块的结构主视图；

图7B为图7A的仰视图；

图7C为图7B的侧视图；

其中：1为导向罩，101为安装法兰A，102为底环，103为钢筋弧线，104为信标固定座，105为顶环，2为安装框架，201为通孔，202为安装法兰B，203为配重块安装板，204为光孔A，3为定位机构，301为舵机，302为连杆A，303为连杆B，304为舵机主梁，305为滑道，306为滑块，307为法兰A，4尾翼板，401为连接部，402为光孔B，5为起吊架，501为法兰B，502为光孔C，6为配重块，601为螺纹孔，7为密封舱，701为法兰C。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1A～1C所示，本发明包括导向罩1、安装框架2、定位机构3、尾翼板4、起吊架5、配重块6及密封舱7，其中安装框架2作为安装基础，一端与导向罩1的一端相连，该安装框架2的另一端安装有配重块6，导向罩1的另一端上安装有用于实现水下移动载体自主入坞的远程导向设备，该远程导向设备可实现水下移动载体远程精确；安装框架2的顶部分别安装有控制对接装置朝向的尾翼板4及用于对接装置起吊或释放的起吊架5；定位框架2的两侧对称设有对进入安装框架2内的水下移动载体进行定位的定位机构3。密封舱7位于尾翼板4及起吊架5的下方，密封舱7的两端均通过法兰C701与安装框架2固连，该密封舱7内设有用于控制远程导向设备及舵机301的通讯控制系统。

导向罩1用于实现水下移动载体自主式入坞功能。如图2A及图2B所示，本实施例的导向罩1为曲线光滑过度结构，一端为顶环105，该顶环105上沿圆周方向均布有多个(本实施例为四个)安装法兰A101，各安装法兰A101通过螺栓连接分别与安装框架2的一端实现固连，导向罩1的另一端朝向对接装置的外侧，用于实现水下移动载体自主入坞的导向；本实施例导向罩1的另一端为底环102，该底环102与顶环105之间通过多根钢筋弧线103连接。底环102的外边缘沿圆周方向均布有多个用于安装远程导向装备的信标固定座104，本实施例的远程导向装备为现有技术中的声呐设备，通过喉箍连接安装于导向罩1另一端的底环102的外圆周，用于实现水下移动载体航行到位的远程导向。

安装框架2实现水下移动载体在对接框架内的滑行。如图3A～3C所示，本实施例的安装框架2采用框架式结构，即安装框架2整体为中空的长方体，一端设有安装法兰B202，该安装法兰B202与导向罩1的一端相连，安装框架2的另一端连接有配重块安装板203，配重块6安装于该配重块安装板203上。安装框架2两侧对称开设有通孔201。本实施例的配重块安装板203为“工”字钢，该“工”字钢的中间板上开设有用于与配重块6连接的光孔A204。

定位机构3用于实现水下移动载体相对位置的确定。如图4A～4C所示，定位机构3包括舵机301、连杆机构、舵机主梁304、滑道305及滑块306，该舵机主梁304的上下两端均设有法兰A307，上下两个法兰307与安装框架2实现固连，舵机201及滑道305分别安装于舵机主梁304上，该滑道305内安装有可相对滑动的滑块306，滑块306通过连杆机构与舵机301的输出端相连，该滑块301通过舵机301的驱动在滑道305内滑动，并由通孔201伸入安装框架2内部，对水下移动载体进行定位。本实施例的连杆机构包括连杆A302及连杆B303，该连杆A302的一端与舵机301的输出端相连，另一端与连杆B303的一端铰接，该连杆B303的另一端与滑块306相连。

尾翼板3用于控制对接装置的朝向。如图5A～5C所示，本实施例的尾翼板3的端面呈梯形，优选为等腰梯形，该等腰梯形的下底中部为开放结构，开放的两侧为连接部401，每个连接部401上开设有多个光孔B402，每个光孔B402均通过螺栓连接与安装框架2实现固连。本实施例的尾翼板3既能保证对接装置中导向罩1始终处于顺流方向，同时也能增强对接装置水平方向的稳定性。

起吊架5用于实现对接装置的起吊和释放。如图6A～6C所示，本实施例的起吊架5呈倒置的“U”形，该“U”形开口端两侧的端部设有带光孔C502的法兰B501，法兰B501通过螺栓连接与安装框架2实现固连。

配重块6用于调整对接装置的重心位置。如图7A～7C所示，配重块6的底部开设有用于与配重块安装板203实现固连的螺纹孔601，螺纹孔601与光孔A204之间通过螺栓连接。

本实施例的通讯控制系统为现有技术，主要由控制主板组成，其用于控制远程导向设备和定位机构3。控制主板安装于密封舱7之内，密封舱7两端均设置有与法兰C701连接的连接孔，通过螺栓连接实现密封舱7与安装框架的固连。

本发明的工作原理为：

本发明悬浮于海水中，通过海缆与布设于海底的装备实现连接，海底装备通过光电复合缆连接至岸基。初始状态时，水下悬浮对接装置的定位机构3处于收回状态。由于尾翼板4的作用，水下悬浮对接装置始终处于顺流方向。

水下移动载体自远处航行而来，通过远程导向设备逐渐接近对接装置。水下移动载体到达对接装置附近时，通过导向罩1进入水下悬浮对接装置之内。当水下移动载体到达指定位置后，光电传感器可以检测到位信号。两侧定位机构3由密封的水下舵机作为驱动单元，同时带动连杆机构转动，从而驱动滑块306在滑道305中滑动，实现伸出动作，两侧的滑块306可以将水下移动载体挡置在对接装置内部，从而实现水下移动载体的定位。

载体成功定位之后，安装框架2上的无线充电装备和无线通讯装备可以开始工作，从而实现为载体补充电能和数据上传。结束充电和数据传输之后，定位机构3执行滑块收回动作，滑块306由舵机301驱动处于缩回状态，使水下移动载体可以自由退出水下悬浮对接装置，重新执行下一步任务。

Claims (10)

1.一种水下悬浮对接装置，其特征在于：包括导向罩(1)、安装框架(2)、定位机构(3)、尾翼板(4)、起吊架(5)、配重块(6)及密封舱(7)，其中作为安装基础的安装框架(2)一端与导向罩(1)的一端相连，该安装框架(2)的另一端安装有配重块(6)，所述导向罩(1)的另一端上安装有用于实现水下移动载体自主入坞的远程导向设备；所述安装框架(2)的顶部分别安装有控制对接装置朝向的尾翼板(4)及用于对接装置起吊或释放的起吊架(5)；所述定位框架(2)的两侧对称设有对进入安装框架(2)内的水下移动载体进行定位的定位机构(3)，该定位机构(3)包括舵机(301)、连杆机构、舵机主梁(304)、滑道(305)及滑块(306)，该舵机主梁(304)连接于所述安装框架(2)上，所述舵机(201)及滑道(305)分别安装于舵机主梁(304)上，该滑道(305)内安装有相对滑动的滑块(306)，所述滑块(306)通过连杆机构与舵机(301)的输出端相连，该滑块(301)通过舵机(301)驱动在滑道(305)内往复滑动；所述密封舱(7)位于尾翼板(4)及起吊架(5)的下方，且安装于所述安装框架(2)上，该密封舱(7)内设有用于控制远程导向设备及舵机(301)的通讯控制系统。

2.根据权利要求1所述的水下悬浮对接装置，其特征在于：所述导向罩(1)的一端为顶环(105)，该顶环(105)上沿圆周方向均布有多个安装法兰A(101)，各所述安装法兰A(101)分别与安装框架(2)的一端相连，所述导向罩(1)的另一端为底环(102)，该底环(102)与顶环(105)之间通过多根钢筋弧线(103)连接；所述底环(102)的外边缘沿圆周方向均布有多个用于安装远程导向装备的信标固定座(104)。

3.根据权利要求1所述的水下悬浮对接装置，其特征在于：所述安装框架(2)的一端设有安装法兰B(202)，该安装法兰B(202)与所述导向罩(1)的一端相连，所述安装框架(2)的另一端连接有配重块安装板(203)，所述配重块(6)安装于该配重块安装板(203)上；所述安装框架(2)两侧对称开设有通孔(201)，所述滑块(306)通过舵机(301)的驱动由该通孔(201)伸入，对水下移动载体进行定位。

4.根据权利要求3所述的水下悬浮对接装置，其特征在于：所述配重块安装板(203)为“工”字钢，该“工”字钢的中间板上开设有用于与所述配重块(6)连接的光孔A(204)。

5.根据权利要求1所述的水下悬浮对接装置，其特征在于：所述连杆机构包括连杆A(302)及连杆B(303)，该连杆A(302)的一端与所述舵机(301)的输出端相连，另一端与所述连杆B(303)的一端铰接，该连杆B(303)的另一端与所述滑块(306)相连。

6.根据权利要求1所述的水下悬浮对接装置，其特征在于：所述尾翼板(4)的端面呈梯形，该梯形的下底中部为开放结构，开放的两侧为与所述安装框架(2)连接的连接部(401)，该连接部(401)上开设有多个光孔B(402)，通过螺栓连接与安装框架(2)实现固连。

7.根据权利要求6所述的水下悬浮对接装置，其特征在于：所述尾翼板(3)的端面为等腰梯形。

8.根据权利要求1所述的水下悬浮对接装置，其特征在于：所述起吊架(5)呈倒置的“U”形，该“U”形开口端两侧的端部设有带光孔C(502)的法兰B(501)，所述法兰B(501)通过螺栓连接与安装框架(2)实现固连。

9.根据权利要求1所述的水下悬浮对接装置，其特征在于：所述配重块(6)的底部开设有用于与安装框架(2)实现固连的螺纹孔(601)。

10.根据权利要求1所述的水下悬浮对接装置，其特征在于：所述密封舱(7)的两端均通过法兰C(701)与安装框架(2)固连。

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