CN112937807A - 一种翼身融合滑翔机内auv的悬挂式布放及回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，基于电磁开关控制的悬挂装置推杆的开合，结合AUV上挂杆进出悬挂装置来实现AUV的布放与回收。为实现AUV在滑翔机槽内的固定，基于阻尼弹簧设计了一种锁紧装置，由双耳设计的刚性爪子、阻尼弹簧、支杆、转轴等组成，通过阻尼弹簧在压缩时提供的作用于刚性爪子上的反作用力对AUV起到夹紧固定作用。本发明不仅可以回收扁平型AUV，也可以回收其他安装有挂杆的任意形状尺寸的AUV，AUV可以任意姿态进入和离开滑翔机，极大地降低了对AUV外形尺寸、导引定位精度和姿态角的要求。

Description

一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置

技术领域

本发明属于水下航行器布放及回收技术领域，特别涉及一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置。

背景技术

随着海洋资源开发和利用的深入，越来越多的水下航行器(UnderwaterAutonomous Vehicle，简称AUV)被应用到海洋探测和开发中去。然而，AUV所携带的能源有限，通常需要借助一定的装置完成水下布放及回收，实现能源补充、信息传递及日常维护等任务。现有的AUV布放及回收方式主要采用固定式水下平台对接回收，但此方法对固定式水下回收平台布放海域地形和回收时的海况要求极高，平台只能放置于平坦的海底，且只有海况平静时才可进行对接回收，严重受到时间和空间的限制。固定式水下回收平台长期布放于海底，受海水腐蚀严重，不仅维护难度大、成本高，而且大大降低了平台使用寿命。

水下滑翔机作为一种新型水下机器人，能源消耗小、效率高、续航力大，可将其作为AUV水下布放及回收的载体，利用滑翔机在水下完成AUV布放及回收任务，提高了AUV水下布放及回收的海域范围、降低成本，同时水下滑翔机与AUV一同执行水下探测等任务，极大地提高了工作效率。

目前关于AUV水下布放及回收的研究主要集中于回转型AUV以及其对应的喇叭口导向的对接装置的设计和方法的研究，对扁平型AUV水下布放及回收装置鲜有公开的成果。此外，喇叭口导向的对接装置外形尺寸大，结构复杂，仅能用于相对尺寸的回转型AUV对接任务，对AUV回收导引定位精度及AUV姿态角要求也极高。

目前，利用水下滑翔机对AUV布放与回收技术还处于起步阶段，关于此方面的资料较少。例如专利CN111216848A提出了一种水下滑翔机内AUV的升降式布放回收装置，专利CN111086612A提出了一种水下滑翔机采用的升降台笼式AUV释放与回收装置，专利CN111152902A提出了一种水下滑翔机采用的升降台爪式AUV释放与回收装置，但是以上布放及回收装置均采用升降式机构和贴近AUV外形的固定与锁紧装置设计，对AUV外形、尺寸限制极大。本发明提出了一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，依靠回收杆实现AUV的布放及回收，实现水下布放与回收任意外形的AUV，极大地降低了对AUV外形、尺寸的限制。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了避免现有技术的对AUV外形尺寸限制大、回收导引精度及回收姿态要求高等不足之处，本发明提出一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，基于电磁开关控制的悬挂装置推杆的开合，结合AUV上挂杆进出悬挂装置来实现AUV的布放与回收。为实现AUV在滑翔机槽内的固定，基于阻尼弹簧设计了一种锁紧装置，由双耳设计的刚性爪子、阻尼弹簧、支杆、转轴等组成，通过阻尼弹簧在压缩时提供的作用于刚性爪子上的反作用力对AUV起到夹紧固定作用。

本发明的技术方案是：一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，包括挂杆、若干AUV悬挂装置和若干锁紧装置；其中挂杆位于AUV上，若干AUV悬挂装置和若干锁紧装置位于翼身融合滑翔机的回收槽内；

所述AUV悬挂装置包括悬挂装置固定架、电磁开关、推杆和转轴，推杆一端通过电磁开关与悬挂装置固定架一端连接，通过电磁开关控制悬挂装置固定架开合，使得推杆和挂杆相互配合，完成水下航行器的悬挂和布放；悬挂装置固定架另一端与滑翔机回收槽顶部连接；推杆另一端与转轴连接；

所述锁紧装置包括刚性爪子、弧形弹性导引装置、刚性垫片、支杆、两个支臂、阻尼弹簧、液压杆和液压泵；刚性爪子为双耳设计，一端分别与弧形弹性导引装置铰接，另一端分别与两个支臂的一端铰接，且刚性爪子另一端的端头通过阻尼弹簧和转轴与液压杆连接，液压泵对液压杆实现驱动，液压杆输出端与两个支臂的另一端铰接；所述液压泵安装于所述滑翔机回收槽侧壁，其液压杆伸出于所述液压泵，通过滑翔机内部电机向液压泵供电，驱动液压泵控制液压杆的伸缩；弧形弹性导引装置在与刚性爪子铰接处安有刚性垫片；当弧形弹性导引装置接触水下航行器并受挤压时，刚性垫片使得弧形弹性导引装置进行旋转，从而使得刚性爪子旋转张开，带动压缩阻尼弹簧产生阻尼提供反作用力，使刚性爪子压紧水下航行器，从而实现水下航行器夹紧锁定和止动功能。

本发明进一步的技术方案是：所述弧形弹性导引装置采用高弹性材料制成，起缓冲导引作用；形状为一小爪状，尾端通过弹簧转轴与刚性爪子铰接。所述弧形弹性导引装置内侧下端安装有一突出刚性垫片，在AUV进入之前，弧形弹性导引装置呈竖直状态，刚性垫片与弧形导引装置一同起导引作用；在AUV进入之后，刚性垫片受AUV挤压作用带动弧形导引装置绕转轴旋转后呈水平状态，与刚性爪子一同起加紧作用，增大了加紧固定面积，提高加紧效率。

本发明进一步的技术方案是：所述支臂与刚性爪子通过第二转轴进行连接，支臂与液压杆通过第一转轴铰接，阻尼弹簧与液压杆通过固定轴和第三转轴进行连接，其中固定轴一侧与液压杆连接，另一侧与第三转轴连接，第三转轴与阻尼弹簧连接。

本发明进一步的技术方案是：所述液压泵采用焊接的方式固定在翼身融合滑翔机回收槽的侧壁上。

本发明进一步的技术方案是：所述锁紧装置为4个，沿翼身融合滑翔机轴线对称分布，采用焊接的方式对称固定在回收槽两边的侧壁上。

本发明进一步的技术方案是：所述挂杆为3个在AUV上呈U型分布。

本发明进一步的技术方案是：所述AUV悬挂装置为5个，其中4个两两沿翼身融合滑翔机轴线对称分布，另一个位于翼身融合滑翔机的轴线上。

发明效果

本发明的技术效果在于：本发明提出一种翼身融合滑翔机内的AUV悬挂式布放及回收装置，由AUV悬挂装置、锁紧装置组成，其外形尺寸小，结构简单，使用方便。本发明采用5组U型分布的AUV悬挂装置，配合3组U型分布的AUV挂杆，可保证AUV布放及回收过程中的推杆与挂杆的接触范围，提高AUV布放及回收的可靠性，同时可在一定程度上起到限位器的作用，U型分布的悬挂装置和U型分补的AUV挂杆对应悬挂上后，可对AUV位移起一定限制作用；采用4组对称分布的锁紧装置，可得到2组同轴度的锁紧机构，可保证AUV在悬挂时锁紧过程中的接触面积，提高AUV锁紧过程的可靠性，保证AUV在悬挂时的安全性与稳定性。

本发明不仅可以回收扁平型AUV，也可以回收其他安装有挂杆的任意形状尺寸的AUV，AUV可以任意姿态进入和离开滑翔机，极大地降低了对AUV外形尺寸、导引定位精度和姿态角的要求。具体说来，本发明产生的效果如下：

1、本发明提供了一种用于动基座条件下AUV的布放与回收，涉及一种基于翼身融合滑翔机内AUV的布放与回收，增大了AUV水下布放与回收的海域范围。

2、本发明由AUV悬挂装置、锁紧装置组成，其外形尺寸小，结构简单，使用方便，不仅可以回收扁平型AUV，也可以回收其他安装有挂杆的任意形状尺寸的AUV，极大地降低了对AUV外形尺寸限制，且不影响滑翔机外形布局。

3、本发明允许AUV在布放及回收时以任意姿态接近或离开滑翔机，避免了AUV在常规布放与回收过程中的倒车操作，极大地降低了对AUV导引定位精度和姿态角的要求，提高了布放与回收效率。

4、本发明采用5组U型分布的AUV悬挂装置，配合3组U型分布的AUV挂杆，可保证AUV布放及回收过程中的推杆与挂杆的接触范围，提高AUV布放及回收的可靠性；采用4组对称分布的锁紧装置，可得到2组同轴度的锁紧机构，可保证AUV在悬挂时锁紧过程中的接触面积，提高AUV锁紧过程的可靠性，保证AUV在悬挂时的安全性与稳定性。

5、采用可旋转的弧形弹性导引装置，在AUV进入前起导引作用，AUV进入后紧贴AUV增大锁紧过程中的接触面积，进一步提高锁紧过程的可靠性，避免了现存导引结构占用空间较大等问题。

附图说明

图1为翼身融合滑翔机回收槽内AUV的悬挂式布放及回收装置整体示意图；

图2为AUV悬挂装置结构示意图；

图3为锁紧装置闭合(未工作)状态结构示意图(图中箭头代表结构旋转方向)；

图4为锁紧装置张开(工作)状态结构示意图(图中箭头代表结构旋转方向)；

图5为滑翔机回收槽内AUV悬挂装置与锁紧装置分布仰视图；

图6为AUV及AUV上挂杆分布示意图；

图7为AUV悬挂装置与AUV挂杆配合关系补充说明图；

图8为AUV回收过程中AUV挂杆进入AUV悬挂装置局部示意图(图中箭头代表结构旋转方向)；

图9为AUV回收完成后或布放进行前AUV在滑翔机内悬挂及锁紧局部示意图；

图10为AUV布放过程中AUV挂杆离开AUV悬挂装置局部示意图(图中箭头代表结构旋转方向)；

图11为AUV悬挂于滑翔机回收槽内侧视图；

图12为锁紧装置锁紧AUV示意图；

图13为翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置整体示意图

图中：1-刚性爪子，2-弧形弹性导引装置，3-弹簧转轴，4-刚性垫片，5-支杆，6-转轴，7-支臂，8-转轴，9-阻尼弹簧，10-转轴，11-固定轴，12-液压杆，13-液压泵，14-悬挂装置固定架，15-电磁开关，16-推杆，17-转轴，18-锁紧装置，19-AUV悬挂装置，20-滑翔机，21-AUV，22-挂杆。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1-图12，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，其特征在于：包括五组AUV悬挂装置19、四组锁紧装置18。

整个布放及回收装置放置于翼身融合滑翔机底部回收槽的内部。布放、回收时装置及滑翔机处于AUV的上方。

所述AUV悬挂装置19由悬挂装置固定架14、电磁开关15、推杆16、转轴17组成；推杆16左端通过转轴17与左侧悬挂装置固定架14连接，可绕转轴15旋转，右端通过电磁开关15控制开合与右侧悬挂装置固定架1111改为14连接。

所述锁紧装置18由刚性爪子1、弧形弹性导引装置2、弹簧转轴3、刚性垫片4、支杆5、支臂7、阻尼弹簧9、液压杆12、液压泵13、转轴(6、8、10)、固定轴11组成；刚性爪子1采用双耳设计，采用焊接的方式固定在支臂7上，二者通过转轴6将支臂7内端与支杆5左端连接，可绕转轴6旋转实现装置的开合；支臂7外端通过阻尼弹簧6与支杆5右端连接，在刚性爪子1张开过程中可对阻尼弹簧9进行压缩；刚性爪子1前端安装有弧形弹性导引装置2，通过弹簧转轴3连接，起导引和缓冲的作用；弧形弹性导引装置2内侧下端安装有刚性垫片4，在受挤压时可带动弧形弹性导引装置2绕弹簧转轴3旋转；支杆5右端采用焊接的方式固定在液压杆12上，采用液压驱动，通过电机驱动液压泵13实现装置伸缩功能；液压泵13采用焊接的方式固定在滑翔机20回收槽的侧壁上。整体结构简单，稳定可靠。

所述5个AUV悬挂装置19通过焊接的方式以U型排列的方式固定在滑翔机回收槽上部。

所述4组锁紧装置18沿滑翔机轴向分布，采用焊接的方式对称固定在滑翔机回收槽两边侧壁上。

所述AUV21为扁平型外形，3个挂杆22通过焊接的方式以U型排列的方式固定在AUV上方。

所述AUV悬挂装置19起悬挂和定位作用，通过电磁开关15控制推杆16开闭，由AUV21上的挂杆22顶推触碰推杆16，使得推杆16绕转轴17向内或向外旋转，引导推杆16进入和离开AUV悬挂装置19，实现AUV布放及回收功能。

所述弧形弹性导引装置2起导引和缓冲的作用，AUV沿弧形弹性导引装置2进入锁紧装置18中；刚性垫片4受AUV挤压作用带动弧形弹性导引装置2绕弹簧转轴3向AUV侧旋转，弧形弹性导引装置2收起，减少装置所占空间，同时可增大AUV接触面积，提高锁紧可靠性；在解除对AUV的锁定后，弧形弹性导引装置在弹簧转轴3作用下回复原位。

所述锁紧装置18起锁紧和止动作用，通过电机驱动液压泵13实现锁紧装置伸缩功能，刚性爪子1受到AUV挤压作用绕支杆转轴6向两侧旋转张开，带动压缩阻尼弹簧9产生阻尼提供反作用力，使刚性爪子1压紧AUV21，从而实现AUV夹紧锁定和止动功能。

参照图1，整个布放及回收装置放置于翼身融合滑翔机底部回收槽的内部。布放及回收时装置处于AUV的上方。

本发明包括AUV悬挂装置19、锁紧装置18。

参照图2，所述AUV悬挂装置19由悬挂装置固定架14、电磁开关15、推杆16、转轴17组成；推杆16左端通过转轴17与左侧悬挂装置固定架14连接，可绕转轴17旋转，右端通过电磁开关15控制开合与右侧悬挂装置固定架14连接。

参照图3～4，所述锁紧装置18由刚性爪子1、弧形弹性导引装置2、弹簧转轴3、刚性垫片4、支杆5、支臂7、阻尼弹簧9、液压杆12、液压泵13、转轴(6、8、10)、固定轴11组成；刚性爪子1采用双耳设计，采用焊接的方式固定在支臂7上，二者通过转轴6将支臂7内端与支杆5左端连接，可绕转轴6旋转实现装置的开合；支臂7外端通过阻尼弹簧6与支杆5右端连接，在刚性爪子1张开过程中可对阻尼弹簧9进行压缩；刚性爪子1前端安装有弧形弹性导引装置2，通过转轴3连接，起导引和缓冲的作用；弧形弹性导引装置2内侧下端安装有刚性垫片4，在受挤压时可带动弧形弹性导引装置2绕转轴3旋转；支杆2右端采用焊接的方式固定在液压杆9上，采用液压驱动，通过电机驱动液压泵10实现装置伸缩功能；液压泵13采用焊接的方式固定在滑翔机20回收槽的侧壁上。各结构旋转/运动方向如箭头所示。整体结构简单，稳定可靠。

参照图5，所述5个AUV悬挂装置19通过焊接的方式以U型排列的方式固定在滑翔机回收槽上部；

所述4组锁紧装置18沿滑翔机轴向分布，采用焊接的方式对称固定在滑翔机回收槽两边侧壁上。

参照图6，所述AUV21为扁平型外形，3个挂杆22通过焊接的方式以U型排列的方式固定在AUV上方。

所述AUV悬挂装置19起悬挂和定位作用，通过电磁开关15控制推杆16开闭，由AUV21上的挂杆22顶推触碰推杆16，使得推杆16绕转轴17向内或向外旋转，引导推杆17进入和离开AUV悬挂装置19，实现AUV布放及回收功能。

参见图7，AUV悬挂装置191、192与挂杆222配合，AUV悬挂装置193、194与挂杆221配合，AUV悬挂装置195与挂杆223配合。

所述弧形弹性导引装置2起导引和缓冲的作用，AUV沿弧形弹性导引装置2进入锁紧装置18中；同时，刚性垫片4受AUV挤压作用带动弧形弹性导引装置2绕弹簧转轴3向AUV侧旋转，弧形弹性导引装置2收起，减少装置所占空间，同时可增大AUV接触面积，提高锁紧可靠性；在解除对AUV的锁定后，弧形弹性导引装置在弹簧转轴3作用下回复原位。

所述锁紧装置18起锁紧和止动作用，通过电机驱动液压泵13实现锁紧装置伸缩功能，刚性爪子1受到AUV挤压作用绕支杆转轴6向两侧旋转张开，带动压缩阻尼弹簧9产生阻尼提供反作用力，使刚性爪子1压紧AUV21，从而实现AUV夹紧锁定和止动功能。

参照图8～图12，本实例中有两种模式：AUV回收模式、AUV布放模式。

AUV回收模式：

当AUV完成任务回到滑翔机回收槽下方时，AUV向上进入滑翔机回收槽内，在滑翔机回收槽内缓慢移动直至AUV挂杆触碰AUV悬挂装置推杆则停止移动，电磁开关开启，AUV挂杆向上顶推悬挂装置推杆使得推杆向内转动，AUV悬挂装置打开，挂杆沿推杆进入AUV悬挂装置内后推杆复位，电磁开关关闭，完成AUV回收功能。

电机驱动液压泵伸出AUV锁紧装置，双耳设计的刚性爪子向AUV缓慢推进，AUV沿导引装置进入刚性爪子内，刚性垫片在AUV机身挤压作用下带动弧形弹性导引装置绕弹簧转轴向机身侧旋转，导引装置收起；同时，双耳刚性爪子受AUV挤压绕支架轴向AUV机身两侧旋转张开，带动压缩阻尼弹簧产生阻尼提供反作用力，使刚性爪子压紧AUV，从而实现对AUV的锁紧固定和止动功能。

AUV布放模式：

当滑翔机航行至指定位置，系统接收指令释放AUV，电机驱动液压泵收回AUV锁紧装置，刚性爪子在液压杆拉动下离开AUV回复闭合状态，导引装置复位，解除对AUV的夹紧锁定；同时AUV悬挂装置的电磁开关开启，AUV挂杆向下顶推推杆使得推杆向外旋转，AUV悬挂装置再次打开，挂杆沿推杆离开AUV悬挂装置后，AUV以下落的方式离开滑翔机，从而完成AUV布放功能。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，其特征在于，包括挂杆(22)、若干AUV悬挂装置(19)和若干锁紧装置(18)；其中挂杆(22)位于AUV上，若干AUV悬挂装置(19)和若干锁紧装置(18)位于翼身融合滑翔机的回收槽内；

所述AUV悬挂装置(19)包括悬挂装置固定架(14)、电磁开关(15)、推杆(16)和转轴(17)，推杆(16)一端通过电磁开关(15)与悬挂装置固定架(14)一端连接，通过电磁开关(15)控制悬挂装置固定架(14)开合，使得推杆(16)和挂杆(22)相互配合，完成水下航行器的悬挂和布放；悬挂装置固定架(14)另一端与滑翔机回收槽顶部连接；推杆(16)另一端与转轴(17)连接；

所述锁紧装置(18)包括刚性爪子(1)、弧形弹性导引装置(2)、刚性垫片(4)、支杆(5)、两个支臂(7)、阻尼弹簧(9)、液压杆(12)和液压泵(13)；刚性爪子(1)为双耳设计，一端分别与弧形弹性导引装置(2)铰接，另一端分别与两个支臂(7)的一端铰接，且刚性爪子(1)另一端的端头通过阻尼弹簧(9)和转轴与液压杆(12)连接，液压泵(13)对液压杆(12)实现驱动，液压杆(12)输出端与两个支臂(7)的另一端铰接；所述液压泵(13)安装于所述滑翔机回收槽侧壁，其液压杆(12)伸出于所述液压泵(13)，通过滑翔机内部电机向液压泵(13)供电，驱动液压泵(13)控制液压杆(12)的伸缩；弧形弹性导引装置(2)在与刚性爪子(1)铰接处安有刚性垫片(4)；当弧形弹性导引装置(2)接触水下航行器并受挤压时，刚性垫片(4)使得弧形弹性导引装置(2)进行旋转，从而使得刚性爪子(1)旋转张开，带动压缩阻尼弹簧(9)产生阻尼提供反作用力，使刚性爪子(1)压紧水下航行器，从而实现水下航行器夹紧锁定和止动功能。

2.如权利要求1所述的一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，其特征在于，所述弧形弹性导引装置采用高弹性材料制成，起缓冲导引作用；形状为一小爪状，尾端通过弹簧转轴(3)与刚性爪子(1)铰接。所述弧形弹性导引装置内侧下端安装有一突出刚性垫片(4)，在AUV进入之前，弧形弹性导引装置呈竖直状态，刚性垫片(4)与弧形导引装置一同起导引作用；在AUV进入之后，刚性垫片(4)受AUV挤压作用带动弧形导引装置绕转轴(3)旋转后呈水平状态，与刚性爪子(1)一同起加紧作用，增大了加紧固定面积，提高加紧效率。

3.如权利要求1所述的一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，其特征在于，所述支臂(7)与刚性爪子(1)通过第二转轴(8)进行连接，支臂(7)与液压杆(12)通过第一转轴(6)铰接，阻尼弹簧(9)与液压杆(12)通过固定轴(11)和第三转轴(10)进行连接，其中固定轴一侧与液压杆连接，另一侧与第三转轴连接，第三转轴与阻尼弹簧连接。

4.如权利要求1所述的一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，其特征在于，所述液压泵(13)采用焊接的方式固定在翼身融合滑翔机回收槽的侧壁上。

5.如权利要求1所述的一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，其特征在于，所述锁紧装置(18)为4个，沿翼身融合滑翔机轴线对称分布，采用焊接的方式对称固定在回收槽两边的侧壁上。

6.如权利要求1所述的一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，其特征在于，所述挂杆(22)为3个在AUV上呈U型分布。

7.如权利要求1所述的一种翼身融合滑翔机内AUV的悬挂式布放及回收装置，其特征在于，所述AUV悬挂装置(19)为5个，其中4个两两沿翼身融合滑翔机轴线对称分布，另一个位于翼身融合滑翔机的轴线上。

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