CN113978670B - 一种水下机器人用磁力仪收放装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种水下机器人用磁力仪收放装置及方法，所述装置至少包括：中空筒体和拖缆收放机构；拖缆收放机构置于中空筒体内部，中空筒体的底部设有出线导轨，出线导轨上滑动连接有导线罩，导线罩内设有第一导向轮，中空筒体内靠近尾部的位置设有第二导向轮；拖缆收放机构至少包括利用驱动电机控制的设有多排倾斜螺纹的螺杆，拖缆在螺杆沿螺纹螺旋缠绕，拖缆的自由端用于穿过出线导轨线槽再经过第一导向轮和第二导向轮后与磁力仪连接；本公开可直接安装于水下机器人机体外部，实现对于海洋磁力仪的自主收放，降低了使用该类探测设备对于水下机器人作业产生的不利影响。

Description

一种水下机器人用磁力仪收放装置及方法

技术领域

本公开涉及水下机器人探测技术领域，特别涉及一种水下机器人用磁力仪收放装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

目前，海底输油管道、通信光缆、电力电缆等海洋能源、通信、电力输送管线(下面统称“海底管线”)已经大量投入使用，投入运行后的海底管线需要进行定期巡检，以排查海底管线本体可能存在的问题以及路由区域受到的潜在威胁。如遇到作业船只锚体或渔网拉扯导致海底管线损坏和断裂等事故，还需要对管线受损或断裂位置进行快速精确定位，以加快故障管线的维修效率。执行海底管线状态巡检和故障探测作业的最佳载体为水下机器人，尤其是无缆自主水下机器人(AUV，下文提及的“水下机器人”如非特别介绍，均指此类水下机器人)，它具有能源独立、机动灵活等优点，其作业范围和使用领域比有缆遥控水下机器人(ROV)更远、更广，可以进行持续自主作业。

发明人发现，对于某些掩埋在海沙以下的铁磁性金属物进行探测时，通常需要使用磁力仪，但该类设备因为易受到水下机器人自身的磁力干扰(如机体支撑结构、推进电机等)，在使用时需要在机器人和磁力仪拖鱼间加装至少3倍于水下机器人机身长度的拖缆，会对水下机器人自身的布放回收、航行性能、航行安全产生不利的影响。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种水下机器人用磁力仪收放装置及方法，可直接安装于水下机器人机体外部，实现对于海洋磁力仪的自主收放，降低了使用该类探测设备对于水下机器人作业产生的不利影响。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种水下机器人用磁力仪收放装置。

一种水下机器人用磁力仪收放装置，至少包括：中空筒体和拖缆收放机构；

拖缆收放机构置于中空筒体内部，中空筒体的底部设有出线导轨，出线导轨上滑动连接有导线罩，导线罩内设有第一导向轮，中空筒体内靠近尾部的位置设有第二导向轮；

拖缆收放机构至少包括利用驱动电机控制的设有多排倾斜螺纹的螺杆，拖缆在螺杆上沿螺纹螺旋缠绕，拖缆的自由端用于穿过出线导轨线槽再经过第一导向轮和第二导向轮后与磁力仪连接。

进一步的，拖缆收放机构还包括拖缆连接器，拖缆的另一端从螺杆的轴心位置穿出后与拖缆连接器的第一端连接，拖缆连接器的第二端与通信线连接，拖缆连接器的第一端与第二端之间的连接线均通过导电滑环连接。

进一步的，中空筒体顶部设有用于与水下机器人连接的基座。

进一步的，中空筒体顶部开有用于通信线缆穿过的通孔。

进一步的，拖缆的自由端经过第二导向轮后与磁力仪的轴线平行，或者拖缆的自由端经过第二导向轮后与中空筒体的轴线平行，

进一步的，拖缆收放机构还包括驱动电机，驱动电机通过驱动齿轮与螺杆连接。

进一步的，中空筒体的尾部固定有用于放置磁力仪的支撑架，支撑架的第一端与中空筒体的尾部固定连接；支撑架的第二端为喇叭口结构，用于磁力仪在拖缆的牵引下进出支撑架。

进一步的，中空筒体的前端为水滴流线型结构。

本公开第二方面提供了一种水下机器人用磁力仪释放方法。

一种水下机器人用磁力仪释放方法，利用本公开第一方面所述的水下机器人用磁力仪收放装置，包括以下过程：

当接收到磁力仪释放信号后，驱动电机带动螺杆沿第一方向(顺时针)旋转；

与磁力仪连接的拖缆在磁力仪受到的海水阻力作用下，从螺杆螺纹中被拉出，通过中空筒体的正下部穿出后，再穿过出线导轨线槽并经过第一导向轮及第二导向轮滚轮向收放筒后面延伸；

待拖缆释放长度达到设定长度时，驱动电机停止转动，螺杆停止旋转，磁力仪释放完成。

本公开第三方面提供了一种水下机器人用磁力仪回收方法。

一种水下机器人用磁力仪释放方法，利用本公开第一方面所述的水下机器人用磁力仪收放装置，包括以下过程：

当接收到磁力仪回收信号后，驱动电机带动螺杆沿第二方向(逆时针)旋转；

拖缆经由导线罩和出线导轨从中空筒体正下部进入中空筒体内部，然后被卷进螺纹，当外部拖缆长度短于中空筒体尾部固定的支撑架长度时，磁力仪前端借由该喇叭口的倾斜面使磁力仪筒体滑入到支撑架前端的直筒网架；

待拖缆回收到设定安全长度时，驱动电机停止转动，回收完成。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开创新性的提出了一种水下机器人用磁力仪收放装置，采用螺纹旋转方式实现了拖缆自动收放，避免了由拖缆拖曳作业的磁力仪与水下机器人机器人机体发生碰撞或与水下其他物体发生缠绕。

2、本公开创新性的提出了一种水下机器人用磁力仪收放装置，采用外挂吊舱安装形式，可使用螺钉将磁力仪收放装置的安装基座直接与水下机器人机体下方进行固接，必要时也可安装于水下机器人机体一侧，不用对现有水下机器人自身结构和控制系统进行改动，增加了海洋磁力仪使用的便利性，避免了对水下机器人的布放回收和航行安全产生不利影响。

3、本公开创新性的提出了一种水下机器人用磁力仪收放装置，在搭载不同类型海洋磁力仪时，可通过替换支撑架适应不同筒径和长度的磁力仪，通过替换其他尺寸螺纹间距和螺纹牙高的螺杆适应不同直径的拖缆，扩大了收放装置适用范围。

4、本公开创新性的提出了一种水下机器人用磁力仪收放装置，拖缆被拉出的过程中，拖缆在螺杆螺纹中的位置会随时发生变化，出线导轨和导线罩使拖缆始终从收放筒正下部穿出，并紧贴收放筒边缘不致被其他水下物体碰撞和缠绕。

本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例提供的水下机器人用磁力仪收放装置的外观示意图。

图2为本公开实施例提供的水下机器人用磁力仪收放装置的内部示意图。

1、水下机器人；2、连接基座；3、通信缆；4、收放筒；5、出线导轨；6、导线罩；7、拖缆；8、支撑架；9、磁力仪；10、拖缆连接器；11、驱动电机；12、螺杆；13、第一导向轮；14、第二导向轮。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1和图2所示，本公开实施例1提供了一种水下机器人用磁力仪收放装置，包括：收放筒、拖缆收放机构、支撑架等部分；

(1)收放筒

收放筒4是一个圆形筒状结构体，为中空结构，由防水耐腐蚀金属材料铸造而成，为降低对水下机器人1航行性能的影响，收放筒4的前端为水滴流线型结构。

收放筒4顶部设有连接基座2，可使用螺钉将连接基座2直接与水下机器人1的机体下方进行固接，必要时也可安装于水下机器人1的机体一侧，方便地进行拆卸，安装该收放筒不用对现有水下机器人1自身结构和控制系统进行大幅改动，增加了磁力仪的适用性。

收放筒4顶部有线缆孔洞，可将收放筒的通信缆3从中穿过并与水下机器人1的外部电气接口相连，实现对磁力仪9的设备供电和信号采集。

(2)拖缆收放机构

收放筒4内部安装有拖缆收放机构，用于控制磁力仪的拖缆长度。

拖缆收放机构为一种螺杆旋转机械结构，其中螺杆12的轴通过驱动齿轮与驱动电机11连接，可根据控制信号实现螺杆12的顺时针和逆时针旋转，螺杆12除驱动齿轮部分外均采用铝合金制造而成，耐压防腐且重量轻便。

螺杆12上有多排倾斜的螺纹，从前端看是右旋螺纹，拖缆7在螺杆螺纹间螺旋穿过，在释放拖缆时进行顺时针旋转，在回收拖缆时进行逆时针旋转；如搭载不同型号的磁力仪导致拖缆直径发生变化，可将原有螺杆从收放筒中直接取出，替换成螺纹间距和螺纹牙高更大的螺杆。

拖缆7的前端从螺杆12轴内部穿出，并与拖缆连接器10的拖缆连接端口通过螺纹稳固相连。

通信缆3的前端与水下机器人1的外部电气接口通过螺纹稳固相连，通信缆3的后端与拖缆连接器10的通信缆连接端口通过螺纹稳固相连。

拖缆连接器10两端分别是拖缆连接端口和通信缆连接端口，两个连接端口之间的各条连接线通过导电滑环进行连接，螺杆12旋转时拖缆连接端口随之一起旋转，而另一端的通信缆连接端口则保持静止状态不变，这样在螺杆旋转时可保持水下机器人与磁力仪之间的设备供电及信号通信不间断。

收放筒4下部安装有出线导轨5，出线导轨5上安装有可以前后自由滑动的导线罩6，导线罩6内部安装有第一导向轮13。磁力仪的拖缆7从收放筒4的螺杆12螺纹中穿出，并经过出线导轨5中间的线槽，穿进导线罩6及其内部的第一导向轮13，然后再穿过收放筒内部靠近尾部的第二导向轮14，最后从收放筒4后端穿出连接到磁力仪9的前端。

出线导轨5和导线罩6的作用是使拖缆在收放时从收放筒4正下部穿出，并使被拉出的拖缆贴紧收放筒且不和水下的其他物体(如礁石、海藻)发生碰撞和缠绕。

(3)支撑架

支撑架8用于放置磁力仪的筒体，避免在水下摇动碰撞水下机器人机体，支撑架的前端通过螺钉与收放筒4的后端稳固相连。

支撑架采用纤维材料制作，在具有足够支撑硬度的同时还具有一定的韧性，防止碰撞损伤。

支撑架的尺寸可根据磁力仪的型号进行选择，以适应不同的作业需求。

实施例2：

本公开实施例2提供了一种水下机器人用磁力仪释放方法，利用实施例1提供的水下机器人用磁力仪收放装置，包括以下过程：

当水下机器人潜行至预定任务海域的设定深度时(通常为距离海底2～3m)，将自动执行海洋磁力仪释放流程。

水下机器人的电控系统通过通信缆向收放筒内部的驱动电机发送释放信号，驱动电机带动螺杆顺时针旋转，与磁力仪相连的拖缆在海洋磁力仪受到的海水阻力作用下，从螺杆螺纹中被拉出，穿过出线导轨线槽并经过导线罩内部的滚轮及收放筒后端的滚轮向收放筒后面延伸；

拖缆被拉出的过程中，拖缆在螺杆螺纹中的位置会随时发生变化，出线导轨和导线罩使拖缆始终从收放筒正下部穿出，并紧贴收放筒边缘不致被其他水下物体碰撞和缠绕；

释放出的拖缆长度可根据螺杆旋转周数和螺杆螺纹中心直径进行计算，待拖缆释放长度达到任务计划设定长度时(通常为水下机器人机体长度3倍)，驱动电机停止转动，螺杆在现有位置停住不再旋转。此时水下机器人开始按照预设规划路径在预定水域进行磁力探测作业。

实施例3：

本公开实施例3提供了一种水下机器人用磁力仪回收方法，利用实施例1提供的水下机器人用磁力仪收放装置，包括以下过程：

水下机器人完成磁力探测作业后，为保证水下机器人的航行和回收安全，需要先将海洋磁力仪进行回收。

水下机器人的电控系统通过通信缆向收放筒内部的驱动电机发送回收信号，驱动电机带动螺杆逆时针旋转；

拖缆经由导线罩和出线导轨从收放筒正下部进入收放筒内部，然后被卷进螺纹，位于收放筒外部的拖缆长度逐渐缩短，磁力仪也向收放筒后端逐渐靠近；

当外部拖缆长度短于支撑架长度时，磁力仪前端碰触到支撑架后端的喇叭口边缘，并借由该喇叭口的倾斜面使磁力仪筒体滑入到支撑架前端的直筒网架，以限制其在水中的活动范围，避免磁力仪在水下摇动碰撞水下机器人机体。

待拖缆回收到设定安全长度时，磁力仪筒体结构大部分进入支撑架内部不再发生大范围晃动，则使驱动电机停止转动，螺杆在现有位置停住不再旋转。此时完成磁力仪回收流程，水下机器人可继续按照预定任务计划进行航行或回收。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下机器人用磁力仪收放装置，其特征在于：

至少包括：中空筒体和拖缆收放机构；

拖缆收放机构置于中空筒体内部，中空筒体的底部设有出线导轨，出线导轨上滑动连接有导线罩，导线罩内设有第一导向轮，中空筒体内靠近尾部的位置设有第二导向轮；

拖缆收放机构至少包括利用驱动电机控制的设有多排倾斜螺纹的螺杆，拖缆在螺杆沿螺纹螺旋缠绕，拖缆的自由端用于穿过出线导轨线槽再经过第一导向轮和第二导向轮后与磁力仪连接。

2.如权利要求1所述的水下机器人用磁力仪收放装置，其特征在于：

拖缆收放机构还包括拖缆连接器，拖缆的另一端从螺杆的轴心位置穿出后与拖缆连接器的第一端连接，拖缆连接器的第二端与通信线连接，拖缆连接器的第一端与第二端之间的连接线均通过导电滑环连接。

3.如权利要求1所述的水下机器人用磁力仪收放装置，其特征在于：

中空筒体顶部设有用于与水下机器人连接的基座。

4.如权利要求1所述的水下机器人用磁力仪收放装置，其特征在于：

中空筒体顶部开有用于通信线缆穿过的通孔。

5.如权利要求1所述的水下机器人用磁力仪收放装置，其特征在于：

拖缆的自由端经过第二导向轮后与磁力仪的轴线平行，或者拖缆的自由端经过第二导向轮后与中空筒体的轴线平行。

6.如权利要求1所述的水下机器人用磁力仪收放装置，其特征在于：

拖缆收放机构还包括驱动电机，驱动电机通过驱动齿轮与螺杆连接。

7.如权利要求1所述的水下机器人用磁力仪收放装置，其特征在于：

中空筒体的尾部固定有用于放置磁力仪的支撑架，支撑架的第一端与中空筒体的尾部固定连接；支撑架的第二端为喇叭口结构，用于磁力仪在拖缆的牵引下进出支撑架。

8.如权利要求1所述的水下机器人用磁力仪收放装置，其特征在于：

中空筒体的前端为水滴流线型结构。

9.一种水下机器人用磁力仪释放方法，其特征在于：利用权利要求1-8任一项所述的水下机器人用磁力仪收放装置，包括以下过程：

当接收到磁力仪释放信号后，驱动电机带动螺杆沿第一方向旋转；

与磁力仪连接的拖缆在磁力仪受到的海水阻力作用下，从螺杆螺纹中被拉出，通过中空筒体的正下部穿出后，再穿过出线导轨线槽并经过第一导向轮及第二导向轮滚轮向收放筒后面延伸；

待拖缆释放长度达到任务计划设定长度时，驱动电机停止转动，螺杆停止旋转，磁力仪释放完成。

10.一种水下机器人用磁力仪回收方法，其特征在于：利用权利要求7所述的水下机器人用磁力仪收放装置，包括以下过程：

当接收到磁力仪回收信号后，驱动电机带动螺杆沿第二方向旋转；拖缆经由导线罩和出线导轨从中空筒体正下部进入中空筒体内部，然后被卷进螺纹，当外部拖缆长度短于中空筒体尾部固定的支撑架长度时，磁力仪前端借由该喇叭口的倾斜面使磁力仪筒体滑入到支撑架前端的直筒网架；

待拖缆回收到设定安全长度时，驱动电机停止转动，回收完成。

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