CN114212193B - 一种水下机器人被动式滑轨布放回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下机器人技术领域，特别涉及一种水下机器人被动式滑轨布放回收系统及方法。布放回收系统包括牵引机构、固定转运单元、可回转滑轨单元及绞车组件，其中可回转滑轨单元与固定转运单元铰接，可回转滑轨单元与固定转运单元均用于承载水下机器人；牵引机构设置于固定转运单元上，用于牵引水下机器人在固定转运单元和可回转滑轨单元上滑动；绞车组件设置于母船艉部甲板上，绞车组件与可回转滑轨单元连接，用于驱动可回转滑轨单元进行俯仰动作。本发明助于解决水下机器人利用科考船艉部A架来进行布放回收水下机器人，且能够在恶劣海况下最少仅需四位操作人员完成布放回收水下机器人，加快水下机器人常规化海上作业的进程。

Description

一种水下机器人被动式滑轨布放回收系统及方法

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，特别涉及一种水下机器人被动式滑轨布放回收系统及方法。

背景技术

随着海洋装备技术的不断发展以及人类对海洋观测、探测、勘测和调查需求的不断增加，水下机器人产业化逐渐发展和成熟，水下机器人常规化海上作业逐渐提上日程，那么如何安全、有效、简单、少人化的布放回收水下机器人成为技术人员不得不考虑的问题，亟需解决高海况下少人、可靠地布放回收水下机器人，因此水下机器人布放回收系统及布放回收方法的研究具有较大实际意义和应用价值。

以往常用的水下机器人布放回收系统及方法是：水下机器人上浮至水面后，通过遥控装置引导水下机器人到达母船艉部，然后通过人力操作回收杆将较重的起吊锁挂入水下机器人背部的起吊环上，该方法存在如下不足：1)起吊锁重量较大，操作人员需通过回收杆精确控制起吊锁的位置，在船尾手持回收杆将起吊锁挂入起吊环，容易导致在恶劣海况下操作人员付出大量的体力和面临较大的落水风险；2)遇到船舷较高的科考船，回收杆需要相应地增加长度，更给操作人员精确的控制起吊锁的位置带来极大扰动，且增加回收时间；3)水下机器人被长时间拖曳在船尾，难以控制水下机器人与母船之间的合适距离，且水面风浪涌流容易使得水下机器人钻入船下，给水下机器人带来灾难性损坏；4)目前大多数科考母船的A架宽度小于大中型水下机器人的长度，难以通过A架来布放水下机器人入水，使得科考人员不得不更换较大吨位的科考船，大大增加科考成本。因此，提出一种简单易用、少人化、适应高海况且经济高效的布放回收系统及布放回收方法，是解决目前水下机器人布放回收痛点难点的有益尝试。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种水下机器人被动式滑轨布放回收系统及方法，有助于解决水下机器人利用科考船艉部A架来进行布放回收水下机器人，且能够在恶劣海况下最少仅需四位操作人员完成布放回收水下机器人，加快水下机器人常规化海上作业的进程。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水下机器人被动式滑轨布放回收系统，包括牵引机构、固定转运单元、可回转滑轨单元及绞车组件，其中可回转滑轨单元与固定转运单元铰接，可回转滑轨单元与固定转运单元均用于承载水下机器人；牵引机构设置于固定转运单元上，用于牵引水下机器人在固定转运单元和可回转滑轨单元上滑动；绞车组件设置于母船艉部甲板上，绞车组件与可回转滑轨单元连接，用于驱动可回转滑轨单元进行俯仰动作。

所述固定转运单元包括固定转运架和设置于固定转运架上的V型导轨Ⅰ，其中固定转运架的底部设有行走轮；固定转运架固定在所述母船艉部甲板上。

所述牵引机构包括可移动导引定滑轮、牵引电机及牵引绳，其中可移动导引定滑轮可滑动地设置于所述固定转运架上，牵引电机设置于所述固定转运架的端部，且牵引电机的输出端设有牵引绳卷筒，牵引绳的一端缠绕于牵引绳卷筒上，另一端经过可移动导引定滑轮后与牵引水下机器人的艏部连接。

所述可移动导引定滑轮包括移动架和导引定滑轮，其中移动架为倒置的U型架；移动架的两端分别与所述固定转运架的两侧滑动连接，导引定滑轮设置于移动架的顶部。

所述可回转滑轨单元包括回转架和设置于回转架上的V型导轨Ⅱ，其中回转架的一端与所述固定转运架铰接，另一端设有导引板。

所述绞车组件包括A架定滑轮、A架、绞车及钢缆，其中A架为龙门结构，且A架的下端铰接在所述母船艉部甲板上，A架定滑轮设置于A架的顶部；绞车设置于所述母船艉部甲板上，且通过钢缆与所述可回转滑轨单元连接，钢缆经过A架定滑轮。

所述绞车组件还包括液压缸，液压缸铰接在所述母船艉部甲板上，液压缸的输出端与所述A架铰接，液压缸用于驱动所述A架进行上下摆动。

一种利用所述的水下机器人被动式滑轨布放回收系统进行布放回收的方法，包括以下步骤：

第一步：在母船上布置布放回收系统

将水下机器人被动式滑轨布放回收系统布置于母船艉部甲板上；

第二步：布放过程

水下机器人在牵引绳拉动下由固定转运单元牵引至可回转滑轨单元内；

A架往船外摆出，水下机器人随可回转滑轨单元转向水面，水下机器人受自身重力作用从可回转滑轨单元滑入水中；

控制A架往船内摆回，并将可回转滑轨单元拉回至船内，可回转滑轨单元完全倒置于固定转运单元上，布放过程结束；

第三步：回收过程

在水下机器人的艏部挂牵引绳；

A架往船外摆出，使可回转滑轨单元转向水面；通过牵引绳将水下机器人拉入到可回转滑轨单元中；

A架往船内摆回，使可回转滑轨单元呈水平位置；通过牵引绳拉动水下机器人进入固定转运单元中；

A架往船内摆动，将可回转滑轨单元拉回至船内，可回转滑轨单元完全倒置于固定转运单元上，回收过程结束。

在第一步中，将水下机器人被动式滑轨布放回收系统放置于母船艉部甲板上的A架的下方，然后将固定转运单元两侧底部用多根捆绑带固定于母船艉部甲板上，利用A架将水下机器人吊起放置于固定转运单元上；钢缆穿过A架定滑轮拉住可回转滑轨单元，释放钢缆，将可回转滑轨单元放平。

在布放过程中，将可移动导引定滑轮移动到固定转运架的最右侧位置上，将牵引绳经过可移动导引定滑轮后与水下机器人艏环相连，通过牵引电机控制牵引绳收放；通过液压缸驱动A架往船外摆出或往船内摆回。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明将被动式滑轨布放回收装置设计为两段，且不用改船，仅利用大多数科考船都具备的A架作为主要动力源，占用空间很小；本发明布放回收系统的设计出发点是简单、易用、少人、可靠，较大程度上减少了随船保障人员的数量与工作压力。

2.本发明母船搭载便捷，不需要任何焊接操作，对母船影响达到最低。

3.本发明的固定转运单元不仅可以作为布放回收系统的一部分，因其具有承载和移动能力还可以用于转运水下机器人；同时水下机器人在维修维护时需分段合段操作，因固定转运单元下方具有承重滚轮，便于水下机器人各个段体的移动。

4.本发明安装于固定转运单元上的可移动导引定滑轮，具备在固定转运单元上水平移动和固定的功能，这样可以针对不同长度的水下机器人，定滑轮可以固定在不同位置，使得不同长度的水下机器人的重心位置都能被牵引至可回转滑轨单元上，使得A架升起或趴下时，水下机器人能随着可回转滑轨单元倾斜。

5.本发明布放回收时最少人数能到四人，分别是牵引电机操作人员、A架操作人员、牵引绳操作人员和指挥人员，能够真正做到少人化布放回收作业。

6.本发明的固定转运单元和可回转滑轨单元，能根据不同直径的水下机器人进行定制改进，只需要修改滑轨的倾斜角度以适应不同直径的水下机器人都能与滑轨接触，能够拓展该套布放回收系统的通用性。

附图说明

图1为本发明一种水下机器人被动式滑轨布放回收系统的结构示意图；

图2为本发明中固定转运单元和可回转滑轨单元的结构示意图；

图3为本发明一种水下机器人被动式滑轨布放回收系统的布放效果图；

图中：1为可移动导引定滑轮，101为移动架，102为导引定滑轮，2为牵引电机，3为固定转运单元，301为固定转运架，302为V型导轨Ⅰ，4为行走轮，5为捆绑带，6为A架定滑轮，7为A架，8为可回转滑轨单元，801为回转架，802为V型导轨Ⅱ，9为水下机器人，10为导引板，11为母船艉部甲板，12为绞车，13为牵引绳，14为钢缆，15为液压缸。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明的一实施例提供一种水下机器人被动式滑轨布放回收系统，包括牵引机构、固定转运单元3、可回转滑轨单元8及绞车组件，其中可回转滑轨单元8与固定转运单元3铰接，可回转滑轨单元8与固定转运单元3均用于承载水下机器人9；牵引机构设置于固定转运单元3上，用于牵引水下机器人9在固定转运单元3和可回转滑轨单元8上滑动；绞车组件设置于母船艉部甲板11上，绞车组件与可回转滑轨单元8连接，用于驱动可回转滑轨单元8进行俯仰动作。

如图1所示，本发明的实施例中，绞车组件包括A架定滑轮6、A架7、绞车12及钢缆14，其中A架7为龙门结构，且A架7的下端铰接在母船艉部甲板11上，A架7可上下摆动。A架定滑轮6设置于A架7的顶部；绞车12设置于母船艉部甲板11上，绞车12通过钢缆14与可回转滑轨单元8连接，钢缆14经过A架定滑轮6。

进一步地，绞车组件还包括两个液压缸15，两个液压缸15靠近A架7铰接在母船艉部甲板11上，两个液压缸15的输出端分别与A架7的两侧立柱铰接，两个液压缸15用于驱动A架7进行上下摆动，从而带动可回转滑轨单元8进行俯仰动作，如图3所示。

如图2所示，本发明的实施例中，固定转运单元3包括固定转运架301和设置于固定转运架301上的V型导轨Ⅰ302，其中固定转运架301为长方体框架，固定转运架301的底部设有行走轮4；V型导轨Ⅰ302沿长度方向设置于固定转运架301内，水下机器人9放置在V型导轨Ⅰ302上。固定转运架301通过捆绑带5固定在母船艉部甲板11上。

如图2所示，本发明的实施例中，牵引机构包括可移动导引定滑轮1、牵引电机2及牵引绳13，其中可移动导引定滑轮1可滑动地设置于固定转运架301上，牵引电机2设置于固定转运架301远离可回转滑轨单元8的一端端部，且牵引电机2的输出端设有牵引绳卷筒，牵引绳13的一端缠绕于牵引绳卷筒上，另一端经过可移动导引定滑轮1后与牵引水下机器人9的艏部连接。

具体地，可移动导引定滑轮1包括移动架101和导引定滑轮102，其中移动架101为倒置的U型架；移动架101的两端分别与固定转运架301的两侧滑动连接，导引定滑轮102设置于移动架101的顶部。

本发明的实施例中，安装于固定转运单元3上的可移动导引定滑轮1，具备在固定转运单元3上水平移动和固定的功能，这样可以针对不同长度的水下机器人9，可移动导引定滑轮1可以固定在不同位置，使得不同长度的水下机器人9的重心位置都能被牵引至可回转滑轨单元8上，使得A架7升起或趴下时，水下机器人9能随着可回转滑轨单元8倾斜。

如图2所示，本发明的实施例中，可回转滑轨单元8包括回转架801和设置于回转架801上的V型导轨Ⅱ802，其中回转架801为长方体框架，V型导轨Ⅱ802沿长度方向设置于长方体框架内。回转架801的一端与固定转运架301铰接，另一端设有导引板10。

具体地，V型导轨Ⅰ302和V型导轨Ⅱ802均由间隔设置的若干对辊轮组成，每对辊轮成V型布设，且开角可调整，以便适应不同直径的水下机器人9。

本发明一实施例提供的一种水下机器人被动式滑轨布放回收系统，固定转运单元3通过捆绑带5被拉紧固定于母船艉部甲板11上的A架7的下方，可回转滑轨单元8被绕过A架定滑轮6的钢缆14拉紧，并能够随着A架7的摆出和摆回转动，牵引电机2通过牵引绳13与水下机器人9的艏部牵引环连接，经过可移动导引定滑轮1改变拉力方向来拉动水下机器人9在固定转运单元3和可回转滑轨单元8上移动。本发明结构简单、操作简便、安全可靠、实用性强，能够实现少人化及四级海况下对水下机器人的布放和回收。

在上述实施例的基础上，本发明的另一实施例提供一种水下机器人被动式滑轨布放回收方法，该方法利用上述实施例中的水下机器人被动式滑轨布放回收系统实现，具体包括以下步骤：

第一步：在母船上布置布放回收系统

将水下机器人被动式滑轨布放回收系统布置于母船艉部甲板11上的A架7的下方，然后将布放回收系统的固定转运单元3两侧底部用四根捆绑带5固定于母船上，利用A架7将水下机器人9吊起放置于固定转运单元3的V型导轨Ⅰ302上；钢缆14穿过A架定滑轮6拉住可回转滑轨单元8，并通过牵引电机2释放钢缆14，将可回转滑轨单元8放平。

第二步：布放过程

水下机器人准备布放时，将可移动导引定滑轮1移动到固定转运架301的最右侧位置(靠近可回转滑轨单元8的一端)上，牵引绳操作人员将牵引绳13穿过水下机器人9的艏环并与牵引电机2相连，牵引电机操作人员操控牵引电机2，拉动牵引绳13，水下机器人9在牵引绳13的拉动下，逐渐由固定转运单元3被牵引至可回转滑轨单元8上，如图1所示。

A架操作人员操控液压缸15，通过液压缸15驱动A架7往船外摆出，水下机器人9随可回转滑轨单元8逐渐转向水面，如图3所示；牵引绳操作人员控制牵引电机2，释放牵引绳13，水下机器人9受自身重力作用会逐渐从可回转滑轨单元8滑入水中，牵引绳操作人员打开或剪断预留于母船端牵引绳的绳结，将牵引绳从水下机器人9的艏部拉出并收回牵引绳13，这样水下机器人9就完全和母船脱离，可开始自主执行使命任务。

A架操作人员操控液压缸15，通过液压缸15驱动A架7往船内摆回，并将可回转滑轨单元8也拉回至船内，可回转滑轨单元8可完全倒置于固定转运单元3上，布放过程结束。

第三步：回收过程

水下机器人9执行完使命任务抛载上浮至水面后，母船人员通过远程遥控将水下机器人9引导至母船侧舷，然后牵引绳操作人员挂上水下机器人艏部牵引绳13，通过母船前进、牵引绳放长方式使水下机器人9与母船之间保持安全防碰撞距离，然后将牵引绳13移动到母船艉部。

A架操作人员操控液压缸15，通过液压缸15驱动A架7往船外摆出，使可回转滑轨单元8逐渐转向水面；牵引绳操作人员将牵引绳13穿过可移动导引定滑轮1后，与牵引电机2相连；牵引电机操作人员操控牵引电机2，逐渐拉回牵引绳13，水下机器人9艏部受拉力，经过可回转滑轨单元8端部的导引板10逐渐被拉入到可回转滑轨单元8中，如图2所示；

当水下机器人9完全进入至可回转滑轨单元8中，A架操作人员操控液压缸15，通过液压缸15驱动A架7缓慢往船内摆回，使可回转滑轨单元8呈水平位置，如图1所示；牵引绳操作人员将艏部牵引绳从可移动导引定滑轮1中拿出，使得牵引电机2直接拉动水下机器人9，使水下机器人9全部进入固定转运单元3中。

A架操作人员操控液压缸15，通过液压缸15驱动A架7往船内摆回，并将可回转滑轨单元8也拉回至船内，可回转滑轨单元8可完全倒置于固定转运单元3上，回收过程结束。

本发明提供的一种水下机器人被动式滑轨布放回收方法，固定转运单元通过捆绑带被拉紧固定于母船艉部甲板A架下方，可回转滑轨单元被绕过A架定滑轮的钢缆拉紧并能够随着A架的摆出和摆回转动，牵引电机通过牵引绳与水下机器人艏部牵引环连接，经过可移动导引定滑轮改变拉力方向来拉动水下机器人在固定转运单元和可回转滑轨单元上移动。本发明操作简便、安全可靠、实用性强，受海况影响小，不用改造船载吊车及母船，对母船要求少的特点，能够实现少人化及四级海况下对水下机器人的布放和回收。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种水下机器人被动式滑轨布放回收的方法，其特征在于，该方法包括水下机器人被动式滑轨布放回收系统；

所述水下机器人被动式滑轨布放回收系统包括牵引机构、固定转运单元(3)、可回转滑轨单元(8)及绞车组件，其中可回转滑轨单元(8)与固定转运单元(3)铰接，可回转滑轨单元(8)与固定转运单元(3)均用于承载水下机器人(9)；牵引机构设置于固定转运单元(3)上，用于牵引水下机器人(9)在固定转运单元(3)和可回转滑轨单元(8)上滑动；绞车组件设置于母船艉部甲板(11)上，绞车组件与可回转滑轨单元(8)连接，用于驱动可回转滑轨单元(8)进行俯仰动作；

所述固定转运单元(3)包括固定转运架(301)和设置于固定转运架(301)上的V型导轨Ⅰ(302)，其中固定转运架(301)的底部设有行走轮(4)；固定转运架(301)固定在所述母船艉部甲板(11)上；

所述牵引机构包括可移动导引定滑轮(1)、牵引电机(2)及牵引绳(13)，其中可移动导引定滑轮(1)可滑动地设置于所述固定转运架(301)上，牵引电机(2)设置于所述固定转运架(301)的端部，且牵引电机(2)的输出端设有牵引绳卷筒，牵引绳(13)的一端缠绕于牵引绳卷筒上，另一端经过可移动导引定滑轮(1)后与牵引水下机器人(9)的艏部连接；

所述可移动导引定滑轮(1)包括移动架(101)和导引定滑轮(102)，其中移动架(101)为倒置的U型架；移动架(101)的两端分别与所述固定转运架(301)的两侧滑动连接，导引定滑轮(102)设置于移动架(101)的顶部；

所述可回转滑轨单元(8)包括回转架(801)和设置于回转架(801)上的V型导轨Ⅱ(802)，其中回转架(801)的一端与所述固定转运架(301)铰接，另一端设有导引板(10)；

所述绞车组件包括A架定滑轮(6)、A架(7)、绞车(12)及钢缆(14)，其中A架(7)为龙门结构，且A架(7)的下端铰接在所述母船艉部甲板(11)上，A架定滑轮(6)设置于A架(7)的顶部；绞车(12)设置于所述母船艉部甲板(11)上，且通过钢缆(14)与所述可回转滑轨单元(8)连接，钢缆(14)经过A架定滑轮(6)；

所述绞车组件还包括液压缸(15)，液压缸(15)铰接在所述母船艉部甲板(11)上，液压缸(15)的输出端与所述A架(7)铰接，液压缸(15)用于驱动所述A架(7)进行上下摆动；

所述方法包括以下步骤：

第一步：在母船上布置布放回收系统

将水下机器人被动式滑轨布放回收系统布置于母船艉部甲板(11)上；

第二步：布放过程

水下机器人(9)在牵引绳(13)拉动下由固定转运单元(3)牵引至可回转滑轨单元(8)内；

A架(7)往船外摆出，水下机器人(9)随可回转滑轨单元(8)转向水面，水下机器人(9)受自身重力作用从可回转滑轨单元(8)滑入水中；

控制A架(7)往船内摆回，并将可回转滑轨单元(8)拉回至船内，可回转滑轨单元(8)完全倒置于固定转运单元(3)上，布放过程结束；

第三步：回收过程

在水下机器人(9)的艏部挂牵引绳(13)；

A架(7)往船外摆出，使可回转滑轨单元(8)转向水面；通过牵引绳(13)将水下机器人(9)拉入到可回转滑轨单元(8)中；

A架(7)往船内摆回，使可回转滑轨单元(8)呈水平位置；通过牵引绳(13)拉动水下机器人(9)进入固定转运单元(3)中；

A架(7)往船内摆动，将可回转滑轨单元(8)拉回至船内，可回转滑轨单元(8)完全倒置于固定转运单元(3)上，回收过程结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步中，将水下机器人被动式滑轨布放回收系统放置于母船艉部甲板(11)上的A架(7)的下方，然后将固定转运单元(3)两侧底部用多根捆绑带(5)固定于母船艉部甲板(11)上，利用A架(7)将水下机器人(9)吊起放置于固定转运单元(3)上；钢缆(14)穿过A架定滑轮(6)拉住可回转滑轨单元(8)，释放钢缆(14)，将可回转滑轨单元(8)放平。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在布放过程中，将可移动导引定滑轮(1)移动到固定转运架(301)的最右侧位置上，将牵引绳(13)经过可移动导引定滑轮(1)后与水下机器人艏环相连，通过牵引电机(2)控制牵引绳(13)收放；通过液压缸(15)驱动A架(7)往船外摆出或往船内摆回。

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