CN114248889B - 一种适用于海缆巡检的auv - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于海缆巡检的AUV，包括扁平状的外壳，所述外壳内设有前舱、中舱、后舱；所述前舱、中舱、后舱内均设置有框架式的支撑骨架；所述支撑骨架固定在外壳底部上，所述前舱的支撑骨架通过中舱的支撑骨架与后舱的支撑骨架连接或直接与后舱的支撑骨架连接。本发明采用在不同舱体内设置框架式支撑骨架，可以将调试过程中不经常使用的零部件放置中舱的支撑骨架中，在调试过程中，单单使用后舱及前舱就可以组装起来下水进行调试，方便调试，同时对于可能出现的后期修改问题，也提供了一个较为方便有效的方案，并不用对于整体AUV的构造进行修改，大大减少了设计生产中产生的成本。

Description

一种适用于海缆巡检的AUV

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种适用于海缆巡检的AUV。

背景技术

传统自主水下航行器(AUV)主要用于执行诸如海底地形扫描等常规任务，并不能胜任复杂环境下海缆巡检的任务。现在结合声学、光学、磁学多种探测原理设计一款针对于海缆巡检的AUV使其能够沿着通电的海缆高效的进行巡检。

现有AUV技术存在以下不足之处：

1)仅仅通过更换模组来实现不同功能，受限于最初模组的形状，后面所需模组的形状也都已经固定。

2)有的通过两个对称的磁力仪来进行近海缆的检索，探测磁场的范围窄，探测方式较为单一。

3)通常巡检AUV只能单一功能的进行巡检，且非拼接式结构，不能够随意的更换零部件以满足不同的功能需要。

4)探测的原理较为单一，一般使用单一方式探测，没有融合声、光、磁多种方式进行探测。

发明内容

针对目前存在的技术问题，本发明提供了一种适用于海缆巡检的AUV，零部件更换灵活，提高了海缆的定位精度，能够灵活有效实现海缆巡检。

本发明采用的技术方案是：

一种适用于海缆巡检的AUV，其特征在于：包括扁平状的外壳，所述外壳内设有前舱、中舱、后舱；所述前舱、中舱、后舱内均设置有框架式的支撑骨架；所述支撑骨架固定在外壳底部上，所述前舱的支撑骨架通过中舱的支撑骨架与后舱的支撑骨架连接或直接与后舱的支撑骨架连接；

所述前舱内的支撑骨架上安装有密封设置的组合磁力仪系统、多普勒测速仪和离底高度计，所述前舱内的支撑骨架上对称设置有用于AUV的上浮下沉的前垂直推进器，所述前垂直推进器与外部水流连通；

所述中舱内的支撑骨架上固定有摄像模组、水下照明灯以及声通信机；所述中舱的两侧均安装有角度可调整的侧扫声纳换能器；

所述后舱内的支撑骨架上安装有密封设置的电子舱，所述电子舱内置有控制推进器和舵机动作的电子控制元件，所述电子控制元件与组合磁力仪系统、多普勒测速仪、离底高度计、摄像模组、水下照明灯、声通信机、侧扫声纳换能器通讯连接，所述电子控制元件通过密封好的天线与外部通讯连接，所述天线穿出外壳设置并在外部罩设有导流罩；所述电子舱的两侧安装有密封的电池舱，所述电池舱内安装有供电的电池模组；所述后舱的尾部设置有两块分开设置的舵板，所述舵板与控制其上下摆动的舵机连接，所述后舱的尾部在两舵板的外侧均安装有水平设置用于AUV前后推进的直流推进器，所述后舱后安装的支撑骨架上固定有用于辅助AUV的上浮和下潜以及悬停的后垂直推进器，所述后垂直推进器与外部水流连通；所述后舱的尾部与其内支撑骨架之间通过尾部拉伸件连接。本发明采用在不同舱体内设置框架式支撑骨架，可以将AUV航行过程中非必需的设备，例如摄像头，水下照明灯，侧扫声纳等放置在中舱的支撑骨架中，在调试过程中，单单使用后舱及前舱就可以组装起来下水进行调试，方便调试，同时对于可能出现的后期修改问题，也提供了一个较为方便有效的方案，并不用对于整体AUV的构造进行修改，大大减少了设计生产中产生的成本。由于是框架式的骨架结构，对于出现的安装问题，也可以通过修改单独的骨架来进行修改设计产生的误差，大大减少了试错的成本。

进一步，所述后舱和中舱的支撑骨架均包括若干块支撑板和若干根连接梁，所述后舱和中舱的支撑板均通过相应的连接梁固定在一起，所述后舱的支撑骨架和中舱的支撑骨架之间通过相邻支撑板固定连接，所述前舱的支撑骨架与中舱的支撑板或后舱的支撑板固定连接。

进一步，所述前舱包括主舱体和对称设置在主舱体两侧的侧舱体，所述组合磁力仪系统包括一个前置磁力仪和一对分别布置在两侧的侧翼磁力仪，所述前置磁力仪通过固定卡箍固定在主舱体内的支撑骨架和主舱体的底部上并与AUV的轴线平行设置，两个侧翼磁力仪通过固定卡箍分别固定安装在相应的侧舱体内并均与AUV的轴线垂直设置；所述前置磁力仪和侧翼磁力仪外均设置有密封舱。为减少AUV自身对磁力仪带来的磁干扰，前置磁力仪和一对侧翼磁力仪布置在尽量远离电子舱和其他干扰源的位置。本发明通过一个前置磁力仪和两个侧翼磁力仪形成组合磁力仪系统，可以确定AUV相对于海缆的位置，为AUV沿着海缆巡检提供导引信号。其中，前置磁力仪优选三轴感应线圈式的传感器或高灵敏度磁通门传感器。由于海缆可视为无限长直导线模型。根据电磁场理论和电磁波传播规律，长直导线中通过交流电流时，在其周围会产生交变电磁场并向外传播。海缆周围某点的磁感应强度与海缆的垂直距离成反比，方向与导线横截面相垂直。磁力线为以该长直导线为圆心的同心圆，方向由安培右手定则确定。前置磁力仪通过检测海缆周围交变磁场的三轴分量，可以推算出AUV相对于海缆轴心的方位，同时结合AUV导航系统得到的航行距离，可以推算出AUV相对于海缆的距离。这些信号为AUV沿着海缆巡检提供导引。前置磁力仪若选用三轴感应线圈式的传感器，因为感应线圈可以感应海缆通交流电后的交变磁场，而地磁场和其他静态干扰磁场则不被感应，这样可以大大提高前置磁力仪检测到信号的信噪比。前置磁力仪若选用高灵敏度磁通门传感器，则需要针对海缆交流电的频率设计高通滤波器，将输入信号中的静态磁场滤除，保留海缆产生的交变磁场信号。与前置磁力仪主要检测海缆产生的交变磁场不同，一对侧翼磁力仪检测的信号则包含了海缆产生的交变磁场和静态地磁场。通过对一对侧翼磁力仪检测的信号作差分处理，相同的静态地磁场分量被自动减掉，保留下表征AUV相对于海缆位置的差分分量。该信号同样可以为AUV沿着海缆巡检提供导引。为了提高海缆的定位精度，两个侧翼磁力仪之间的距离应尽量大。本发明组合了前置磁力仪检测交变磁场和一对侧翼磁力仪检测差分信号两种不同的方式，通过信息融合并结合AUV自身的导航系统，得到AUV相对于海缆的位置和方位，为AUV沿着海缆巡检提供导引。

进一步，所述前舱和前舱内的支撑骨架均采用POM材料制成。POM材料强度高、加工性好、吸湿性小，而且属于非金属无磁材料对磁力仪干扰小，能够避免AUV本体对于磁力仪的干扰。

进一步，所述舵机的输出轴依次通过传动短轴、挠性联轴器、传动长轴、小锥齿轮、大锥齿轮与舵板连接，所述舵板通过陶瓷轴承可转动的嵌装在后舱尾部，所述传动短轴和传动长轴上均通过陶瓷轴承可旋转地安装于法兰盘式的轴承座内，所述轴承座固定在后舱内的凸台上。本发明所述舵板的上下摆动通过舵机的旋转经过传动短轴-挠性联轴器-传动长轴-小锥齿轮-安装在舵板上大锥齿轮进行传动。

进一步，所述电池舱安装于滑轨上，所述滑轨架设在后舱的支撑骨架的下部贴近舱底设置。本发明电池舱的放置采用滑轨式布置，滑轨放置于整体中心之下，贴近舱底，可以降低AUV的重心，提高稳心高，从而提高静态稳定性。同时滑轨式设计还有一个优点，电池舱可以沿着轴向在一定范围内移动，便于后期的配重。

进一步，所述电子舱侧面在天线后侧位置开有若干个螺纹孔，分别用于安装水密连接器、气密测试嘴和水下防水开关。所述水密连接器用于给AUV的电池充电；所述气密测试嘴在AUV下水前连接真空泵用于测试AUV电子舱的密封性，测试完毕后用专用堵头堵上密封；所述水下防水开关用于电子舱内电路的通断。由于水下防水开关过流能力有限，本发明通过防水开关先控制继电器的输入端，再由继电器来控制电子舱内的其他负载。作为候选方案，本发明中水下防水开关也可以用非接触式的双稳磁开关来代替，这样只需要在腔体外部靠近双稳磁开关的位置用磁铁来控制通断，而不需要在电子舱侧面开安装水下防水开关的孔。所述天线外部设有流线型的导流罩，导流罩还将天线后侧的水密连接器、气密测试嘴和水下防水开关都罩在内，尽量减少这些突出附件对AUV水动力的影响。天线的导流罩采用螺钉固定，方便拆装。所述电子舱的前后端盖设有不同规格的水密接插件，用于与外部设备的水密连接。

进一步，所述尾部拉伸件包括一伸直杆和斜拉杆，所述伸直杆的一端通过L型转接件与后舱内支撑骨架的支撑板固定连接，其另一端与后舱尾部的凸台固定连接，所述斜拉杆的一端铰接在伸直杆的中部，其另一端通过T型转接件与后舱内支撑骨架的支撑板连接。本发明由于推进器等的质量较大，单单靠外壳承重受力容易造成应力集中，导致外壳破损，由此设置尾部拉伸件。伸直杆、斜拉杆与支撑骨架的支撑板形成一个三角形，能够稳定的支撑住后舱嵌入的推进器，支撑住大部分重量，可以进一步减少后舱壳体的厚度，减少重量和材料成本。

进一步，所述外壳的上下面在垂直推进器的投影位置均开设通孔，形成推进槽道，使得垂直推进器能更好与外部水流连通，提高推进效率。

进一步，所述外壳内侧设置有加强筋用于增加强度，且在加强筋上设有许多孔位，用于内部标准浮力块的固定。这样在不影响AUV整体美观和流线型的基础上，可以采用经济性更好的标准浮力块以降低成本，同时内部浮力块的数量可以灵活增减。为增高AUV的稳定性，浮力材料在AUV的上半部分布置以增加稳心高。

本发明的有益效果：

(1)本发明组合声、光、磁多种探测手段进行海缆的探测和巡检。AUV采用了扁平式纺锤状的外壳设计，扁纺锤形状的横向水阻力小，使得AUV可以灵活转向，是比较适合海缆巡检的AUV形状。此外，该外壳形状有利于有效利用AUV内部的空间。

(2)本发明组合了前置磁力仪检测交变磁场和一对侧翼磁力仪检测差分信号两种不同的方式，通过信息融合并结合AUV自身的导航系统，得到AUV相对于海缆的位置和方位，为AUV沿着海缆巡检提供导引。采用的前置磁力仪主要测量交变磁场，用于在海缆通电时更好的进行海缆检测。两翼布置的侧翼磁力仪则通过对一对侧翼磁力仪检测的信号作差分处理，保留下表征AUV相对于海缆位置的差分分量。

(3)基于框架式的支撑骨架结构，整体便于安装和拆卸。同时主要的零部件全部由骨架承重，在骨架的基础上采用的蒙皮壳体的设计，可以将外壳做的尽可能的薄。

(4)电池舱采用滑轨布置，可以更加方便的调整重心，同时在配平等方面，也会更加方便。

(5)采用拼接式设计，中舱是一个载荷舱的设计，可以根据任务需要灵活的更换和增加不同的载荷。

(6)天线的导流罩采用的直接拆卸式结构，安装方便，预留的充电孔也集成在导流罩下侧，在需要充电的时候只需要将固定导流罩的螺钉拆卸下来，即可进行充电，不需要整体的拆卸。

(7)后舱布置的双推进器使得AUV操纵灵活；本发明采用了扁平式纺锤状的外壳设计，扁纺锤形状的横向水阻力小，使得AUV可以灵活转向；同时后置的舵板使得姿态和深度调节更加灵活。所有这些特征使得本发明的AUV更适合应用于海缆巡检。

(8)基于壳体内部的槽口构造，浮力材料放置于内部，固定于内部，方便配重，在不影响AUV整体美观和流线型的基础上，可以采用经济性更好的标准浮力块以降低成本，同时内部浮力块的数量可以灵活增减。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的俯视结构示意图。

图3是本发明的侧式的结构示意图。

图4是本发明的后视结构示意图。

图5是本发明的前舱和中舱内部结构示意图。

图6是本发明的后舱内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

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”、“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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

相关术语

AUV：自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle)

ROV：缆控水下机器人(Remotely Operated Vehicle)

UUV：无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle)

POM：聚甲醛树脂

参见图1-6，本实施例提供了一种适用于海缆巡检的AUV，包括扁平状的外壳1，所述外壳1内设有前舱8、中舱7、后舱6；所述前舱8、中舱7、后舱6内均设置有框架式的支撑骨架；所述支撑骨架固定在外壳1底部上，所述前舱8的支撑骨架通过中舱7的支撑骨架与后舱6的支撑骨架连接或直接与后舱6的支撑骨架连接。本发明采用在不同舱体内设置框架式支撑骨架，可以将调试过程中不经常使用的零部件，例如摄像头，水下照明灯，侧扫声纳等放置中舱的支撑骨架中，在调试过程中，单单使用后舱及前舱就可以组装起来下水进行调试，方便调试，同时对于可能出现的后期修改问题，也提供了一个较为方便有效的方案，并不用对于整体AUV的构造进行修改，大大减少了设计生产中产生的成本，由于是框架式的骨架结构，对于出现的安装问题，也可以通过修改单独的骨架来进行修改设计产生的误差，大大减少了试错的成本。

本实施例所述前舱8内的支撑骨架上安装有密封设置的组合磁力仪系统、多普勒测速仪和离底高度计，所述前舱8内的支撑骨架上对称设置有用于AUV的上浮下沉的前垂直推进器5，所述前垂直推进器5与外部水流连通。

所述前舱8包括主舱体和对称设置在主舱体两侧的侧舱体，所述组合磁力仪系统包括一个前置磁力仪11和一对分别布置在两侧的侧翼磁力仪15，所述前置磁力仪11通过固定卡箍12固定在主舱体内的支撑骨架14和主舱体的底部上并与AUV的轴线平行设置，两个侧翼磁力仪15通过固定卡箍分别固定安装在相应的侧舱体内并均与AUV的轴线垂直设置；所述前置磁力仪11和侧翼磁力仪15外均设置有密封舱。本发明通过一个前置磁力仪11和两个侧翼磁力仪15形成的组合磁力仪系统，可以较为准确的确定本AUV相较于磁场中的位置，通过感应到的磁场数据的不同，来区别此时此刻的位置。具体的，前置磁力仪11以及数据采集模块被一起封装到一个密封舱中，密封舱的后端通过插盘13固定到支撑骨架14上面，密封舱的前端通过固定卡箍12固定在前舱下方的壳体上面。而位于两侧壳体上面直接通过固定卡箍固定了两个封装好侧翼磁力仪15的密封舱。所述前舱8和前舱8内的支撑骨架14均采用POM材料制成。POM材料强度高、加工性好、吸湿性小，而且属于非金属无磁材料对磁力仪干扰小，能够避免AUV本体对于磁力仪的干扰。

本实施例所述后舱6和中舱7的支撑骨架均包括若干块支撑板16和若干根连接梁，所述后舱6和中舱7的支撑板均通过相应的连接梁固定在一起，所述后舱6的支撑骨架和中舱7的支撑骨架之间通过相邻支撑板固定连接，所述前舱8的支撑骨架与中舱7的支撑板或后舱6的支撑板固定连接。具体的在每一块支撑板上的两侧都留下四个M4的螺纹孔，用于支撑板16与连接板17之间的连接。且在支撑板16的下侧也都留下四个M4的螺纹孔，用于连接支撑板和连接板，通过连接板和壳体的连接将壳体真正和骨架连接起来。放置于后舱6的三块支撑板通过螺钉来对连接板和十二根竖梁进行连接，进而使后舱6上面的三块支撑板连接成一个整体的支撑骨架。放置于中舱7的两块支撑板在两侧和底部留的孔位均保持一致，中舱7的两块支撑板同样也是先和连接板连接到一起，再用八根竖梁连接连接板，使得中舱两块支撑板固定一起形成一个支撑骨架。中舱7和后舱6的支撑骨架的连接是两块支撑板直接贴合起来，通过贯穿在相同位置的五个孔位，通过螺钉连接通孔和螺纹孔，同时在侧面和底部用整块的连接板将这两块支撑板连接成一体。其中三块支撑板的顶部两侧设有吊环螺母29，所述吊环螺母29凸出外壳1设置。

本实施例所述中舱7内的支撑骨架上固定有摄像模组18、水下照明灯以及声通信机19；所述中舱7的两侧均安装有角度可调整的侧扫声纳换能器20。具体的，中舱7的支撑骨架的下方竖梁之间放置几根横梁，用来放置侧扫声纳的电子单元密封圈，以及摄像模组和水下照明灯。中舱的两侧侧扫声呐换能器通过转接件固定在中舱的支撑板上，且针对换能器的布置角度，转接件设计的可调节角度，方便后面安装的角度调整。

本实施例所述后舱6内的支撑骨架上安装有密封设置的电子舱9，所述电子舱9内置有控制推进器和舵机动作的电子控制元件，所述电子控制元件与组合磁力仪系统、多普勒测速仪、离底高度计、摄像模组、水下照明灯、声通信机、侧扫声纳换能器通讯连接，所述电子控制元件通过密封好的天线10与外部通讯连接，所述天线10穿出外壳1设置并在外部罩设有导流罩2；所述电子舱9的两侧安装有密封的电池舱21，所述电池舱21内安装有供电的电池模组；所述后舱6的尾部设置有两块分开设置的舵板24，所述舵板24与控制其上下摆动的舵机22连接，所述后舱6的尾部在两舵板24的外侧均安装有水平设置用于AUV前后推进的直流推进器3，所述后舱6后的支撑骨架上固定有用于辅助AUV的上浮和下潜以及悬停的后垂直推进器4，所述后垂直推进器4与外部水流连通；所述后舱6的尾部与其内支撑骨架之间通过尾部拉伸件连接。本实施例的前后五个推进器包括舵机的控制指令都由放置在后舱骨架上的电子舱发出。电子舱内置电子控制元件，将电子元件排布放置好后，将其放置于密封舱内，密封好。所述水下防水开关用于电子舱内电路的通断。由于水下防水开关过流能力有限，本发明通过防水开关先控制继电器的输入端，再由继电器来控制电子舱内的其他负载。作为候选方案，本发明中水下防水开关也可以用非接触式的双稳磁开关来代替，这样只需要在腔体外部靠近双稳磁开关的位置用磁铁来控制通断，而不需要在电子舱侧面开安装水下防水开关的孔。

本实施例所述舵机22的输出轴依次通过传动短轴、挠性联轴器、传动长轴、小锥齿轮、大锥齿轮与舵板24连接，所述舵板24通过陶瓷轴承可转动的嵌装在后舱尾部，所述传动短轴和传动长轴上均通过陶瓷轴承可旋转地安装于法兰盘式的轴承座内，所述轴承座固定在后舱内的凸台上。本发明所述舵板24的上下摆动通过舵机22的旋转经过传动短轴-挠性联轴器-传动长轴-小锥齿轮-安装在舵板24上大锥齿轮23进行传动。尾部的直流推进器3直接嵌入后舱6的外壳上，并且通过螺栓螺母连接起来。舵板24先套上两块陶瓷轴承嵌入后舱6留好的空处，再通过紧固件将轴承连接起来。

本实施例整体电源的提供由放置在电子舱9两侧的电池舱21提供，选择能够满足电压电流和续航要求的电池模组，封装至密封舱中成为电池舱。所述电池舱21安装于滑轨上，所述滑轨架设在后舱的支撑骨架的下部贴近舱底设置。本发明电池舱的放置采用滑轨式布置，滑轨放置于整体中心之下，贴近舱底，降低AUV整体的重心，增大稳心高，提高AUV的稳定性，同时滑轨式设计还有一个优点是便于后期的配重和重心的轴向调节。电池舱21的两侧端盖分别开了八个螺纹孔，用来连接与滑轨之间的转接件。同时滑轨上预留多个螺纹孔，方便电池舱的轴向位置调节以及固定。

本实施例所述尾部拉伸件包括一伸直杆25和斜拉杆26，所述伸直杆25的一端通过L型转接件27与后舱6内支撑骨架的支撑板固定连接，其另一端与后舱尾部的凸台固定连接，所述斜拉杆26的一端铰接在伸直杆25的中部，其另一端通过T型转接件28与后舱6内支撑骨架的支撑板连接。本发明由于推进器等的质量过重，单单靠外壳承重受力容易造成应力集中，对整体造成破损，由此设置尾部拉伸件。伸直杆、斜拉杆与支撑骨架的支撑板形成一个三角形，能够稳定的支撑住后舱嵌入的推进器，支撑住大部分重量，可以进一步减少后舱壳体的厚度，减少成本。

本实施例所述外壳1的上下面在垂直推进器的投影位置均开设通孔，使得垂直推进器能更好与外部水流连通，提高推进效率。

针对便于安装以及调整的方面，AUV内部的零部件的安装固定可以在下半部分安装完成并固定，方便固定，也方便内部的布置和安装。

整个外壳的上半部分用于放置浮力材料。常规的AUV设计中，外壳采用浮力材料定制加工而成。这种方法虽然可以保证壳体的美观和水动力性能，但是浮力材料定制加工良品率低，导致加工成本较高。在本发明中，外壳的上表面内侧设有加强筋用于增加强度，且在加强筋上设有许多孔位，用于内部标准浮力块的固定。这样在不影响AUV整体美观和流线型的基础上，可以采用经济性更好的标准浮力块以降低成本，同时内部浮力块的数量可以灵活增减。本实施例外壳采用的3D打印，所以外壳的设计并不需要采用传统的圆柱形。本实施例外壳采用的扁平形状，扁平的布置能够更好的利用舱内的空间，使得AUV内部空间较为有效的利用。本发明通过在不同支撑骨架上面的孔位和留的螺纹孔，可以更方便的布置零部件。

本发明采用了扁平式纺锤状的外壳设计，扁纺锤形状的横向水阻力小，使得AUV可以灵活转向，是比较适合海缆巡检的AUV形状。此外，该外壳形状有利于有效利用AUV内部的空间，同时采用了框架式结构，主要的零部件全部由骨架承重，在骨架的基础上采用的蒙皮壳体的设计，可以将外壳做的尽可能的薄。进一步，浮力材料也放置于内部，固定于内部，方便配重的同时也美观，不影响水动力性能。

本发明通过一个前置磁力仪和一对分别布置在两侧的侧翼磁力仪形成组合磁力仪系统，可以确定AUV相对于海缆的位置，为AUV沿着海缆巡检提供导引信号。其中，前置磁力仪优选三轴感应线圈式的传感器或高灵敏度磁通门传感器。由于海缆可视为无限长直导线模型。根据电磁场理论和电磁波传播规律，长直导线中通过交流电流时，在其周围会产生交变电磁场并向外传播。海缆周围某点的磁感应强度与海缆的垂直距离成反比，方向与导线横截面相垂直。磁力线为以该长直导线为圆心的同心圆，方向由安培右手定则确定。前置磁力仪通过检测海缆周围交变磁场的三轴分量，可以推算出AUV相对于海缆轴心的方位，同时结合AUV导航系统得到的航行距离，可以推算出AUV相对于海缆的距离。这些信号为AUV沿着海缆巡检提供导引。前置磁力仪若选用三轴感应线圈式的传感器，因为感应线圈可以感应海缆通交流电后的交变磁场，而地磁场和其他静态干扰磁场则不被感应，这样可以大大提高前置磁力仪检测到信号的信噪比。前置磁力仪若选用高灵敏度磁通门传感器，则需要针对海缆交流电的频率设计高通滤波器，将输入信号中的静态磁场滤除，保留海缆产生的交变磁场信号。与前置磁力仪主要检测海缆产生的交变磁场不同，一对侧翼磁力仪检测的信号则包含了海缆产生的交变磁场和静态地磁场。通过对一对侧翼磁力仪检测的信号作差分处理，相同的静态地磁场分量被自动减掉，保留下表征AUV相对于海缆位置的差分分量。该信号同样可以为AUV沿着海缆巡检提供导引。为了提高海缆的定位精度，两个侧翼磁力仪之间的距离应尽量大。本发明组合了前置磁力仪检测交变磁场和一对侧翼磁力仪检测差分信号两种不同的方式，通过信息融合并结合AUV自身的导航系统，得到AUV相对于海缆的位置和方位，为AUV沿着海缆巡检提供导引。

本发明电池舱采用滑轨布置，可以更加方便的调整重心，同时在配平等方面，也会更加方便。采用拼接式设计，中舱是一个载荷舱的设计，可以根据任务需要灵活的更换和增加不同的载荷。天线的导流罩采用的直接拆卸式结构，安装方便，预留的充电孔也集成在导流罩下侧，在需要充电的时候只需要将固定导流罩的螺钉拆卸下来，即可进行充电，不需要整体的拆卸。后舱布置的双推进器使得AUV操纵灵活；采用了扁平式纺锤状的外壳设计，扁纺锤形状的横向水阻力小，使得AUV可以灵活转向；同时后置的舵板使得姿态和深度调节更加灵活。所有这些特征使得本发明的AUV更适合应用于海缆巡检。

Claims (8)

1.一种适用于海缆巡检的AUV，其特征在于：包括扁平状的外壳，所述外壳内设有前舱、中舱、后舱；所述前舱、中舱、后舱内均设置有框架式的支撑骨架；所述支撑骨架固定在外壳底部上，所述前舱的支撑骨架通过中舱的支撑骨架与后舱的支撑骨架连接；在调试过程中，单单使用后舱的支撑骨架与前舱的支撑骨架就可以直接组装起来后下水进行调试；

所述前舱内的支撑骨架上安装有密封设置的组合磁力仪系统、多普勒测速仪和离底高度计，所述前舱内的支撑骨架上对称设置有用于AUV的上浮下沉的前垂直推进器，所述前垂直推进器与外部水流连通；所述前舱包括主舱体和对称设置在主舱体两侧的侧舱体，所述组合磁力仪系统包括一个前置磁力仪和一对分别布置在两侧的侧翼磁力仪，所述前置磁力仪通过固定卡箍固定在主舱体内的支撑骨架和主舱体的底部上并与AUV的轴线平行设置，两个侧翼磁力仪通过固定卡箍分别固定安装在相应的侧舱体内并均与AUV的轴线垂直设置；所述前置磁力仪和侧翼磁力仪外均设置有密封舱；

所述中舱内的支撑骨架上固定有摄像模组、水下照明灯以及声通信机；所述中舱的两侧均安装有角度可调整的侧扫声纳换能器；

所述后舱内的支撑骨架上安装有密封设置的电子舱，所述电子舱内置有控制推进器和舵机动作的电子控制元件，所述电子控制元件与组合磁力仪系统、多普勒测速仪、离底高度计、摄像模组、水下照明灯、声通信机、侧扫声纳换能器通讯连接，所述电子控制元件通过密封好的天线与外部通讯连接，所述天线穿出外壳设置并在外部罩设有导流罩；所述电子舱的两侧安装有密封的电池舱，所述电池舱内安装有供电的电池模组；所述电池舱安装于滑轨上，所述滑轨架设在后舱的支撑骨架的下部贴近舱底设置；所述后舱的尾部设置有两块分开设置的舵板，所述舵板与控制其上下摆动的舵机连接，所述后舱的尾部在两舵板的外侧均安装有水平设置用于AUV前后推进的直流推进器，所述后舱后安装的支撑骨架上固定有用于辅助AUV的上浮和下潜以及悬停的后垂直推进器，所述后垂直推进器与外部水流连通；所述后舱的尾部与其内支撑骨架之间通过尾部拉伸件连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于海缆巡检的AUV，其特征在于：所述后舱和中舱的支撑骨架均包括若干块支撑板和若干根连接梁，所述后舱和中舱的支撑板均通过相应的连接梁固定在一起，所述后舱的支撑骨架和中舱的支撑骨架之间通过相邻支撑板固定连接，所述前舱的支撑骨架与中舱的支撑板或后舱的支撑板固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于海缆巡检的AUV，其特征在于：所述前舱和前舱内的支撑骨架均采用POM材料制成。

4.根据权利要求1或2所述的一种适用于海缆巡检的AUV，其特征在于：所述舵机的输出轴依次通过传动短轴、挠性联轴器、传动长轴、小锥齿轮、大锥齿轮与舵板连接，所述舵板通过陶瓷轴承可转动的嵌装在后舱尾部，所述传动短轴和传动长轴上均通过陶瓷轴承可旋转地安装于法兰盘式的轴承座内，所述轴承座固定在后舱内的凸台上。

5.根据权利要求1或2所述的一种适用于海缆巡检的AUV，其特征在于：所述电子舱侧面在天线后侧位置开有若干个螺纹孔，分别用于安装水密连接器、气密测试嘴和水下防水开关，所述电子舱的前后端盖设有不同规格的水密接插件，用于与外部设备的水密连接。

6.根据权利要求1或2所述的一种适用于海缆巡检的AUV，其特征在于：所述尾部拉伸件包括一伸直杆和斜拉杆，所述伸直杆的一端通过L型转接件与后舱内支撑骨架的支撑板固定连接，其另一端与后舱尾部的凸台固定连接，所述斜拉杆的一端铰接在伸直杆的中部，其另一端通过T型转接件与后舱内支撑骨架的支撑板连接。

7.根据权利要求1或2所述的一种适用于海缆巡检的AUV，其特征在于：所述外壳的上下面在垂直推进器的投影位置均开设通孔，形成推进槽道。

8.根据权利要求1或2所述的一种适用于海缆巡检的AUV，其特征在于：所述外壳内侧设置有加强筋用于增加强度，且在加强筋上设有许多孔位，用于内部标准浮力块的固定。

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