CN114347830A - 一种多类型uuv对接充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多类型UUV对接充电装置，导向机构、V型夹、水下灯、夹持臂、充电机构、定位模块、水下定位信标、滑块机构、液压缸活塞杆、液压缸体、底座组成。导向机构安装在夹持臂的端部，由导向板、连接架、摆动液压缸、支撑座组成。导向板安装在连接架上，摆动液压缸安装在夹持臂的侧面，其输出轴穿过连接架底部的通孔、与支撑座相连，支撑座对输出轴起支撑作用，摆动液压缸的输出轴与连接架间安装有平键，摆动液压缸输出轴的旋转力矩可通过平键传递给连接架和导向板，从而实现导向板绕摆动液压缸输出轴的转动。通过调整导向板角度和夹持臂的位置，实现多类型UUV的快速导向和可靠对接，通过调整充电模块的位置实现多类型UUV的快速充电。
Description
技术领域
本发明涉及一种多类型UUV对接充电装置，属水下机器人于对接充电装置。
背景技术
随着海洋开发技术的发展，水下UUV(Unmanned Underwater Vehicle)已成为海洋开发的主要工具，然而UUV的能源有限，为保证其在水下长期工作，需进行水下充电，由于海洋环境复杂，洋流干扰明显，因此，结构简单，性能可靠，功能强大的水下UUV对接充电装置，已成为保证UUV长期工作的重要因素。
专利申请号为201210439839.6、名称为《一种欠驱动UUV水下回收装置》的专利，给出了一种结构灵活紧凑的水下回收装置，通过连杆带动连接块，再带动夹持臂摆动实现夹抱，该专利仅适应一种直径的UUV，没有专门的导向机构和充电机构。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种多类型UUV对接充电装置，通过调整导向板角度和夹持臂的位置，实现多类型UUV的快速导向和可靠对接，通过调整充电模块的位置实现多类型UUV的快速充电。
本发明的目的是这样实现的：包括导向机构、V型夹、水下灯、夹持臂、充电机构、定位模块、水下定位信标、滑块机构、液压缸活塞杆、液压缸体、底座，导向机构安装在夹持臂的端部，包括导向板、连接架、摆动液压缸、支撑座，导向板安装在连接架上，摆动液压缸安装在夹持臂的侧面，其输出轴穿过连接架底部的通孔、与支撑座相连，支撑座对输出轴起支撑作用，摆动液压缸的输出轴与连接架间安装有平键，三个夹持臂与滑块机构端部固连、且圆周方向均布，定位模块安装在滑块机构的中心，滑块机构通过液压缸活塞杆与液压缸体相连接，液压缸体安装在底座上；滑块机构包括滑块、骨架、三向连杆，三向连杆固连在液压缸活塞杆上，三向连杆的端部为斜面，两侧为燕尾形，与滑块内部对应的燕尾槽相互配合，三向连杆带动三个滑块沿骨架内的三个槽道径向滑动，进而带动三个夹持臂径向平移。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.每个夹持臂上均安装有两个V型夹，V型夹上的V型开口可与不同直径UUV表面相切。各夹持臂上V型夹的纵向位置相互错开，可保证在夹持小直径的UUV时不同加持臂上的V型夹相互交叉而不碰撞。
2.三个夹持臂背向的端部均安装有水下灯，并位于两导向板间隙处，对接时与定位模块中心的水下灯联合引导UUV，使其沿着正确的对接方向行驶。
3.水下定位信标安装在滑块机构的正上方，通过声波与UUV通信。
4.定位模块安装在骨架的中心，定位模块与UUV接触部分为带有凹坑的电磁铁，可牢固吸附UUV，电磁铁后安装有弹簧和检测机构，弹簧可对UUV起到缓冲作用，检测机构可检测UUV的位置。
5.充电机构包括纵向液压缸、充电模块、安装板、升降液压缸、升降板组成，充电模块安装在安装板上，安装板通过滑道安装在夹持臂的底部，纵向液压缸沿夹持臂纵向安装，其活塞杆与安装板连接，这样，通过控制纵向液压缸可调整充电模块的纵向位置；升降液压缸垂直安装在安装板上，升降液压缸活塞杆端部与升降板连接，升降板与充电模块固连，这样，通过控制升降液压缸，调整升降板及充电模块垂直安装板移动。
6.滑块外部两侧设计有凸台，可保证滑块和夹持臂沿着骨架内的对应凹槽径向移动，实现夹持功能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：夹持臂可径向平移，并且夹持臂上的V型夹设计有V型开口，各夹持臂上V型夹纵向错开，可适应不同直径的欠驱动UUV。三夹持臂径向上呈120°均布，一夹持臂水平布置在充电对接装置底部，可保证对接充电装置的顶部留有足够空间，使UUV顶部天线等结构无障碍进入对接充电装置。沿夹持臂轴向安装的纵向液压缸可调整充电模块的纵向位置，垂直于夹持臂安装的升降液压缸可径向调整充电模块位置，能适应不同UUV结构。夹持臂端部的导向板可根据UUV尺寸调整开合角度，实现智能导向功能。定位模块具有电磁吸附、定位检测和缓冲功能，可保证UUV准确、可靠定位。定位模块中心的水下灯可与三个夹持臂端部的水下灯联合引导UUV，保证对接稳定。对接装置顶部安装有声通信信标，可实现与UUV的远距离通讯。三夹持臂联动，可自动定心，对接方便。采用滑块结构实现夹持臂的径向平移，适应性强，结构简单可靠。
附图说明
图1是多类型UUV对接充电装置结构组成图；
图2是滑块机构组成图；
图3是三向连杆结构图；
图4是导向机构组成图；
图5是导向板不同角度时的对接装置图；
图6a是充电机构仰视图；
图6b是图6a中的A-A剖视图；
图7是多类型UUV对接充电装置工作流程；
图8a是小型UUV进入对接装置示意图；
图8b是小型UUV对接完成示意图；
图9是大型UUV对接完成示意图；
图10是多UUV对接方案。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合附图1-6，本发明的对接充电装置由导向机构1、V型夹2、水下灯3、夹持臂4、充电机构5、定位模块6、水下定位信标7、滑块机构8、液压缸活塞杆9、液压缸体10、底座11组成。导向机构1与夹持臂4相连接，三个夹持臂4与滑块机构8的三个滑块801固连且圆周方向按120°均布，定位模块6安装在滑块机构8的中心，滑块机构8通过液压缸活塞杆9与液压缸体10相连，液压缸体10安装在底座11上。
滑块机构8包括滑块801、骨架802、三向连杆803。三向连杆固连在液压缸活塞杆上，液压缸活塞杆9带动三向连杆803轴向移动，三向连杆803的端部为斜面，并设计有燕尾形结构(两侧为燕尾形)，滑块801与三向连杆803相配合部分设计有对应的燕尾槽，通过燕尾形结构，三向连杆803带动三个滑块801沿骨架802内的三个周向均布的槽道滑动，进而带动三个夹持臂4径向平移，滑块801外部设计有凸台，可保证滑块801和夹持臂4沿着骨架802内的对应凹槽沿径向滑动，实现夹持功能。
每个夹持臂4上均安装有两个V型夹2，V型夹上的V型开口可与不同直径UUV表面相切。各夹持臂4上的V型夹2的纵向位置相互错开，可保证在夹持直径较小的UUV时，不同加持臂上的V型夹相互交叉而不碰撞，V型夹2表面安装有缓冲材料，其内安装有压力传感器，通过检测接触力判定夹持的可靠程度，并反馈给控制系统，调节夹持臂4的位置，保证UUV壳体不被压坏。
三个夹持臂4由槽钢制成，其背向端部均安装有水下灯3，并位于两导向板间隙处，水下灯3位于两导向板101的中间，对接时水下灯发射的光束从两导向板101的间隙处穿过，与定位模块6中心的水下灯3联合引导UUV使其沿着正确对接方向行驶。
水下定位信标7安装在滑块机构8的正上方，通过声波与UUV通信，实现UUV与对接充电装置的相互定位与信息传输。
导向机构安装在夹持臂的端部，导向机构1包括导向板101，连接架102，摆动液压缸103，支撑座104，导向板101固连在连接架102上，摆动液压缸103安装在夹持臂4的侧面，其输出轴穿过连接架102底部的通孔与支撑座104相连，支撑座对输出轴起支撑作用，摆动液压缸103的输出轴与夹持臂4的端部存在一定距离，可保证连接架102绕输出轴自由旋转，摆动液压缸103的输出轴与连接架102间安装有平键，摆动液压缸输出轴的旋转力矩可通过平键将动力传递给连接架102和导向板101，可使连接架102绕摆动液压缸103输出轴转动。这样，根据UUV尺寸及方位的不同，通过控制摆动液压缸103即可调整导向板101的开合角度，增强导向能力。
定位模块6安装在骨架802的中心。定位模块6与UUV接触部分为带有凹坑的电磁铁，可牢固吸附UUV，电磁铁后安装有弹簧和检测机构，弹簧可对UUV起到缓冲作用，检测机构可检测UUV位置，并将信息反馈给控制系统，以便在定位后控制夹持臂动作。
充电机构5包括纵向液压缸501、充电模块502，安装板503、升降液压缸504、升降板505。纵向液压缸501沿夹持臂4纵向安装，其活塞杆与安装板503连接，安装板503通过滑道安装在夹持臂4的底部，充电模块502安装在安装板503上，这样，通过控制纵向液压缸501活塞杆的行程可实现充电模块502的纵向移动，通过控制纵向液压缸可调整充电模块的纵向位置，以适应不同UUV纵向结构；升降液压缸504垂直安装在安装板503上，升降液压缸504的活塞杆端部与升降板505连接，升降板505与充电模块502固连，这样，通过控制升降液压缸504，即可使升降板505及充电模块502垂直安装板503移动，以调整充电模块于UUV的径向距离。
结合附图7-9，本发明的夹持过程为：
首先，等待过程中，系统定时自检以保证对接充电装置的可靠性；当有UUV准备充电时，对接充电装置先与UUV建立通信，命令其逆流等待并获得其尺寸信息；之后，对接充电装置根据信息调整夹持臂位置和导向板的角度，当调整就绪后，发送“可以进入”指令给UUV；当定位模块检测到UUV接近时，电磁铁通电，吸附UUV艏部，定位锁紧完成；然后，液压缸活塞杆伸出，夹持臂夹紧UUV；夹持完成后，启动充电机构进行充电；充电完成后，电磁铁断电，液压缸活塞杆缩回，UUV便可离开对接充电装置。
上述只是本发明的一种具体实施方式，根据需要本发明还可以采用其他的具体实施方式。结合附图10，本发明的第二种具体实施方式为：
在第一种实施方式的基础上将三个对接充电装置1001圆周方向均布安装，每个对接充电装置安装在具有回转功能的立柱1003上，立柱安装在圆盘形安装座1002上，保证各装置的对接轴线间的夹角为120°，实现多个UUV的同时对接，接充电装置安装与立柱上，立柱在按圆周均布方式安装在底座上，当多个UUV均需充电时，控制系统调整导向板开合角度和夹持臂移动适应不同类型UUV，实现多个不同类型UUV同时充电。
Claims (7)
1.一种多类型UUV对接充电装置，其特征在于：包括导向机构、V型夹、水下灯、夹持臂、充电机构、定位模块、水下定位信标、滑块机构、液压缸活塞杆、液压缸体、底座，导向机构安装在夹持臂的端部，包括导向板、连接架、摆动液压缸、支撑座，导向板安装在连接架上，摆动液压缸安装在夹持臂的侧面，其输出轴穿过连接架底部的通孔、与支撑座相连，支撑座对输出轴起支撑作用，摆动液压缸的输出轴与连接架间安装有平键，三个夹持臂与滑块机构端部固连、且圆周方向均布，定位模块安装在滑块机构的中心，滑块机构通过液压缸活塞杆与液压缸体相连接，液压缸体安装在底座上；滑块机构包括滑块、骨架、三向连杆，三向连杆固连在液压缸活塞杆上，三向连杆的端部为斜面，两侧为燕尾形，与滑块内部对应的燕尾槽相互配合，三向连杆带动三个滑块沿骨架内的三个槽道径向滑动，进而带动三个夹持臂径向平移。
2.根据权利要求1所述的一种多类型UUV对接充电装置，其特征在于：每个夹持臂上均安装有两个V型夹，V型夹上的V型开口可与不同直径UUV表面相切。各夹持臂上V型夹的纵向位置相互错开，可保证在夹持小直径的UUV时不同加持臂上的V型夹相互交叉而不碰撞。
3.根据权利要求1所述的一种多类型UUV对接充电装置，其特征在于：三个夹持臂背向的端部均安装有水下灯，并位于两导向板间隙处，对接时与定位模块中心的水下灯联合引导UUV，使其沿着正确的对接方向行驶。
4.根据权利要求1所述的一种多类型UUV对接充电装置，其特征在于：水下定位信标安装在滑块机构的正上方，通过声波与UUV通信。
5.根据权利要求1任意一所述的一种多类型UUV对接充电装置，其特征在于：定位模块安装在骨架的中心，定位模块与UUV接触部分为带有凹坑的电磁铁，可牢固吸附UUV，电磁铁后安装有弹簧和检测机构，弹簧可对UUV起到缓冲作用，检测机构可检测UUV的位置。
6.根据权利要求1任意一所述的一种多类型UUV对接充电装置，其特征在于：充电机构包括纵向液压缸、充电模块、安装板、升降液压缸、升降板组成，充电模块安装在安装板上，安装板通过滑道安装在夹持臂的底部，纵向液压缸沿夹持臂纵向安装，其活塞杆与安装板连接，这样，通过控制纵向液压缸可调整充电模块的纵向位置；升降液压缸垂直安装在安装板上，升降液压缸活塞杆端部与升降板连接，升降板与充电模块固连，这样，通过控制升降液压缸，调整升降板及充电模块垂直安装板移动。
7.根据权利要求1任意一所述的一种多类型UUV对接充电装置，其特征在于：滑块外部两侧设计有凸台，可保证滑块和夹持臂沿着骨架内的对应凹槽径向移动，实现夹持功能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |