CN114426088A - 一种基于两杆触发机构的auv水下回收布放平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，属于水下机器人技术领域，可以为无人无缆水下机器人提供一种能够实现通过机构触发即可实现AUV限位锁紧，且便于回收布放的平台。该装置包括平台托体、喇叭口式导向门、两杆触发锁紧机构、AUV限位卡槽、托体起吊绳、AUV下部前后鳍等部分，其中两杆触发锁紧机构包括前捕捉杆、后捕捉杆、回转限位部分等。该装置可通过两杆触发机构分别实现对AUV下部加装的前鳍、后鳍的限位，进而通过AUV限位卡槽实现进一步限位，完成AUV的回收锁紧。该装置具有无附加动力源、机构简单、适应性广、回收范围大等优点。

Description

一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台
技术领域
本发明涉及一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，属于水下机器人技术领域。
背景技术
现有专利中，如申请号为202110901700.8，名称为“一种AUV自主回收/布放装置及其实现方法”的专利文件，采用在母船加装一套可调节的夹持机械臂系统，来实现AUV的回收布放过程，该方法需对母船加以改造，不具有普适性，同时需要操控机械手寻找在水中保持不动的AUV，增加了大量控制内容，使操作复杂性增加。
如申请号为202111010355.5，名称为“一种AUV回收对接平台及其对接方法”的专利文件，可以理解为另外使用一台ROV作为平台，去回收目标AUV，需要为平台增加推进器、传感器等多种元件，增加了操作的复杂性，并且AUV回收仓的空间较小，对回收动作的精确性要求较高。
如申请号为202010074979.2，名称为“一种小型回转体AUV的回收与释放装置”的专利文件，其设计思路为AUV“钻笼子”过程，回收平台前端使用改造过的喇叭口结构，且使用回转包络的方式锁紧AUV，但是由于其喇叭口开口范围较小，对AUV导向作用不大，并且改造过的喇叭口结构，由于每片呈三角形，其展开之后无法合成完整平面使其对AUV产生导向作用，故存在缺陷，甚至存在使AUV卡住的情况发生；根据其设计思路，只适用于轴向距离较小的小型AUV的回收，适用范围较小；该平台同样需要电机、丝杠等部件驱动，增加了机构的复杂性；同时根据描述，该平台释放AUV的时候，是通过解除锁紧限制，让AUV主推反转，通过“倒车”的方式释放，根据一般性操作原则，AUV主推只进行正转，故该方案存在局限。
因此，本发明专利可适用于不需要对母船进行改装，可适应各种尺寸AUV，特别是中大型AUV、不需要精确动作，以及不需要携带推进器和各类传感器，仅通过装置触发即可完成较大范围AUV回收布放的任务。
发明内容
本发明专利的目的是为无人无缆水下机器人提供一种能够实现通过机构触发即可实现AUV限位锁紧，且便于回收布放的平台。
本发明的目的是这样实现的：包括平台托体2、喇叭口式导向门1、两杆触发锁紧机构4、AUV限位卡槽5、托体起吊绳3，喇叭口式导向门1连接在平台托体后段2-1，两杆触发锁紧机构4安置在平台托体中段2-2，AUV限位卡槽安置在平台托体前段2-3，托体起吊绳3与平台托体2相连，在AUV下方设置有前鳍8、限位杆9、后鳍10，前鳍8可与前捕捉杆4-1相接触，完成AUV前向限位，后鳍10可与两杆触发锁紧机构中的后捕捉杆4-4配合，完成AUV后向限位，限位杆9可与AUV限位卡槽5接触，完成AUV纵向精确定位。
进一步地，平台托体由数块钢板通过合页6拼接而成，共分为平台托体后段2-1、平台托体中段2-2、平台托体前段2-3三段，每段之间通过铝合金横杆7连接。
进一步地，喇叭口式导向门左右对称布置在平台托体后段2-1外侧，同时在导向门内侧贴有缓冲垫。
进一步地，两杆触发锁紧机构包括端部横杆窄于AUV宽度的前捕捉杆4-1、前捕捉杆回转轴4-2、前捕捉杆回转座4-3、后捕捉杆4-4、后捕捉杆回转轴4-5、后捕捉杆回转座4-6、后捕捉杆回转限位头4-7及扭簧、拉簧，沿平台托体中段2-2一侧的底部开一个矩形槽，将前捕捉杆回转座4-3水平放置，并通过拉簧4-8与矩形槽内边相连，前捕捉杆4-1通过前捕捉杆回转轴4-2与回转座座4-3相连，并在前捕捉杆回转轴4-2上装有逆时针施力扭簧4-9；后捕捉杆回转座4-6置于平台托体中段2-2底部，即矩形槽上层，后捕捉杆4-4通过后捕捉杆回转轴4-5与回转座4-6相连，在后捕捉杆回转轴4-5上装有顺时针施力扭簧4-10，连接在后捕捉杆4-4尾部的后捕捉杆回转限位头4-7可与前捕捉杆回转座4-3相接触。
进一步地，AUV限位卡槽5由一矩形块加工而成，其顶面纵向均匀分布若干卡槽，且卡槽边缘经过圆角处理，与平台托体前段2-3相连。
进一步地，AUV头部的向斜下方支出的挡杆、限位杆9为位于AUV中前部的竖直挡杆、后鳍10为AUV中后部的均匀布置的倒钩状挡板，前鳍、后鳍、限位杆均位于AUV纵向中心线下方。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中采用可折叠式的平台托体2，可在不使用的情况下尽可能缩减体积，减小空间占用。本发明中通过布置贴有缓冲垫的喇叭口式导向门1，可在一定范围内修正AUV与平台之间的对中偏差，提高AUV驶入平台托体2的成功率，也可减小AUV由于速度过高与托体碰撞产生损坏的可能性。本发明中采用两杆触发锁紧机构，在不另施加驱动源的情况下通过部件触发产生系列动作，完成对AUV的限位，简化了平台的复杂程度，避免了因主动控制系统出故障而导致的一系列问题，提高了工作的成功率。本发明中通过添加AUV限位卡槽，可实现对AUV的进一步限位，可在不施加驱动源的情况下完成AUV的回收锁紧。
附图说明
图1、图2为本发明专利不同视角的结构简图。
图3、图4为本发明专利中两杆触发机构装配简图。
图5、图6、图7为本发明专利中回收AUV过程中部分结构简图。
图8为本发明专利中AUV上下捕捉极限位置简图。
图中：喇叭口式导向门1、平台托体2、平台托体后段2-1、平台托体中段2-2、平台托体前段2-3、托体起吊绳3、两杆触发锁紧机构4、前捕捉杆4-1、前捕捉杆回转轴4-2、前捕捉杆回转座4-3、后捕捉杆4-4、后捕捉杆回转轴4-5、后捕捉杆回转座4-6、后捕捉杆回转限位头4-7、拉簧4-8、逆时针施力扭簧4-9、顺时针施力扭簧4-10、AUV限位卡槽5、合页6、横杆7、前鳍8、限位杆9、后鳍10。
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。
本发明的平台托体2由数块钢板通过合页6拼接而成、前后共分为三段、每段之间通过横杆7连接，喇叭口式导向门1由钢板通过合页拼接而成、左右对称布置在平台托体后段2-1外侧、其上贴有缓冲垫，两杆触发锁紧机构4布置在平台托体中段2-2下部，两杆触发机构4包括端部横杆窄于AUV宽度的前捕捉杆4-1、前捕捉杆回转轴4-2、前捕捉杆回转座4-3、后捕捉杆4-4、后捕捉杆回转轴4-5、后捕捉杆回转座4-6、后捕捉杆回转限位头4-7及扭簧、拉簧，前捕捉杆回转座4-3水平布置、与平台托体中段2-2间连接有拉簧4-8，前捕捉杆4-1通过前捕捉杆回转轴4-2与前捕捉杆回转座4-3连接、并装有扭簧4-9，后捕捉杆回转座4-6布置在前捕捉杆回转座4-3上层、同时后捕捉杆回转限位头4-7与前捕捉杆回转座4-3相接触、后捕捉杆4-4通过后捕捉杆回转轴4-5与后捕捉杆回转座4-6连接、并装有扭簧4-10，AUV限位卡槽5布置在平台托体前段2-3，其上均匀分布若干卡槽、且卡槽边缘经过圆角处理，托体起吊绳3分别与平台托体2三段相连，其上与吊杆相连，用于回收布放的AUV下部加装前鳍8、限位杆9、后鳍10、其中前鳍8为位于AUV头部的向斜下方支出的挡杆、限位杆9为位于AUV中前部的竖直挡杆、后鳍10为AUV中后部的均匀布置的倒钩状挡板，前鳍8、限位杆9、后鳍10均位于AUV纵向中心线下方。
本发明还包括这样一些结构特征：
工作过程如下：
1.AUV回收布放平台初始状态
该AUV回收布放平台通过托体起吊绳3吊放入水中，两杆触发锁紧机构4中的拉簧4-8处于力平衡状态，前捕捉杆4-1在逆时针施力扭簧4-9的作用下处于竖直状态，后捕捉杆回转限位头4-7与前捕捉杆回转座4-3相接触，后捕捉杆4-4在顺时针施力扭簧4-10与后捕捉杆回转限位头4-7的共同作用下处于水平状态；
2.AUV回收过程
AUV通过前部视觉系统驶向回收布放平台，经过喇叭口式导向门1，AUV头部在推进器作用下顶向前捕捉杆4-1，使其绕轴4-2顺时针回转，扭簧4-9蓄力，进而拉簧4-8被拉伸，前捕捉杆回转座4-3前移，使其与后捕捉杆回转限位头4-7分离，后捕捉杆4-4在扭簧4-10的作用下顺时针回转。至AUV前鳍8与前捕捉杆4-1前端横杆接触，对AUV完成前端限位，后捕捉杆4-4此时位于若干后鳍10之间，完成AUV后端限位，使其只能在有限距离内窜动。
上述动作完成后进行平台起吊，前捕捉杆4-1与后捕捉杆4-4在AUV重力作用下分别进行顺时针与逆时针回转，且在AUV发生前后运动时仍具有限位作用，直至AUV整体落到回收布放平台底部，此时AUV限位杆9插入平台托体前段2-3的AUV限位卡槽5中，完成AUV回收锁紧步骤，继续将平台起吊至母船上。
3.AUV布放及平台放置状态
将平台及AUV回收至母船上之后需将前捕捉杆4-1与后捕捉杆4-4继续进行顺时针与逆时针回转，回转至水平状态并固定在平台底部，此时AUV与平台仅靠AUV限位杆9与AUV限位卡槽5产生前后向限位作用。
进行AUV布放工作时，将平台托体2通过托体起吊绳3吊放入水中，AUV在自身浮力材料作用下漂浮在水面上，随着平台托体2继续下放，即可完成AUV与平台托体2的分离，完成布放。
当平台托体2再次回收至母船上时，可通过解除合页6的限制，将托体钢板折叠，使平台托体2以较小状态放置。
下面从装置总体技术方案、平台托体部分技术方案、喇叭口式导向门技术方案、两杆触发锁紧机构技术方案、AUV限位卡槽技术方案、AUV增添部分技术方案及专利目的实现过程分别阐述实现本专利目的的技术方案。
1、装置总体技术方案
本发明专利主要由平台托体2、喇叭口式导向门1、两杆触发锁紧机构4、AUV限位卡槽5、托体起吊绳3等组成。喇叭口式导向门1连接在平台托体后段2-1，两杆触发锁紧机构4安置在平台托体中段2-2，AUV限位卡槽安置在平台托体前段2-3，托体起吊绳3与平台托体2相连。该平台工作的时候，使用船吊通过托体起吊绳3将平台整体下方入水中，AUV捕捉完成后再将其整体收回。
2、平台托体部分技术方案
上述平台主要由数块钢板通过合页6拼接而成，共分为平台托体后段2-1、平台托体中段2-2、平台托体前段2-3三段，每段之间通过铝合金横杆7连接。平台侧视成U字形。
该部分作用及技术效果：该部分为本发明专利的主要支撑体，用于连接平台上各工作机构，同时为机器人回收布放的主要托体；通过更改U字形两侧钢板高度，可实现在不同水面状况下的工作；在平台托体不使用的情况下，可解除合页限制，将上方钢板下翻，将托体整体体积缩小，减小占地空间。
3、喇叭口式导向门技术方案
联动回转机构主要由若干块钢板通过合页6拼接而成，左右对称布置在平台托体后段2-1外侧，同时在导向门内侧贴有缓冲垫。
该机构作用及技术效果：该机构为本发明专利的第一级限位机构，当AUV通过该导向门1进入平台托体1时，可保证其横向位置相对稳定；通过设置喇叭口式导向门1，可在一定范围内修正AUV与平台本体的对中偏差，同时扩大捕捉范围；通过在导向门1内侧帖上缓冲垫，可避免由于AUV与平台相对速度过大，在发生碰撞时造成AUV前部损坏的情况。
4、两杆触发锁紧机构技术方案
两杆触发锁紧机构主要由端部横杆窄于AUV宽度的前捕捉杆4-1、前捕捉杆回转轴4-2、前捕捉杆回转座4-3、后捕捉杆4-4、后捕捉杆回转轴4-5、后捕捉杆回转座4-6、后捕捉杆回转限位头4-7及扭簧、拉簧等组成。该机构安置于平台托体中段2-2，沿平台托体中段2-2一侧的底部开一个矩形槽，将前捕捉杆回转座4-3水平放置，并通过拉簧4-8与矩形槽内边相连，前捕捉杆4-1通过前捕捉杆回转轴4-2与回转座座4-3相连，并在前捕捉杆回转轴4-2上装有逆时针施力扭簧4-9；后捕捉杆回转座4-6置于平台托体中段2-2底部，即矩形槽上层，后捕捉杆4-4通过后捕捉杆回转轴4-5与回转座4-6相连。并在后捕捉杆回转轴4-5上装有顺时针施力扭簧4-10，连接在后捕捉杆4-4尾部的后捕捉杆回转限位头4-7可与前捕捉杆回转座4-3相接触。
该机构作用及技术效果：该机构为本发明专利的第二级限位机构，当AUV通过喇叭口式导向门1进入平台托体2内部后，可通过惯性顶住前捕捉杆4-1，之后触发一些列动作，使AUV纵向运动被限制在一定范围内。
5、AUV限位卡槽技术方案
AUV限位卡槽5由一矩形块加工而成，其顶面纵向均匀分布若干卡槽，且卡槽边缘经过圆角处理，与平台托体前段2-3相连。
该机构作用及技术效果：该机构为本发明专利的第三级限位机构，当AUV经过两杆触发锁紧机构4后，可通过托体起吊绳3将整个平台起吊，在平台上升过程中，AUV将整体坐落在平台底部，AUV限位杆9将插入AUV限位卡槽5某一卡槽中，使其纵向精确定位，完成锁紧。
6、AUV增添部分技术方案
AUV增添部分主要由前鳍8、限位杆9、后鳍10构成，其中前鳍8为位于AUV头部的向斜下方支出的挡杆、限位杆9为位于AUV中前部的竖直挡杆、后鳍10为AUV中后部的均匀布置的倒钩状挡板，前鳍、后鳍、限位杆均位于AUV纵向中心线下方。
该机构作用及技术效果：该机构为本发明专利的机器人限位机构，需在目标AUV底部加装，其中前鳍8可与前捕捉杆4-1相接触，完成AUV前向限位，后鳍10可与后捕捉杆4-4配合，完成AUV后向限位，限位杆9可与AUV限位卡槽5接触，完成AUV纵向精确定位，使AUV被锁紧在托体上。
7、实现过程
AUV回收时，整个托体平台2随着托体起吊绳3被放入水中，AUV通过前部视觉系统驶向托体平台2，如图1所示。AUV沿着喇叭口式导向门1进入托体内部，在AUV前行过程中顶到在逆时针施力扭簧4-9作用下保持竖直状态的前捕捉杆4-1，使其绕轴4-2顺时针回转，同时前捕捉杆回转座4-3在其带动下水平向前移动，与后捕捉杆回转限位头4-7分离，后捕捉杆在顺时针施力扭簧4-10作用下顺时针回转，至接触AUV底部，如图5所示。最终前捕捉杆随着AUV前部弧面滑到前鳍8位置被卡住，使AUV不再向前移动，后捕捉杆4-4回转至后鳍10位置，可在一定范围内限制AUV向后移动，如图6所示。托体平台2随着托体起吊绳3升起，AUV逐渐落座于托体平台2底部，限位杆9插入AUV限位卡槽5某个槽中，AUV无法再前后移动,如图7所示。托体平台2被吊回母船后将前捕捉杆4-1顺时针转动压平后固定，后捕捉杆4-4逆时针转动压平后固定即可。
AUV布放时，AUV只通过限位杆9与托体平台2相对固定，当平台2入水后继续下放，平台2在自身重力作用下下沉，AUV在自身浮力作用下漂浮于水面，实现AUV与平台2分离，完成布放。
特别地，根据AUV艇身尺寸配比前捕捉杆4-1与后捕捉杆4-4长度，可实现不同垂向间距的回收功能，如图8所示，即该平台可适用于不同水面状况下的AUV水下回收功能。
8、这种实施方式的工作原理为：
AUV回收时，AUV通过喇叭口式导向门进入托体平台，实现一次对AUV横向位置的限位，AUV前进时通过带动前捕捉杆的转动，触发一系列由拉簧与扭簧连接的机构，完成前捕捉杆对AUV前鳍与后捕捉杆对AUV后鳍的限位，实现第一次对AUV纵向位置的限位，通过托体起吊绳将托体平台向上吊起，AUV限位杆可插入AUV限位卡槽中的某一个小槽中，实现第二次对AUV纵向位置的限位，使其可以稳定的坐于托体平台底部，顺利完成AUV回收。
AUV布放时，将前捕捉杆与后捕捉杆对AUV前鳍与后鳍的第一级限位解除，只保留AUV限位卡槽与限位杆的相对位置，即可保证在布放过程中AUV稳定坐于托体平台底部，托体平台放入水中后，AUV在浮力作用下与托体平台解除限位，即可驶出，完成布放。
综上，本发明专利公开了一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，属于水下机器人技术领域，可以为无人无缆水下机器人提供一种能够实现通过机构触发即可实现AUV限位锁紧，且便于回收布放的平台。该装置包括平台托体、喇叭口式导向门、两杆触发锁紧机构、AUV限位卡槽、托体起吊绳、AUV下部前后鳍等部分，其中两杆触发锁紧机构包括前捕捉杆、后捕捉杆、回转限位部分等。该装置可通过两杆触发机构分别实现对AUV下部加装的前鳍、后鳍的限位，进而通过AUV限位卡槽实现进一步限位，完成AUV的回收锁紧。该装置具有无附加动力源、机构简单、适应性广、回收范围大等优点。

Claims (10)

1.一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，其特征在于：包括平台托体(2)、喇叭口式导向门(1)、两杆触发锁紧机构(4)、AUV限位卡槽(5)、托体起吊绳(3)，喇叭口式导向门(1)连接在平台托体后段(2-1)，两杆触发锁紧机构(4)安置在平台托体中段(2-2)，AUV限位卡槽安置在平台托体前段(2-3)，托体起吊绳(3)与平台托体(2)相连，在AUV下方设置有前鳍(8)、限位杆(9)、后鳍(10)，前鳍(8)可与前捕捉杆(4-1)相接触，完成AUV前向限位，后鳍(10)可与两杆触发锁紧机构中的后捕捉杆(4-4)配合，完成AUV后向限位，限位杆(9)可与AUV限位卡槽(5)接触，完成AUV纵向精确定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，其特征在于：平台托体由数块钢板通过合页(6)拼接而成，共分为平台托体后段(2-1)、平台托体中段(2-2)、平台托体前段(2-3)三段，每段之间通过铝合金横杆(7)连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，其特征在于：喇叭口式导向门左右对称布置在平台托体后段(2-1)外侧，同时在导向门内侧贴有缓冲垫。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，其特征在于：两杆触发锁紧机构包括端部横杆窄于AUV宽度的前捕捉杆(4-1)、前捕捉杆回转轴(4-2)、前捕捉杆回转座(4-3)、后捕捉杆(4-4)、后捕捉杆回转轴(4-5)、后捕捉杆回转座(4-6)、后捕捉杆回转限位头(4-7)及扭簧、拉簧，沿平台托体中段(2-2)一侧的底部开一个矩形槽，将前捕捉杆回转座(4-3)水平放置，并通过拉簧(4-8)与矩形槽内边相连，前捕捉杆(4-1)通过前捕捉杆回转轴(4-2)与回转座座(4-3)相连，并在前捕捉杆回转轴(4-2)上装有逆时针施力扭簧(4-9)；后捕捉杆回转座(4-6)置于平台托体中段(2-2)底部，即矩形槽上层，后捕捉杆(4-4)通过后捕捉杆回转轴(4-5)与回转座(4-6)相连，在后捕捉杆回转轴(4-5)上装有顺时针施力扭簧(4-10)，连接在后捕捉杆(4-4)尾部的后捕捉杆回转限位头(4-7)可与前捕捉杆回转座(4-3)相接触。
5.根据权利要求2或3所述的一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，其特征在于：AUV限位卡槽(5)由一矩形块加工而成，其顶面纵向均匀分布若干卡槽，且卡槽边缘经过圆角处理，与平台托体前段(2-3)相连。
6.根据权利要求4所述的一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，其特征在于：AUV限位卡槽(5)由一矩形块加工而成，其顶面纵向均匀分布若干卡槽，且卡槽边缘经过圆角处理，与平台托体前段(2-3)相连。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，其特征在于：AUV头部的向斜下方支出的挡杆、限位杆(9)为位于AUV中前部的竖直挡杆、后鳍(10)为AUV中后部的均匀布置的倒钩状挡板，前鳍、后鳍、限位杆均位于AUV纵向中心线下方。
8.根据权利要求4所述的一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，其特征在于：AUV头部的向斜下方支出的挡杆、限位杆(9)为位于AUV中前部的竖直挡杆、后鳍(10)为AUV中后部的均匀布置的倒钩状挡板，前鳍、后鳍、限位杆均位于AUV纵向中心线下方。
9.根据权利要求5所述的一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，其特征在于：AUV头部的向斜下方支出的挡杆、限位杆(9)为位于AUV中前部的竖直挡杆、后鳍(10)为AUV中后部的均匀布置的倒钩状挡板，前鳍、后鳍、限位杆均位于AUV纵向中心线下方。
10.根据权利要求6所述的一种基于两杆触发机构的AUV水下回收布放平台，其特征在于：AUV头部的向斜下方支出的挡杆、限位杆(9)为位于AUV中前部的竖直挡杆、后鳍(10)为AUV中后部的均匀布置的倒钩状挡板，前鳍、后鳍、限位杆均位于AUV纵向中心线下方。
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