CN114655400B - 用于翼身融合水下滑翔机的auv电磁引导式回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置及方法，属于水下航行器布放回收领域；包括电磁布防回收装置和牵引辅助回收装置，多个电磁布防回收装置设置于翼身融合水下滑翔机舱体内，通过牵引辅助回收装置将AUV牵引至电磁布防回收装置的回收精度范围内，再由电磁布防回收装置实施回收；电磁布防回收装置包括电源、电磁布放回收管和前盖，由电源控制电磁布放回收管的电磁场环境的通断；牵引辅助回收装置包括控制端和牵引端；由控制端控制牵引端执行动作；牵引端锁定待回收AUV后，控制端控制其向翼身融合水下滑翔机附近航行，直至到达电磁布防回收装置的回收精度范围内。因此本发明能够实现高效精确的AUV回收。

Description

用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置及方法

技术领域

本发明属于水下航行器布放回收领域，具体涉及一种用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置及方法。

背景技术

随着国家对海洋资源的开发、利用，以及深海安全问题的需求日益加深，水下机器人的无人长时间作业成为一大热门技术。其中水下滑翔机作为一种新型水下机器人，因其低能耗、效率高、续航能力强可在水下连续作业几个月等优点被广泛使用。水下无人无缆机器人(AUV)是新一代水下机器人，具有活动范围大、机动性好、安全、智能化等优点，成为完成各种水下任务的重要工具。但因其大多为小、中型水下机器人续航能力低等缺点不适合在水下长时间作业。现提出一种利用水下滑翔机携带小型AUV下潜，利用水下滑翔机作为AUV的水下“续航”工作站的想法。

近年来为提高水下滑翔机的滑翔效率和水动力性能，越来越多的翼身融合式滑翔机出现在大众视野。与早期的回转体型式水下滑翔机不同，翼身融合式的水下滑翔机大多较为扁平，考虑到水下滑翔机在回收释放AUV时需要尽可能做到机身保形，以减小流体动力参数的改变，本发明提出一种电磁引导式的布防回收装置。

麻省理工学院的Sea Grant’s AUV实验室开发了一种电磁回收方案：在回收装置上布满横向和纵向线圈，给线圈通电后产生电磁场，与AUV内磁感装置相互感应引导AUV进入到回收装置中；该装置相对轻小，可多个安装在滑翔机内，但这种电磁导引装置精度较低只有20m。CN202010004636.9提出一种升降台爪式回收装置，回收效果较为稳定、精度较高但是占用较大体积。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，依据翼身融合水下滑翔机扁平式的外形特征，本发明提出一种用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式布放回收装置，所占空间较小，有效节约滑翔机内部空间使滑翔机能同时携带多个AUV。为解决电磁引导式回收方式精度较低的问题，本发明结合电磁引导式与牵引回收的特点，将抓取和回收分体设计，提出一种采用牵引辅助的回收装置，通过牵引将AUV引导进电磁回收装置进度范围内，使AUV能有效的回收进滑翔机内部。在布放回收中，使翼身融合式滑翔机能同时携带多个AUV工作的一种可行方法。

本发明的技术方案是：一种用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置，其特征在于：包括电磁布防回收装置和牵引辅助回收装置，多个电磁布防回收装置设置于翼身融合水下滑翔机舱体内，通过牵引辅助回收装置将AUV牵引至电磁布防回收装置的回收精度范围内，再由电磁布防回收装置实施回收；

所述电磁布防回收装置包括电源、电磁布放回收管和前盖，由电源控制电磁布放回收管的电磁场环境的通断；所述前盖封装于电磁布放回收管的回收入口处。

本发明的进一步技术方案是：所述电磁布放回收管为一端封闭的管状式结构，包括AUV定位结构和布线管；所述布线管包括横向布线管和纵向布线管，所述横向布线管上排布有横向电线，所述纵向布线管上排布有纵向电线，通电后形成的电磁场与AUV上的磁感装置相呼应，用于完成AUV的回收工作；

所述AUV定位结构设置于布线管内，与AUV外形相匹配，用于回收后AUV在电磁布放回收管内的定位。

本发明的进一步技术方案是：所述AUV定位结构包括电磁布放回收管封闭端和前盖内端面对应设置的圆形凹槽、以及电磁布放回收管封闭端沿周向设置的导向槽，封闭端和前盖的圆形凹槽分别与AUV的前后端结构相对应；所述导向槽为纵向楔形结构，位于封闭端一侧的导向槽深度最大，槽深沿轴向逐渐变浅直至开口端消失。AUV在管内时起定位作用，AUV发射出管时起导向作用。

本发明的进一步技术方案是：所述导向槽沿周向均布四个。

本发明的进一步技术方案是：所述前盖与电磁布放回收管的回收入口铰接，其外端面通过柔性杆与舱门铰接；所述舱门通过液压缸控制开启和关闭，液压缸的一端通过第一刚性杆与舱门铰接，另一端与第二刚性杆的一端滑动连接，第二刚性杆的另一端固定于滑翔机内部；通过液压缸的左右移动实现舱门的开闭，同时通过柔性杆带动前盖的开闭。

本发明的进一步技术方案是：所述牵引辅助回收装置包括控制端和牵引端；所述控制端安装于机身上，用于控制牵引端执行动作；由牵引端锁定待回收AUV后，控制端控制其向翼身融合水下滑翔机附近航行，直至到达电磁布防回收装置的回收精度范围内。

本发明的进一步技术方案是：所述牵引端包括线缆、机械抓手和感应元件；所述线缆根部连接所述控制端，头部连接机械抓手；所述感应元件安装于机械抓手内，与AUV上感应元件相呼应；

通过所述牵引端的感应元件引导AUV进入所述机械抓手的抓取范围内，所述控制端控制机械抓手将AUV锁紧后，回收线缆实施回收。

本发明的进一步技术方案是：所述机械抓手包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、吸块、固定块、电磁扣、弹簧和滑动块；所述固定块为阶梯圆柱体，其大径端沿周向设置有多个耳片，小径端端面上沿轴向开有盲孔；所述弹簧和滑动块依次放置于固定块的盲孔内，所述滑动块伸出盲孔的外周面上沿周向设置有多个耳片；所述固定块的盲孔底部和滑动块内端面上均设置有电磁扣；

所述第一连杆的一端与固定块周向的耳片铰接，另一端与第二连杆、第三连杆的一端共同连接；所述第二连杆的一端与第一连杆为铰接，另一端与滑动块周向的耳片铰接；所述第三连杆的一端与第一连杆采用内齿啮合固定连接，另一端固定有吸块；

所述电磁扣通电后两端电磁扣作用压缩弹簧、带动滑动块沿轴向向盲孔内滑动，同时带动周向设置的第一连杆、第二连杆、第三连杆向中心轴收拢，所述吸块紧贴AUV实现抓紧功能；所述电磁扣端电后，压缩弹簧释放并将滑动块向外推出，同时带动周向设置的第一连杆、第二连杆、第三连杆向外扩张，所述吸块离开AUV实现松开功能。

一种用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置的布放方法，其特征在于：

步骤1：当水下滑翔机到达指定位置时系统接收命令，准备打开所述舱门；

步骤2：所述舱门开启同时带动电磁布防回收装置的前盖打开；

步骤3：AUV延电磁布放回收管轴线方向向前运动，自航发射出水下滑翔机，完成AUV释放运动；

步骤4：重复以上步骤，完成水下滑翔机内多个AUV的布放。

一种用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置的回收方法，其特征在于：

步骤1：当AUV接近水下滑翔机时，系统接收命令释放出牵引辅助回收装置的牵引端；

步骤2：在AUV感应元件与牵引端感应元件的相互作用下，所述机械抓手与AUV靠近；

步骤3：当AUV感应元件与牵引端感应元件接触后，所述电磁扣通电，通过机械抓手将AUV锁紧；

步骤4：由牵引辅助回收装置的控制端将线缆收紧，引导AUV靠近水下滑翔机，直至AUV进入电磁布放回收装置的精度范围内；然后将所述牵引辅助回收装置的电磁扣断电，使得所述机械抓手张开，释放AUV；

步骤5：所述电磁布放回收装置通电形成电磁场，与AUV上的磁感装置相呼应，使得AUV自航进入所述电磁布放回收管内，完成回收工作。

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明提出一种所占空间较小的电磁式布放回收装置，该装置与牵引辅助回收装置独立设计，有效的节约滑翔机内部空间，能较好较多的安装在翼身融合式水下滑翔机内部，有效增加了滑翔机携带AUV的数量。

本发明结合牵引式回收特点，提出的牵引辅助回收装置对AUV起到了引导和固定作用，对提升AUV回收精度有一定效果。本发明所提出的牵引辅助回收装置因任务仅为：将AUV引导进电磁回收装置精度范围内，所以只需在滑翔机上安装一个即可，无需占用过多空间。因此能够实现高效精确的AUV回收。

附图说明

图1翼身融合式滑翔机与AUV布放回收装置示意图；

图2电磁布放回收装置示意图；

图3布放回收装置局部及滑翔机舱门示意图；

图4AUV出电磁布放回收管示意图；

图5牵引辅助回收装置示意图；

图6机械抓手剖视图；

图7牵引辅助回收装置导引AUV示意图；

图8电磁回收装置剖视图；

图9AUV回收示意图；

附图标记说明：1-翼身融合式滑翔机、2-AUV、3-电磁布放回收装置、4-电磁布放回收装置后盖、5-圆柱形凹槽一、6-弧形凹槽、7-楔形凹槽、8-圆柱形凹槽二、9-电磁布放回收装置前盖、10-电磁布放回收管、11-柔性杆、12-第一刚性杆、13-液压缸、14-第二刚性杆、15-滑翔机舱门、16-线缆、17-机械抓手、18-线缆感应元件、19-AUV感应元件、20-电磁感应元件、21-第一连杆、22-第二连杆、23-第三连杆、24-吸块、25-固定块、26-电磁扣、27-弹簧、28-滑动块、29-纵向布线管、30-纵向电线、31-横向布线管、32-横向电线、33-电源。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

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”、“外”、“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。

本发明一种用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置，包括电磁布防回收装置和牵引辅助回收装置，多个电磁布防回收装置设置于翼身融合水下滑翔机舱体内，通过牵引辅助回收装置将AUV牵引至电磁布防回收装置的回收精度范围内，再由电磁布防回收装置实施回收；

所述电磁布防回收装置包括电源33、电磁布放回收管10和前盖9，由电源33控制电磁布放回收管10的电磁场环境的通断；前盖9封装于电磁布放回收管10的回收入口处。

所述电磁布放回收管10为一端封闭的管状式结构，包括AUV定位结构和布线管；所述布线管包括横向布线管和纵向布线管，所述横向布线管上排布有横向电线，所述纵向布线管上排布有纵向电线，通电后形成的电磁场与AUV上的磁感装置相呼应，用于完成AUV的回收工作；所述AUV定位结构设置于布线管内，与AUV外形相匹配，用于回收后AUV在电磁布放回收管内的定位。

所述牵引辅助回收装置包括控制端和牵引端；所述控制端安装于机身上，用于控制牵引端执行动作；由牵引端锁定待回收AUV后，控制端控制其向翼身融合水下滑翔机附近航行，直至到达电磁布防回收装置的回收精度范围内。所述牵引端包括线缆、机械抓手和感应元件；所述线缆根部连接所述控制端，头部连接机械抓手；所述感应元件安装于机械抓手内，与AUV上感应元件相呼应；通过所述牵引端的感应元件引导AUV进入所述机械抓手的抓取范围内，所述控制端控制机械抓手将AUV锁紧后，回收线缆实施回收。

实施例：

参阅图1～图8，本发明一种用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置由电磁布放回收装置3、柔性杆11、第一刚性杆12、液压缸13、第二刚性杆14、滑翔机舱门15、线缆16、机械抓手17、电源33组成。所述电源33位于所述电磁布放回收装置3的封闭端左端，为所述电磁布放回收装置3及所述线缆16和所述机械抓手17供电。所述柔性杆11与所述电磁布放回收装置3前端门铰链连接，位于所述电磁布放回收装置3前端门右端；所述柔性杆11与所述第一刚性杆12及滑翔机舱门15铰链连接；所述第二刚性杆14水平固定于滑翔机内部；所述液压缸13与所述第二刚性杆14滑动链接、与第一刚性杆12铰链连接，通过液压缸的左右移动完成开/关门动作。所述机械抓手17固定于所述线缆16前端，通过所述线缆16完成通电、进/出滑翔机内部等操作。

所述电磁布放回收装置3包括所述电磁布放回收装置后盖4、圆柱形凹槽一5、弧形凹槽6、楔形凹槽7、圆柱形凹槽二8、电磁布放回收装置前盖9、电磁布放回收管10、纵向布线管29、纵向电线30、横向布线管31、横向电线32。所述楔形凹槽7、圆柱形凹槽二8形成AUV发射前定位结构，其中所述楔形凹槽7分布于所述电磁布放回收管10的上下左右四个方位，在AUV自航发射中也起导向作用；所述圆柱形凹槽一5和所述弧形凹槽6形成AUV回收后定位作用。所述纵向电线30均匀分布在所述纵向布线管29上，所述横向电线32均匀分布在所述横向布线管31上，电线通电后形成电磁场与AUV上的磁感元件相作用，引导AUV进入所述电磁布放回收管10内，完成AUV的回收工作。

所述机械抓手17包括AUV感应元件18、第一连杆21、第二连杆22、第三连杆23、吸块24、固定块25、电磁扣26、弹簧27、滑动块28，与所述线缆16共同组成牵引辅助回收装置。其中所述AUV感应元件18采用螺纹连接固定在所述滑动块28下端，与AUV上的感应元件相作用引导AUV进入所述电磁布放回收装置3精度范围内。所述第一连杆21与所述固定块25、所述第二连杆22与所述滑动块28、所述第一连杆21与所述第二连杆22均采用铰链活动连接，及所述第三连杆23与所述第一连杆21采用内齿啮合固定连接连接；所述吸块24与所述第三连杆23以焊接方式固定连接。所述固定块25与所述滑动块28采用所述弹簧27连接，分别与所述弹簧27两端固定连接，其中所述弹簧27两端分别固连有电磁扣26，实现所述滑动块28的上下移动功能。整个机械抓手通过所述滑动块28的上下移动实现张合功能。

本实施例中有两种模式：AUV布放模式、AUV回收模式

AUV布放模式

参阅图3、图4，当滑翔机到达指定位置时系统接收命令，准备打开滑翔机舱门。所述液压缸13左端开始进油，液压缸13延第二刚性杆14轴线方向向左移动，带动第一刚性杆12延液压缸13做逆时针转动同时带动滑翔机舱门15向下转动完成开舱门运动；同时带动柔性杆11做顺时针旋转拉动电磁布放回收装置前盖9向下旋转完成开门动作。本示例AUV采用自航发射，滑翔机舱门15及电磁布放回收装置前盖9打开后，AUV延电磁布放回收管10轴线方向向前运动，自航发射出滑翔机完成AUV释放运动，AUV出管图如图4所示，AUV出滑翔机图如图1所示。

AUV回收模式

参阅图2、图3、图5、图6、图7、图8、图9，在AUV回收过程中，当AUV接近滑翔机时系统接收命令打开舱门释放出牵引辅助回收装置，AUV感应元件18与线缆感应元件19相互作用使机械抓手17与AUV2相互靠近，在AUV感应元件18与线缆感应元件19接触后滑动块28延轴线向上移动机械抓手抓紧AUV，线缆16收紧引导AUV靠近滑翔机，当AUV进入电磁布放回收装置3精度范围内后，滑动块28延轴线向下移动机械抓手张开松开AUV。AUV开始在电磁布放回收装置3的作用下自航进入电磁布放回收管10内部，完成AUV回收运动，AUV回收进滑翔机如图8所示。

所述机械抓手17抓紧AUV2运动表现为：AUV感应元件18与线缆感应元件19接触后，电磁扣26通电，固定块25上的电磁扣与滑动块28上的电磁扣相互吸引，滑动块28压缩弹簧27延轴线方向向上运动，带动第二连杆22在第一连杆21的约束下顺时针旋转、第三连杆23向内缩紧、吸块24紧贴AUV2实现抓紧功能，牵引辅助回收装置引导AUV如图6所示。

所述机械抓手17松开AUV2运动表现为：当AUV进入电磁布放回收装置3精度范围内后，电磁扣26断电，滑动块28压缩弹簧27延轴线方向向下运动，带动第二连杆22在第一连杆21的约束下逆时针旋转、第三连杆23向外张开、吸块24离开AUV2实现松开功能。

所述AUV在电磁布放回收装置3的作用下自航进入电磁布放回收管10内部运动表现为：当AUV进入电磁布放回收装置3精度范围后，统接收命令，打开滑翔机舱门15及电磁布放回收装置前盖9。电源33给纵向电线30及横向电线32提供电能，形成电磁场环境。AUV2上的电磁感应元件20感应电磁场，据得到的电磁场信息导引AUV进入到电磁布放回收管10中。其中圆柱形凹槽一5及弧形凹槽6与AUV2前端面大小相当，其半径稍大于AUV2弧面半径，实现AUV回收过程中的定位功能。当AUV前端上的线缆感应元件19前端面接触到圆柱形凹槽一5前端面时，AUV2完全进入到滑翔机内部，舱门关闭完成AUV回收功能。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置，其特征在于：包括电磁布放回收装置和牵引辅助回收装置，多个电磁布放回收装置设置于翼身融合水下滑翔机舱体内，通过牵引辅助回收装置将AUV牵引至电磁布放回收装置的回收精度范围内，再由电磁布放回收装置实施回收；

所述电磁布放回收装置包括电源、电磁布放回收管和前盖，由电源控制电磁布放回收管的电磁场环境的通断；所述前盖封装于电磁布放回收管的回收入口处；

所述前盖下端与电磁布放回收管的回收入口铰接，其外端面通过柔性杆与舱门铰接；所述舱门通过液压缸控制开启和关闭，液压缸的一端通过第一刚性杆与舱门铰接，另一端与第二刚性杆的一端滑动连接，第二刚性杆的另一端固定于滑翔机内部；通过液压缸的左右移动实现舱门的开闭，同时通过柔性杆带动前盖的开闭；柔性杆与前盖铰接，液压缸与第一刚性杆铰接，第一刚性杆与柔性杆铰接，第二刚性杆水平固定于滑翔机内部。

2.根据权利要求1所述用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置，其特征在于：所述电磁布放回收管为一端封闭的管状式结构，包括AUV定位结构和布线管；所述布线管包括横向布线管和纵向布线管，所述横向布线管上排布有横向电线，所述纵向布线管上排布有纵向电线，通电后形成的电磁场与AUV上的磁感装置相呼应，用于完成AUV的回收工作；

所述AUV定位结构设置于布线管内，与AUV外形相匹配，用于回收后AUV在电磁布放回收管内的定位。

3.根据权利要求2所述用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置，其特征在于：所述AUV定位结构包括电磁布放回收管封闭端和前盖内端面对应设置的圆形凹槽、以及电磁布放回收管封闭端沿周向设置的导向槽，封闭端和前盖的圆形凹槽分别与AUV的前后端结构相对应；所述导向槽为纵向楔形结构，位于封闭端一侧的导向槽深度最大，槽深沿轴向逐渐变浅直至开口端消失。

4.根据权利要求3所述用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置，其特征在于：所述导向槽沿周向均布四个。

5.根据权利要求1所述用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置，其特征在于：所述牵引辅助回收装置包括控制端和牵引端；所述控制端安装于机身上，用于控制牵引端执行动作；由牵引端锁定待回收AUV后，控制端控制其向翼身融合水下滑翔机附近航行，直至到达电磁布放回收装置的回收精度范围内。

6.根据权利要求5所述用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置，其特征在于：所述牵引端包括线缆、机械抓手和感应元件；所述线缆根部连接所述控制端，头部连接机械抓手；所述感应元件安装于机械抓手内，与AUV上感应元件相呼应；

通过所述牵引端的感应元件引导AUV进入所述机械抓手的抓取范围内，所述控制端控制机械抓手将AUV锁紧后，回收线缆实施回收。

7.根据权利要求6所述用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置，其特征在于：所述机械抓手包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、吸块、固定块、电磁扣、弹簧和滑动块；所述固定块为阶梯圆柱体，其大径端沿周向设置有多个耳片，小径端端面上沿轴向开有盲孔；所述弹簧和滑动块依次放置于固定块的盲孔内，所述滑动块伸出盲孔的外周面上沿周向设置有多个耳片；所述固定块的盲孔底部和滑动块内端面上均设置有电磁扣；

所述第一连杆的一端与固定块周向的耳片铰接，另一端与第二连杆、第三连杆的一端共同连接；所述第二连杆的一端与第一连杆为铰接，另一端与滑动块周向的耳片铰接；所述第三连杆的一端与第一连杆采用内齿啮合固定连接，另一端固定有吸块；

所述电磁扣通电后两端电磁扣作用压缩弹簧、带动滑动块沿轴向向盲孔内滑动，同时带动周向设置的第一连杆、第二连杆、第三连杆向中心轴收拢，所述吸块紧贴AUV实现抓紧功能；所述电磁扣端电后，压缩弹簧释放并将滑动块向外推出，同时带动周向设置的第一连杆、第二连杆、第三连杆向外扩张，所述吸块离开AUV实现松开功能。

8.一种权利要求1-7任一项所述用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置的布放方法，其特征在于：

步骤1：当水下滑翔机到达指定位置时系统接收命令，准备打开舱门；

步骤2：所述舱门开启同时带动电磁布放回收装置的前盖打开；

步骤3：AUV沿电磁布放回收管轴线方向向前运动，自航发射出水下滑翔机，完成AUV释放运动；

步骤4：重复以上步骤，完成水下滑翔机内多个AUV的布放。

9.一种权利要求6-7任一项用于翼身融合水下滑翔机的AUV电磁引导式回收装置的回收方法，其特征在于：

步骤1：当AUV接近水下滑翔机时，系统接收命令释放出牵引辅助回收装置的牵引端；

步骤2：在AUV感应元件与牵引端感应元件的相互作用下，所述机械抓手与AUV靠近；

步骤3：当AUV感应元件与牵引端感应元件接触后，所述电磁扣通电，通过机械抓手将AUV锁紧；

步骤4：由牵引辅助回收装置的控制端将线缆收紧，引导AUV靠近水下滑翔机，直至AUV进入电磁布放回收装置的精度范围内；然后将所述牵引辅助回收装置的电磁扣断电，使得所述机械抓手张开，释放AUV；

步骤5：所述电磁布放回收装置通电形成电磁场，与AUV上的磁感装置相呼应，使得AUV自航进入所述电磁布放回收管内，完成回收工作。