CN114852294A - 一种联动自锁回收与释放auv的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种联动自锁回收与释放AUV的装置，属于AUV回收技术领域；包括筒体、夹紧装置、电磁式的锁紧装置和控制系统，所述筒体为AUV回收舱；夹紧装置为杠杆式结构，由AUV进入筒体后推动筒体内端所产生的联动，实现对AUV的夹紧；电磁式的锁紧装置位于筒体内端，通过控制其通电与断电实现对AUV的吸附和释放；通过控制系统对信号进行接收与处理，以及电磁式的锁紧装置的启停控制。本发明采用杠杆原理的夹紧方式、以及电磁式的锁紧方式实现AUV的回收、吸附与释放，在保证回收安全性的同时，提升回收效率，减小对于AUV的自身姿态等条件的限制，大大提升对接回收成功率。
Description
技术领域
本发明属于AUV回收技术领域，具体涉及一种联动自锁回收与释放AUV的装置。
背景技术
随着海洋资源开发与进步，越来越多的水下航行器(UnderwaterAutonomousVehicle，AUV)被应用到海洋探测和开发中去。AUV作为水下自主工作的航行器，其工作时间与航程受到自身能源限制，因此需对AUV进行定期回收，从而完成能源补充、信息传递和日常维护等任务。
目前AUV的回收方式按AUV与回收装置对接方式的不同可以分为以下几种：1.水中箱式回收。优点在于结构简单，不足是操作复杂，易受海流影响，对AUV的操纵性能要求较高；2.杆类回收。此法优点是对AUV回收时的方向要求不高，缺点是前端定位锁紧机构比较复杂，且前端的“V型剪”影响AUV的性能；3.圆锥导--向罩(喇叭口)回收，此种方法要求对接时对接装置入口方向固定，一般需要与海流方向保持一致，才能保证AUV以顺流状态进入对接装置；4.鱼雷管回收。优点在于对接成功率较高，缺点是对接方式属于刚性对接，容易发生碰撞，且对接结构较为复杂，设计加工和制造等过程耗时长、成本大。目前AUV的回收存在流体干扰问题、操纵性能及控制问题和导航定位问题，上述回收方式都存在着某些方面的不足，需要发展一种功能较为全面既更加符合现实情况的AUV水下回收装置。
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，本发明提供一种联动自锁回收与释放AUV的装置，采用杠杆原理的夹紧方式、以及电磁式的锁紧方式实现AUV的回收、吸附与释放，在保证回收安全性的同时，提升回收效率，减小对于AUV的自身姿态等条件的限制，大大提升对接回收成功率。
本发明的技术方案是：一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：包括筒体、夹紧装置、电磁式的锁紧装置和控制系统，所述筒体为AUV回收舱；
所述夹紧装置为杠杆式结构，由AUV进入筒体后推动筒体内端所产生的联动，实现对AUV的夹紧；
所述电磁式的锁紧装置位于筒体内端，通过控制其通电与断电实现对AUV的吸附和释放；
通过所述控制系统对信号进行接收与处理，以及电磁式的锁紧装置的启停控制。
本发明的进一步技术方案是：所述筒体为一端封闭的舱体结构，其开口端设置有喇叭口导向罩，在AUV自航行进入筒体时起导向作用。
本发明的进一步技术方案是：所述夹紧装置包括夹紧弯架、夹紧套、滑动弯杆；两组所述夹紧弯架对称设置于筒体外，其一端通过滑动弯杆与筒体内端连接，另一端设置有固定杆；所述固定杆沿筒体径向设置，穿过筒体周壁上的通孔与夹紧套固定连接；
所述夹紧套位于筒体内，呈弧形结构，外弧面中部与固定杆端部连接；
所述夹紧弯架与筒体铰接，铰接点靠近夹紧弯架与滑动弯杆的连接处；当AUV航行至筒体内，由惯性对筒体内端形成推力，同时在该推力的作用下两侧滑动弯杆分别沿径向向外运动，带动两侧夹紧弯架的一端沿径向向外运动；夹紧弯架与筒体的铰接点作为支点，依据杠杆原理，两侧夹紧弯架的另一端沿径向向内运动，通过固定杆带动两侧夹紧套向中心轴运动，实现对AUV的夹紧。
本发明的进一步技术方案是：所述筒体的外周面靠近尾端处，对称设置有两个支撑座10，分别通过铆钉11与夹紧弯架内侧铰接。
本发明的进一步技术方案是：两侧所述夹紧弯架的另一端均沿筒体轴向设置有三个固定杆，三组固定杆的末端均安装有夹紧套，三组夹紧套分别与AUV的尾部、中部、头部对用，实现对AUV全方位夹紧。
本发明的进一步技术方案是：所述夹紧套为半圆环结构，夹紧部分包括内外两层结构，内层柔性缓冲材料与AUV接触，外层为弹性合金材料，在夹紧弯架径向力的作用下，实现对AUV的夹紧定位。
本发明的进一步技术方案是：所述电磁式的锁紧装置包括滑动筒套、弹簧、滑动筒、电磁线圈；所述滑动筒套为一端封闭的套筒结构，同轴安装于筒体内端中心孔外侧，其开口端与筒体内端中心孔相对，其封闭端内侧沿中心轴设置有圆柱凸起；
所述滑动筒贯穿筒体内端中心孔，其内设置有电磁线圈，其朝向滑动筒套的外端面中心处设置有凸起；所述弹簧的一端套装于滑动筒的凸起，另一端套装于滑动筒套的圆柱凸起；
通电时，弹簧在电磁线圈的作用下被压缩，同时产生磁力将AUV头部吸附固定；断电后，弹簧释放弹力，通过滑动筒将AUV退出，起到复位的作用。
本发明的进一步技术方案是：所述滑动筒外周面上对称设置有两个轴向滑槽，所述滑槽为倾斜结构，朝向所述弹簧一端向滑动筒的中心轴倾斜，朝向筒体内一端向滑动筒外周面倾斜；
所述滑槽内设置有滑动块，所述滑动弯杆的内端与滑动块固定连接；
在AUV推力的作用下，滑动筒沿轴向向滑动筒套内滑动，同时滑动筒上轴向滑槽内的滑动块沿滑槽向外滑动，所述滑动弯杆的内端在滑动块的带动下沿径向向外运动，再通过支点将联动传递至夹紧弯架的另一端。
本发明的进一步技术方案是：所述滑动弯杆为S结构，内端与滑动块固定连接，外端与滑动弯杆的一端铰接。
本发明的进一步技术方案是：所述控制系统包括位移传感器、微处理器、信号变送器和传输电路，所述位移传感器安装于滑动筒内，用于感应所述滑动块的位移；
当AUV回收时，所述位移传感器检测到滑动块滑动至接近滑动筒外周面，通过信号变送器将信号传输至微处理器，由微处理器向电磁式的锁紧装置发出指令，通电后将通电产生电磁场，将AUV吸附固定于整个回收装置的前端；
当AUV释放的时，由AUV向微处理器发出释放请求信号，微处理器通过信号变送器将信号传输至电磁式的锁紧装置断电，AUV便能自航释放。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明提供一种能够联动自锁回收与释放AUV的装置，在AUV回收过程的最后阶段，利用AUV关闭引擎后的惯性推动联动自锁装置实现AUV的自动夹紧固定，同时通过近距离的电磁场将AUV吸附固定在联动自锁装置上。AUV进入回收装置之前，可通过小型喇叭口导向罩导向；AUV自航释放时，联动自锁装置可由底端弹簧弹出实现夹紧的立即释放。
由于滑动筒的一侧安装有弹簧，整个联动自锁装置具有整体联动性，因此一旦AUV主动自航释放，弹簧便能立即将滑动筒弹出，但AUV的自航释放速度有限，所以实际上滑动筒在AUV释放的初始阶段与AUV是同步运动的，因此通过滑动块、夹紧弯架、滑动弯杆的反向运动，能立即解除对AUV的夹紧约束，几乎和AUV产生自航速度的时刻重合。
本装置的机械结构简明清晰，采用杠杆原理实现联动，滑动弯杆等效于杠杆的输入端，夹紧弯架等效于杠杆的输出端；没有复杂的机械结构，不需要额外的电力驱动，控制系统的控制过程也十分简明，两者结合可显著降低系统负载，是一种高效率低能耗的AUV回收与释放装置。
本发明实施例通过夹紧弯架、滑动筒等机械装置、电磁线圈、传感器、控制系统等电磁器件实现对于AUV的回收与释放，整套装置结构紧凑合理，体积较小；同时本发明提出装置控制系统简单，对于降低能量损耗有较好效果；回收方式简单有效，易于实施，是一种高效简易的AUV回收与释放装置。
本发明实施例在滑动筒的周面上设置轴向滑槽，滑动弯杆内端通过滑动块在滑槽内滑动；滑动块主要通过倾斜滑槽的斜度传递改变力的方向，地位重要，由于滑动较为频繁，和斜轨一样，由耐磨的金属材料制成。
电磁线圈安装在滑动筒靠近AUV一端的内部，可接收控制系统的信号通电产生电磁场，在AUV被夹紧套夹紧后将AUV吸附固定。弹簧安装在滑动筒8外端面和滑动筒套内端面突起的圆柱上，弹力适中，可在AUV自航释放的起始阶段将滑动筒弹出至AUV回收状态，起到复位的作用。
附图说明
图1a是回收与释放AUV装置AUV回收完毕时内部结构剖面示意图；
图1b是回收与释放AUV装置AUV处于回收或释放过程中的剖面示意图；
图2是回收与释放AUV装置联动自锁部分滑动套正面结构示意图；
图3a是回收与释放AUV装置回收AUV过程中AUV进入装置前示意图；
图3b是回收与释放AUV装置回收AUV过程中AUV进入装置中示意图；
图3c是回收与释放AUV装置回收AUV过程完毕时示意图。
附图标记说明：1-夹紧弯架、2-夹紧套、3-筒体、4-喇叭口导向罩、5-AUV、6-滑动筒套、7-弹簧、8-滑动筒、9-滑动弯杆、10-支撑座、11-铆钉、12-电磁线圈、13-位移传感器、14-滑动块。
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。
本实施例提供一种联动自锁回收与释放AUV5的装置，包括筒体3、夹紧装置、电磁式的锁紧装置和控制系统，所述筒体3为AUV5回收舱，其开口端设置有喇叭口导向罩4，在AUV5自航行进入筒体3时起导向作用。
所述夹紧装置为杠杆式结构，由AUV5进入筒体3后推动筒体3内端所产生的联动，实现对AUV5的夹紧；包括夹紧弯架1、夹紧套2、滑动弯杆9；两组所述夹紧弯架1对称设置于筒体3外，其一端通过滑动弯杆9与筒体3内端连接，另一端沿轴向设置有三个固定杆；所述固定杆沿筒体3径向设置，均穿过筒体3周壁上的通孔与夹紧套2固定连接；所述夹紧套2位于筒体3内，呈弧形结构，外弧面中部与固定杆端部连接；所述夹紧弯架1与筒体3铰接，铰接点靠近夹紧弯架1与滑动弯杆9的铰接处；当AUV5航行至筒体3内，由惯性对筒体3内端形成推力，同时在该推力的作用下两侧滑动弯杆9分别沿径向向外运动，带动两侧夹紧弯架1的一端沿径向向外运动；夹紧弯架1与筒体3的铰接点作为支点，依据杠杆原理，两侧夹紧弯架1的另一端沿径向向内运动，通过固定杆带动两侧夹紧套2向中心轴运动，实现对AUV5的夹紧。
所述筒体3的外周面靠近尾端处，对称设置有两个支撑座10，分别通过铆钉11与夹紧弯架1内侧铰接。
所述夹紧套2为半圆环结构，夹紧部分包括内外两层结构，内层柔性缓冲材料与AUV接触，外层为弹性合金材料，在夹紧弯架1径向力的作用下，实现对AUV5的夹紧定位。
所述电磁式的锁紧装置位于筒体3内端，通过控制其通电与断电实现对AUV5的吸附和释放；通过所述控制系统对信号进行接收与处理，以及电磁式的锁紧装置的启停控制。电磁式的锁紧装置包括滑动筒套6、弹簧7、滑动筒8、电磁线圈12；所述滑动筒套6为一端封闭的套筒结构，同轴安装于筒体3内端中心孔外侧，其开口端与筒体3内端中心孔相对，其封闭端内侧沿中心轴设置有圆柱凸起；所述滑动筒8贯穿筒体3内端中心孔，其内设置有电磁线圈12，其朝向滑动筒套6的外端面中心处设置有凸起；所述弹簧7的一端套装于滑动筒8的凸起，另一端套装于滑动筒套6的圆柱凸起；通电时，弹簧7在电磁线圈12的作用下被压缩，同时产生磁力将AUV5头部吸附固定；断电后，弹簧7释放弹力，通过滑动筒8将AUV5退出，起到复位的作用。
所述滑动筒8外周面上对称设置有两个轴向滑槽，所述滑槽为倾斜结构，朝向所述弹簧7一端向滑动筒8的中心轴倾斜，朝向筒体3内一端向滑动筒8外周面倾斜；所述滑槽内设置有滑动块14，所述滑动弯杆9的内端与滑动块14固定连接；在AUV5推力的作用下，滑动筒8沿轴向向滑动筒套6内滑动，同时滑动筒8上轴向滑槽内的滑动块14沿滑槽向外滑动，所述滑动弯杆9的内端在滑动块14的带动下沿径向向外运动，再通过支点将联动传递至夹紧弯架1的另一端。
所述控制系统包括位移传感器13、微处理器、信号变送器和传输电路，所述位移传感器13安装于滑动筒内，用于感应所述滑动块14的位移；
当AUV5回收时，所述位移传感器13检测到滑动块14滑动至接近滑动筒8外周面，通过信号变送器将信号传输至微处理器，由微处理器向电磁式的锁紧装置发出指令，通电后将通电产生电磁场，将AUV5吸附固定于整个回收装置的前端；
当AUV5释放的时，由AUV5向微处理器发出释放请求信号，微处理器通过信号变送器将信号传输至电磁式的锁紧装置断电，AUV5便能自航释放。
图1a所示为回收与释放AUV装置的内部结构剖面示意图，可见本装置上下对称，结构简易不复杂。图1a所示AUV的位置处于回收过程完毕后，滑动块14处于滑轨靠近AUV 5的一段，距离回收装置中轴线最远，因此可使滑动弯杆9向上带动夹紧弯架1做下压杠杆运动，AUV被夹紧固定。此时弹簧7也被压缩，处于最短极限位置。
图1b所示为回收与释放AUV装置回收过程剖面示意图，与图1a不同的是，此时联动自锁部分处于待工作状态，滑动筒8被弹簧固定在远离滑动筒套6的一段，滑动块14处于斜轨靠近装置中轴线的一端，因此夹紧弯架1的位置较高。弹簧7也处于最长极限位置。
图2所示为回收与释放AUV装置联动自锁部分滑动套正面结构示意图，主要展示了电磁线圈12、位移传感器13、滑动块14的相对位置和大体形状。其中滑动块滑动的滑轨垂直方向上有一道通道供滑动弯杆9运动，电磁线圈12为简易画法。
图3a所示为回收与释放AUV装置回收AUV过程中AUV进入装置前示意图，AUV在整个装置的外部自航进入装置，先要发送信号给控制系统，便于控制系统检查整个装置是否处于正常状态。装置的喇叭口导向罩4最大外径可与联动自锁部分的夹紧弯架1的最高位置平齐，足以满足AUV回收的定位需求，不会造成整个装置尺寸的过大问题。
图3b所示为回收与释放AUV装置回收AUV过程中AUV进入装置中示意图，
AUV的姿态一般不会像如图3b所示状态平稳，一般会受到各种因素干扰而产生回收理想航道的攻角和偏航角，但联动自锁装置在回收过程中处于待回收状态，即使AUV自航不稳定碰撞到夹紧套2，联动自锁部分的状态也不会被改变，反而会矫正AUV的姿态，帮助其更快更稳完成回收过程。联系图1b所示AUV回收过程剖面示意图可知，此时联动自锁部分的滑动块14处于斜轨靠近装置中轴线的一段，AUV碰撞夹紧套的作用经夹紧弯架1和滑动弯杆9传递后，会增加滑动块14对斜轨下壁面的压力，这就使得整个联动自锁装置的状态不变。
图3c所示为回收与释放AUV装置回收AUV过程完毕时的示意图，内部结构如图1a所示，此处不再赘述。
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 (10)
1.一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：包括筒体、夹紧装置、电磁式的锁紧装置和控制系统，所述筒体为AUV回收舱；
所述夹紧装置为杠杆式结构，由AUV进入筒体后推动筒体内端所产生的联动，实现对AUV的夹紧；
所述电磁式的锁紧装置位于筒体内端，通过控制其通电与断电实现对AUV的吸附和释放；
通过所述控制系统对信号进行接收与处理，以及电磁式的锁紧装置的启停控制。
2.根据权利要求1所述一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：所述筒体为一端封闭的舱体结构，其开口端设置有喇叭口导向罩，在AUV自航行进入筒体时起导向作用。
3.根据权利要求1所述一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：所述夹紧装置包括夹紧弯架、夹紧套、滑动弯杆；两组所述夹紧弯架对称设置于筒体外，其一端通过滑动弯杆与筒体内端连接，另一端设置有固定杆；所述固定杆沿筒体径向设置，穿过筒体周壁上的通孔与夹紧套固定连接；
所述夹紧套位于筒体内，呈弧形结构，外弧面中部与固定杆端部连接；
所述夹紧弯架与筒体铰接，铰接点靠近夹紧弯架与滑动弯杆的连接处；当AUV航行至筒体内，由惯性对筒体内端形成推力，同时在该推力的作用下两侧滑动弯杆分别沿径向向外运动，带动两侧夹紧弯架的一端沿径向向外运动；夹紧弯架与筒体的铰接点作为支点，依据杠杆原理，两侧夹紧弯架的另一端沿径向向内运动，通过固定杆带动两侧夹紧套向中心轴运动，实现对AUV的夹紧。
4.根据权利要求3所述一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：所述筒体的外周面靠近尾端处，对称设置有两个支撑座，分别通过铆钉与夹紧弯架内侧铰接。
5.根据权利要求3所述一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：两侧所述夹紧弯架的另一端均沿筒体轴向设置有三个固定杆，三组固定杆的末端均安装有夹紧套，三组夹紧套分别与AUV的尾部、中部、头部对用，实现对AUV全方位夹紧。
6.根据权利要求3-5任一项所述一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：所述夹紧套为半圆环结构，夹紧部分包括内外两层结构，内层柔性缓冲材料与AUV接触，外层为弹性合金材料，在夹紧弯架径向力的作用下，实现对AUV的夹紧定位。
7.根据权利要求1所述一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：所述电磁式的锁紧装置包括滑动筒套、弹簧、滑动筒、电磁线圈；所述滑动筒套为一端封闭的套筒结构，同轴安装于筒体内端中心孔外侧，其开口端与筒体内端中心孔相对，其封闭端内侧沿中心轴设置有圆柱凸起；
所述滑动筒贯穿筒体内端中心孔，其内设置有电磁线圈，其朝向滑动筒套的外端面中心处设置有凸起；所述弹簧的一端套装于滑动筒的凸起，另一端套装于滑动筒套的圆柱凸起；
通电时，弹簧在电磁线圈的作用下被压缩，同时产生磁力将AUV头部吸附固定；断电后，弹簧释放弹力，通过滑动筒将AUV退出，起到复位的作用。
8.根据权利要求3和7所述一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：所述滑动筒外周面上对称设置有两个轴向滑槽，所述滑槽为倾斜结构，朝向所述弹簧一端向滑动筒的中心轴倾斜，朝向筒体内一端向滑动筒外周面倾斜；
所述滑槽内设置有滑动块，所述滑动弯杆的内端与滑动块固定连接；
在AUV推力的作用下，滑动筒沿轴向向滑动筒套内滑动，同时滑动筒上轴向滑槽内的滑动块沿滑槽向外滑动，所述滑动弯杆的内端在滑动块的带动下沿径向向外运动，再通过支点将联动传递至夹紧弯架的另一端。
9.根据权利要求8所述一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：所述滑动弯杆为S结构，内端与滑动块固定连接，外端与滑动弯杆的一端铰接。
10.根据权利要求8所述一种联动自锁回收与释放AUV的装置，其特征在于：所述控制系统包括位移传感器、微处理器、信号变送器和传输电路，所述位移传感器安装于滑动筒内，用于感应所述滑动块的位移；
当AUV回收时，所述位移传感器检测到滑动块滑动至接近滑动筒外周面，通过信号变送器将信号传输至微处理器，由微处理器向电磁式的锁紧装置发出指令，通电后将通电产生电磁场，将AUV吸附固定于整个回收装置的前端；
当AUV释放的时，由AUV向微处理器发出释放请求信号，微处理器通过信号变送器将信号传输至电磁式的锁紧装置断电，AUV便能自航释放。
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