CN115009473A - 一种基于缆绳捕捉的欠驱动auv水下自动回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于缆绳捕捉的欠驱动AUV水下自动回收装置，包括回收装置本体、缆绳收放机构1、拨杆机构2及压杆机构3组成，所述回收装置本体水平布置；缆绳收放机构1布置在回收装置本体的平台基体4前段、拨杆机构2布置在平台基体4前段下部；压杆机构3布置在平台基体4后段。本发明为欠驱动AUV提供一种控制精度要求低、回收容错率高、回收目标尺寸范围大、仅需对回收装置所释放的缆绳完成捕捉，便可实现AUV自动回收并锁紧的水下回收装置。

Description

一种基于缆绳捕捉的欠驱动AUV水下自动回收装置
技术领域
本发明涉及一种基于缆绳捕捉的欠驱动AUV水下自动回收装置，属于水下机器人技术领域，特别是涉及一种为欠驱动AUV提供一种仅需对回收装置释放的缆绳完成捕捉，便可实现AUV自动回收并锁紧的水下回收装置。
背景技术
现有专利中，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，采用一台专用ROV作为回收平台去回收目标AUV。在设计时需要为平台添加推进器、传感器等多种元件，增加了装置结构的复杂性，并且AUV回收仓空间狭小，对回收过程控制的精确性要求较高。
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，该方法需对母船进行改造，对母船的空间布局产生一定影响，同时需要操控机械手寻找在水中静止状态的AUV，增加了控制难度与操作的复杂性。
如申请号为202011481209.6，名称为“一种用于水下机器人的带缆硬杆捕捉与连接装置”的专利文件，采用在水下机器人艏部安装一个可折叠的V型引导机构，引导硬杆目标沿前端张开的导向臂滑向机构末端的锁紧对接装置，对硬杆目标进行捕捉。该方案设计思路新颖，本发明专利所回收的水下机器人艏部采用该专利的装置。
所提及的前两项专利均要求具备较高的控制精度，并且对回收的AUV有严格的尺寸要求，因此，本发明专利设计一种回收过程中不需要对AUV进行精确控制，可适应不同尺寸的欠驱动AUV的水下自动回收装置，仅需对AUV艏部进行改造，通过捕捉回收装置释放的缆绳，即可实现装置对AUV的自动回收。
发明内容
本发明专利的目的是为欠驱动AUV提供一种控制精度要求低、回收容错率高、回收目标尺寸范围大、仅需对回收装置所释放的缆绳完成捕捉，便可实现AUV自动回收并锁紧的水下回收装置。
本发明的目的是这样实现的：包括回收装置本体、缆绳收放机构1、拨杆机构2及压杆机构3组成，所述回收装置本体水平布置；缆绳收放机构1布置在回收装置本体的平台基体4前段、拨杆机构2布置在平台基体4前段下部；压杆机构3布置在平台基体4后段。
进一步地，所述回收装置本体包括平台基体4及V型槽5，平台基体4为水平布置的长方体机架，V型槽5安装在平台基体4上表面、其上贴有橡胶垫。
进一步地，所述缆绳收放机构1包括缆绳1-1及浮球1-2，缆绳收放机构1布置在平台基体4前段上表面，缆绳收放机构1外部安装缆绳1-1，缆绳1-1末端连接浮球1-2，缆绳1-1由缆绳收放机构1控制收放。
进一步地，所述拨杆机构2对称布置在平台基体4前段下部，拨杆机构2包括左横摆拨杆2-6、右横摆拨杆2-3、左竖直拨杆2-5、右竖直拨杆2-1、平台前驱动轴2-2、左拨杆驱动轴2-7、右拨杆驱动轴2-4，左横摆拨杆2-6与右横摆拨杆2-3上下水平布置、通过平台前驱动轴2-2与平台基体4连接，其中平台前驱动轴2-2结构类似钟表指针驱动轴，通过同轴轴套控制不同元件转动；右横摆拨杆2-3水平布置在左横摆拨杆2-6下方、通过平台前驱动轴2-2与平台基体4连接，左竖直拨杆2-5通过左拨杆驱动轴2-7与左横摆拨杆2-6末端连接，右竖直拨杆2-1通过右拨杆驱动轴2-4与右横摆拨杆2-3末端连接。
进一步地，所述压杆机构3包括龙门杆3-1及平台后驱动轴3-2，压杆机构3布置在平台基体4后段，龙门杆3-1通过平台后驱动轴3-2与平台基体4连接。
进一步地，回收装置的缆绳收放机构1释放末端连接浮球1-2的缆绳1-1进入待命状态，待回收AUV艏部安装的V型引导机构张开，依靠AUV自身视觉系统定位浮球1-2的位置，由远及近驶向浮球1-2下方的缆绳1-1，缆绳1-1在导向臂的引导下滑至末端锁紧对接装置，将缆绳1-1固定在AUV艏部，缆绳收放机构1回收缆绳1-1，缆绳1-1拉动浮球1-2下压AUV，使其不断下降靠近V型槽5，当AUV底面距离V型槽5高度方向小于自身直径时，拨杆机构2启动，将AUV拨动至与平台基体4轴线同方向，浮球1-2继续下压直至AUV进入V型槽5，此时压杆机构3启动，锁紧AUV，最终完成欠驱动AUV的水下自动回收。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过释放末端连接浮球1-2的缆绳1-1，使缆绳1-1在待命状态下始终张紧，扩大了AUV捕捉缆绳1-1时的航行空间，提高了容错率。本发明通过回收浮球1-2的方式下压AUV，无需单独布置下压装置，简化了整体结构。
本发明通过可折叠式拨杆机构2对AUV进行位置调整，避免AUV主动参与运动，节省机器人能量的同时加快了AUV的调整速度，提高AUV回收至V型槽5内的定位精度。
本发明通过布置在平台基体4后段的压杆机构3对AUV进行压紧，限制住AUV除沿轴线方向移动和旋转外所有自由度，由于缆绳1-1被AUV艏部的锁紧对接装置固定，因此当AUV下落至V型槽5内时，浮球1-2与V型槽5表面橡胶垫将其轴向方向自由度限制，压杆机构3与浮球1-2、V型槽5配合实现对AUV的锁紧。
附图说明
图1、图2、图3为本发明专利不同视角的结构简图。
图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12为本发明专利实现过程的流程图。
图中：缆绳收放机构1、拨杆机构2、压杆机构3、平台基体4、V型槽5、缆绳1-1、浮球1-2、右竖直拨杆2-1、平台前驱动轴2-2、右横摆拨杆2-3、右拨杆驱动轴2-4、左竖直拨杆2-5、左横摆拨杆2-6、左拨杆驱动轴2-7、龙门杆3-1、平台后驱动轴3-2。
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。
本发明包括回收装置本体结构、缆绳收放机构1、拨杆机构2和压杆机构3，回收装置本体结构包括平台基体4和V型槽5，平台基体4为水平布置的长方体机架，V型槽5安装在平台基体4上表面、其上贴有橡胶垫，缆绳收放机构1布置在平台基体4前段上表面，缆绳收放机构1外部安装缆绳1-1，缆绳1-1末端连接浮球1-2，拨杆机构2对称布置在平台基体4前段下部，拨杆机构2包括左横摆拨杆2-6、右横摆拨杆2-3、左竖直拨杆2-5、右竖直拨杆2-1、平台前驱动轴2-2、左拨杆驱动轴2-7、右拨杆驱动轴2-4，左横摆拨杆2-6水平布置、通过平台前驱动轴2-2与平台基体4连接，右横摆拨杆2-3水平布置在左横摆拨杆2-6下方、通过平台前驱动轴2-2与平台基体4连接，左竖直拨杆2-5布置在左横摆拨杆2-6末端、通过左拨杆转轴2-7与左横摆拨杆2-6连接，右竖直拨杆2-1布置在右横摆拨杆2-3末端、通过右拨杆驱动轴2-4与右横摆拨杆2-3连接，压杆机构3布置在平台基体4后段，包括龙门杆3-1、平台后驱动轴3-2，龙门杆3-1通过平台后驱动轴3-2与平台基体4连接。
回收装置的缆绳收放机构1释放末端连接浮球1-2的缆绳1-1进入待命状态，待回收AUV艏部安装的V型引导机构申请号为202011481209.6，名称为“一种用于水下机器人的带缆硬杆捕捉与连接装置”张开，依靠AUV自身视觉系统定位浮球1-2的位置，由远及近驶向浮球1-2下方的缆绳1-1，缆绳1-1在导向臂的引导下滑至末端锁紧对接装置，将缆绳1-1固定在AUV艏部，缆绳收放机构1回收缆绳1-1，缆绳1-1拉动浮球1-2下压AUV，使其不断下降靠近V型槽5，当AUV底面距离V型槽5高度方向小于自身直径时，拨杆机构2启动，将AUV拨动至与平台基体4轴线同方向，浮球1-2继续下压直至AUV进入V型槽5，此时压杆机构3启动，锁紧AUV，最终完成欠驱动AUV的水下自动回收。
下面从回收装置本体结构技术方案、缆绳收放机构技术方案、拨杆机构技术方案、压杆机构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、回收装置本体结构技术方案
回收装置本体包括平台基体4和V型槽5两部分。平台基体4水平布置在海底，内部中空，用于安装装置各个机构的驱动源，如图3所示结构图，在前段下表面与后段侧面各伸出平台前驱动轴2-2和平台后驱动轴3-2，用于驱动拨杆机构2和压杆机构3；V型槽5表面贴有橡胶垫，可避免AUV下落后表面磨损，同时增大摩擦力限制AUV转动。
2、缆绳收放机构技术方案
缆绳收放机构1布置在平台基体4前段，负责对机构外部安装的缆绳1-1进行收放控制，缆绳1-1末端连接浮球1-2，浮球1-2在自身净浮力作用下始终张紧缆绳1-1，缆绳1-1在张紧状态下等待AUV艏部V型引导机构申请号为202011481209.6，名称为“一种用于水下机器人的带缆硬杆捕捉与连接装置”接触，用于被V型引导机构末端的锁紧对接装置捕捉。
3、拨杆机构技术方案
如图3所示结构图，拨杆机构2布置在平台基体4前段下部，拨杆机构2包括左横摆拨杆2-6、右横摆拨杆2-3、左竖直拨杆2-5、右竖直拨杆2-1、平台前驱动轴2-2、左拨杆驱动轴2-7、右拨杆驱动轴2-4。左横摆拨杆2-6与右横摆拨杆2-3上下水平布置、通过平台前驱动轴2-2与平台基体4连接，其中平台前驱动轴2-2结构类似钟表指针驱动轴，通过同轴轴套控制不同元件转动。左竖直拨杆2-5通过左拨杆驱动轴2-7与左横摆拨杆2-6末端连接，右竖直拨杆2-1通过右拨杆驱动轴2-4与右横摆拨杆2-3末端连接。拨杆机构2可折叠在平台基体4两侧，减小装置体积和水阻力，对称布置可以增大对AUV的调整空间。
4、压杆机构技术方案
压杆机构3布置在平台基体4后段，包括龙门杆3-1和平台后驱动轴3-2，龙门杆3-1通过平台后驱动轴3-2与平台基体4连接。龙门杆3-1可以压紧在AUV中段重心位置，使锁紧力合理作用于AUV表面。门形压杆可以将AUV约束在自身轴线范围内，用简单的杆件结构实现对AUV多自由度锁紧。
5、专利目的实现过程
1)回收前待命阶段
回收装置在待命状态时，缆绳收放机构1控制缆绳1-1将浮球1-2释放，缆绳1-1在浮球1-2净浮力作用下始终保持张紧状态，等待AUV捕捉。
2)AUV捕捉缆绳阶段
AUV通过自身视觉系统定位浮球1-2位置，打开位于艏部的V型引导机构(申请号为202011481209.6，名称为“一种用于水下机器人的带缆硬杆捕捉与连接装置”)，同时向浮球1-2偏下方向航行，当V型引导机构与缆绳1-1接触后，缆绳1-1会在导向臂的引导下滑向机构末端的锁紧对接装置，装置将缆绳1-1锁紧实现AUV对缆绳1-1的捕捉。
3)AUV下压移动阶段
AUV在成功捕捉缆绳1-1后，缆绳收放机构1开始回收缆绳1-1，浮球1-2在缆绳1-1的控制下开始下压AUV艏部，使AUV逐渐下落至V型槽5。
4)AUV方位调整阶段
浮球1-2下压AUV使其逐渐下降，当AUV下表面与V型槽5高度方向的距离小于自身直径时，拨杆机构2开始启动，左竖直拨杆2-5与右竖直拨杆2-1旋转90°直立，左横摆拨杆2-6与右横摆拨杆2-3反向同步转动，由于右横摆拨杆2-3布置在左横摆拨杆2-6下方，两拨杆可以无干涉地扫过平台前端空间，将可能处在任意位置的AUV调整至平台基体4轴线方向。
5)回收结束阶段
AUV经拨杆机构2的调整，被浮球1-2下压至平台基体4上表面的V型槽5内，装置后段的压杆机构3启动，将AUV压紧在V型槽5内部，拨杆机构2复位，此时AUV艏部被缆绳1-1限制轴线方向移动自由度，同时V型槽5表面橡胶垫的摩擦力限制AUV回转方向自由度，回收装置实现了对AUV的锁紧。

Claims (6)

1.一种基于缆绳捕捉的欠驱动AUV水下自动回收装置，其特征在于：包括回收装置本体、缆绳收放机构(1)、拨杆机构(2)及压杆机构(3)组成，所述回收装置本体水平布置；缆绳收放机构(1)布置在回收装置本体的平台基体(4)前段、拨杆机构(2)布置在平台基体(4)前段下部；压杆机构(3)布置在平台基体(4)后段。
2.根据权利要求1所述的一种基于缆绳捕捉的欠驱动AUV水下自动回收装置，其特征在于：所述回收装置本体包括平台基体(4)及V型槽(5)，平台基体(4)为水平布置的长方体机架，V型槽(5)安装在平台基体(4)上表面、其上贴有橡胶垫。
3.根据权利要求1所述的一种基于缆绳捕捉的欠驱动AUV水下自动回收装置，其特征在于：所述缆绳收放机构(1)包括缆绳(1-1)及浮球(1-2)，缆绳收放机构(1)布置在平台基体(4)前段上表面，缆绳收放机构(1)外部安装缆绳(1-1)，缆绳(1-1)末端连接浮球(1-2)，缆绳(1-1)由缆绳收放机构(1)控制收放。
4.根据权利要求1所述的一种基于缆绳捕捉的欠驱动AUV水下自动回收装置，其特征在于：所述拨杆机构(2)对称布置在平台基体(4)前段下部，拨杆机构(2)包括左横摆拨杆(2-6)、右横摆拨杆(2-3)、左竖直拨杆(2-5)、右竖直拨杆(2-1)、平台前驱动轴(2-2)、左拨杆驱动轴(2-7)、右拨杆驱动轴(2-4)，左横摆拨杆(2-6)与右横摆拨杆(2-3)上下水平布置、通过平台前驱动轴(2-2)与平台基体(4)连接，其中平台前驱动轴(2-2)结构类似钟表指针驱动轴，通过同轴轴套控制不同元件转动；右横摆拨杆(2-3)水平布置在左横摆拨杆(2-6)下方、通过平台前驱动轴(2-2)与平台基体(4)连接，左竖直拨杆(2-5)通过左拨杆驱动轴(2-7)与左横摆拨杆(2-6)末端连接，右竖直拨杆(2-1)通过右拨杆驱动轴(2-4)与右横摆拨杆(2-3)末端连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于缆绳捕捉的欠驱动AUV水下自动回收装置，其特征在于：所述压杆机构(3)包括龙门杆(3-1)及平台后驱动轴(3-2)，压杆机构(3)布置在平台基体(4)后段，龙门杆(3-1)通过平台后驱动轴(3-2)与平台基体(4)连接。
6.根据权利要求1-5任意一所述的一种基于缆绳捕捉的欠驱动AUV水下自动回收装置，其特征在于：回收装置的缆绳收放机构(1)释放末端连接浮球(1-2)的缆绳(1-1)进入待命状态，待回收AUV艏部安装的V型引导机构张开，依靠AUV自身视觉系统定位浮球(1-2)的位置，由远及近驶向浮球(1-2)下方的缆绳(1-1)，缆绳(1-1)在导向臂的引导下滑至末端锁紧对接装置，将缆绳(1-1)固定在AUV艏部，缆绳收放机构(1)回收缆绳(1-1)，缆绳(1-1)拉动浮球(1-2)下压AUV，使其不断下降靠近V型槽(5)，当AUV底面距离V型槽(5)高度方向小于自身直径时，拨杆机构(2)启动，将AUV拨动至与平台基体(4)轴线同方向，浮球(1-2)继续下压直至AUV进入V型槽(5)，此时压杆机构(3)启动，锁紧AUV，最终完成欠驱动AUV的水下自动回收。
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