CN115158609B - 一种笼式水下基站系统以及水下航行器 - Google Patents

Abstract

本发明一种笼式水下基站系统，其包括，位置检测系统，其可发射定位信号给水下航行器，水下航行器接收定位信号且进入水下基站内部；卡管故障排除系统，当水下航行器在水下基站发生卡管故障时进而弹射水下航行器远离水下基站；紧急故障排除系统，当水下航行器水下基站发生紧急故障时进而自毁水下基站与下一级设备脱离。一方面实现了自主对接过程出现的卡管、对接失败等故障的故障排除与安全保障，实现了自航发射过程中出现的卡管、发射失败的故障排除与安全保障，大大提高了笼式水下基站与水下航行器的安全性；另一方面针对紧急故障，最大程度的保障了航行器及其他协同设备的安全性，降低了自主对接与自航发射所带来的风险。

Description

一种笼式水下基站系统以及水下航行器

技术领域

本发明涉及水下载荷自主对接与自航发射领域，更具体的说，涉及一种笼式水下基站系统以及水下航行器。

背景技术

无论水下载荷执行何种任务，通常都需要自带能源实现水下工作。其工作时间以及作业范围都受到了限制，因而无法实现远距离勘探、长期巡航等任务。这就需要在载荷完成相应任务后实施回收或通过母船将其运载至指定工作地点以减小能源消耗，扩大其工作范围。目前，水下载荷的布放回收方式按照运载平台可以分为：水面舰艇回收、笼式水下基站回收以及水下无人潜器回收。笼式水下基站回收是现阶段典型水下无人回收方式，相比之下可实现无人、长期工作，且回收过程不受海面风浪影响，隐蔽性较好。但是笼式水下基站回收同样存在明显缺陷，笼式水下基站回收长期处于无人状态且全程为自动化操作，水下回收受到海洋环境因素影响并不能保障100％的成功率，容易出现回收失败、自航发射卡管等缺点。由于现有笼式水下基站自身无故障检测与安全保障，回收或自航发射出现故障时无法进行有效应对如：专利CN111874194a、论文“AUV水下对接装置的实现及实验”。

现有相关技术无法应对此类状况，当出现卡管时普遍采用有人操作或派遣潜航器与舰船打捞回收笼与航行器。现有技术排障能力差、危险程度高、无人化弱，因此有必要应对笼式水下对接设计开发可靠的无人自动化故障检测与安全保障装置，以实现近海岸海域笼式水下基站的长期工作。

发明内容

本申请的目的在于提供一种笼式水下基站系统，提高笼式水下基站在水下自主对接及航行器自航释放过程中的安全保障能力，尤其是通过故障检测系统以及安全保障系统实现笼式水下基站在对接过程中自动化无人排障功能。

本申请实施例提供了一种笼式水下基站系统，其包括，

位置检测系统，其可发射定位信号给水下航行器，水下航行器接收定位信号且进入水下基站内部；

卡管故障排除系统，当水下航行器在水下基站发生卡管故障时进而弹射水下航行器远离水下基站；

紧急故障排除系统，当水下航行器水下基站发生紧急故障时进而自毁水下基站与下一级设备脱离。

作为优选，所述水下基站包括笼体和导向罩，所述笼体左右两端设置有密封部和开口部，所述开口部配置有一个呈喇叭状的导向罩；所述导向罩具有一大一小的开口一和开口二；所述导向罩通过开口二与笼体相对接。

作为优选，所述卡管故障排除系统包括固定设置于笼体外壁的轨道、设置于轨道中的传动螺杆、驱动传动螺杆转动的驱动电机、设置于传动螺杆且可随着螺杆转动从而前后移动的滑块、与滑块相固定连接的挡板；

作为优选，还包括连接固定体；所述连接固定体以抱箍的方式固定在笼体的外部。

作为优选，所述笼体具有一个加强部，所述加强部位于笼体的中后部且靠近密封部，所述连接固定体配置于所述加强部处且预留一个轨道的安装固定部。

作为优选，所述位置检测系统包括配置于轨道一侧的管口接近开关、配置于挡板轴心处的管底接近开关、配置于密封部的光学定位单元、以及位置检测控制系统；

所述位置检测系统通过位置检测控制系统控制管口接近开关进入信号给水下航行器，从而使得水下航行器随着导向罩进入到笼体中；

所述位置检测系统通过位置检测控制系统控制光学定位单元发出特征光源提示水下航行器在笼体中的位置；

所述位置检测系统通过位置检测控制系统控制管底接近开关到位信号给水下航行器，从而使得水下航行器靠近挡板泊位成功。

作为优选，所述光学定位单元由多个特征光源构成，所述特征光源包括水下航行器进入导向罩的特征光源、进入笼体的特征光源、泊位成功的特征光源，其中，该特征光源为不同颜色。

作为优选，所述管口接近开关配置于笼体外壁处且靠近开口部，所述管口接近开关还与开口二相邻。

作为优选，所述紧急故障排除系统包括与下一级设备相贴合的安装底板、以及剪切式爆炸螺栓；所述剪切式爆炸螺栓依次穿过连接固定体底部、安装底板与下一级设备相配合连接。

作为优选，所述水下航行器具有视觉识别模块，所述视觉识别模块检测不同特征光源从而控制器在笼体中行进/停止。

本申请实施例所达到的主要技术效果是：

本发明的一种笼式水下基站系统，可实现笼式水下基站在执行水下自主对接与自航发射任务时的故障检测与安全保障；

一方面实现了自主对接过程出现的卡管、对接失败等故障的故障排除与安全保障，实现了自航发射过程中出现的卡管、发射失败的故障排除与安全保障，大大提高了笼式水下基站与水下航行器的安全性；

另一方面针对紧急故障，最大程度的保障了航行器及其他协同设备的安全性，降低了自主对接与自航发射所带来的风险。

附图说明

图1为本发明的一种笼式水下基站系统对接水下航行器的立体结构示意图；

图2为本发明的一种笼式水下基站系统的立体结构示意图；

图3为为本发明的一种笼式水下基站系统的侧视结构示意图；

图4为本发明的本发明的一种笼式水下基站系统的卡管故障排除系统的立体结构示意图；

图5为本发明的本发明的一种笼式水下基站系统的卡管故障排除过程示意图；

图6为本发明的本发明的一种笼式水下基站系统的紧急故障排除过程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的方式并不代表与本申请相一致的所有方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个，若仅指代“一个”时会再单独说明。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

结合图1，图2、图3、图4、图5、图6来解释说明书本技术方案，其中，图1为本发明的一种笼式水下基站系统对接水下航行器的立体结构示意图；图2为本发明的一种笼式水下基站系统的立体结构示意图；图3为为本发明的一种笼式水下基站系统的侧视结构示意图；图4为本发明的本发明的一种笼式水下基站系统的卡管故障排除系统的立体结构示意图；图5为本发明的本发明的一种笼式水下基站系统的卡管故障排除过程示意图；图6为本发明的本发明的一种笼式水下基站系统的紧急故障排除过程示意图。

结合图1，图2、图3、图4，本发明的一种笼式水下基站系统，包括位置检测系统1、卡管故障排除系统2和紧急故障排除系统3，其中，上述的位置检测系统1，其可发射定位信号给水下航行器5，水下航行器5接收定位信号且进入水下基站4内部，上述的卡管故障排除系统2，当水下航行器5在水下基站4发生卡管故障时进而弹射水下航行器5远离水下基站4，紧急故障排除系统3，当水下航行器5水下基站4发生紧急故障时进而自毁水下基站4与下一级设备脱离；上述的水下航行器5具有与位置检测系统1相匹配的视觉识别模块6，上述的视觉识别模块6检测不同特征光源从而控制器在笼体42中行进/停止。

结合图1，图2、图3、图4上述的视觉识别模块6可以与位置检测系统1互相信号交互，实现水下航行器5根据视觉识别模块6实现笼体42内的位置判定，其中，上述的视觉识别模块6采用双目识别系统，具体的，上述的双目识别系统与位置检测系统1中的光学定位单元11相互交互，从而确认水下航行器5在笼体42内的停泊位置是否准确，如果停泊位置有问题，通过位置检测控制系统将信号传输给卡管故障排除系统2，让卡管故障排除系统2进行故障排除作业；如果廷尉位置没问题，通过位置检测控制系统将信号传输给控制端并且提示停泊成功提示。

结合图1，图2、图3、图4，上述的水下基站4包括笼体42和导向罩43，所述笼体42左右两端设置有密封部41和开口部40，所述开口部40配置有一个呈喇叭状的导向罩43，喇叭状导向罩43设计，方便水下航行器5进出时候不会磕碰，从而防止水下航行器5的外表面因为进出发生磕碰产生划痕，甚至损坏的情况发生，进一步，上述的开口部40与导向罩43的配合处可以设置软性保护内衬44，该软性保护内衬44可以有效的保护水下航行器5在进出过程中被磕碰的情况发生，就算磕碰到也不会被损伤；上述的导向罩43具有一大一小的开口一432和开口二431；所述导向罩43通过开口二432与笼体42相对接，其中，上述的开口二432的口径大于等于与笼体42的口径，需要说的是，上述的笼体42整体呈一个圆柱形，其内部口径远大于水下航行器5的口径，如此设计，可以方便水下航行器5进去停泊以及出去作业；上述的笼体42的中后部具有一个加强部421，上述的加强部421靠近与密封部41，上述的加强部45设置有一个以抱箍围绕方式的连接固定体45，上述的连接固定体45与加强部421配置在一起后还会预留一个配置卡管故障排除系统2的安装固定部451，上述的安装固定部451向内凹陷形成一个凹槽，方便配置卡管故障排除系统2的安装和固定；上述的配置卡管故障排除系统2固定设置于笼体42外壁的轨道20、设置于轨道20中的传动螺杆21、驱动传动螺杆21转动的驱动电机22、设置于传动螺杆21且可随着传动螺杆21转动从而前后移动的滑块24、与滑块24相固定连接的挡板23，上述的挡板23整体呈一个圆盘形状，且挡板23采用钢芯橡胶，其中，钢芯保障材料制成的挡板23具有一定刚性，橡胶具有一定的防撞作用起到了一定的保护作用，因为水下航行器5驶入笼体42内部，在接触挡板23的瞬间具有一个冲击力，该冲击力是由于水中的水下航行器5驶入后形成的；还有就是，上述的驱动电机22采用水下直流电机，具有防水、防腐蚀、耐压等性能，让其能够海水中长期使用。

参照图4和图5，上述的卡管故障排除系统2对卡管故障排除过程及相关工作原理进行表述，当水下基站4判定水下航行器5卡管时，卡管故障排除系3统工作，驱动电机22开始驱动传动螺杆21转动，滑块24由于收到轨道20限制，将沿轨道20进行移动，挡板23将随着滑块24向前移动，当挡板23接触到水下航行器5时，驱动电机22进入低速大功率的工作状态，提供了较大的推力，将水下航行器5推出水下航行器5将推出水下基站4进行下一回合任务。

参照图2和图3，上述的位置检测系统1包括位于轨道20一侧的管口接近开关12，配置在挡板23轴心处的管底接近开关10、配置于密封部41的光学定位单元11、以及控制管口接近开关12、管底接近开关10和光学定位单元11的位置检测控制系统，具体的，上述的位置检测系统1通过位置检测控制系统控制管口接近开关12进入信号给水下航行器5，从而使得水下航行器5随着导向罩43进入到笼体42中，上述的位置检测系统1通过位置检测控制系统控制光学定位单元11发出特征光源提示水下航行器5在笼体52中的位置情况，上述的位置检测系统1通过位置检测控制系统控制管底接近开关10到位信号给水下航行器5，从而使得水下航行器5靠近挡板23处，也就是泊位成功；在本实施例中，上述的管口接近开关12配置于笼体42外壁处且靠近开口部40，所述管口接近开关12还与开口二431相邻；在本实施例中，首先是管口接近开关12，主要由接近开关与位置检测控制系统构成，可以用于水下航行器5与开口部40的相对位置，当进行对接任务时，可以用于判断水下航行器5是否进入回收到笼体42中，其次是管底接近开关10，主要由接近开关与位置检测控制系统构成，可以用于水下航行器5与笼体42管底的相对位置，当进行对接任务时，可以用于判断水下航行器5是否完全进入水下基站4；最后设置有最重要的笼体42内给光学定位单元11，主要由四个特征光源构成，配合水下航行器5头部的双目识别系统6可进行笼体42位置判定。

上述的位置检测系统1对定位系统工作过程及判定条件进行描述，当进行水下对接任务时，对水下航行器5在笼体42的位置进行定位。首先时管口接近开关12，可以用于判断水下航行器5是否进入导向罩43，水下航行器5进入后接近开关收到信号，此时，管底密封部41中的光学定位单元11的特征光源亮起，水下航行器5头部的双目识别开始工作，水下航行器5开始进行光学定位单元11发出的光学信号的识别与解算，解算后得到水下航行器5头部位置与管底密封部41的相对位置关系。最后，通过管底接近开关10是否到位。同样，当进行水下航行器5释放时，相关流程相同，总控同样会收到来自管口接近开关12、管底接近开关10、光学定位单元11三个传感器的信号。卡管的判定条件为：管口接近开关12检测到水下航行器5，管底接近开关10未检测到水下航行器5，光学定位单元11检测到水下航行器5头部距离管底较远或无法检测到光源。

参照图6，上述的紧急故障排除系统3包括与下一级设备相贴合的安装底板31、以及剪切式爆炸螺栓32；所述剪切式爆炸螺栓32依次穿过连接固定体底部45、安装底板31与下一级设备相配合连接；具体的，参照图6对紧急故障排除系统3在紧急故障排除过程及相关工作原理进行表述；紧急故障是指水下基站与航行器锁死、基站控制控制系统失灵等，由于水下基站4下故障致使水下航行器5无法脱离，这种故障将对水下航行器5以及下一级设备造成不可估量的损伤，甚至沉底，为了减小损失，尽可能保护水下航行器5安全，在水下基站4上设置紧急故障排除系统3；当水下基站4检测到自身故障无法排除时，通过对水下航行器5进行问询，进一步确认故障情况。当故障情况被确认，水下航行器5和水下基站4均可向紧急故障排除系统3发出指令，引爆剪切爆炸螺栓32，爆剪切爆炸螺栓32引爆后，水下基站4将与下一级设备脱开，并被抛弃，此时，由于水下基站4被抛弃，下一级设备安全将收到保障，水下航行器5将启动上浮程序，在自身微正的浮力即相关设备的共同作用下水下航行器5上浮到水面，水下航行器5将在水面进行自检，甚至水面回收进行检测进一步保障水下航行器5的设备安全性。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种笼式水下基站系统，其特征在于：其包括，

位置检测系统，其用于发射定位信号给水下航行器，水下航行器接收定位信号且进入水下基站内部；

卡管故障排除系统，其用于当水下航行器在水下基站发生卡管故障时弹射水下航行器远离水下基站；

紧急故障排除系统，其用于当水下基站发生紧急故障时自毁，从而使得水下基站与下一级设备脱离；

所述水下基站包括笼体和导向罩，所述笼体一端设置密封部，另一端设置开口部，所述开口部配置有一个呈喇叭状的导向罩；所述导向罩具有一大一小的开口一和开口二；所述导向罩通过开口二与笼体相对接；

所述卡管故障排除系统包括固定设置于笼体外壁的轨道、设置于轨道中的传动螺杆、驱动传动螺杆转动的驱动电机、设置于传动螺杆且能够随着传动螺杆转动从而前后移动的滑块、与滑块相固定连接的挡板；

还包括连接固定体；所述连接固定体以抱箍的方式固定在笼体的外部；

所述紧急故障排除系统包括与下一级设备相贴合的安装底板以及剪切式爆炸螺栓，所述剪切式爆炸螺栓依次穿过连接固定体底部、安装底板从而与下一级设备相配合连接。

2.根据权利要求1所述的笼式水下基站系统，其特征在于：所述笼体具有一个加强部，所述加强部位于笼体的中后部且靠近密封部，所述连接固定体配置于所述加强部处且预留一个轨道的安装固定部。

3.根据权利要求2所述的笼式水下基站系统，其特征在于：所述位置检测系统包括配置于轨道一侧的管口接近开关、配置于挡板轴心处的管底接近开关、配置于密封部的光学定位单元、以及位置检测控制系统；

所述位置检测系统通过位置检测控制系统控制管口接近开关发送进入信号给水下航行器，从而使得水下航行器随着导向罩进入到笼体中；

所述位置检测系统通过位置检测控制系统控制光学定位单元发出特征光源提示水下航行器在笼体中的位置情况；

所述位置检测系统通过位置检测控制系统控制管底接近开关发送到位信号给水下航行器，从而使得水下航行器靠近挡板泊位成功。

4.根据权利要求3所述的笼式水下基站系统，其特征在于：所述光学定位单元由多个特征光源构成，所述特征光源包括水下航行器进入导向罩的特征光源、进入笼体的特征光源、泊位成功的特征光源，其中，该特征光源为不同颜色。

5.根据权利要求4所述的笼式水下基站系统，其特征在于：所述管口接近开关配置于笼体外壁处且靠近开口部，所述管口接近开关还与开口二相邻。