CN115432150B - 一种可存储多个子uuv的无人水下潜器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可存储多个子UUV的无人水下潜器及其使用方法，属于海洋装备与水下机器人领域。解决了传统的UUV作业效率低以及成本高的问题。它包括母体UUV和多个不同结构的子UUV，母体UUV中间顶部均布有多个存储舱，每个存储舱内设有两个存储篮，两个存储篮通过杆皆与液压缸的输出端连接，液压缸的固定端安装在存储舱的壳体内部，存储舱的释放口处安装有导引杆，子UUV的头部安装有对接机构，对接机构与导引杆活动连接。它主要用于海洋探测。

Description

一种可存储多个子UUV的无人水下潜器及其使用方法

技术领域

本发明属于海洋装备与水下机器人领域，特别是涉及一种可存储多个子UUV的无人水下潜器及其使用方法。

背景技术

无人水下潜器是一种以自主控制、环境感知、智能决策等关键技术为支撑，可实现大范围，大深度海洋环境探测、水下作业和战场态势感知的智能化水下无人平台。它是水下无人系统的重要成员，是连续探测海洋环境、海底形貌数据的重要技术装备。

传统的UUV一般由母船或由岸基进行释放，在完成一个航次作业任务后进行回收，完成充电等整备任务后再次布放进行作业。由于需要完成多次布放回收和整备工作，作业效率较低。虽然水下坞站作为UUV水下充电和通信中继的节点，可以扩展UUV的作业范围，但是目前水下坞站多为固定设置，UUV需多次往返于作业点和坞站之间，仅节约了上浮，影响了作业效率。水下坞站一般只能容纳单个UUV，多UUV同时作业需要布置多坞站，对多坞站的回收增加了母船的作业成本。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种可存储多个子UUV的无人水下潜器及其使用方法,以解决传统的UUV作业效率低以及成本高的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可存储多个子UUV的无人水下潜器，包括母体UUV和多个不同结构的子UUV，所述母体UUV中间顶部均布有多个存储舱，每个存储舱内设有两个存储篮，两个存储篮通过杆皆与液压缸的输出端连接，所述液压缸的固定端安装在存储舱的壳体内部，所述存储舱的释放口处安装有导引杆，所述子UUV的头部安装有对接机构，所述对接机构与导引杆活动连接。

更进一步的，所述存储舱设有四个。

更进一步的，所述存储篮包括V型槽、滑块和定位销板，所述定位销板底端两侧分别安装有滑块，所述定位销板顶端两侧分别安装有V型槽，所述滑块滑动安装在导轨上，所述导轨安装在存储舱内部两侧，所述定位销板通过杆与液压缸连接。

更进一步的，所述定位销板顶端中心位置上安装有定位销。

更进一步的，所述子UUV底部设有的定位孔直径大于定位销直径，所述子UUV底部设有定位孔。

更进一步的，所述导引杆与存储舱连接部位安装有液压摆动缸。

更进一步的，所述对接机构包括V型插头、第二舵机、舵臂、夹紧钩片以及机架，所述V型插头安装在机架一端，所述机架的另一端安装在子UUV的头部，所述第二舵机安装在机架上，所述舵臂与第二舵机连接，所述夹紧钩片安装在舵臂上，所述导引杆与V型插头活动连接。

更进一步的，所述母体UUV的尾部侧端安装有横向推进器，所述母体UUV的尾部上端安装有第一舵机，所述母体UUV的四角处皆安装有垂向推进器。

更进一步的，所述母体UUV的头部上安装有天线装置。

一种可存储多个子UUV的无人水下潜器的使用方法，它包括以下步骤：

步骤1：子UUV向母体UUV的存储舱移近；

步骤2：驱动液压缸推动存储篮移动，使第一个存储篮与存储舱释放口平直对齐；

步骤3：子UUV通过对接机构抓住存储舱的导引杆；

步骤4：子UUV通过本身的侧向推进器调整姿态与存储舱释放口平直对齐；

步骤5：子UUV顺着导引杆降落到下方的存储篮内，然后子UUV通过V型槽和定位销共同作用下归入存储位；

步骤6：第二个子UUV向母体UUV的存储舱移近；

步骤7：液压摆动缸带动导引杆摆动，使第一个子UUV的对接机构与导引杆脱离；

步骤8：驱动液压缸推动存储篮移动，使第二个存储篮与存储舱释放口平直对齐，重复步骤5完成第二个子UUV的回收：

步骤9：母体UUV的其他三个存储舱上皆重复步骤1-8的操作，完成所有子UUV的回收。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的子母型UUV通过母船布放，由母体UUV航行至作业海域后，释放多个子UUV同时作业，进而成倍提高了作业效率。

2.本发明在释放子UUV之后，母UUV既可作为单体子UUV参与作业，也可规划航线至子UUV作业航线终点，进而完成子UUV回收工作，节约了子UUV能源，进一步的扩展了子UUV的作业半径。

3.本发明的母体UUV具备存储多个不同结构的子UUV的能力，水下母体携带子UUV运行到给定的海底作业区，释放出水下作业的子UUV，当子UUV完成预定的工作后，由母体UUV对子UUV进行对接、回收以及存储。

4.本发明的母体UUV具备与陆地或水面船的通信功能，也具备与子UUV相互通信的功能，可视为是一个在水下可移动的中转站，母体UUV可携带能源，具备为子UUV充电续航的功能。

5.本发明的子UUV的体积相对较小，所以子UUV能够替代母UUV进入狭小、障碍多的空间进行作业。不同结构的子UUV又可以完成探测、热液采集、钴结壳采集、生物采集、水下设备维护等多种任务。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的一种可存储多个子UUV的无人水下潜器的总体示意图；

图2为本发明所述的一种可存储多个子UUV的无人水下潜器的俯视图；

图3为存储舱外形图；

图4为存储舱内部结构图；

图5为对接机构示意图；

图6为对接机构的机械原理图；

图7为对接或释放时未锁紧示意图；

图8为对接或释放时锁紧示意图；

图9为舱位更换示意图；

图10为子UUV回收流程图。

1-横向推进器，2-第一舵机，3-垂向推进器，4-存储舱，5-导引杆，6-子UUV，7-天线装置，8-头部，9-液压缸，10-导轨，13-V型槽，14-定位销，15-滑块，16-定位销板，17-杆，18-V型插头，19-第二舵机，20-舵臂，21-夹紧钩片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

具体实施方式一：参见图1-9说明本实施方式，一种可存储多个子UUV的无人水下潜器，包括母体UUV和多个不同结构的子UUV6，所述母体UUV中间顶部均布有多个存储舱4，每个存储舱4内设有两个存储篮，两个存储篮通过杆17皆与液压缸9的输出端连接，所述液压缸9的固定端安装在存储舱4的壳体内部，所述存储舱4的释放口处安装有导引杆5，所述子UUV6的头部安装有对接机构，所述对接机构与导引杆5活动连接，所述存储舱4设有四个。

本实施例以母体UUV上设有四个存储舱4为例，当回收子UUV6时，子UUV6在存储舱4的外部通过对接机构抓住导引杆5，然后通过子UUV6的侧向推进器调整尾部的姿态使子UUV6与存储舱4的释放回收口平齐，然后通过子UUV6上的垂向推进器推动其下降到存储篮内，在回收第二个子UUV6时，第一个子UUV6的对接机构仍与导引杆5相接，然后使导引杆5旋转一定的角度，使第一个子UUV6的对接机构与导引杆5脱离，再推动存储篮切换到第二个存储篮的位置到达释放回收口，重复上述操作，完成对第二个子UUV6的回收，进而完成一个存储舱4内的两个子UUV6的存储，然后另外三个存储舱4皆通过上述存储舱4存储子UUV6的操作对其余子UUV6进行回收存储，该装置由母体UUV航行至作业海域后，释放多个子UUV6同时作业，进而成倍提高了作业效率，并且解决了多个母UUV同时作业需要建造多个坞站成本高的问题，在释放子UUV之后，母体UUV既可作为单体子UUV参与作业，也可规划航线至子UUV作业航线终点，进而完成子UUV6回收工作，节约了子UUV6能源，进一步的扩展了子UUV6的作业半径，并且四个存储舱4内的8个子UUV6是不同尺寸不同结构的，使母体UUV具备存储多个不同结构的子UUV6的能力，水下母体携带子UUV6运行到给定的海底作业区，释放出水下作业的子UUV6，当子UUV6完成预定的工作后，由母体UUV对子UUV6进行对接、回收以及存储，母体UUV具备与陆地或水面船的通信功能，也具备与子UUV6相互通信的功能，可视为是一个在水下可移动的中转站，母体UUV可携带能源，具备为子UUV6充电续航的功能。

具体实施方式二：参看图1-4说明本实施方式，所述存储篮包括V型槽13、滑块15和定位销板16，所述定位销板16底端两侧分别安装有滑块15，所述定位销板16顶端两侧分别安装有V型槽13，所述滑块15滑动安装在导轨10上，所述导轨10安装在存储舱4内部两侧，所述定位销板16通过杆17与液压缸9连接，所述定位销板16顶端中心位置上安装有定位销14，在实施方式一的基础上，在回收第二个子UUV6之前，液压缸9推动定位销板16移动，使定位销板16与存储舱4的释放回收口平齐，然后第二个子UUV6通过垂向推进器推动其下降，通过V型槽13自动定心，使得回转体形状的子UUV6自动居中下落进存储篮中。

其中，所述子UUV6底部设有的定位孔直径大于定位销14直径，子UUV6的底部在结构设计中铣削出定位孔，定位孔大于定位销14的直径，起到不让子UUV6在V型槽13的轴向方向产生过多的位移作用。

具体实施方式三：参看图1-4说明本实施方式，所述导引杆5与存储舱4连接部位安装有液压摆动缸，在回收第二个子UUV6时，导引杆5的角度由液压摆动缸进行驱动，可调角度的导引杆5适配海底不平的情况，调节导引杆5垂直对接子UUV6，然后再调整角度与存储篮垂直使子UUV6下降回收。

具体实施方式四：参看图5-6说明本实施方式，所述对接机构包括V型插头18、第二舵机19、舵臂20、夹紧钩片21以及机架，所述V型插头18安装在机架一端，所述机架的另一端安装在子UUV6的头部，所述第二舵机19安装在机架上，所述舵臂20与第二舵机19连接，所述夹紧钩片21安装在舵臂20上，所述导引杆5与V型插头18活动连接。

V型插头18用来实现与导引杆5的初步对接，在对接之后第二舵机19转动一定角度带动舵臂20，舵臂20带动夹紧钩片21实现夹紧操作，夹紧钩片21在夹紧时，对于导引杆5的周围形成大于3/4的封闭圆来限制导引杆5相对于子UUV6的径向位移，在子UUV6对接回收过程中，子UUV6接近导引杆5，然后V型插头18对接导引杆5，导引杆5在V型插头18的V型槽的导向下滑入V型插头18底部的圆弧中，第二舵机19驱动舵臂20以及夹紧钩片21进行锁紧，最后子UUV6利用自身的驱动和导引杆5的限制与存储舱4的舱口对齐并下落到存储舱4内实现回收，在子UUV6回收之后进行二次作业时，通过导引杆5的导引和自身的驱动上升，解开锁紧，再离开母体UUV。

具体实施方式五：参看图1说明本实施方式，所述母体UUV的尾部侧端安装有横向推进器1，所述母体UUV的尾部上端安装有第一舵机2，所述母体UUV的四角处皆安装有垂向推进器3，所述母体UUV的头部8上安装有天线装置7，横向推进器1使母体UUV能够在水中前进，当电机反转时，母体UUV后退，第一舵机2为一款全金属大扭矩水下舵机，具有扭矩大、重量轻等显著优点，扭矩输出平稳，运行稳定性更高，有效改善负载均衡性。舵机采用全密封设计，外壳为铝合金材质，输出轴采用高精度316不锈钢材质，传动精度高，耐腐蚀性强，密封可靠，可使用于各类水域，内部充压力油，具有良好的散热性能，垂向推进器3负责水下母体的下沉和上浮运动，由于水下母体的设计浮力和重力相同，故无须过多的驱动力维持运动状态，天线装置7主要布置控制器、通信装置、能源等。

具体实施方式六：参看图8说明本实施方式，一种可存储多个子UUV的无人水下潜器的使用方法，它包括以下步骤：

步骤1：子UUV6向母体UUV的存储舱4移近；

步骤2：驱动液压缸9推动存储篮移动，使第一个存储篮与存储舱4释放口平直对齐；

步骤3：子UUV6通过对接机构抓住存储舱4的导引杆5；

步骤4：子UUV6通过本身的侧向推进器调整姿态与存储舱4释放口平直对齐；

步骤5：子UUV6顺着导引杆5降落到下方的存储篮内，然后子UUV6通过V型槽13和定位销14共同作用下归入存储位；

步骤6：第二个子UUV6向母体UUV的存储舱4移近；

步骤7：液压摆动缸带动导引杆5摆动，使第一个子UUV6的对接机构与导引杆5脱离；

步骤8：驱动液压缸9推动存储篮移动，使第二个存储篮与存储舱4释放口平直对齐，重复步骤5完成第二个子UUV6的回收：

步骤9：母体UUV的其他三个存储舱4上皆重复步骤1-8的操作，完成所有子UUV6的回收。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (7)

1.一种可存储多个子UUV的无人水下潜器，其特征在于：包括母体UUV和多个不同结构的子UUV（6），所述母体UUV中间顶部均布有多个存储舱（4），每个存储舱（4）内设有两个存储篮，两个存储篮皆通过杆（17）与液压缸（9）的输出端连接，所述液压缸（9）的固定端安装在存储舱（4）的壳体内部，所述存储舱（4）的释放口处安装有导引杆（5），所述子UUV（6）的头部安装有对接机构，所述对接机构与导引杆（5）活动连接；

所述存储篮包括V型槽（13）、滑块（15）和定位销板（16），所述定位销板（16）底端两侧分别安装有滑块（15），所述定位销板（16）顶端两侧均安装有V型槽（13），所述滑块（15）滑动安装在导轨（10）上，所述导轨（10）安装在存储舱（4）内部两侧，所述定位销板（16）通过杆（17）与液压缸（9）连接；

所述定位销板（16）顶端中心位置上安装有定位销（14），所述子UUV（6）底部设有定位孔；

所述导引杆（5）与存储舱（4）连接部位安装有液压摆动缸，所述导引杆（5）的尾端与液压摆动缸的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种可存储多个子UUV的无人水下潜器，其特征在于：所述存储舱（4）设有四个。

3.根据权利要求1所述的一种可存储多个子UUV的无人水下潜器，其特征在于：所述子UUV（6）底部设有的定位孔直径大于定位销（14）直径。

4.根据权利要求1 所述的一种可存储多个子UUV的无人水下潜器，其特征在于：所述对接机构包括V型插头（18）、第二舵机（19）、舵臂（20）、夹紧钩片（21）以及机架，所述V型插头（18）安装在机架一端，所述机架的另一端安装在子UUV（6）的头部，所述第二舵机（19）安装在机架上，所述舵臂（20）与第二舵机（19）连接，所述夹紧钩片（21）安装在舵臂（20）上，所述导引杆（5）与V型插头（18）活动连接。

5.根据权利要求1所述的一种可存储多个子UUV的无人水下潜器，其特征在于：所述母体UUV的尾部侧端安装有横向推进器（1），所述母体UUV的尾部上端安装有第一舵机（2），所述母体UUV的四角处皆安装有垂向推进器（3）。

6.根据权利要求1所述的一种可存储多个子UUV的无人水下潜器，其特征在于：所述母体UUV的头部（8）上安装有天线装置（7）。

7.一种如权利要求1所述的可存储多个子UUV的无人水下潜器的使用方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1：子UUV（6）向母体UUV的存储舱（4）移近；

步骤2：驱动液压缸（9）推动存储篮移动，使第一个存储篮与存储舱（4）释放口平直对齐；

步骤3：子UUV（6）通过对接机构抓住存储舱（4）的导引杆（5）；

步骤4：子UUV（6）通过本身的侧向推进器调整姿态与存储舱（4）释放口平直对齐；

步骤5：子UUV（6）顺着导引杆（5）降落到下方的存储篮内，然后子UUV（6）通过V型槽（13）和定位销（14）共同作用下归入存储位；

步骤6：第二个子UUV（6）向母体UUV的存储舱（4）移近；

步骤7：液压摆动缸带动导引杆（5）摆动，使第一个子UUV（6）的对接机构与导引杆（5）脱离；

步骤8：驱动液压缸（9）推动存储篮移动，使第二个存储篮与存储舱（4）释放口平直对齐，重复步骤5完成第二个子UUV（6）的回收：

步骤9：母体UUV的其他三个存储舱（4）上皆重复步骤1-8的操作，完成所有子UUV（6）的回收。

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