CN115489700A - 一种母船悬挂式水下auv回收补给站 - Google Patents

一种母船悬挂式水下auv回收补给站 Download PDF

Info

Publication number
CN115489700A
CN115489700A CN202211179196.6A CN202211179196A CN115489700A CN 115489700 A CN115489700 A CN 115489700A CN 202211179196 A CN202211179196 A CN 202211179196A CN 115489700 A CN115489700 A CN 115489700A
Authority
CN
China
Prior art keywords
auv
station
connecting rod
front cover
frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211179196.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115489700B (zh
Inventor
陈延礼
周冰
沙永柏
任方通
曹志
单俊睿
王迪
张玮
曹哲
胡鑫玉
白桂强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202211179196.6A priority Critical patent/CN115489700B/zh
Priority claimed from CN202211179196.6A external-priority patent/CN115489700B/zh
Publication of CN115489700A publication Critical patent/CN115489700A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115489700B publication Critical patent/CN115489700B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B63G2008/002—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B63G2008/002—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned
    • B63G2008/008—Docking stations for unmanned underwater vessels, or the like
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

一种母船悬挂式水下AUV回收补给站属于水下无人航行器技术领域，目的在于解决现有技术存在的AUV持续续航时间短以及AUV蓄能时容易晃动的问题。本发明包括：补给站框架；设置在补给站框架一侧的声光联合导引系统；补给站抗扰动机构，补给站抗扰动机构具有十字垂直的两个方向的转动副；补给站通过补给站抗扰动机构与母船连接，设置在补给站框架上的AUV固定及释放系统，通过AUV固定及释放系统对进入到声光联合导引系统末端的AUV主体进行夹持固定或释放，AUV固定及释放系统为对称设置的同步运动的连杆夹紧机构；以及设置在补给站框架上的AUV应急推出机构，AUV应急推出机构设置在声光联合导引系统末端，AUV应急推出机构提供AUV后退时轴向推动力。

Description

一种母船悬挂式水下AUV回收补给站
技术领域
本发明属于水下无人航行器技术领域，具体涉及一种母船悬挂式水下AUV回收补给站。
背景技术
近年来，水下无人航行器发展迅速，其中AUV由于体积小、质量轻、隐蔽性高且无缆限制，非常适合执行海底资源勘探、地形重构、钻井支援、水下设备维护与维修、援潜和救生等任务。但现有的AUV存在持续航行时间短的问题。
针对持续航行时间短的问题，现有技术中采用坐底式补给站或人工打捞回收的方式解决，坐底式补给站内往往没有可以对AUV进行充电固定的执行机构，且坐底式能源补给站存在对AUV作业区域限制大且不易回收的问题。
公开号为CN112896472A的中国专利公开了一项名称为一种基于视觉的AUV回收装置与方法，该回收装置包括AUV系统、用于回收AUV系统的框架系统，所述AUV系统包括AUV本体、设置于AUV本体上的二维码和一号充电通信设备，所述框架系统包括回收口、回收筒，回收筒与回收口小端相连，所述回收筒母线位置安装有导轨，导轨上滑移连接有夹持机构，夹持机构用于锁紧与夹持AUV本体；回收筒背离回收口一端设有丝杆步进电机，丝杆步进电机用于带动夹持机构沿导轨运动，回收筒靠近回收口一端设有相机与微型计算机，回收筒中间位置安装有二号充电通信设备，二号充电通信设备与一号充电通信设备对应连接进行AUV本体的能源补给与信息交互。该回收装置与方法导引定位效果差，会出现回收失败的问题，另外，该回收装置与方法在出仓是若出现卡死现象无法解决。
发明内容
本发明的目的在于提出一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，解决现有技术存在的AUV持续续航时间短以及AUV蓄能时容易晃动的问题。
为实现上述目的，本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站包括：
补给站框架；
设置在补给站框架一侧的声光联合导引系统，所述声光联合导引系统引导所述AUV进入能源补给站；
补给站抗扰动机构，所述补给站抗扰动机构具有十字垂直的两个方向的转动副；所述补给站抗扰动机构下端四个吊环通过缆绳和所述补给站框架连接，上端通过缆绳和母船连接；
设置在所述补给站框架上的AUV固定及释放系统，通过所述AUV固定及释放系统对进入到声光联合导引系统末端的AUV主体进行夹持固定或释放，所述AUV固定及释放系统为对称设置的同步运动的连杆夹紧机构；
以及设置在所述补给站框架上的AUV应急推出机构，所述AUV应急推出机构设置在声光联合导引系统末端，所述AUV应急推出机构提供AUV后退时轴向推动力。
所述回收补给站还包括：
耐高压伺服电机密封仓，所述耐高压伺服电机密封仓至少包括设置在密封仓仓体内的伺服电机，通过伺服电机驱动所述AUV固定及释放系统动作；
以及补给站主控通讯系统以及补给站子控制系统，通过所述补给站主控通讯系统与母船进行信息交互以及控制补给站动作；通过所述补给站子控制系统检测AUV主体入坞是否到位并进行电能传输与数据通讯。
所述耐高压伺服电机密封仓还包括：
密封设置在所述密封仓仓体一端的密封仓后盖，密封仓后盖与密封仓仓体之间设置有仓体轴向O圈和仓体端面O圈；
密封设置在所述密封仓仓体另一端的密封仓前盖；
所述密封仓前盖配合的前盖套筒，所述前盖套筒的套筒活塞与所述密封仓前盖的通孔配合，所述前盖套筒的端面与所述密封仓前盖外表面的凹台配合；所述前盖套筒的端面与所述密封仓前盖之间设置有套筒端面O圈，所述前盖套筒的套筒活塞和所述密封仓前盖之间设置有套筒轴向O圈；
和所述伺服电机输出轴连接的减速器；所述减速器和所述伺服电机通过电机安装立柱固定在所述密封仓前盖内表面；
一端和所述减速器输出轴通过联轴器连接的阶梯轴，所述阶梯轴另一端伸出密封仓仓体；
安装在所述前盖套筒套筒活塞内侧的格莱圈；
设置在阶梯轴和所述前盖套筒之间的端面轴承；
以及端面轴承端盖，所述端面轴承端盖设置在所述端面轴承外侧，并与所述前盖套筒连接，所述阶梯轴从所述端面轴承端盖伸出。
所述补给站主控通讯系统包括抱箍底座、水声通讯机、抱箍、控制仓以及电池仓；所述控制仓包括主控板、传感器驱动以及网络交换机；
所述控制仓的筒身被抱箍与抱箍底座螺栓连接固定，所述水声通讯机和电池仓与所述控制仓安装方式相同；所述水声通讯机与母船连接交互信息。
所述补给站子控制系统包括无线通讯模块、无线蓄能模块、红外开关以及电磁感应开关；
所述红外开关安装在所述声光联合导引系统的喇叭口末端，所述电磁感应开关安装在AUV应急推出机构靠近声光联合导引系统一端；所述无线蓄能模块安装在AUV主体进仓到位后相对应位置；
通过所述红外开关用来检测AUV主体是否进坞；通过所述电磁感应开关检测AUV主体进坞是否到位。
所述声光联合导引系统包括：
回收补给站入口的喇叭口外圆环骨架；
四个导引灯，四个所述导引灯通过导引灯定位安装座均匀设置在所述喇叭口外圆环骨架上；
设置在所述补给站框架上的USBL应答器，所述USBL应答器与设置在AUV主体上的USBL收发器匹配；
以及设置在所述补给站框架上的电子罗盘，所述电子罗盘获取补给站朝向。
所述补给站抗扰动机构包括：
抗扰动底座，所述抗扰动底座下端部的四个吊环分别通过缆绳与补给站框架的四个起吊点连接；
下端通过销轴与所述抗扰动底座上端连接的转动连接件；
下端通过销轴和所述转动连接件上端沿连接的抗扰动接头，所述抗扰动接头另一端通过缆绳和母船连接；所述转动连接件和抗扰动接头以及抗扰动底座旋转副方向垂直。
所述AUV固定及释放系统包括：
一端和耐高压伺服电机密封仓的伺服电机同轴连接的丝杠；
丝杠螺母，所述丝杠螺母和所述丝杠形成丝杠螺母副；
两个对称设置的夹爪，丝杠螺母副通过对称设置的两个连杆机构带动两个夹爪开合运动实现对AUV主体的夹持或松开；
套在所述丝杠上并位于所述丝杠螺母上方的第一槽道；
连接在相对的两个第一槽道之间的第一滑动轴，所述第一滑动轴相对所述第一槽道滑动配合；
一端和所述第一滑动轴连接的第一过渡摆臂；
和所述第一过渡摆臂转动连接的第二过渡摆臂；
连接在第一过渡摆臂和第二过渡摆臂之间的弹簧；
和所述丝杠平行设置的插销，所述插销与上下两个直线轴承滑动配合；
一端部和插销连接的第二槽道；
连接在两个第二槽道之间的第二滑动轴，所述第二滑动轴和所述第二槽道滑动配合，所述第二过渡摆臂和所述第二滑动轴连接。
每个所述连杆机构包括：
第一连杆，所述第一连杆的一端和设置在所述丝杠螺母外的驱动连杆连接件转动连接；
弯折状的第二连杆，所述第二连杆的一端和所述第一连杆的另一端转动连接，所述第二连杆折弯处与固定在补给站框架上的方管的一端转动连接；
第三连杆，所述第三连杆的一端和所述第二连杆的另一端转动连接；
第四连杆，所述第四连杆一端和所述第三连杆的另一端转动连接，另一端和所述方管的另一端转动连接，所述夹爪通过第四连杆外伸杆与所述第四连杆固定连接。
所述AUV应急推出机构包括：
设置在所述声光联合导引系统末端的推出框架；
对称设置在所述推出框架上的光轴，所述光轴和所述推出框架轴线平行；
同轴依次设置在所述推出框架内部的阻挡块以及尼龙限位块，所述阻挡块以及尼龙限位块外环面设置有滑块，所述滑块和所述光轴滑动配合；
以及电动推杆，所述电动推杆两端分别通过电推杆连接座与所述阻挡块以及推出框架连接。
本发明的有益效果为：
1.本发明利用母船悬挂能源补给站的方式，解决坐底式能源补给站对AUV作业区域限制大以及坐底式能源补给站不易回收等问题；
2.采用声光导引结合的方式引导AUV入坞，通过远距离的USBL声学信号帮助AUV大致定位后，当AUV靠近就位点后通过特殊分布的导引灯光源阵列帮助AUV确定与喇叭口中心的相对位姿，提高AUV进坞成功率；
3.对于AUV固定及释放系统共用一个驱动元件，由一个机构实现了AUV夹紧和限位插销两个动作。考虑了AUV与补给站无法正常通讯时或者卡死情况下通过应急推出机构将AUV推出；
4.针对深海高水压工况，利用格莱圈实现了伺服电机输出轴的动密封和轴向O圈和端面O圈实现仓体静密封。考虑了高水压环境下会对旋转轴产生巨大轴向力，影响电机旋转。所以采用阶梯轴和端面轴承配合的方式克服轴向力。
本发明采用母船悬挂式与抗扰动机构相结合的形式，可以扩大AUV作业区域。并且容易回收补给站、成本低。另外补给站针对深海作业的情况，专门设计了高压下的伺服电机动密封，作为一种水下执行器。另外在考虑AUV充电稳定时，设计了一种夹紧与插销联动的机构保持AUV姿态稳定。最后，还考虑AUV出现异常和失去通讯时，有相应的应急推出机构将AUV推出坞站。
附图说明
图1为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站结构示意图；
图2为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中声光联合导引过程示意图；
图3为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中声光联合导引系统轴测图；
图4为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中补给站抗扰动机构轴测图；
图5为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中AUV固定及释放系统轴测图；
图6为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中耐高压伺服电机密封仓剖视图；
图7为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中AUV应急推出系统轴测图；
图8为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中补给站主控通讯系统轴测图；
图9为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中补给站子控制系统轴测图；
图10为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中补给站子控制系统左视图；
图11为与本发明配合回收的AUV主体轴测图；
图12为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中的AUV回坞归航流程图；
图13为本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站中的AUV进出坞主要动作流程图；
其中：1、声光联合导引系统，101、USBL应答器，102、电子罗盘，103、喇叭口外圆环骨架，104、导引灯定位安装座，105、导引灯，2、补给站抗扰动机构，201、抗扰动底座，202、销轴，203、转动连接件，204、抗扰动接头，205、缆绳，3、AUV固定及释放系统，301、插销，302、直线轴承，303、第二槽道，304、第二滑动轴，305、第二过渡摆臂，306、夹爪，307、第四连杆外伸杆，308、第四连杆，309、第三连杆，310、第二连杆，311、弹簧，312、第一连杆，313、丝杠，314、第一过渡摆臂，315、第一滑动轴，316、第一槽道，317、丝杠螺母，318、驱动连杆连接件，319、方管，4、耐高压伺服电机密封仓，401、密封仓后盖，402、仓体端面O圈，403、仓体轴向O圈，404、伺服电机，405、减速器，406、电机安装立柱，407、密封仓仓体，408、密封仓前盖，409、前盖套筒，410、套筒端面O圈，411、套筒轴向O圈，412、格莱圈，413、阶梯轴，414、端面轴承，415、端面轴承端盖，416、联轴器，5、AUV应急推出机构，501、滑块，502、光轴，503、电推杆连接座，504、电动推杆，505、尼龙限位块，506、阻挡块，507、推出框架，6、补给站主控通讯系统，601、抱箍底座，602、水声通讯机，603、抱箍，604、控制仓，605、电池仓，7、补给站子控制系统，701、无线通讯模块，702、无线蓄能模块，703、红外开关，704、电磁感应开关，8、补给站框架，9、AUV主体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1和附图2，本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站包括：
补给站框架8；
设置在补给站框架8一侧的声光联合导引系统1，所述声光联合导引系统1引导所述AUV进入能源补给站；
补给站抗扰动机构2，所述抗扰动机构2具有十字垂直的两个方向的转动副；所述补给站抗扰动机构2下端四个吊环通过缆绳和所述补给站框架8连接，上端通过缆绳205和母船连接；
设置在所述补给站框架8上的AUV固定及释放系统3，通过所述AUV固定及释放系统3对进入到声光联合导引系统1末端的AUV主体9进行夹持固定或释放，所述AUV固定及释放系统3为对称设置的同步运动的连杆夹紧机构；
以及设置在所述补给站框架8上的AUV应急推出机构5，所述AUV应急推出机构5设置在声光联合导引系统1末端，所述AUV应急推出机构5提供AUV后退时的轴向推动力。
所述回收补给站还包括：
耐高压伺服电机密封仓4，所述耐高压伺服电机密封仓4至少包括设置在密封仓仓体407内的伺服电机404，通过伺服电机404驱动所述AUV固定及释放系统3动作；
以及补给站主控通讯系统6以及补给站子控制系统7，通过所述补给站主控通讯系统6与母船进行信息交互以及控制补给站动作；通过所述补给站子控制系统7检测AUV主体9入坞是否到位并进行电能传输与数据通讯。
声光联合导引系统1引导AUV进入能源补给站；补给站抗扰动机构2减少了海浪对悬挂在水面母船下方补给站的影响；AUV固定及释放系统3保证了AUV的姿态稳定；耐高压伺服电机密封仓4为AUV固定及释放系统3的驱动元件；AUV应急推出机构5用于处理AUV卡死或和补给站失去通讯的情况；补给站控制系统监视AUV状态并控制水下设备与传感器。
参见附图6，所述耐高压伺服电机密封仓4还包括：
密封设置在所述密封仓仓体407一端的密封仓后盖401，密封仓后盖401与密封仓仓体407之间设置有仓体轴向O圈403和仓体端面O圈402；
密封设置在所述密封仓仓体407另一端的密封仓前盖408；
所述密封仓前盖408配合的前盖套筒409，所述前盖套筒409的套筒活塞与所述密封仓前盖408的通孔配合，所述前盖套筒409的端面与所述密封仓前盖408外表面的凹台配合；所述前盖套筒409的端面与所述密封仓前盖408之间设置有套筒端面O圈410，所述前盖套筒409的套筒活塞和所述密封仓前盖408之间设置有套筒轴向O圈411；
和所述伺服电机404输出轴连接的减速器405；所述减速器405和所述伺服电机404通过电机安装立柱406固定在所述密封仓前盖408内表面；
一端和所述减速器405输出轴通过联轴器416连接的阶梯轴413，所述阶梯轴413另一端伸出密封仓仓体407；
安装在所述前盖套筒409的套筒活塞内侧格莱圈412；
设置在阶梯轴413和所述前盖套筒409之间的端面轴承414；
以及端面轴承端盖415，所述端面轴承端盖415设置在所述端面轴承414外侧，并与所述前盖套筒409连接，所述阶梯轴413从所述端面轴承端盖415伸出。
耐高压伺服电机密封仓4以深海高水压工况为背景设计，实现了高压下的动密封并利用阶梯轴413和端面轴承414克服了水压对旋转轴的轴向力。耐高压伺服电机密封仓4两个端面通过仓体端面O圈402和仓体轴向O圈403实现静密封。伺服电机404和减速器405通过电机安装立柱406固定于密封仓前盖408。密封仓前盖408铣有的凹台有利于与前盖套筒409配合实现密封。在前盖套筒409的端面和套筒活塞外侧装有套筒端面O圈410和套筒轴向O圈411，在前盖套筒409活塞内侧装有用于旋转动密封的格莱圈412。阶梯轴413穿过端面轴承414通过联轴器416与减速器405旋转轴连接。
参见附图8，所述补给站主控通讯系统6包括抱箍底座601、水声通讯机602、抱箍603、控制仓604以及电池仓605；所述控制仓604包括主控板、传感器驱动以及网络交换机；
所述控制仓604的筒身被抱箍603与抱箍底座601螺栓连接固定，所述水声通讯机602和电池仓605与所述控制仓604安装方式相同；所述水声通讯机602与母船连接交互信息。
参见附图9和附图10，所述补给站子控制系统7包括无线通讯模块701、无线蓄能模块702、红外开关703以及电磁感应开关704；
所述红外开关703安装在所述声光联合导引系统1末端，所述电磁感应开关704安装在AUV应急推出机构5靠近声光联合导引系统1一端；所述无线蓄能模块702安装在AUV主体9进仓到位后相对应位置；
通过所述红外开关703用来检测AUV主体9是否进坞；通过所述电磁感应开关704检测AUV主体9进坞是否到位。当红外传感器和电磁感应开关704依次获取到信号，代表AUV进坞已到位后，在补给站子控制系统7控制下将进行电能传输与数据通讯。
参见附图3，所述声光联合导引系统1包括：
回收补给站入口的喇叭口外圆环骨架103；
四个导引灯105，四个所述导引灯105通过导引灯定位安装座104均匀设置在所述喇叭口外圆环骨架103上；
设置在所述补给站框架8上的USBL应答器101，所述USBL应答器101与设置在AUV主体9上的USBL收发器匹配；
以及设置在所述补给站框架8上的电子罗盘102，所述电子罗盘102获取补给站朝向。
喇叭口外圆环骨架103按照四等分划有定位线。导引灯定位安装座104通过自身定位孔对齐喇叭口外圆环骨架103的定位线进行安装。四个导引灯105安装在导引灯定位安装座104上。USBL应答器101和电子罗盘102分别安装在补给站框架8上方。
当AUV进入USBL通讯范围时，AUV上的USBL收发器发出声波，当声波传递到能源补给站上的USBL应答器101时，USBL应答器101给予一个声波应答，使AUV得到与能源补给站的距离和方位，另外从电子罗盘102中获取补给站朝向，从而正朝着能源补给站就位点驶去。就位点位于喇叭口外圆环骨架103中轴线20m外处。AUV抵达就位点后，继续向前行驶。当AUV的前置摄像头捕捉到导引灯105灯光阵列时，通过像素平面中导引灯105的坐标与导引灯105实际间隔尺寸解算出AUV与喇叭口中心的相对位姿。
参见附图4，所述补给站抗扰动机构2包括：
抗扰动底座201，所述抗扰动底座201下端部的四个吊环分别通过缆绳与补给站框架8的四个起吊点连接；
下端通过销轴202与所述抗扰动底座201上端连接的转动连接件203；
下端通过销轴202和所述转动连接件203上端沿连接的抗扰动接头204，所述抗扰动接头204另一端通过缆绳205和母船连接；所述转动连接件203和抗扰动接头204以及抗扰动底座201旋转副方向垂直。
补给站抗扰动机构2通过两个旋转副减少母船震荡对于补给站的影响，利于AUV进坞。
参见附图5，所述AUV固定及释放系统3包括：
一端和耐高压伺服电机密封仓4的伺服电机404同轴连接的丝杠313；
丝杠螺母317，所述丝杠螺母317和所述丝杠313形成丝杠螺母副；
两个对称设置的夹爪306，丝杠螺母副通过对称设置的两个连杆机构带动两个夹爪306开合运动实现对AUV主体9的夹持或松开；
套在所述丝杠313上并位于所述丝杠螺母317上方的第一槽道316；
连接在相对的两个第一槽道316之间的第一滑动轴315，所述第一滑动轴315相对所述第一槽道316滑动配合；
一端和所述第一滑动轴315连接的第一过渡摆臂314；
和所述第一过渡摆臂314转动连接的第二过渡摆臂305；
连接在第一过渡摆臂314和第二过渡摆臂305之间的弹簧311；
和所述丝杠313平行设置的插销301，所述插销301与上下两直线轴承302滑动配合；
一端部和插销301连接的第二槽道303；
连接在两个第二槽道303之间的第二滑动轴304，所述第二滑动轴304和所述第二槽道303滑动配合，所述第二过渡摆臂305和所述第二滑动轴304连接。
每个所述连杆机构包括：
第一连杆312，所述第一连杆312的一端和设置在所述丝杠螺母317外的驱动连杆连接件318转动连接；
弯折状的第二连杆310，所述第二连杆310的一端和所述第一连杆312的另一端转动连接，所述第二连杆310折弯处与固定在补给站框架8上的方管319的一端转动连接；
第三连杆309，所述第三连杆309的一端和所述第二连杆310的另一端转动连接；
第四连杆308，所述第四连杆308一端和所述第三连杆309的另一端转动连接，另一端和所述方管319的另一端转动连接，所述夹爪306通过第四连杆308外伸杆307与所述第四连杆308固定连接。
AUV固定及释放系统3可分为夹紧机构和限位插销301机构，两者通过槽道和过渡摆臂联系起来，共用一个驱动元件。耐高压伺服电机密封仓4驱动丝杠313，丝杠螺母317向上运动驱动连杆机构向内夹紧，同时丝杠螺母317带动第一槽道316向上运动。在第一槽道316中的第一滑动轴315带动第一过渡摆臂314向上摆动。向上的第一过渡摆臂314不断拉紧连接在两过渡摆臂上的弹簧311，当连杆机构完成夹紧动作后在弹簧311张紧力的作用下带动第二过渡摆臂305向上摆动，完成限位插销301动作。
其中夹紧机构中耐高压伺服电机密封仓4的输出轴通过联轴器416与丝杠313连接。驱动连杆连接件318安装在丝杠螺母317上，驱动连杆连接件318两侧的安装孔用于连接第一连杆312。第二连杆310中间的安装孔用于将第二连杆310连接在方管319上，另外两个安装孔分别用于连接第一连杆312和第三连杆309。第四连杆308的一个安装孔用于将第四连杆308连接在方管319上，另一个安装孔用于连接第三连杆309。第四连杆308上固连有第四连杆308外伸件，第四连杆308外伸件用于安装夹爪306。限位插销301机构中插销301被限制在上下两个直线轴承302之间。两者通过槽道和过渡摆臂联系起来，在过渡机构中第一滑动轴315穿过第一过渡摆臂314安装在第一槽道316内，第二滑动轴304穿过第二过渡摆臂305安装在第二槽道303内，第一过渡摆臂314和第二过渡摆臂305之间通过弹簧311连接。当丝杠螺母317向上运动，推动第一槽道316向上运动，使第一滑动轴315向相对第一槽道316向远离丝杠313方向滑动，此时，第一过渡摆臂314向上运动，第一过渡摆臂314与第二过渡摆臂305夹角变大，在弹簧311张紧力的作用下，第二过渡摆臂305、第二滑动轴304以及第二槽道303整体向上运动，进而带动插销301向上运动；当丝杠螺母317向下运动时，第一过渡摆臂314向下摆动，第一过渡摆臂314与第二过渡摆臂305夹角变小，在弹簧311张紧力的作用下，第二过渡摆臂305、第二滑动轴304以及第二槽道303整体向下运动，进而带动插销301向下运动；插销301插入或离开AUV主体9预留的孔位上，实现限位。
参见附图7，所述AUV应急推出机构5包括：
设置在所述声光联合导引系统1末端的推出框架507；
对称设置在所述推出框架507上的光轴502，所述光轴502和所述推出框架507轴线平行；
同轴依次设置在所述推出框架507内部的阻挡块506以及尼龙限位块505，所述阻挡块506以及尼龙限位块505外环面设置有滑块501，所述滑块501和所述光轴502滑动配合；
以及电动推杆504，所述电动推杆504两端分别通过电推杆504连接座503与所述阻挡块506以及推出框架507连接。
AUV应急推出机构5会在AUV与补给站无法正常通讯时或者卡死时将AUV强制推出。尼龙限位块505和阻挡块506的两侧嵌入了滑块501并安装在了光轴502上，阻挡块506通过电推杆504连接座503与电推杆504连接。当电推杆504动作时将带动阻挡块506推出AUV。
参见附图11-附图13，利用本发明的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站进行AUV主体9回航和进出坞的两个阶段具体过程为：
AUV回航：当AUV主体9接受到回航命令时，首先会依据能源补给站上深度计的数据向补给站所在的深度下潜，当下潜到补给站所在深度时，采用绕圆旋转的方式周向搜索USBL信号，当捕获到USBL信号时根据USBL信号导航至补给站外就位点处，此时若寻到光信号时，则融合光信号和声信号进行组合导航，提高进坞的成功率；若没有寻到光信号，则采用单一声信号进行进坞尝试。
AUV进坞：补给站自检各种传感器是否正常工作。当AUV进坞时，红外检测开关和电磁检测开关依次得到信号则表示AUV进坞基本成功，之后AUV固定及释放系统3工作依次完成夹紧与定位插销301动作，补给站给AUV指令表示对接成功，开始进行数据通讯和电能传输。
AUV出坞：在通信情况良好的情况下，AUV收到退出指令后，补给站与AUV同时计时过A秒后AUV固定及释放系统3驱动连杆机构回退(A为系统指令等待时间，设置为5秒)，过A+B秒后AUV应急推出机构5动作确保AUV已经退出(B为AUV固定及释放系统3工作时间，设置为60秒)。在无通信情况下，AUV无法收到退出指令时，过C秒后，AUV固定及释放系统3驱动连杆机构回退(C为补给站与AUV重新尝试通讯的时间，设置为100秒)，过C+B秒后应急推出机构动作，推出AUV主体9。

Claims (10)

1.一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，包括：
补给站框架(8)；
其特征在于，还包括：
设置在补给站框架(8)一侧的声光联合导引系统(1)，所述声光联合导引系统(1)引导所述AUV进入能源补给站；
补给站抗扰动机构(2)，所述补给站抗扰动机构(2)具有十字垂直的两个方向的转动副；所述补给站抗扰动机构(2)下端4个吊环通过缆绳和所述补给站框架(8)连接，上端通过缆绳(205)和母船连接；
设置在所述补给站框架(8)上的AUV固定及释放系统(3)，通过所述AUV固定及释放系统(3)对进入到声光联合导引系统(1)末端的AUV主体(9)进行夹持固定或释放，所述AUV固定及释放系统(3)为对称设置的同步运动的连杆夹紧机构；
以及设置在所述补给站框架(8)上的AUV应急推出机构(5)，所述AUV应急推出机构(5)设置在声光联合导引系统(1)末端，所述AUV应急推出机构(5)提供AUV后退时的轴向推动力。
2.根据权利要求1所述的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，所述回收补给站还包括：
耐高压伺服电机密封仓(4)，所述耐高压伺服电机密封仓(4)至少包括设置在密封仓仓体(407)内的伺服电机(404)，通过伺服电机(404)驱动所述AUV固定及释放系统(3)动作；
以及补给站主控通讯系统(6)以及补给站子控制系统(7)，通过所述补给站主控通讯系统(6)与母船进行信息交互以及控制补给站动作；通过所述补给站子控制系统(7)检测AUV主体(9)入坞是否到位并进行电能传输与数据通讯。
3.根据权利要求2所述的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，所述耐高压伺服电机密封仓(4)还包括：
密封设置在所述密封仓仓体(407)一端的密封仓后盖(401)，密封仓后盖(401)与密封仓仓体(407)之间设置有仓体轴向O圈(403)和仓体端面O圈(402)；
密封设置在所述密封仓仓体(407)另一端的密封仓前盖(408)；
所述密封仓前盖(408)配合的前盖套筒(409)，所述前盖套筒(409)的套筒活塞与所述密封仓前盖(408)的通孔配合，所述前盖套筒(409)的端面与所述密封仓前盖(408)外表面的凹台配合；所述前盖套筒(409)的端面与所述密封仓前盖(408)之间设置有套筒端面O圈(410)，所述前盖套筒(409)的套筒活塞和所述密封仓前盖(408)之间设置有套筒轴向O圈(411)；
和所述伺服电机(404)输出轴连接的减速器(405)；所述减速器(405)和所述伺服电机(404)通过电机安装立柱(406)固定在所述密封仓前盖(408)内表面；
一端和所述减速器(405)输出轴通过联轴器(416)连接的阶梯轴(413)，所述阶梯轴(413)另一端伸出密封仓仓体(407)；
安装在所述前盖套筒(409)套筒活塞内侧的格莱圈(412)；
设置在阶梯轴(413)和所述前盖套筒(409)之间的端面轴承(414)；
以及端面轴承端盖(415)，所述端面轴承端盖(415)设置在所述端面轴承(414)外侧，并与所述前盖套筒(409)连接，所述阶梯轴(413)从所述端面轴承端盖(415)伸出。
4.根据权利要求2所述的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，所述补给站主控通讯系统(6)包括抱箍底座(601)、水声通讯机(602)、抱箍(603)、控制仓(604)以及电池仓(605)；所述控制仓(604)包括主控板、传感器驱动以及网络交换机；
所述控制仓(604)的筒身被抱箍(603)与抱箍底座(601)螺栓连接固定，所述水声通讯机(602)和电池仓(605)与所述控制仓(604)安装方式相同；所述水声通讯机(602)与母船连接交互信息。
5.根据权利要求2所述的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，所述补给站子控制系统(7)包括无线通讯模块(701)、无线蓄能模块(702)、红外开关(703)以及电磁感应开关(704)；
所述红外开关(703)安装在所述声光联合导引系统(1)喇叭口末端，所述电磁感应开关(704)安装在AUV应急推出机构(5)靠近声光联合导引系统(1)一端；所述无线蓄能模块(702)安装在AUV主体(9)进仓到位后相对应位置；
通过所述红外开关(703)用来检测AUV主体(9)是否进坞；通过所述电磁感应开关(704)检测AUV主体(9)进坞是否到位。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，所述声光联合导引系统(1)包括：
回收补给站入口的喇叭口外圆环骨架(103)；
四个导引灯(105)，四个所述导引灯(105)通过导引灯定位安装座(104)均匀设置在所述喇叭口外圆环骨架(103)上；
设置在所述补给站框架(8)上的USBL应答器(101)，所述USBL应答器(101)与设置在AUV主体(9)上的USBL收发器匹配；
以及设置在所述补给站框架(8)上的电子罗盘(102)，所述电子罗盘(102)获取补给站朝向。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，所述补给站抗扰动机构(2)包括：
抗扰动底座(201)，所述抗扰动底座(201)下端部的四个吊环分别通过缆绳与补给站框架(8)的四个起吊点连接；
下端通过销轴(202)与所述抗扰动底座(201)上端连接的转动连接件(203)；
下端通过销轴(202)和所述转动连接件(203)上端连接的抗扰动接头(204)，所述抗扰动接头(204)另一端通过缆绳(205)和母船连接；所述转动连接件(203)和抗扰动接头(204)以及抗扰动底座(201)旋转副方向垂直。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，所述AUV固定及释放系统(3)包括：
一端和耐高压伺服电机密封仓(4)的伺服电机(404)同轴连接的丝杠(313)；
丝杠螺母(317)，所述丝杠螺母(317)和所述丝杠(313)形成丝杠螺母副；
两个对称设置的夹爪(306)，丝杠螺母副通过对称设置的两个连杆机构带动两个夹爪(306)开合运动实现对AUV主体(9)的夹持或松开；
套在所述丝杠(313)上并位于所述丝杠螺母(317)上方的第一槽道(316)；
连接在相对的两个第一槽道(316)之间的第一滑动轴(315)，所述第一滑动轴(315)相对所述第一槽道(316)滑动配合；
一端和所述第一滑动轴(315)连接的第一过渡摆臂(314)；
和所述第一过渡摆臂(314)转动连接的第二过渡摆臂(305)；
连接在第一过渡摆臂(314)和第二过渡摆臂(305)之间的弹簧(311)；
和所述丝杠(313)平行设置的插销(301)，所述插销(301)与上下两个直线轴承(302)滑动配合；
一端部和插销(301)连接的第二槽道(303)；
连接在两个第二槽道(303)之间的第二滑动轴(304)，所述第二滑动轴(304)和所述第二槽道(303)滑动配合，所述第二过渡摆臂(305)和所述第二滑动轴(304)连接。
9.根据权利要求8所述的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，每个所述连杆机构包括：
第一连杆(312)，所述第一连杆(312)的一端和设置在所述丝杠螺母(317)外的驱动连杆连接件(318)转动连接；
弯折状的第二连杆(310)，所述第二连杆(310)的一端和所述第一连杆(312)的另一端转动连接，所述第二连杆(310)折弯处与固定在补给站框架(8)上的方管(319)的一端转动连接；
第三连杆(309)，所述第三连杆(309)的一端和所述第二连杆(310)的另一端转动连接；
第四连杆(308)，所述第四连杆(308)一端和所述第三连杆(309)的另一端转动连接，另一端和所述方管(319)的另一端转动连接，所述夹爪(306)通过第四连杆(308)外伸杆(307)与所述第四连杆(308)固定连接。
10.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种母船悬挂式水下AUV回收补给站，所述AUV应急推出机构(5)包括：
设置在所述声光联合导引系统(1)末端的推出框架(507)；
对称设置在所述推出框架(507)上的光轴(502)，所述光轴(502)和所述推出框架(507)轴线平行；
同轴依次设置在所述推出框架(507)内部的阻挡块(506)以及尼龙限位块(505)，所述阻挡块(506)以及尼龙限位块(505)外环面设置有滑块(501)，所述滑块(501)和所述光轴(502)滑动配合；
以及电动推杆(504)，所述电动推杆(504)两端分别通过电推杆(504)连接座(503)与所述阻挡块(506)以及推出框架(507)连接。
CN202211179196.6A 2022-09-27 一种母船悬挂式水下auv回收补给站 Active CN115489700B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211179196.6A CN115489700B (zh) 2022-09-27 一种母船悬挂式水下auv回收补给站

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211179196.6A CN115489700B (zh) 2022-09-27 一种母船悬挂式水下auv回收补给站

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115489700A true CN115489700A (zh) 2022-12-20
CN115489700B CN115489700B (zh) 2024-10-22

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115924039A (zh) * 2023-03-10 2023-04-07 自然资源部第一海洋研究所 一种可实现海底长期定点监测功能的新型深海auv平台

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160121983A1 (en) * 2014-10-29 2016-05-05 Seabed Geosolutions B.V. Deployment and retrieval of seismic autonomous underwater vehicles
CN108557040A (zh) * 2018-06-22 2018-09-21 江苏科技大学 一种可收放舱式的多功能auv水下中继站
WO2019045103A1 (ja) * 2017-09-04 2019-03-07 川崎重工業株式会社 自律型無人潜水機用の充電システムおよび自律型無人潜水機の揚収方法
CN111232133A (zh) * 2020-01-22 2020-06-05 西北工业大学 一种喇叭口导向的auv回收与释放装置
RU2779325C1 (ru) * 2022-03-28 2022-09-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Универсальное пусковое устройство для постановки самоходных исследовательских буев с борта автономного необитаемого подводного аппарата или безэкипажного катера
CN115102632A (zh) * 2022-05-19 2022-09-23 西北工业大学 一种auv水下坞站非接触式通讯装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160121983A1 (en) * 2014-10-29 2016-05-05 Seabed Geosolutions B.V. Deployment and retrieval of seismic autonomous underwater vehicles
WO2019045103A1 (ja) * 2017-09-04 2019-03-07 川崎重工業株式会社 自律型無人潜水機用の充電システムおよび自律型無人潜水機の揚収方法
CN108557040A (zh) * 2018-06-22 2018-09-21 江苏科技大学 一种可收放舱式的多功能auv水下中继站
CN111232133A (zh) * 2020-01-22 2020-06-05 西北工业大学 一种喇叭口导向的auv回收与释放装置
RU2779325C1 (ru) * 2022-03-28 2022-09-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Универсальное пусковое устройство для постановки самоходных исследовательских буев с борта автономного необитаемого подводного аппарата или безэкипажного катера
CN115102632A (zh) * 2022-05-19 2022-09-23 西北工业大学 一种auv水下坞站非接触式通讯装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李岳明;李晔;盛明伟;孙玉山;张国成;: "AUV搭载多波束声纳进行地形测量的现状及展望", 海洋测绘, no. 04, 25 July 2016 (2016-07-25) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115924039A (zh) * 2023-03-10 2023-04-07 自然资源部第一海洋研究所 一种可实现海底长期定点监测功能的新型深海auv平台

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111409793B (zh) 利用水面机器人回收水下机器人的捕获系统及方法
CN106737703B (zh) 基于水下救援机器人的水下救援方法
GB2581091A (en) Guide cable based apparatus and method for unmanned vehicle recovering autonomous underwater vehicle
KR101621143B1 (ko) 수중 에이전트 도킹 시스템 및 이를 이용한 도킹방법
CN110116794B (zh) 可供水质监测的mini水下机器人以及水样采集方法
CN109178260A (zh) 一种无人船与auv的对接系统及对接方法
CN110937087B (zh) 一种auv水下布放与回收对接装置和对接方法
CN109533239A (zh) 一种深水水下智能操作机器人及其控制系统
CN112960086B (zh) 一种坐落式auv水下对接平台
CN210235286U (zh) 一种螺旋桨结构无舵水下无人潜航器
CN111516805B (zh) 一种小型auv集群水下布放/回收系统
CN111152902A (zh) 一种水下滑翔机采用的升降台爪式auv释放与回收装置
CN110816794B (zh) 一种通用式无人潜水器回收装置
WO2019045103A1 (ja) 自律型無人潜水機用の充電システムおよび自律型無人潜水機の揚収方法
CN111874194A (zh) Auv水下停靠坞和基于浮标与auv的海洋环境观测平台
CN115571304A (zh) 一种深远海自平衡常驻式水下auv回收补给站
JP3041306B1 (ja) 自律型無人潜水機用水中基地
CN112357026A (zh) 一种搭载多种功能模块的水下机器人及其生态系统
CN212423421U (zh) 一种rov水下航行器六自由度驱动结构
CN212556731U (zh) 一种水下救生的机械人装置
US20220390960A1 (en) Systems and Methods For The Modular Attachment Of Additively Manufactured Components On Vehicles
Zheng et al. Review on underwater docking technology of AUV
CN117775236A (zh) 一种水下管道外检测机器人系统及检测方法
KR20200021432A (ko) 제자리 주행이 가능한 수중 플랫폼 및 이를 포함하는 예인 시스템
CN115489700A (zh) 一种母船悬挂式水下auv回收补给站

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant