CN115649359A - 一种基于无人艇的中继器布放回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于无人艇的中继器布放回收装置及方法，属于水下机器人布放回收领域。它包括龙门架、地轨滑车、铠装缆、绞车和中继器，所述中继器与水下机器人一同进行布放和回收，所述龙门架设置在地轨滑车的上方，所述龙门架包括上横梁、止转横梁、侧立柱、止转导轨和导向轮，所述上横梁与导向轮相连，所述上横梁两侧分别连接两个侧立柱，所述止转横梁两侧通过止转导轨与两个侧立柱的内侧相连，所述铠装缆设置在导向轮上，所述铠装缆与中继器和水下机器人相连，所述绞车与铠装缆相连。它主要用于中继器布放和回收。

Description

一种基于无人艇的中继器布放回收装置及方法

技术领域

本发明属于水下机器人布放回收领域，特别是涉及一种基于无人艇的中继器布放回收装置及方法。

背景技术

目前在海底油气管道铺设中，采用具有动力定位功能的多功能作业支持母船(Multi-functional Support Vehicle,MSV)释放ROV进行海管着泥点监测、临时弃管和弃管回收作业及海管铺设路由监控等，不仅作业难度大，而且作业监测成本高，还增加了船舶交叉作业风险，大幅提高了海管铺设成本。目前为了降低海管铺设和管路监测成本，采用ARV(Autonomous Remotely Vehicle)替代人工操作的ROV、用无人艇(Unmanned surfacevehicle,USV)替代MSV进行着泥点监测作业，其中采用USV携带中继器(Tether ManagementSystem,TMS)与ARV配合作业方式已经成为研究热点。

目前中继器TMS的收放设备主要有A架式收放系统和吊臂式收放系统，采用吊放形式，依靠在母船尾部安装的吊放设备实现收放TMS，这种方式的优点在于操作便捷，装置简单，可借助对船载吊放设备的改造进行研制；缺点在于移动式搭载能力较弱，在收放TMS时受风浪、海流影响严重，会产生较大幅度的晃荡运动。因此如何设计一种可靠的中继USV布放回收装置并成功布放回收TMS+ARV是研究的难点之一。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种基于无人艇的中继器布放回收装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于无人艇的中继器布放回收装置，它包括龙门架、地轨滑车、铠装缆、绞车和中继器，所述中继器与水下机器人一同进行布放和回收，所述龙门架设置在地轨滑车的上方，所述龙门架包括上横梁、止转横梁、侧立柱、止转导轨和导向轮，所述上横梁与导向轮相连，所述上横梁两侧分别连接两个侧立柱，所述止转横梁两侧通过止转导轨与两个侧立柱的内侧相连，所述铠装缆设置在导向轮上，所述铠装缆与中继器和水下机器人相连，所述绞车与铠装缆相连，所述地轨滑车包括滑车、艇首拖曳电机、艇首拖曳缆、钢轨、艇艉拖曳电机和艇艉拖曳缆，所述滑车通过地轨车轮设置在钢轨上，所述滑车上部设置有支撑工装，所述支撑工装支撑中继器与水下机器人，所述艇首拖曳电机与艇首拖曳缆相连，所述艇艉拖曳电机与艇艉拖曳缆相连，所述艇首拖曳缆和艇艉拖曳缆分别与滑车两侧相连。

更进一步的，所述地轨滑车两侧分别设置有艇首缓冲限位和艇艉缓冲限位。

更进一步的，所述艇首缓冲限位和艇艉缓冲限位处均设置有抱闸自锁装置。

更进一步的，所述地轨滑车上设置有月池盖板。

更进一步的，所述滑车底盘设置有焊接框架。

更进一步的，所述钢轨安装在钢轨固定座上，所述钢轨上设置有钢轨限位横梁。

更进一步的，所述两个侧立柱分别为龙门L侧立柱和龙门R侧立柱。

更进一步的，所述无人艇下侧设置有锁紧装置。

本发明还提供了一种基于无人艇的中继器布放回收装置的布放方法，它包括以下步骤：

步骤1：无人艇携带中继器和水下机器人到达预定工作海域；

步骤2：绞车驱动铠装缆将中继器和水下机器人向上提起至地轨滑车支撑工装上方；

步骤3：滑车移至艇首缓冲限位处，艇首拖曳电机抱闸锁死滑车，无人艇月池空间被让出；

步骤4：铠装缆绞车放缆，中继器和水下机器人利用自重，通过无人艇月池空间下潜，止转横梁利用重力作用同步下落至下限位位置；

步骤5：锁紧装置电机驱动自动打开，中继器和水下机器人脱离无人艇后入水，完成中继器和水下机器人的布放任务。

本发明还提供了一种基于无人艇的中继器布放回收装置的回收方法，它包括以下步骤：

步骤1：中继器和水下机器人对接回收成功后，无人艇上的绞车开始回收铠装缆，中继器和水下机器人开始上浮；

步骤2：中继器和水下机器人接近水面时，利用侧向推进器调整自身姿态，保证中继器和水下机器人中轴线与无人艇月池中轴线共面；

步骤3：中继器框架上端导向销插入止转横梁的止转滑槽中，同时导向销中设置的止转销也滑入止转滑槽中，止荡锁弹簧作用自动锁紧；

步骤4：绞车持续收揽，中继器和水下机器人跟随铠装缆上升至最顶部，地轨滑车拖曳电机抱闸打开，滑车承载支撑工装行驶正下方，艇艉拖曳电机抱闸锁紧滑车；

步骤5：绞车放缆使中继器和水下机器人落至支撑工装中，止转横梁利用重力跟随同步下落。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种易于操作，收放稳定，中继器布放回收装置。还提供了一种通用性好、稳定性高，并且能够遥控的中继USV布放回收方法。本发明最大程度上限制了母船横、纵摇运动以及海上风浪、流对收放TMS的不利影响，提高了TMS收放的效率和安全性，缩短了TMS收放所需的时间，实现了TMS的稳定收放。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置主视结构示意图；

图2为本发明所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置侧视结构示意图；

图3为本发明所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置主视结构示意图；

图4为本发明所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置立体结构示意图；

图5为本发明所述的龙门架主视结构示意图；

图6为本发明所述的龙门架侧视结构示意图；

图7为本发明所述的地轨滑车主视结构示意图；

图8为本发明所述的地轨滑车俯视结构示意图；

图9为本发明所述的铠装缆截面结构示意图。

1：龙门架，2：地轨滑车，3：铠装缆，4：绞车，5：中继器，6：上横梁，7：止转横梁，8：龙门L侧立柱，9：龙门R侧立柱，10：止转导轨，11：导向轮，12：艇首拖曳电机，13：艇首拖曳缆，14：艇首缓冲限位，15：月池盖板，16：地轨车轮，17：焊接框架，18：支撑工装，19：钢轨固定座，20：钢轨，21：钢轨限位横梁，22：艇艉拖曳电机，23：艇艉拖曳缆，24：艇艉缓冲限位。

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。

参见图1-9说明本实施方式，一种基于无人艇的中继器布放回收装置，它包括龙门架1、地轨滑车2、铠装缆3、绞车4和中继器5，所述中继器5与水下机器人ARV一同进行布放和回收，所述龙门架1设置在地轨滑车2的上方，所述龙门架1包括上横梁6、止转横梁7、侧立柱、止转导轨10和导向轮11，所述上横梁6与导向轮11相连，所述上横梁6两侧分别连接两个侧立柱，所述止转横梁7两侧通过止转导轨10与两个侧立柱的内侧相连，所述铠装缆3设置在导向轮11上，所述铠装缆3与中继器5和水下机器人ARV相连，所述绞车4与铠装缆3相连，所述地轨滑车2包括滑车、艇首拖曳电机12、艇首拖曳缆13、钢轨20、艇艉拖曳电机22和艇艉拖曳缆23，所述滑车通过地轨车轮16设置在钢轨20上，所述滑车上部设置有支撑工装18，所述支撑工装18支撑中继器5与水下机器人ARV，所述艇首拖曳电机12与艇首拖曳缆13相连，所述艇艉拖曳电机22与艇艉拖曳缆23相连，所述艇首拖曳缆13和艇艉拖曳缆23分别与滑车两侧相连。

所述地轨滑车2两侧分别设置有艇首缓冲限位14和艇艉缓冲限位24，所述艇首缓冲限位14和艇艉缓冲限位24处均设置有抱闸自锁装置，所述地轨滑车2上设置有月池盖板15，所述滑车底盘设置有焊接框架17，所述钢轨20安装在钢轨固定座19上，所述钢轨20上设置有钢轨限位横梁21，月池盖板15负责盖上无人艇的月池空间；钢轨固定座19负责固定滑车钢轨9；钢轨20负责让滑车在轨道上来回滑动；地轨车轮16负责支撑滑车来回滑动；焊接框架17负责起支撑作用；支撑工装18负责支撑从龙门架上吊放的中继器5与水下机器人ARV。

所述地轨滑车2的作用是支撑并存放中继器5与水下机器人ARV，避免绞车4始终制动铠装缆3悬挂中继器5与水下机器人ARV，导致铠装缆3损坏，同时方便支撑工装移动，完成空间避让。

滑车向艇首端滑动时，滑车内的艇首拖曳电机12发力转动、带动绞盘拉动艇首拖曳缆13，使滑车沿钢轨20向无人艇艇首方向滑动，当滑车到达艇首缓冲限位14时，艇首拖曳电机12关闭，滑车到位抱闸自锁装置上锁。

滑车向艇尾端滑动时，滑车内的艇艉拖曳电机22发力转动、带动绞盘拉动艇艉拖曳缆23，使滑车沿钢轨20向无人艇艇尾方向滑动，当滑车到达艇艉缓冲限位24时，艇艉拖曳电机22关闭，滑车到位抱闸自锁装置上锁。

所述龙门架1负责承受绞车4拉力用来收放中继器5，采用力学性能、塑性、焊接性能优秀的材质焊接加工而成。

上横梁6负责承受导向轮11收放中继器5与水下机器人ARV的力；止转横梁7安装在龙门侧立柱内侧，承受无人艇横、纵摇产生的摆动载荷，保证中继器5与水下机器人ARV出水后，不能沿承重头转动，避免撞击月池侧壁，止转横梁7通过止转导轨10将力最终传给侧立柱；所述两个侧立柱分别为龙门L侧立柱8和龙门R侧立柱9，负责承受止转横梁7传递过来的力以及支撑整个龙门架；止转导轨10安装在侧立柱内侧，用以限制止转横梁7的5个自由度，使止转横梁7仅有吊放方向滑动自由度；导向轮11负责承受铠装缆3掉放中继器5与水下机器人ARV，且在掉放过程引导中继器5与水下机器人ARV的方向。

所述铠装缆3负责连接无人艇和中继器5与水下机器人ARV，具备一定承拉能力，铠装缆3缆绳长度满足中继器5工作范围要求。优选的型号规格为RTFK3×1+1×2B1.3，如图9所示。

所述的绞车是中继器5与水下机器人ARV吊放和回收的主要驱动单元，负责收放与中继器5相连的铠装缆3，具备一定的储缆量，其收放铠装缆3速度匹配中继器5的下潜速度，型号规格可选用无锡苏别瑞智能装备有限公司的3000m光电复合缆拖曳绞车。

所述无人艇下侧设置有锁紧装置，负责在回收过程中锁住中继器5。

一种基于无人艇的中继器布放回收装置的布放方法，它包括以下步骤：

步骤1：无人艇携带中继器5和水下机器人ARV到达预定工作海域；

步骤2：绞车4驱动铠装缆3将中继器5和水下机器人ARV向上提起至地轨滑车支撑工装18上方；

步骤3：滑车移至艇首缓冲限位14处，艇首拖曳电机12抱闸锁死滑车，无人艇月池空间被让出；

步骤4：铠装缆绞车放缆，中继器5和水下机器人ARV利用自重，通过无人艇月池空间下潜，止转横梁7利用重力作用同步下落至下限位位置；

步骤5：锁紧装置电机驱动自动打开，中继器5和水下机器人ARV脱离无人艇后入水，完成中继器5和水下机器人ARV的布放任务。

一种基于无人艇的中继器布放回收装置的回收方法，它包括以下步骤：

步骤1：中继器5和水下机器人ARV对接回收成功后，无人艇上的绞车4开始回收铠装缆3，中继器5和水下机器人ARV开始上浮；

步骤2：中继器5和水下机器人ARV接近水面时，利用侧向推进器调整自身姿态，保证中继器5和水下机器人ARV中轴线与无人艇月池中轴线共面；

步骤3：中继器5框架上端导向销插入止转横梁7的止转滑槽中，同时导向销中设置的止转销也滑入止转滑槽中，止荡锁弹簧作用自动锁紧；

步骤4：绞车4持续收揽，中继器5和水下机器人ARV跟随铠装缆3上升至最顶部，地轨滑车2拖曳电机抱闸打开，滑车承载支撑工装18行驶正下方，艇艉拖曳电机22抱闸锁紧滑车；

步骤5：绞车4放缆使中继器5和水下机器人ARV落至支撑工装18中，止转横梁7利用重力跟随同步下落。

以上对本发明所提供的一种基于无人艇的中继器布放回收装置及方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于无人艇的中继器布放回收装置，其特征在于：它包括龙门架(1)、地轨滑车(2)、铠装缆(3)、绞车(4)和中继器(5)，所述中继器(5)与水下机器人一同进行布放和回收，所述龙门架(1)设置在地轨滑车(2)的上方，所述龙门架(1)包括上横梁(6)、止转横梁(7)、侧立柱、止转导轨(10)和导向轮(11)，所述上横梁(6)与导向轮(11)相连，所述上横梁(6)两侧分别连接两个侧立柱，所述止转横梁(7)两侧通过止转导轨(10)与两个侧立柱的内侧相连，所述铠装缆(3)设置在导向轮(11)上，所述铠装缆(3)与中继器(5)和水下机器人相连，所述绞车(4)与铠装缆(3)相连，所述地轨滑车(2)包括滑车、艇首拖曳电机(12)、艇首拖曳缆(13)、钢轨(20)、艇艉拖曳电机(22)和艇艉拖曳缆(23)，所述滑车通过地轨车轮(16)设置在钢轨(20)上，所述滑车上部设置有支撑工装(18)，所述支撑工装(18)支撑中继器(5)与水下机器人，所述艇首拖曳电机(12)与艇首拖曳缆(13)相连，所述艇艉拖曳电机(22)与艇艉拖曳缆(23)相连，所述艇首拖曳缆(13)和艇艉拖曳缆(23)分别与滑车两侧相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置，其特征在于：所述地轨滑车(2)两侧分别设置有艇首缓冲限位(14)和艇艉缓冲限位(24)。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置，其特征在于：所述艇首缓冲限位(14)和艇艉缓冲限位(24)处均设置有抱闸自锁装置。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置，其特征在于：所述地轨滑车(2)上设置有月池盖板(15)。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置，其特征在于：所述滑车底盘设置有焊接框架(17)。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置，其特征在于：所述钢轨(20)安装在钢轨固定座(19)上，所述钢轨(20)上设置有钢轨限位横梁(21)。

7.根据权利要求1所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置，其特征在于：所述两个侧立柱分别为龙门L侧立柱(8)和龙门R侧立柱(9)。

8.根据权利要求1所述的一种基于无人艇的中继器布放回收装置，其特征在于：所述无人艇下侧设置有锁紧装置。

9.一种如权利要求1所述的基于无人艇的中继器布放回收装置的布放方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1：无人艇携带中继器(5)和水下机器人到达预定工作海域；

步骤2：绞车(4)驱动铠装缆(3)将中继器(5)和水下机器人向上提起至地轨滑车支撑工装(18)上方；

步骤3：滑车移至艇首缓冲限位(14)处，艇首拖曳电机(12)抱闸锁死滑车，无人艇月池空间被让出；

步骤4：铠装缆绞车放缆，中继器(5)和水下机器人利用自重，通过无人艇月池空间下潜，止转横梁(7)利用重力作用同步下落至下限位位置；

步骤5：锁紧装置电机驱动自动打开，中继器(5)和水下机器人脱离无人艇后入水，完成中继器(5)和水下机器人的布放任务。

10.一种如权利要求1所述的基于无人艇的中继器布放回收装置的回收方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1：中继器(5)和水下机器人对接回收成功后，无人艇上的绞车(4)开始回收铠装缆(3)，中继器(5)和水下机器人开始上浮；

步骤2：中继器(5)和水下机器人接近水面时，利用侧向推进器调整自身姿态，保证中继器(5)和水下机器人中轴线与无人艇月池中轴线共面；

步骤3：中继器(5)框架上端导向销插入止转横梁(7)的止转滑槽中，同时导向销中设置的止转销也滑入止转滑槽中，止荡锁弹簧作用自动锁紧；

步骤4：绞车(4)持续收揽，中继器(5)和水下机器人跟随铠装缆(3)上升至最顶部，地轨滑车(2)拖曳电机抱闸打开，滑车承载支撑工装(18)行驶正下方，艇艉拖曳电机(22)抱闸锁紧滑车；

步骤5：绞车(4)放缆使中继器(5)和水下机器人落至支撑工装(18)中，止转横梁(7)利用重力跟随同步下落。

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