CN116495113A - 一种海上无人系统自主布放回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海上无人系统自主布放回收方法，包括以下步骤：a1将海上无人系统放置到水面移动托体上，将水面移动托体通过提升架与系缆固定，系缆与提升吊机连接；a2通过提升吊机将携带有海上无人系统的水面移动托体升起，并移动到母船平台舷外，然后控制水面移动托体下降至水面；a3控制海上无人系统与水面移动托体相脱离；a4通过提升吊机将水面移动托体回收到母船平台。同上，通过水面移动托体和提升吊机将海上无人系统回收至母船平台。本发明方法通过可吊放的水面移动托体对海上无人系统进行布放与回收，能够适应母船更高航速和更加复杂海况下的布放与回收需求，并具有布放回收速度快，效率高，自主化程度高，无需操作人员的介入等优势。

Description

一种海上无人系统自主布放回收方法

技术领域

本发明涉及海洋探测技术领域，具体地说是涉及一种用于海上各类无人系统自主布放与回收的方法。

背景技术

随着科学技术的迅速发展和对无人系统认识的不断深入，海洋立体观测与探测越来越多的以海上无人系统为主，例如无人船艇、无人水下航行器等。然而，与海上无人系统相匹配的布放回收技术却处于相对滞后的状态。

海上无人系统的布放与回收技术是指水面母船对各类无人系统(无人船艇、无人水下航行器)实施布放，确保无人系统顺利执行任务，并在完成任务返航后及时可靠回收的技术。如何在动态环境中快速、高效、自主布放和回收海上无人系统是要解决的关键技术问题。

目前，海上无人系统一般通过母船平台进行布放和回收，主要采用吊放方式和滑道方式。吊放方式是目前无人系统布放和回收应用最多的形式，采用线缆系留的方式连接到无人系统，然后利用母船上安装的起重机械配合门架，提起或降下无人系统。吊放方式重心高，布放时要求母船平台静止并且要求海况良好，无人系统的姿态稳定性不易控制，容易和母船发生碰撞，自主化程度低，需要多人协助、人工解挂钩等操作比较费时/难度大，安全性较低，效率低，不适用于复杂海况下无人系统的布放与回收等。

滑道方式是在母船平台的艉部设置较长的斜坡滑道，在回收时，海上无人系统通过实时引导，选择合适的时机，以高于母船的航速冲入艉部滑道，由滑道前方的阻拦索与无人系统艏部的挂钩自动挂接，从而实现回收。在布放时，海上无人系统的电控机构自动打开挂钩，此时无人系统与阻拦索分离，无人系统依靠自重下滑至水面。滑道方式多用在有人操作的船艇上，具有一定自动化水平和适应性。滑道式在对接引导过程中，需人工辅助遥控操作以克服尾流和海浪的影响，高海况下母船剧烈运动，艉部升起离开水面，无人系统很难进入滑道，自主性较弱。另外，需在母船艉部设置开口，占用空间，增加了母船设计的难度。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出一种海上无人系统自主布放回收方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种海上无人系统自主布放回收方法，其采用海上无人系统自主布放回收系统，该布放回收系统包括母船平台、提升吊机、系缆、提升架以及水面移动托体；

所述提升吊机安装在母船平台上，提升吊机通过系缆与提升架的上部连接，提升架的下部与水面移动托体连接；

所述水面移动托体包括托体侧舷和压载舱，托体侧舷设置在压载舱的上部，在托体侧舷和压载舱的前端设置有前挡部，托体侧舷、压载舱和前挡部围拢形成用于放置海上无人系统的U型空间，在托体侧舷和压载舱的尾端留设有用于海上无人系统进出U型空间的敞口；

在前挡部处设置有定位通信天线和控制系统，在水面移动托体的底部设置有用于推动其自主移动的全回转推进器，全回转推进器与控制系统连接；

该布放回收方法包括以下步骤：

a海上无人系统布放

a1将海上无人系统放置到水面移动托体上，将水面移动托体通过提升架与系缆固定，系缆与提升吊机连接；

a2通过提升吊机将携带有海上无人系统的水面移动托体升起，并移动到母船平台舷外，然后控制水面移动托体下降至水面；

a3控制海上无人系统与水面移动托体相脱离；

a4通过提升吊机将水面移动托体回收到母船平台；

b海上无人系统回收

b1通过提升吊机将母船平台上的水面移动托体下放到水面；

b2启动水面移动托体底部的全回转推进器，调整水面移动托体的方位与移动速度，使海上无人系统与水面移动托体完成对接，海上无人系统进入水面移动托体的U型空间中；

b3通过提升吊机将携带有海上无人系统的水面移动托体吊起，并回收至母船平台。

优选的，所述提升架包括支撑基座和连接杆，支撑基座呈X型，且水平布置，支撑基座与系缆连接；

所述连接杆共设置四根，分别连接在支撑基座的四角处，连接杆呈竖向布置，连接杆的底端与水面移动托体的托体侧舷相连接；

所述提升吊机为双提升吊机，包括第一竖向支撑臂、第一横向吊臂、第二竖向支撑臂和第二横向吊臂，在第一竖向支撑臂和第二竖向支撑臂之间设置有加强杆；

第一横向吊臂的一端与第一竖向支撑臂的顶端固定连接，第二横向吊臂的一端与第二竖向支撑臂的顶端固定连接，第一横向吊臂和第二横向吊臂呈平行布置，且第一横向吊臂的另一端和第二横向吊臂的另一端均向外延伸且超出正对母船平台的边缘位置；

所述系缆共设置两根，分别为第一系缆和第二系缆，第一系缆的末端通过两根支缆与支撑基座的一侧两角处连接，第二系缆的末端通过另外两根支缆与支撑基座的另一侧两角处连接；第一系缆与用于控制其收放的第一绞盘连接，第二系缆与用于控制其收放的第二绞盘连接；

在第一横向吊臂和第二横向吊臂之间设置有滑动块，滑动块与第一横向吊臂、第二横向吊臂相垂直，滑动块的滑动方向与第一横向吊臂和第二横向吊臂相平行，在第一横向吊臂和第二横向吊臂上设置有与滑动块相配合的滑轨，滑动块与用于驱动其沿滑轨移动的驱动装置连接；所述第一绞盘和第二绞盘分别设置在滑动块的两端；

所述布放回收方法中，水面移动托体从母船平台下放至水面的过程如下：

通过第一绞盘收紧第一系缆，第二绞盘收紧第二系缆，使得母船平台上的水面移动托体向上升起；然后通过驱动装置控制滑动块沿滑轨移动，使得水面移动托体移动到母船平台舷外；再通过第一绞盘释放第一系缆，第二绞盘释放第二系缆，使得水面移动托体下降至水面；

水面移动托体从水面回收至母船平台的过程如下：

通过第一绞盘收紧第一系缆，第二绞盘收紧第二系缆，使得水面移动托体脱离水面，向上升起；然后通过驱动装置控制滑动块沿滑轨反向移动，使得水面移动托体移动到母船平台舷内；再通过第一绞盘释放第一系缆，第二绞盘释放第二系缆，使得水面移动托体下降至母船平台上。

优选的，所述水面移动托体包括两个半船体，该两个半船体呈对称布置；相应地，所述压载舱包括第一舱体和第二舱体，所述前挡部包括第一挡块和第二挡块；所述托体侧舷设置两个，其中一个托体侧舷与第一舱体和第一挡块连接形成其中一个半船体，另一个托体侧舷与第二舱体和第二挡块连接形成另一个半船体；

在第一舱体和第二舱体之间设置有能够调节第一舱体和第二舱体之间间距的连接件；

所述全回转推进器设置偶数个，且分为两组，其中一组布置在水面移动托体的底部一侧，另一组对称布置在水面移动托体的底部另一侧；

所述布放回收方法中，还包括以下步骤：

水面移动托体在与海上无人系统对接过程中，根据海上无人系统的大小选择是否变形；当要变形时，将全回转推进器的轴线旋转至与水面移动托体横向平行，且推力均指向内测，此时全回转推进器启动后，会产生方向相反的推力，使两个半船体在横向沿连接件滑动，实现变形，宽度增加；

要变形恢复初始状态时，将全回转推进器的轴线旋转至与水面移动托体横向平行，且推力均指向外测，两个半船体通过推力实现合拢。

优选的，所述前挡部的内侧面设置有磁体，在海上无人系统的头部设置有与磁体相配合的亲磁金属块；

所述布放回收方法中，还包括以下步骤：

当海上无人系统回收到水面移动托体的U型空间内时，对磁体通电，使磁体产生磁性，进而与海上无人系统上的亲磁金属块吸附连接；

当海上无人系统需要释放时，对磁体断电，使磁体的磁性消除，释放水面移动托体与海上无人系统头部的吸附连接。

优选的，步骤a3中，还包括以下步骤：调整水面移动托体的水线，打开压载舱，使水面移动托体下沉。

优选的，在水面移动托体上还设置有传感器模块，所述传感器模块包括风速传感器和浪流传感器，风速传感器和浪流传感器均与控制系统连接。

优选的，在水面移动托体的上部两侧还设置有用于发射激光束的激光雷达，激光雷达与控制系统连接；在水面移动托体上还设置有用以实现与海上无人系统远距离对接引导的光源。

本发明的有益技术效果是：

本发明提出一种海上无人系统自主布放回收方法，该方法通过可吊放的水面移动托体对海上无人系统进行布放与回收，能够适应母船更高航速和更加复杂海况下的布放与回收需求，并具有布放回收速度快，效率高，自主化程度高，无需操作人员的介入等优势。

本发明所采用水面移动托体的结构可变形，适合不同大小和结构的海上无人系统；而且水面移动托体搭载全回转推进器，具有自主移动和动力定位功能，机动性强，配合水面移动托体上的强光源和激光雷达，可实现精准对接且效率高。

本发明通过在水面移动托体的底部设置若干个全回转推进器，不但能够进行水面移动托体的结构变形，还使得水面移动托体具有自主航行接驳能力，可自主实现双向精准对接，姿态控制稳定。本发明可实现海上无人系统快速、高效、自主的布放与回收。

本发明通过采用双提升吊机和X型提升架，使得水面移动托体吊放更加稳定可靠，安全性高。

本发明所采用的布放回收系统集成度高，并采用模块化设计，基本不需要对母船进行改进，通用性强，可以在不同船舶上安装。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明海上无人系统自主布放回收方法的布放流程示意图；

图2为本发明海上无人系统自主布放回收方法的回收流程示意图；

图3为本发明所涉及海上无人系统自主布放回收系统的结构示意图；

图4为本发明中提升架的结构示意图；

图5为本发明中水面移动托体的结构示意图；

图6为图5的侧向视图；

图7为图5的后侧视图；

图8为图5的俯视图；

图9为本发明中构成水面移动托体的半船体的结构示意图；

图10为本发明中用于两个半船体连接的连接横梁的结构示意图；

图11为本发明中全回转推进器在水面移动托体底部布置的示意图；

图12为本发明中全回转推进器的结构示意图；

图13为本发明中水面移动托体在海面沉浮的示意图；

图14为本发明中水面移动托体的初始状态俯视图；

图15为本发明中水面移动托体变形后的状态俯视图；

图16为本发明中水面移动托体变形时的原理图，图中示出水面移动托体的仰视结构；

图17为本发明中水面移动托体与海上无人系统引导精准对接时的原理示意图；

图18为本发明准备回收海上无人系统时的状态图；

图19为本发明中水面移动托体完成回收海上无人系统时的状态图；

图20为本发明中水面移动托体提升时的状态图；

图21为本发明中水面移动托体吊放至母船平台上的状态图；

图22为图21的正向视图；

图23为本发明中水面移动托体吊放至水面后的状态图；

图24为本发明中海上无人系统与水面移动托体脱离后的状态图。

图中：1-母船平台，2-提升吊机，3-系缆，4-提升架，5-水面移动托体，6-托体侧舷，7-压载舱，8-前挡部，9-海上无人系统，10-U型空间，11-定位通信天线，12-控制系统，13-全回转推进器，14-磁体，15-风速传感器，16-浪流传感器，17-激光雷达，18-光源，19-动力模块，20-水面，21-激光束；

201-第一竖向支撑臂，202-第一横向吊臂，203-第二竖向支撑臂，204-第二横向吊臂，205-第一绞盘，206-第二绞盘，207-滑动块，208-滑轨；301-第一系缆，302-第二系缆，303-支缆；401-支撑基座，402-连接杆；501-半船体；701-第一舱体，702-第二舱体，703-通孔，704-连接横梁，7041-横梁主体，7042-端板，705-穿孔；801-第一挡块，802-第二挡块；1301-推进器本体，1302-桨叶，1303-电机，1304-转轴，1305-固定盘。

具体实施方式

结合附图，一种海上无人系统自主布放回收方法，其采用海上无人系统自主布放回收系统，该布放回收系统包括母船平台1、提升吊机2、系缆3、提升架4以及水面移动托体5。所述提升吊机2安装在母船平台1上，提升吊机2通过系缆3与提升架4的上部连接，提升架4的下部与水面移动托体5连接。所述水面移动托体5包括托体侧舷6和压载舱7，托体侧舷6设置在压载舱7的上部，在托体侧舷6和压载舱7的前端设置有前挡部8，托体侧舷6、压载舱7和前挡部8围拢形成用于放置海上无人系统9的U型空间10。在托体侧舷6和压载舱7的尾端留设有用于海上无人系统9进出U型空间10的敞口。在前挡部8处设置有定位通信天线11和控制系统12，定位通信天线11主要用于实现无线通信、信息传输与GPS定位。在水面移动托体5的底部设置有用于推动其自主移动的全回转推进器13，定位通信天线11和全回转推进器13均与控制系统12连接。

如图1、图2所示，该布放回收方法包括以下步骤：

a海上无人系统布放

a1将海上无人系统9放置到水面移动托体5上，将水面移动托体5通过提升架4与系缆3固定，系缆3与提升吊机2连接。

a2通过提升吊机2将携带有海上无人系统9的水面移动托体5升起，并移动到母船平台1的舷外，然后控制水面移动托体5下降至水面。

a3控制海上无人系统9与水面移动托体5相脱离，完成海上无人系统9的布放。

a4通过提升吊机2再将水面移动托体5提升回收到母船平台1。

b海上无人系统回收

b1通过提升吊机2将母船平台1上的水面移动托体5下放到水面。

b2启动水面移动托体5底部的全回转推进器13，调整水面移动托体5的方位与移动速度，使海上无人系统9与水面移动托体5完成对接，海上无人系统9经敞口进入水面移动托体5的U型空间10中。

b3通过提升吊机2将携带有海上无人系统9的水面移动托体5吊起，并回收至母船平台1，完成海上无人系统回收。

本发明方法通过可吊放的水面移动托体5对海上无人系统9进行布放与回收，而且水面移动托体5的底部配置有全回转推进器13，可自主移动，从而能够适应母船更高航速和更加复杂海况下的布放与回收需求，并具有布放回收速度快，效率高，自主化程度高，无需操作人员的介入等优势。

作为对本发明方法的进一步设计，所述提升架4包括支撑基座401和连接杆402，支撑基座401呈X型，具体可看成是由两个支撑条交叉连接形成，且支撑基座401呈水平布置，支撑基座401与系缆3连接。所述连接杆402共设置四根，分别连接在支撑基座401的四角处，连接杆402呈竖向布置，连接杆402的底端与水面移动托体5的托体侧舷6相连接。

所述提升吊机2为双提升吊机，包括第一竖向支撑臂201、第一横向吊臂202、第二竖向支撑臂203和第二横向吊臂204，在第一竖向支撑臂201和第二竖向支撑臂203之间设置有加强杆。第一横向吊臂202的一端与第一竖向支撑臂201的顶端固定连接，第二横向吊臂204的一端与第二竖向支撑臂203的顶端固定连接。第一横向吊臂202和第二横向吊臂204呈平行布置，且第一横向吊臂202的另一端和第二横向吊臂204的另一端均向外延伸且超出正对母船平台1的边缘位置，即伸出母船平台1的舷外。

所述系缆3共设置两根，分别为第一系缆301和第二系缆302，第一系缆301的末端通过两根支缆303与支撑基座401的一侧两角处连接。第二系缆302的末端通过另外两根支缆与支撑基座401的另一侧两角处连接。第一系缆301与用于控制其收放的第一绞盘205连接，第二系缆302与用于控制其收放的第二绞盘206连接。

在第一横向吊臂202和第二横向吊臂204之间设置有滑动块207，滑动块207的伸展方向与第一横向吊臂202和第二横向吊臂204相垂直。在第一横向吊臂202和第二横向吊臂204上设置有与滑动块207相配合的滑轨208，滑动块207与用于驱动其沿滑轨208移动的驱动装置连接。所述第一绞盘205和第二绞盘206分别设置在滑动块207的两端。

上述布放回收方法中，水面移动托体5从母船平台1下放至水面的过程如下：

先通过第一绞盘205收紧第一系缆301，第二绞盘206收紧第二系缆302，使得母船平台1上的水面移动托体5向上升起。然后通过驱动装置控制滑动块207沿滑轨208移动，使得水面移动托体5移动到母船平台1的舷外。再通过第一绞盘205释放第一系缆301，第二绞盘206释放第二系缆302，使得水面移动托体5下降至水面。

水面移动托体从水面回收至母船平台的过程如下：

通过第一绞盘205收紧第一系缆301，第二绞盘206收紧第二系缆302，使得水面移动托体5脱离水面，向上升起。然后通过驱动装置控制滑动块207沿滑轨208反向移动，使得水面移动托体5移动到母船平台1的舷内。再通过第一绞盘205释放第一系缆301，第二绞盘206释放第二系缆302，使得水面移动托体5下降至母船平台上。

上述第一绞盘205和第二绞盘206分别对第一系缆301和第二系缆302进行同步收放。

本发明通过采用双提升吊机和特定结构的提升架配合，使得水面移动托体5吊放更加稳定可靠，安全性高。双提升吊机通过系缆与X型提升架连接，起到拉升和布放水面移动托体5的功能。另外双提升吊机采用并列结构，稳定可靠，起到双保险作用，即一根系缆断裂，另一根也可以完成工作。双提升吊机上配置有滑轨，可以使滑动块207沿滑轨208移动，以保证吊起水面移动托体时，使其远离母船平台，避免碰撞。系缆3是由承载力较强的钢丝绳组成，其长度可变，由双提升吊机上的绞盘控制。X型提升架，如图4所示，通过连接杆402硬连接固定在水面移动托体5上。提升架采用4个吊点结构，目的是为了保证在提升或者下放水面移动托体时保持平衡稳定；另外，4吊点结构坚固，可靠性强，一根断裂不影响整个系统工作。

更进一步的，如图5-9所示，所述水面移动托体5包括两个半船体501，该两个半船体501呈对称布置。相应地，所述压载舱7包括第一舱体701和第二舱体702，所述前挡部8包括第一挡块801和第二挡块802。所述托体侧舷6设置两个，其中一个托体侧舷与第一舱体701和第一挡块801连接形成其中一个半船体，另一个托体侧舷与第二舱体702和第二挡块802连接形成另一个半船体。在第一舱体701和第二舱体702之间设置有能够调节第一舱体701和第二舱体702之间间距的连接件。

所述连接件为连接横梁704，如图10所示，连接横梁704包括横梁主体7041，在横梁主体7041的两端设置有端板7042，端板7042的表面积大于横梁主体7041的截面积。在第一舱体和第二舱体上均设置有竖向贯通的通孔703，通孔703连通舱体的顶底两端，类似科考船竖井结构。在第一舱体701和第二舱体702的相向内侧均设置有穿孔705，穿孔705呈横向布置，且与通孔703相连通。所述横梁主体7041从穿孔705中穿过，且端板7042卡入第一舱体或第二舱体上的通孔703中。

所述全回转推进器13可设置偶数个，如图11所示，共设置4个，且分为两组，每组2个。其中一组布置在水面移动托体的底部一侧，另一组对称布置在水面移动托体的底部另一侧。即其中一组全回转推进器布置在第一舱体701的底部，另一组全回转推进器布置在第二舱体702的底部。

所述布放回收方法中，还包括以下步骤：

水面移动托体5在与海上无人系统9对接过程中，根据海上无人系统9的大小选择是否变形。当要变形时，将全回转推进器13的轴线旋转至与水面移动托体5横向平行，且推力均指向内测，此时全回转推进器13启动后，会产生方向相反的推力，使两个半船体在横向沿连接横梁704滑动，实现变形，宽度增加。

要变形恢复初始状态时，将全回转推进器13的轴线旋转至与水面移动托体5横向平行，且推力均指向外测，两个半船体通过推力实现合拢。

本发明所设计水面移动托体5的结构可变形，以适合不同大小和结构的海上无人系统9。水面移动托体5是自主布放回收系统的关键部分，其主要功能是实现与海上无人系统9的对接，并将其固定在U型空间10内，实现在不停母船和不同海况下的高效自主布放和回收。

具体地，为满足不同大小的海上无人系统使用，水面移动托体5的U型空间10的宽度是可改变的，即通过若干个全回转推进器13相互之间的配合实现打开或关闭。如图14所示，初始状态两半船体紧密连接，减小阻力；在与海上无人系统对接过程中，根据海上无人系统的大小选择是否变形。变形后的状态如图15所示。变形后宽度增加，移动托体稳定性增强，左右摇晃减少，并且增加了移动托体和海上无人系统对接的精度，使得海上无人系统更容易进入水面移动托体5的U型空间，提高了工作效率。

如图12所示，上述全回转推进器13包括推进器本体1301，在推进器本体1301的尾部设置有桨叶1302。推进器本体1301还与电机1303连接，电机的转轴1304呈竖向布置，在电机的转轴1304末端连接固定盘1305，固定盘1305安装在水面移动托体5的底部。电机1303可进一步与控制系统12连接，以通过控制系统12进行控制。

水面移动托体实现变形的原理如下：如图16所示，移动托体底部安装有四个全回转的推进器，每一个均可在平面360度旋转。当要变形时，通过控制电机1303的旋转，使得每个推进器本体1301的轴线旋转至与移动托体横向（Y轴）平行，推力均指向内测，此时推进器本体启动后，桨叶1302旋转，会产生方向相反的推力，使两半船体在横向沿连接横梁704滑动，实现变形，宽度增加。当宽度增大到连接横梁704限位宽度后停止。同理，要恢复初始状态，四个推进器轴线旋转至与移动托体横向平行，推力均指向外测，通过推力实现合拢。

本发明通过在水面移动托体5的底部搭载全回转推进器13，使得水面移动托体5具备自主移动能力，可以按照一定的航向运动，实现与海上无人系统的对接。这种解决方案的优点是可定位实际布放和回收位置超出母船平台的扰动区域。另外，全回转推进器13配合水面移动托体5的结构可变形设计，不但使得水面移动托体5具有自主移动和动力定位功能，机动性强，而且方便了水面移动托体5与海上无人系统9的对接，提高了水面移动托体5对海上无人系统9的布放与回收效率。

进一步的，上述布放回收方法中还包括以下步骤：在控制海上无人系统9与水面移动托体5相脱离时，可根据需要调整水面移动托体5的水线，即打开压载舱7，使水面移动托体5下沉。

该水面移动托体5上配置有压载舱7，主要是用于实现可沉浮功能，如图13所示。水面移动托体可利用本身的浮力和压载舱7来实现正确的水线和平整度，即可以实现沉浮。水面移动托体的底部两侧布置有第一舱体701和第二舱体702，第一舱体701和第二舱体702共同组成压载舱。在第一舱体701和第二舱体702上均设置有上下贯通的竖向通孔703。当布放海上无人系统时，海上无人系统放置在移动托体的U型空间中，布放到海面时，海水进入U型空间，启动压载舱7，海水进入压载舱内部，移动托体重量增加，导致移动托体下沉。此时，海上无人系统依靠浮力，脱离移动托体。

在回收过程中，由于尾流和海浪的影响，移动托体会起伏波动，增加海上无人系统进入U型空间的难度，因此需要将水面移动托体5下沉入海面。U型空间10的底面进入水中，克服尾流和海浪带来的起伏影响，极大增加了海上无人系统9进入U型空间10的效率。回收完成后，压载舱7将内部海水向外排出，恢复正常浮力状态。

具体地，压载舱7通过控制进水，实现水面移动托体的下沉。当需要移动托体上浮时，可控制压载舱7内部的海水向外排出。压载舱7的进排水可采用常规设置，如海水外排时可采用在第一舱体701和第二舱体702中均单独配置潜水泵和外排水管等进行实现。

更进一步的，所述前挡部8的内侧面设置有磁体14，在海上无人系统的头部设置有与磁体相配合的亲磁金属块。磁体14可根据通断电情况，产生或消除磁性，进而实现与亲磁金属块的吸引或断开。磁体14的通断电情况可进一步通过控制系统12进行控制，即磁体通断电开关与控制系统连接。

具体地，当海上无人系统9回收到水面移动托体5的U型空间10内时，对磁体14通电，使磁体产生磁性，进而与海上无人系统上的亲磁金属块吸附连接，使海上无人系统9稳固固定在水面移动托体的U型空间中。

当海上无人系统9需要释放时，对磁体14断电，使磁体14的磁性消除，释放水面移动托体与海上无人系统头部的吸附连接。

本发明通过磁体14与亲磁金属块的配合设置，使得海上无人系统放置或回收到U型空间内时，实现水面移动托体5与海上无人系统9的自动物理连接，安全稳固，无需人员操作。

另外，在自主回收过程中，风浪流的冲击会对水面移动托体5产生非预期的偏移，严重影响水面移动托体的位置和姿态，使海上无人系统和水面移动托体之间对接难度增大，降低了工作效率。基于此，本发明进一步在水面移动托体5上设置有传感器模块，所述传感器模块包括风速传感器15和浪流传感器16，风速传感器15和浪流传感器16均与控制系统12连接。风速传感器15和浪流传感器16用于实时获取水面移动托体5所处的外部环境，并将获取的信息实时送到控制系统12。同时，定位通信天线11可将当前水面移动托体5自身运动状态(位置、航向)反馈给控制系统12，控制系统12经判断后，可进一步控制全回转推进器13等执行相关动作，从而抵消风浪流的冲击对水面移动托体5产生的非预期偏移干扰，实现动力定位。

上述全回转推进器13能够以任意角度施出大小可变的力，实现水面移动托体在任意方向内的自由移动。全回转推进器13还可实现水面移动托体的自动动力定位，即控制水面移动托体逐渐靠近对接目标位置，然后保持住位置和航向，控制精度高，不会与母船平台或无人系统发生碰撞。所谓动力定位是根据实时获取的外部环境和当前托体运动状态(位置、航向)，可以使移动托体固定在某一点上。

上述动力定位的实现方法是实时调整每个全回转推进器13的角度和旋转速度。如图11所示，假设要实现O点的动力定位，此时定位通信天线和传感器模块检测到移动托体向Y正方向产生了偏移。此时则应该将全回转推进器轴线旋转至与Y轴平行，推力方向朝Y正方向，设置相应的桨叶转速，使得移动托体受到向Y反方向的推力，实现动力定位。

更进一步的，在水面移动托体5的上部两侧还设置有用于发射激光束的激光雷达17，如图17所示，激光雷达17与控制系统12连接。在水面移动托体5上还设置有用以实现与海上无人系统远距离对接引导的光源18。在移动托体上安装高能见度光源，以实现托体与海上无人系统远距离对接光源引导，也满足夜间作业。同时在托体两侧安装激光雷达17，以便确定在横向(左-右) 方向上的对准，以达到近距离纠正海上无人系统位置的作用。也可以通过控制系统等实现移动托体和海上无人系统的双向调整精准对接。当激光束打在海上无人系统上时，根据反馈信号，使移动托体左右微调，以实现近距离的精准对接。

上述水面移动托体5上还设置有动力模块19，用以提供能源。上述传感器模块，如风速传感器15和浪流传感器16用于实时获取水面移动托体所处的外部环境和当前自身运动状态。上述压载舱7用于实现移动托体的沉浮。全回转推进器13用以实现托体自主移动、结构变形和动力定位。控制系统12用于获取传感器模块等信息，以控制移动托体的运动以及实现精准对接。

本发明海上无人系统自主布放回收方法在进行布放和回收时不再直接将线缆系在海上无人系统上，而是先将无人系统放置在移动托体上，随后依靠移动托体的能力进行自主的布放回收。本发明布放回收速度快，效率高；移动托体的大小和结构可以变形，适合不同大小和结构的海上无人系统，而且对接精度高。本发明可以在母船平台移动的情况下进行布放回收，无需停船；无需操作人员介入，自主化程度高，风险低；移动托体具有自主移动和动力定位功能，机动性强，配合移动托体上的强光源和激光雷达，对接准确且效率高，还可以适应高海况下的作业。本发明所涉及系统整体结构简单，具有通用性，可在不同船只上安装。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种海上无人系统自主布放回收方法，其特征在于：采用海上无人系统自主布放回收系统，该布放回收系统包括母船平台、提升吊机、系缆、提升架以及水面移动托体；

所述提升吊机安装在母船平台上，提升吊机通过系缆与提升架的上部连接，提升架的下部与水面移动托体连接；

所述水面移动托体包括托体侧舷和压载舱，托体侧舷设置在压载舱的上部，在托体侧舷和压载舱的前端设置有前挡部，托体侧舷、压载舱和前挡部围拢形成用于放置海上无人系统的U型空间，在托体侧舷和压载舱的尾端留设有用于海上无人系统进出U型空间的敞口；

在前挡部处设置有定位通信天线和控制系统，在水面移动托体的底部设置有用于推动其自主移动的全回转推进器，全回转推进器与控制系统连接；

该布放回收方法包括以下步骤：

a海上无人系统布放

a1将海上无人系统放置到水面移动托体上，将水面移动托体通过提升架与系缆固定，系缆与提升吊机连接；

a2通过提升吊机将携带有海上无人系统的水面移动托体升起，并移动到母船平台舷外，然后控制水面移动托体下降至水面；

a3控制海上无人系统与水面移动托体相脱离；

a4通过提升吊机将水面移动托体回收到母船平台；

b海上无人系统回收

b1通过提升吊机将母船平台上的水面移动托体下放到水面；

b2启动水面移动托体底部的全回转推进器，调整水面移动托体的方位与移动速度，使海上无人系统与水面移动托体完成对接，海上无人系统进入水面移动托体的U型空间中；

b3通过提升吊机将携带有海上无人系统的水面移动托体吊起，并回收至母船平台。

2.根据权利要求1所述的一种海上无人系统自主布放回收方法，其特征在于：所述提升架包括支撑基座和连接杆，支撑基座呈X型，且水平布置，支撑基座与系缆连接；

所述连接杆共设置四根，分别连接在支撑基座的四角处，连接杆呈竖向布置，连接杆的底端与水面移动托体的托体侧舷相连接；

所述提升吊机为双提升吊机，包括第一竖向支撑臂、第一横向吊臂、第二竖向支撑臂和第二横向吊臂，在第一竖向支撑臂和第二竖向支撑臂之间设置有加强杆；

第一横向吊臂的一端与第一竖向支撑臂的顶端固定连接，第二横向吊臂的一端与第二竖向支撑臂的顶端固定连接，第一横向吊臂和第二横向吊臂呈平行布置，且第一横向吊臂的另一端和第二横向吊臂的另一端均向外延伸且超出正对母船平台的边缘位置；

所述系缆共设置两根，分别为第一系缆和第二系缆，第一系缆的末端通过两根支缆与支撑基座的一侧两角处连接，第二系缆的末端通过另外两根支缆与支撑基座的另一侧两角处连接；第一系缆与用于控制其收放的第一绞盘连接，第二系缆与用于控制其收放的第二绞盘连接；

在第一横向吊臂和第二横向吊臂之间设置有滑动块，滑动块与第一横向吊臂、第二横向吊臂相垂直，滑动块的滑动方向与第一横向吊臂和第二横向吊臂相平行，在第一横向吊臂和第二横向吊臂上设置有与滑动块相配合的滑轨，滑动块与用于驱动其沿滑轨移动的驱动装置连接；所述第一绞盘和第二绞盘分别设置在滑动块的两端；

所述布放回收方法中，水面移动托体从母船平台下放至水面的过程如下：

通过第一绞盘收紧第一系缆，第二绞盘收紧第二系缆，使得母船平台上的水面移动托体向上升起；然后通过驱动装置控制滑动块沿滑轨移动，使得水面移动托体移动到母船平台舷外；再通过第一绞盘释放第一系缆，第二绞盘释放第二系缆，使得水面移动托体下降至水面；

水面移动托体从水面回收至母船平台的过程如下：

通过第一绞盘收紧第一系缆，第二绞盘收紧第二系缆，使得水面移动托体脱离水面，向上升起；然后通过驱动装置控制滑动块沿滑轨反向移动，使得水面移动托体移动到母船平台舷内；再通过第一绞盘释放第一系缆，第二绞盘释放第二系缆，使得水面移动托体下降至母船平台上。

3.根据权利要求1所述的一种海上无人系统自主布放回收方法，其特征在于：所述水面移动托体包括两个半船体，该两个半船体呈对称布置；相应地，所述压载舱包括第一舱体和第二舱体，所述前挡部包括第一挡块和第二挡块；所述托体侧舷设置两个，其中一个托体侧舷与第一舱体和第一挡块连接形成其中一个半船体，另一个托体侧舷与第二舱体和第二挡块连接形成另一个半船体；

在第一舱体和第二舱体之间设置有能够调节第一舱体和第二舱体之间间距的连接件；

所述全回转推进器设置偶数个，且分为两组，其中一组布置在水面移动托体的底部一侧，另一组对称布置在水面移动托体的底部另一侧；

所述布放回收方法中，还包括以下步骤：

水面移动托体在与海上无人系统对接过程中，根据海上无人系统的大小选择是否变形；当要变形时，将全回转推进器的轴线旋转至与水面移动托体横向平行，且推力均指向内测，此时全回转推进器启动后，会产生方向相反的推力，使两个半船体在横向沿连接件滑动，实现变形，宽度增加；

要变形恢复初始状态时，将全回转推进器的轴线旋转至与水面移动托体横向平行，且推力均指向外测，两个半船体通过推力实现合拢。

4.根据权利要求1所述的一种海上无人系统自主布放回收方法，其特征在于：所述前挡部的内侧面设置有磁体，在海上无人系统的头部设置有与磁体相配合的亲磁金属块；

所述布放回收方法中，还包括以下步骤：

当海上无人系统回收到水面移动托体的U型空间内时，对磁体通电，使磁体产生磁性，进而与海上无人系统上的亲磁金属块吸附连接；

当海上无人系统需要释放时，对磁体断电，使磁体的磁性消除，释放水面移动托体与海上无人系统头部的吸附连接。

5.根据权利要求1所述的一种海上无人系统自主布放回收方法，其特征在于，步骤a3中，还包括以下步骤：调整水面移动托体的水线，打开压载舱，使水面移动托体下沉。

6.根据权利要求1所述的一种海上无人系统自主布放回收方法，其特征在于：在水面移动托体上还设置有传感器模块，所述传感器模块包括风速传感器和浪流传感器，风速传感器和浪流传感器均与控制系统连接。

7.根据权利要求1所述的一种海上无人系统自主布放回收方法，其特征在于：在水面移动托体的上部两侧还设置有用于发射激光束的激光雷达，激光雷达与控制系统连接；在水面移动托体上还设置有用以实现与海上无人系统远距离对接引导的光源。