CN211519807U

CN211519807U - 一种用于无人水下航行器的定位装置

Info

Publication number: CN211519807U
Application number: CN201922396714.XU
Authority: CN
Inventors: 吴家鸣; 侯晓琨; 戴鹏; 申建蓉; 杨国为; 韩翔希
Original assignee: GUANGZHOU SHUNHAI SHIPYARDS Ltd; South China University of Technology SCUT; Beibu Gulf University
Current assignee: GUANGZHOU SHUNHAI SHIPYARDS Ltd; South China University of Technology SCUT; Beibu Gulf University
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2029-12-27

Abstract

本实用新型公开了一种用于无人水下航行器的定位装置，主要包括电池、开关、保护电阻、电磁继电器、主控芯片、GPS定位系统、点火器、隔板、气囊、外壳、绳索；外壳为空心结构，外壳通过隔板分隔为非水密腔体和水密腔体两部分；非水密腔体中设有绳索、气囊和点火器，点火器设置在气囊上；电池、开关、保护电阻、电磁继电器和主控芯片依次通过导线连接，形成串联电路，点火器和GPS定位系统通过导线分别与主控芯片连接；电磁继电器的控制回路两个常开触点分别与总电源两端连接。本实用新型提供一种兼具定位和救援的装置，使航行器在失去控制之后能够很快的被定位和救援，从而节约大量的寻找和救援成本。

Description

一种用于无人水下航行器的定位装置

技术领域

本实用新型涉及一种定位装置，特别是涉及一种用于无人水下航行器的定位装置，可应用在对发生故障或失联的水下航行器的救援行动中，实现对水下航行器的定位和救援工作。

背景技术

随着科学技术的不断发展，人们对于资源的渴求以及对海洋的探索，海洋越来越被人们所熟知。不论是海洋环境、海洋资源还是海水物化性质，均得到了广泛的研究。在进行此类研究时，水下航行器成为了开展科研的有利工具。

水下航行器具有机动性强、操纵便捷、自主度高、适用范围广等特点，在进行海底资源探测、水文特性监测、海底地貌测量等工作时，水下航行器的应用不仅节省了人力成本，同时提高了工作效率。

水下航行器依据控制方式主要分为无人水下航行器和载人水下航行器。无人水下航行器又可分为自主水下机器人、远程遥控水下机器人、水下拖曳体。无人水下航行器主要由航行器本体、搭载的仪器以及控制装置构成。相较于载人水下航行器而言，其具有安全性高、经济性高、操纵便捷、适应范围广等优点。

无人水下航行器在水下航行和勘探过程中可能出现意外状况，比如，自主水下机器人出现内部设备问题，或者遭到撞击搁浅无法返航；水下拖曳体或者带缆遥控水下机器人出现绳索或脐带缆断裂导致航行器失去控制等等。此类故障或者失联的水下航行器需要对其进行寻找和救援。但是航行器失去控制以后会沉入所探测区域的水底，不仅不容易寻找，而且打捞和救援也比较困难。

目前现有的水下救援方式主要有以下两种，一是安装水下定位装置，在无人水下航行器在水下航行和勘探过程中出现意外状况时，此类装置能及时向母船发送实时位置。但此类装置受限于能源供应和无辅助救援装置。即定位装置能发送位置信号的时长收到电池储能量的限制，若电池供能停止，则此类装置便失效。同时，在进行水下航行器救援时，仅发送位置是远远不够的，此类定位装置缺少辅助的导缆装置。另一种方式则是使得水下航行器呈正浮力状态，在使用时，利用控制装置使其下沉，同时在缆绳接头上采用压力接头，当水下航行器发生如被渔网缠绕等意外状况时，缆绳拉力超过压力接头的额定拉力，接头脱开，正浮力使得水下航行器上浮。此类定位救援装置，受限于水下航行器的自身压载和现场情况，当水下航行器被卡住或水下障碍物过重，则水下航行器难以依靠浮力上浮，则此类救援装置失效。

由此看来，在水下航行器的救援装置，不仅需要定位功能，同时兼具辅助救援功能也是必不可少的。水下航行器搭载兼具定位和辅助救援的装置，能在很大程度上帮助解决水下航行器在使用过程中发生故障或失联时难寻找、难救援的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在解决水下航行器在发生故障或失联时难定位、难救援的问题，提供一种兼具定位和救援的装置，使航行器在失去控制之后能够很快的被定位和救援，从而节约大量的寻找和救援成本。

本实用新型在定位功能的基础上，利用气囊充气产生浮力并浮出水面，采用“穿针引线”的方法方便地救起航行器；本实用新型采用的电路方便简单，不易损坏，为及时的救援以及减少财产的损失提供了保证。

本实用新型通过如下方案实现：

一种用于无人水下航行器的定位装置，主要包括电池、开关、保护电阻、电磁继电器、主控芯片、GPS定位系统、点火器、隔板、气囊、外壳、绳索；外壳为空心结构，外壳通过隔板分隔为非水密腔体和水密腔体两部分；所述的非水密腔体中设有绳索、气囊和点火器，点火器设置在气囊上；所述的水密腔体中设有电池、开关、保护电阻、电磁继电器、主控芯片和GPS定位系统；

所述的电池、开关、保护电阻、电磁继电器和主控芯片依次通过导线连接，形成串联电路，其中，电磁继电器的被控制回路的两个触点分别通过导线与保护电阻和主控芯片连接；所述的点火器和GPS定位系统通过导线分别与主控芯片连接；电磁继电器的控制回路两个常开触点分别与总电源两端连接，总电源设置在拖船上或为水下航行器自带；

所述的绳索一端穿过环状结构，另一端穿过环形气囊，绳索的两端系在一起，接头在环形气囊附近。

为进一步实现本实用新型目的，优选地，所述的空心结构为空心筒体结构。

优选地，所述的环状结构为水下航行器上的高强度结构，环状结构的材质为不锈钢或铝合金。

优选地，所述的外壳的两端用封盖封口。

优选地，所述的隔板上设有密封孔，导线通过隔板与位于非水密空腔中的点火器连接；在密封孔处进行水密处理。

优选地，所述的GPS定位系统采用UBLOX公司的NEO-6M模组，具有50通道，追踪灵敏度高达-161dBm。

优选地，所述的主控芯片采用ARM7芯片，功耗低，而且运行速度快。

优选地，所述的气囊材料优选为橡胶，外形为车胎环状，内有叠氮化钠(NaN3)或硝酸铵(NH4NO3)等物质。点火后，这些物质会迅速发生分解反应，产生大量气体，充满气囊。(叠氮化钠分解产生氮气和固态钠；硝酸铵分解产生大量的一氧化二氮(N2O)气体和水蒸气)，为了安全起见，点火器采用电极塞安全气囊点火器，点火器安装在气囊上，安装位置要保证气密性。

优选地，所述的绳索采用聚酯纤维绳，绳索的长度随着水下航行器作业区域的水深可以适当加长，保证水下航行器即使沉底，气囊仍可以浮上水面。

优选地，所述的电磁继电器选用正泰小型中间继电器24V JZX-22F，并连接至常开触点(也就是在常规情况下处于断开状态，动作后处于闭合导通状态)。

电池主要用于主控芯片提供电源，所以电压保持在12v即可，优选为蒲迅PXE-3S1P1锂电池，体积小(18mm*54mm*67mm)，重量轻(<100g)。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:

(1)结构简单，易于装卸。本实用新型体积较小，约为π×7.5×7.5×10cm³，重量小于1kg，适应性强，占地面积小，能广泛的安装在不同外形的水下航行器中，且不影响其本身的仪器布置和航行器自身操纵；

(2)机动性强，反应迅速有效。在拖曳式水下无人航行器脐带缆或者遥控式无人水下航行器断电、搁浅、撞击等危险的情况下，本实用新型以这些危险所共有的一个特点——断电为信号，触发电磁继电器开关，给主控芯片供电，主控芯片传递信号给点火器和GPS定位系统，使GPS定位系统能够发送航行器所在的位置，同时激发气囊。该反馈机制的实现能在1s内实现，反应迅速且有效，此过程不需要人工手动进行，在水下航行器发生故障失去动力或失去通讯时，该装置可自动开启，从而使得对水下航行器的定位和救援工作得以开展，方便人们对发生故障或失联的水下航行器进行搜寻和救援；

(3)辅助救援，方法简单高效。点火器收到主控芯片的信号进行点火，气囊内的化学物质发生反应，产生大量气体，使气囊胀大，产生浮力，气囊开始上浮，带动和气囊连接的绳索开始上浮，等到浮出水面之后，搜救人员可以通过拉动绳索，绳索一端系上救援用高强度钢丝绳，拉动绳索的另一端，在绳索的引导下钢丝绳会穿过高强度的环状结构，通过拉动钢丝绳将航行器拉上来，救援方便且快捷有效；

(4)电路简单可靠，容易连接与实施。本实用新型的电路采用串联电路，由电池、开关、保护电阻、电磁继电器被控制回路的两个触点、主控芯片连接；主控芯片控制点火器和GPS定位系统。该电路容易连接，电路中的器件容易采购，电路满足使用要求且简单不易损坏。

附图说明

图1是本实用新型用于无人水下航行器的定位装置的结构展开图；

图2是图1中水密腔体中部件设置结构示意图；

图3是图1中非水密腔体中部件设置结构示意图；

图4是本实用新型用于无人水下航行器的定位装置的电路图；

图5是气囊涨开后示意图；

图6是绳索引导钢丝绳示意图；

图7是钢丝绳拉动水下航行器示意图。

图中示出：电池1、开关2、保护电阻3、电磁继电器4、主控芯片5、GPS定位系统6、点火器7、隔板8、气囊9、外壳10、绳索11、封盖12、环状结构13、钢丝绳14、总电源15。

具体实施方式

为更好地理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于实施方式表述的范围。

如图1-图3所示，一种用于无人水下航行器的定位装置主要包括电池1、开关2、保护电阻3、电磁继电器4、主控芯片5、GPS定位系统6、点火器7、隔板8、气囊9、外壳10、绳索11、封盖12；外壳10为空心结构，优选为空心筒体结构，外壳10的两端用封盖12封口；外壳10通过隔板8分隔为非水密腔体和水密腔体两部分；非水密腔体中设有绳索11、气囊9和点火器7，点火器7设置在气囊9上；水密腔体中设有电池1、开关2、保护电阻3、电磁继电器4、主控芯片5、GPS定位系统6。

如图4所示，电池1、开关2、保护电阻3、电磁继电器4和主控芯片5依次通过导线连接，形成串联电路，其中，电磁继电器4的被控制回路的两个触点分别通过导线与保护电阻3和主控芯片5连接；点火器7和GPS定位系统6通过导线分别与主控芯片5连接，由主控芯5发出信号控制点火器7和GPS定位系统6；电磁继电器4的控制回路两个常开触点分别与总电源15两端连接，总电源15设置在拖船上或为水下航行器自带；电磁继电器4的控制回路两个常开触点在常规情况下处于断开状态，动作后处于闭合导通状态。

如图5所示，绳索11一端穿过环状结构13，另一端穿过环形气囊9，绳索11的两端系在一起，接头在环形气囊9附近；环状结构13优选为水下航行器上的强度较高的结构，材质优选为不锈钢或铝合金。

气囊9充气上升后，连着绳索11上升至水面。如图6所示，搜寻人员通过定位找到气囊9，并解开气囊9附近的绳结，在绳索11一端系上钢丝绳14，拉动绳索11的另一端，在绳索11的引导下钢丝绳14穿过高强度的环状结构13；如图7所示，等钢丝绳在绳索11的引导下回到水面时，将钢丝绳两端固定在救援船的绞车上，通过拉动钢丝绳14带动环状结构13，将水下航行器从水底拉上来，实现对水下航行器的救援。

为了保证水密腔体的水密性，隔板8上设有密封孔，用于控制点火器7的导线通过，在密封孔处进行水密处理。导线通过隔板与位于非水密空腔中的点火器7连接；气囊9上安装点火器7的安装位置要保证气密性。

当无人水下航行器遇到拖缆断裂、搁浅或撞击损坏、电量耗尽等危险的情况时，拖船上或水下航行器自带的总电源15无法继续给水下航行器供电，使电磁继电器4的控制回路的状态由通路转化为断路，使常开触点闭合，进而接通了电磁继电器4被控制回路的两个触点；由电池1、开关2、保护电阻3、电磁继电器4、主控芯片5连接的串联电路接通。由电池1给主控芯片5提供电能，使主控芯片5产生电流信号，通过导线传递给点火器7和GPS定位系统6。GPS定位系统6发送定位给搜寻人员，点火器7点燃气囊内的化学物质反应从而产生大量气体，使气囊9膨胀，弹开封盖12，利用浮力点火器7与导线断开，开始上升，直至到达水面。此过程不需要人工手动进行，在水下航行器发生故障后，该装置可自动开启，从而使得对水下航行器的定位和救援工作得以开展。

电池1主要用于主控芯片5提供电源，电压保持在12v即可，电池1优选采用用蒲迅PXE-3S1P1锂电池，体积小(18mm*54mm*67mm)，重量少(<100g)。

GPS定位系统6优选采用UBLOX公司的NEO-6M模组NEO-6M模组，具有50通道，追踪灵敏度高达-161dBm。

主控芯片5优选采用ARM7芯片，功耗低，而且运行速度快。

考虑到轻便，柔软方便折叠等需求，绳索11优选采用聚酯纤维绳，绳索的长度随着水下航行器作业区域的水深可以适当加长，保证水下航行器即使沉底，气囊9仍可以浮上水面。

气囊9的材料优选为橡胶，外形为车胎环状，内有叠氮化钠(NaN3)或硝酸铵(NH4NO3)等物质。点火后，这些物质会迅速发生分解反应，产生大量气体，充满气囊。叠氮化钠分解产生氮气和固态钠；硝酸铵分解产生大量的一氧化二氮(N2O)气体和水蒸气。

为了安全起见，点火器7采用电极塞安全气囊点火器，点火器7安装在气囊上，安装位置要保证气密性。

电磁继电器4选用正泰小型中间继电器24V JZX-22F，并连接至常开触点(也就是在常规情况下处于断开状态，动作后处于闭合导通状态)。

本实用新型一种用于无人水下航行器的定位装置具体工作过程如下：

无人水下航行器在航行时，闭合开关2，再将水下航行器沉入水中进行探测等工作。

在航行过程中，当无人水下航行器遇到拖缆断裂、搁浅或撞击损坏、电量耗尽等危险的情况时，拖船上或水下航行器自带的总电源15无法给水下航行器继续供电，导致连接电磁继电器4的常开触点的线无法供电，也就是在常开触点上产生了一个由通电到断开的动作，该动作促使电磁继电器4的被控制回路处于导通状态，进而接通了由电池1、开关2、保护电阻3、电磁继电器4被控制回路的两个触点和主控芯片5连接的串联电路。然后由电池1给主控芯片5提供电能，通过导线将电流信号传递给GPS定位系统6和点火器7，GPS定位系统6发送水下航行器的实时位置给搜寻人员，点火器7点燃气囊9内的化学物质产生大量气体，使气囊9膨胀产生浮力，弹开封盖12，带着绳索11开始上升，直至水面。在气囊9上升过程中，点火器7与导线断开，水密结构留在航行器上，非水密结构中气囊9、点火器7、与气囊9连接的绳索11都开始上升至水面，然后搜寻人员通过定位找到气囊9，绳索11一端系上钢丝绳14，拉动绳索11的另一端，在绳索11的引导下钢丝绳14穿过高强度的环状结构13，救援人员可通过拉动钢丝绳14实现对水下航行器的救援。

在航行过程中，当任务完成没有意外发生时，无人水下航行器收回后，先断开开关2，使救援装置处于关闭状态，然后再断开拖船上或水下航行器自带的总电源15。

如上所述，便很好地实现本实用新型一种用于无人水下航行器的定位装置的功能。本实用新型不受上述实施方式约束，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的替代方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于无人水下航行器的定位装置，其特征在于，主要包括电池、开关、保护电阻、电磁继电器、主控芯片、GPS定位系统、点火器、隔板、气囊、外壳、绳索；外壳为空心结构，外壳通过隔板分隔为非水密腔体和水密腔体两部分；所述的非水密腔体中设有绳索、气囊和点火器，点火器设置在气囊上；所述的水密腔体中设有电池、开关、保护电阻、电磁继电器、主控芯片和GPS定位系统；

2.根据权利要求1所述的用于无人水下航行器的定位装置，其特征在于，所述的空心结构为空心筒体结构。

3.根据权利要求1所述的用于无人水下航行器的定位装置，其特征在于，所述的环状结构为水下航行器上的高强度结构，环状结构的材质为不锈钢或铝合金。

4.根据权利要求1所述的用于无人水下航行器的定位装置，其特征在于，所述的外壳的两端用封盖封口。

5.根据权利要求1所述的用于无人水下航行器的定位装置，其特征在于，所述的隔板上设有密封孔，导线通过隔板与位于非水密空腔中的点火器连接；在密封孔处进行水密处理。

6.根据权利要求1所述的用于无人水下航行器的定位装置，其特征在于，所述的GPS定位系统采用NEO-6M模组。

7.根据权利要求1所述的用于无人水下航行器的定位装置，其特征在于，所述的主控芯片采用ARM7芯片。

8.根据权利要求1所述的用于无人水下航行器的定位装置，其特征在于，所述的气囊的材料为橡胶，外形为车胎环状，内有叠氮化钠或硝酸铵。

9.根据权利要求1所述的用于无人水下航行器的定位装置，其特征在于，所述的绳索采用聚酯纤维绳。

10.根据权利要求1所述的用于无人水下航行器的定位装置，其特征在于，所述的电磁继电器选用小型中间继电器24V JZX-22F。