一种USV水面回收AUV的回收对接系统及其回收对接方法技术方案

本发明专利技术涉及一种USV水面回收AUV的回收对接系统及其回收对接方法，AUV端相机和差分GPS固定与调整单元及AUV端导引与锁紧单元分别安装于AUV上，AUV端相机和差分GPS固定与调整单元具有AUV端差分GPS，导引爪的一侧安装于AUV上，上锁紧爪及下锁紧爪的一端分别与导引爪的另一侧铰接，另一端分别通过上、下扭簧顶在导引爪上设置的定位销上；USV端灯光导引单元的一侧通过缆绳与USV连接，另一侧设有与AUV端导引与锁紧单元对接的对接杆，该USV端灯光导引单元具有用于灯光导引的照明灯；USV端差分GPS安装在USV上。本发明专利技术简洁可靠，通用性高，大大降低了技术成本，提高了对接的成功率，创新性地解决了两个水上无人平台的动态对接问题。

【技术实现步骤摘要】
一种USV水面回收AUV的回收对接系统及其回收对接方法
本专利技术属于无人船与无人水下机器人自主回收对接领域，具体地说是一种USV(无人水面艇)水面回收AUV(自主水下航行器)的回收对接系统及其回收对接方法。
技术介绍
随着AUV和USV的技术不断成熟，应用范围越来越广，两种机器人的协作能力也越来越重要。由于彼此的局限性，例如，AUV所携带能源有限，执行任务的时间具有限制；而USV难以监测海底的环境，需要在一定情况下建立两者的对接，以实现信息传输和能源补充。而对于水质监测、应急救援和海岸测绘等这些海况等级较低的场合，水面波浪较小，水面对接的难度较低。传统的回收对接AUV的方法主要有水下入坞对接回收，于2016年4月20日公开的、公开号为CN105501415A的专利技术专利公开了“一种用于深海AUV入坞的末端自动对接装置及方法”，这种回收方法成本较大，耗时较长，属于静态对接方法，无法适用于USV与AUV的动态对接回收场景。因此，设计一种应用于低海况、装置简单，导航精确的动态回收对接系统和方法变得迫切而又关键。
技术实现思路
为了解决传统回收对接AUV存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种USV水面回收AUV的回收对接系统及其回收对接方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术的回收对接系统包括AUV、AUV端相机和差分GPS固定与调整单元、AUV端导引与锁紧单元、USV端灯光导引单元、USV端差分GPS、USV及岸基差分GPS，其中AUV端相机和差分GPS固定与调整单元及AUV端导引与锁紧单元分别安装于AUV上，该AUV端相机和差分GPS固定与调整单元具有AUV端差分GPS，所述AUV端导引与锁紧单元包括导引爪、上扭簧、上锁紧爪、下扭簧、下锁紧爪及定位销，该导引爪的一侧安装于AUV上，所述上锁紧爪及下锁紧爪的一端分别与导引爪的另一侧铰接，上锁紧爪及下锁紧爪的另一端分别通过上扭簧及下扭簧顶在所述导引爪上设置的定位销上；所述USV端灯光导引单元的一侧通过缆绳与USV连接，另一侧设有与AUV端导引与锁紧单元对接的对接杆，该USV端灯光导引单元具有用于灯光导引的照明灯；所述USV端差分GPS安装在USV上，所述岸基差分GPS分别向USV端差分GPS及AUV端差分GPS传达指令；其中：所述AUV端相机和差分GPS固定与调整单元包括AUV端差分GPS、导杆、滑块、调节盘、底托、摄像头固定底板、单目摄像头、支座、固定瓦片及猴箍，该固定瓦片通过猴箍安装在AUV上，所述固定瓦片上设有支座；所述导杆安装在支座上，该导杆上套设有既可相对上下移动又可相对转动的滑块，所述滑块上分别连接有AUV端差分GPS及调节盘，该调节盘上开设有弧形孔，所述底托插设于弧形孔内，在弧形孔内移动，所述单目摄像头通过摄像头固定底板与底托相连，该底托在单目摄像头的竖直角度调节好后与所述调节盘固定；所述滑块在AUV端差分GPS及单目摄像头的水平高度和水平角度调节好后与导杆固定；所述摄像头固定底板的一端与滑块铰接，另一端固接有摄像头固定底座，所述单目摄像头安装在该摄像头固定底座上；所述摄像头固定底板的两侧对称设有调节盘，该调节盘的一端与所述滑块固接，另一端开设有所述弧形孔，所述底托的两端分别插设于两侧的弧形孔内；所述导引爪的一侧安装于AUV上，另一侧呈“V”字形，该“V”字形的每条边上均设有销轴及定位销，所述上扭簧及下扭簧对称设置在“V”字形的两条边上，该上扭簧及下扭簧的一端分别连接于“V”字形的两条边上，所述上锁紧爪及下锁紧爪的一端分别与“V”字形两条边上的锁轴铰接，该上锁紧爪及下锁紧爪的另一端分别通过上扭簧及下扭簧的另一端顶在“V”字形两条边上的定位销上；所述上锁紧爪及下锁紧爪之间为对接口，该上锁紧爪及下锁紧爪在与所述对接杆对接时，分别顺时针、逆时针绕各自的销轴转动，所述对接口打开，所述上锁紧爪及下锁紧爪在对接杆进入后，分别通过上扭簧及下扭簧的弹力作用复位、顶住定位销，锁紧所述对接杆；所述USV端灯光导引单元包括灯环、灯架、电源模块、浮筒及对接杆，该灯架上安装有提供浮力的浮筒，所述灯环设置在灯架上，该灯环上均布有照明灯，并通过安装于灯架上的电源模块为照明灯独立供电；所述对接杆固接于灯架的另一侧；所述灯架上分别安装有固定轴及用于系缆绳的挂钩，该固定轴上安装有增加整体稳定性的稳定翼；所述挂钩及固定轴均可相对移动地安装在灯架上，所述灯环可上下移动地安装在灯架上；本专利技术USV水面回收AUV的回收对接系统的回收对接方法包括以下步骤：A.所述AUV执行回收任务时，上浮到水面，通过无线电向所述USV传达回收信号；B.利用所述岸基差分GPS为基准，修正所述安装在AUV上的AUV端差分GPS和安装在USV上的USV端差分GPS的位置；C.所述USV把自身位置通过无线电告知AUV，AUV根据自身以及USV的位置得出追逐路径，然后通过无线电向USV传达运动指令，AUV按照路径加速航行，USV按照路径减速航行；D.所述AUV不断根据AUV端差分GPS和USV端差分GPS的位置修正路径，当AUV航行至USV后方时，使AUV相向追逐USV；E.当所述AUV进入USV端灯光导引单元的导引范围后，AUV通过灯光导引来追逐USV；F.当所述AUV进入灯光导引盲区后，继续追逐USV；G.当所述导引爪接触到对接杆后，该对接杆沿导引爪内壁面滑向所述上锁紧爪与下锁紧爪之间的对接口，该上锁紧爪和下锁紧爪分别顺时针和逆时针转动，对接口打开；所述对接杆进入对接口后，上锁紧爪和下锁紧爪分别在上扭簧和下扭簧的作用下复位、恢复锁紧状态，完成对接。本专利技术的优点与积极效果为：本专利技术简洁可靠，通用性高，大大降低了技术成本，提高了对接的成功率，创新性地解决了两个水上无人平台的动态对接问题。附图说明图1为本专利技术回收对接系统的整体结构示意图；图2为本专利技术回收对接系统中AUV端相机和差分GPS固定与调整单元的立体结构示意图；图3为本专利技术AUV端导引与锁紧单元的结构俯视图；图4为本专利技术AUV端导引与锁紧单元的结构仰视图；图5为本专利技术回收对接系统中USV端灯光导引单元的立体结构示意图；其中：1为AUV，2为AUV端相机和差分GPS固定与调整单元，3为AUV端导引与锁紧单元，4为USV端灯光导引单元，5为缆绳，6为USV端差分GPS，7为USV端差分GPS，8为USV，9为AUV端差分GPS，10为GPS固定底板，11为导杆，12为滑块，13为调节盘，14为底托，15为摄像头固定底板，16为摄像头固定底座，17为单目摄像头，18为支座，19为固定瓦片，20为猴箍，21为导引爪，22为上扭簧，23为上锁紧爪，24为灯环，25为蓝光防水灯，26为灯架，27为挂钩，28为电源模块，29为固定轴，30为浮筒，31为稳定翼，32为对接杆，33为岸基差分GPS，34为下锁紧爪，35为下扭簧，36为定位销，37为弧形孔，38为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种USV水面回收AUV的回收对接系统，其特征在于：包括AUV(1)、AUV端相机和差分GPS固定与调整单元(2)、AUV端导引与锁紧单元(3)、USV端灯光导引单元(4)、USV端差分GPS(7)、USV(8)及岸基差分GPS(33)，其中AUV端相机和差分GPS固定与调整单元(2)及AUV端导引与锁紧单元(3)分别安装于AUV(1)上，该AUV端相机和差分GPS固定与调整单元(2)具有AUV端差分GPS(9)，所述AUV端导引与锁紧单元(3)包括导引爪(21)、上扭簧(22)、上锁紧爪(23)、下扭簧(35)、下锁紧爪(34)及定位销(36)，该导引爪(21)的一侧安装于AUV(1)上，所述上锁紧爪(23)及下锁紧爪(34)的一端分别与导引爪(21)的另一侧铰接，上锁紧爪(23)及下锁紧爪(34)的另一端分别通过上扭簧(22)及下扭簧(35)顶在所述导引爪(21)上设置的定位销(36)上；所述USV端灯光导引单元(4)的一侧通过缆绳(5)与USV(8)连接，另一侧设有与AUV端导引与锁紧单元(3)对接的对接杆(32)，该USV端灯光导引单元(4)具有用于灯光导引的照明灯；所述USV端差分GPS(7)安装在USV(8)上，所述岸基差分GPS(33)分别向USV端差分GPS(7)及AUV端差分GPS(9)传达指令。/n...

【技术特征摘要】
1.一种USV水面回收AUV的回收对接系统，其特征在于：包括AUV(1)、AUV端相机和差分GPS固定与调整单元(2)、AUV端导引与锁紧单元(3)、USV端灯光导引单元(4)、USV端差分GPS(7)、USV(8)及岸基差分GPS(33)，其中AUV端相机和差分GPS固定与调整单元(2)及AUV端导引与锁紧单元(3)分别安装于AUV(1)上，该AUV端相机和差分GPS固定与调整单元(2)具有AUV端差分GPS(9)，所述AUV端导引与锁紧单元(3)包括导引爪(21)、上扭簧(22)、上锁紧爪(23)、下扭簧(35)、下锁紧爪(34)及定位销(36)，该导引爪(21)的一侧安装于AUV(1)上，所述上锁紧爪(23)及下锁紧爪(34)的一端分别与导引爪(21)的另一侧铰接，上锁紧爪(23)及下锁紧爪(34)的另一端分别通过上扭簧(22)及下扭簧(35)顶在所述导引爪(21)上设置的定位销(36)上；所述USV端灯光导引单元(4)的一侧通过缆绳(5)与USV(8)连接，另一侧设有与AUV端导引与锁紧单元(3)对接的对接杆(32)，该USV端灯光导引单元(4)具有用于灯光导引的照明灯；所述USV端差分GPS(7)安装在USV(8)上，所述岸基差分GPS(33)分别向USV端差分GPS(7)及AUV端差分GPS(9)传达指令。


2.根据权利要求1所述的USV水面回收AUV的回收对接系统，其特征在于：所述AUV端相机和差分GPS固定与调整单元(2)包括AUV端差分GPS(9)、导杆(11)、滑块(12)、调节盘(13)、底托(14)、摄像头固定底板(15)、单目摄像头(17)、支座(18)、固定瓦片(19)及猴箍(20)，该固定瓦片(19)通过猴箍(20)安装在AUV(1)上，所述固定瓦片(19)上设有支座(18)；所述导杆(11)安装在支座(18)上，该导杆(11)上套设有既可相对上下移动又可相对转动的滑块(12)，所述滑块(12)上分别连接有AUV端差分GPS(9)及调节盘(13)，该调节盘(13)上开设有弧形孔(37)，所述底托(14)插设于弧形孔(37)内，在弧形孔(37)内移动，所述单目摄像头(17)通过摄像头固定底板(15)与底托(14)相连，该底托(14)在单目摄像头(17)的竖直角度调节好后与所述调节盘(13)固定；所述滑块(12)在AUV端差分GPS(9)及单目摄像头(17)的水平高度和水平角度调节好后与导杆(11)固定。


3.根据权利要求2所述的USV水面回收AUV的回收对接系统，其特征在于：所述摄像头固定底板(15)的一端与滑块(12)铰接，另一端固接有摄像头固定底座(16)，所述单目摄像头(17)安装在该摄像头固定底座(16)上。


4.根据权利要求2所述的USV水面回收AUV的回收对接系统，其特征在于：所述摄像头固定底板(15)的两侧对称设有调节盘(13)，该调节盘(13)的一端与所述滑块(12)固接，另一端开设有所述弧形孔(37)，所述底托(14)的两端分别插设于两侧的弧形孔(37)内。


5.根据权利要求1所述的USV水面回收AUV的回收对接系统，其特征在于：所述导引爪(21)的一侧安装于AUV(1)上，另一侧呈“V”字形，该“V”字形的每条边上均设有销轴(38)及定位销(36)，所述上扭簧(22)及下扭簧(35)对称设置在“V”字形的两条边上，该上扭簧(22)及下扭...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷海涛，张海洋，林扬，高浩，王子庆，唐东生，陈佳伦，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21