一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置，该装置包括：椭圆柱体捕获笼：尾部开口且内部设有内腔；捕获笼移动组件：包括架设在无人艇控制平台底部的水平横向导轨以及在水平横向导轨上滑动调节横向位置的钢缆收放控制机构；捕获笼固定组件：包括下端与椭圆柱体捕获笼固定连接的垂直杆、套设在垂直杆上的稳定套筒以及与钢缆收放控制机构固定连接的垂直杆锁定夹；AUV识别组件：包括水下照明单元和水下视觉传感器单元；AUV锁定组件：包括设置在椭圆柱体捕获笼尾部内腔的螺杆以及固定在螺杆上的锁定卡扣，与现有技术相比，本发明专利技术具有扩大了可回收区域、降低了高精度对接的要求、降低了回收AUV时艏部的撞击风险等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置


[0001]本专利技术涉及自主式水下潜器回收控制领域，尤其是涉及一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置。

技术介绍

[0002]随着我国海洋探索的逐步进行以及海洋技术的不断发展，AUV(自主式水下潜器)在探索海洋、保障国家安全等方面扮演着越来越重要的角色。二十一世纪以来，海洋科研、开发探索工程，军事应用领域不断对自主式无人水下航行器提出更高的要求。
[0003]尽管AUV在水下的工作时间、续航里程不断地被提高，但是受限于AUV的自身体积、电池规划布局以及电池产业自身的发展。不依靠外界能源补充，仅靠加大AUV自身电池容量，优化AUV能耗以实现更长的水下工作时间是必然存在限度的，因此当AUV完成目标任务后，通常情况下需要人工回收至相关水面平台补充能源，该过程不仅要花费相当大的人力物力，而且要耗费较长时间，如果海况较为恶劣，回收过程将会伴随一定的风险。
[0004]近年来，无人系统的协同合作同样成为了研究热点，其中AUV与水面无人航行器的协同为实现AUV无人自主布放回收、水下充电提供了新的可能性，即USV搭载AUV并自动行驶到遥远的任务地点，自主布放或回收AUV，随后为AUV进行充电，两者之间可以通过水下声学、无线电、卫星通讯等多种通讯手段进行信息交互。
[0005]恶劣海况条件下布放回收AUV主要面临两个方面的挑战。首先，海浪和海流随机动态变化会对AUV的水平和垂直位置以及艏向产生复杂的影响，风浪流又会对无人艇的水平和垂直位置以及艏向产生复杂的影响，这些影响综合作用的结果使得无人艇和AUV之间难以进行高精度的对接，回收方法需要为定位偏离留有尽可能大的容忍裕量。其次，AUV的回收受到多个因素的限制，由于AUV的超短基线系统安装在艏部，受到撞击容易损坏；典型的AUV尾部除了尾翼还有推进器。因此，回收方法还需要特别考虑对艏部和尾翼的保护。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置，该装置包括：
[0009]椭圆柱体捕获笼：尾部开口且内部设有用以收纳AUV的内腔；
[0010]捕获笼移动组件：包括架设在无人艇控制平台底部的水平横向导轨以及在水平横向导轨上滑动调节横向位置的钢缆收放控制机构，所述的钢缆收放控制机构用以实现椭圆柱体捕获笼的竖直收放；
[0011]捕获笼固定组件：包括下端与椭圆柱体捕获笼固定连接的垂直杆、套设在垂直杆上进行竖直滑动的稳定套筒以及用以对稳定套筒进行限位的垂直杆锁定夹，所述的稳定套筒与钢缆收放控制机构固定连接；
[0012]AUV识别组件：包括水下照明单元和水下视觉传感器单元，分别用以提供照明和识别AUV的位置。
[0013]AUV锁定组件：包括设置在椭圆柱体捕获笼尾部内腔的螺杆以及固定在螺杆上的锁定卡扣，用以锁定AUV。
[0014]所述的椭圆柱体捕获笼的头部内腔前端设有缓冲垫，用以在防止AUV与椭圆柱体捕获笼发生撞击损坏。
[0015]所述的椭圆柱体捕获笼的尾部开口面为椭圆状的倾斜面，所述的头部内腔截面面积大于尾部内腔截面面积，用以放置无线充电组件，所述的无线充电组件包括设置在头部内腔的导轨、设于导轨上的无线充电环和无线充电位置识别器，用以对AUV进行充电，所述的椭圆柱体捕获笼尾部开口处设有AUV驶入检测器，用以探测AUV的进出。
[0016]所述的钢缆收放控制机构包括用以控制横向驱动电机的横向移动控制器和钢缆收放设备，所述的钢缆收放设备包括深度控制器、钢缆驱动电机、钢缆收放卷轴和钢缆，所述的钢缆与椭圆柱体捕获笼上的挂钩连接，所述的深度控制器通过发布指令控制钢缆驱动电机实现钢缆的释放和回收，进而实现椭圆柱体捕获笼的上升与下降。
[0017]所述的垂直杆设有两根，均由高强度且轻质耐腐蚀材料制成，其下端通过焊接固定在椭圆柱体捕获笼上部，两根垂直杆的固定位置的间距不小于椭圆柱体捕获笼总长度的二分之一。
[0018]所述的水下照明单元包括分别安装在椭圆柱体捕获笼尾部两侧的主灯组以及安装在无人艇艇身上的副灯组，所述的主灯组和副灯组均由两只高亮度灯组成。
[0019]所述的水下视觉传感器单元包括安装在椭圆柱体捕获笼尾部上方的固定式主摄像头以及安装在无人艇艇身上的布放式侧视监控机构，所述的布放式侧视监控机构包括带有防水罩、水下摄像机以及超短基线系统的水下滑行翼、缆绳收放驱动电机和布放缆绳，所述的水下滑行翼通过布放缆绳与无人艇艇身连接，并通过缆绳收放驱动电机进行收放。
[0020]所述的锁定卡扣设有两个，其间距为AUV一半长度，其中一个锁定卡扣位于尾部开口处。
[0021]应用该AUV自主布放回收充电装置的AUV布放过程包括以下步骤：
[0022]步骤A：无人艇出发前，椭圆柱体捕获笼收起，位于海面之上，AUV置于椭圆柱体捕获笼内，AUV锁定组件与垂直杆锁定夹处于锁定状态，以保证AUV在无人艇在航行过程中不会滑落；
[0023]步骤B：无人艇航行至布放海域，垂直杆锁定夹接收到布放指令后释放垂直杆，深度控制器发出信号，通过钢缆驱动电机带动钢缆收放卷轴释放钢缆，将椭圆柱体捕获笼沉入水中；
[0024]步骤C：AUV锁定组件释放AUV，AUV自主驶离椭圆柱体捕获笼；
[0025]步骤D：AUV驶入检测器探测到AUV驶离后，深度控制器发出信号控制钢缆驱动电机带动钢缆收放卷轴回收钢缆，进而回收椭圆柱体捕获笼，垂直杆锁定夹锁定垂直杆，保证椭圆柱体捕获笼位于水面上，完成布放任务。
[0026]应用该AUV自主布放回收充电装置的AUV回收充电过程包括以下步骤：
[0027]步骤1：无人艇航行至回收海域，AUV与无人艇进行通讯，AUV与无人艇进行方向及位置校正，将艇上回收区域定向至AUV方向；
[0028]步骤2：深度控制器发出信号，通过钢缆驱动电机带动钢缆收放卷轴释放钢缆，将椭圆柱体捕获笼沉入水中，AUV锁定组件呈释放状态，AUV驶入检测器开始启动；
[0029]步骤3：椭圆柱体捕获笼上的固定式主摄像头以及无人艇艇身上的布放式侧视监控机构的水下摄像头拍摄图片，超短基线系统对AUV进行定位；
[0030]步骤4：AUV根据超短基线系统提供的相对位置信息驶入回收区域，深度控制器与横向移动控制器根据拍摄的图片信息以及相对位置信息分别发出信号，控制钢缆驱动电机带动钢缆收放卷轴，进而控制椭圆柱体捕获笼移动至最佳捕获位置，直至AUV驶入椭圆柱体捕获笼后垂直杆锁定夹进行锁定；
[0031]步骤5：AUV驶入检测器探测到AUV驶入后，AUV锁定组件的控制器发出信号，驱动电机接收到信号后旋转带动位于尾部开口处的锁定卡扣沿螺杆收缩，另外一个进行相同操作，进而锁定AUV，完成回收任务；
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置，其特征在于，该装置包括：椭圆柱体捕获笼(1)：尾部开口且内部设有用以收纳AUV的内腔；捕获笼移动组件：包括架设在无人艇控制平台底部的水平横向导轨(5)以及在水平横向导轨(5)上滑动调节横向位置的钢缆收放控制机构，所述的钢缆收放控制机构用以实现椭圆柱体捕获笼(1)的竖直收放；捕获笼固定组件：包括下端与椭圆柱体捕获笼(1)固定连接的垂直杆(6)、套设在垂直杆(6)上进行竖直滑动的稳定套筒(7)以及用以对稳定套筒(7)进行限位的垂直杆锁定夹(13)，所述的稳定套筒(7)与钢缆收放控制机构固定连接；AUV识别组件：包括水下照明单元和水下视觉传感器单元，分别用以提供照明和识别AUV的位置；AUV锁定组件(2)：包括设置在椭圆柱体捕获笼(1)尾部内腔的螺杆(19)以及固定在螺杆(19)上的锁定卡扣(18)，用以锁定AUV。2.根据权利要求1所述的一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置，其特征在于，所述的椭圆柱体捕获笼(1)的头部内腔前端设有缓冲垫(11)，用以在防止AUV与椭圆柱体捕获笼(1)发生撞击损坏。3.根据权利要求2所述的一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置，其特征在于，所述的椭圆柱体捕获笼(1)的尾部开口面为椭圆状的倾斜面，所述的头部内腔截面面积大于尾部内腔截面面积，用以放置无线充电组件(3)，所述的无线充电组件(3)包括设置在头部内腔的导轨、设于导轨上的无线充电环(20)和无线充电位置识别器(4)，用以对AUV进行充电，所述的椭圆柱体捕获笼(1)尾部开口处设有AUV驶入检测器(16)，用以探测AUV的进出。4.根据权利要求1所述的一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置，其特征在于，所述的钢缆收放控制机构包括用以控制横向驱动电机的横向移动控制器(12)和钢缆收放设备，所述的钢缆收放设备包括深度控制器(8)、钢缆驱动电机、钢缆收放卷轴和钢缆，所述的钢缆与椭圆柱体捕获笼(1)上的挂钩连接，所述的深度控制器(8)通过发布指令控制钢缆驱动电机实现钢缆的释放和回收，进而实现椭圆柱体捕获笼(1)的上升与下降。5.根据权利要求1所述的一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置，其特征在于，所述的垂直杆(6)设有两根，均由高强度且轻质耐腐蚀材料制成，其下端通过焊接固定在椭圆柱体捕获笼(1)上部，两根垂直杆(6)的固定位置的间距不小于椭圆柱体捕获笼(1)总长度的二分之一。6.根据权利要求1所述的一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置，其特征在于，所述的水下照明单元包括分别安装在椭圆柱体捕获笼(1)尾部两侧的主灯组(9)以及安装在无人艇艇身上的副灯组(14)，所述的主灯组(9)和副灯组(14)均由两只高亮度灯组成。7.根据权利要求1所述的一种恶劣海况条件下的AUV自主布放回收充电装置，其特征在于，所述的水下视觉传感器单元包括安装在椭圆柱体捕获笼(1)尾部上方的固定式主摄像头(17)以及安装在无人艇艇身上的布放式侧视监控机构(15)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫东，金亦凡，陈卫星，朱翀，杨子恒，董博韬，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：