一种可沉底作业的海缆巡检AUV及其沉底作业方法技术

本发明专利技术提供了一种可沉底作业的海缆巡检AUV及其沉底作业方法，其中一种可沉底作业的海缆巡检AUV包括扁平状的外壳，所述外壳内设有前舱、中舱、后舱；所述前舱、中舱、后舱内均设置有框架式的支撑骨架；所述支撑骨架固定在外壳底部上，所述前舱的支撑骨架通过中舱的支撑骨架与后舱的支撑骨架连接或直接与后舱的支撑骨架连接：所述中舱的支撑骨架上固定有六轴机器手和浮力调节机构；所述外壳的底部安装有用于起落的起落架结构。本发明专利技术采用在不同舱体内设置框架式支撑骨架，可以将调试过程中不经常使用的零部件放置中舱的支撑骨架中，在调试过程中，单单使用后舱及前舱就可以组装起来下水进行调试，方便调试。方便调试。方便调试。

【技术实现步骤摘要】
一种可沉底作业的海缆巡检AUV及其沉底作业方法


[0001]本专利技术属于水下机器人
，具体涉及一种可沉底作业的海缆巡检AUV及其沉底作业方法。

技术介绍

[0002]常规的海缆巡检AUV的主要功能是进行航行和巡检，作业能力弱。AUV如果要开展作业则需要先进行AUV本体的动力悬停，然后控制机械手工作。这样的悬停作业方式对动力悬停控制的要求非常高，而且很难进行精细作业。
[0003]现有AUV技术存在以下不足之处：
[0004]1)仅仅通过更换模组来实现不同功能，受限于最初模组的形状，后面所需模组的形状也都已经固定。
[0005]2)通常巡检AUV只能单一功能的进行巡检，且非拼接式结构，不能够随意的更换零部件以满足不同的功能需要。
[0006]3)受AUV自身驱动自由度和水下洋流等复杂环境的影响，AUV很难实现精确稳定悬停，更难控制机械手进行精细的作业。

技术实现思路

[0007]针对目前存在的技术问题，本专利技术提供了一种可沉底作业的海缆巡检AUV及其沉底作业方法，零部件更换灵活，提高了海缆的定位精度，能够灵活有效实现海缆巡检，并能够沉底进行精细作业。
[0008]本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种可沉底作业的海缆巡检AUV，其特征在于：包括扁平状的外壳，所述外壳内设有前舱、中舱、后舱；所述前舱、中舱、后舱内均设置有框架式的支撑骨架；所述支撑骨架固定在外壳底部上，所述前舱的支撑骨架通过中舱的支撑骨架与后舱的支撑骨架连接或直接与后舱的支撑骨架连接；
[0010]所述前舱内的支撑骨架上安装有密封设置的组合磁力仪系统、多普勒测速仪和离底高度计，所述前舱内的支撑骨架上对称设置有用于AUV的上浮下沉的前垂直推进器，所述前垂直推进器与外部水流连通；
[0011]所述中舱内的支撑骨架上固定有摄像模组、水下灯以及声通信机；所述中舱的两侧均安装有角度可调整的侧扫声纳换能器；所述中舱的支撑骨架上固定有能伸出AUV底部进行作业的机械手；所述中舱的支撑骨架上安装有控制AUV浮力的浮力调节装置；
[0012]所述后舱内的支撑骨架上安装有密封设置的电子舱，所述电子舱内置有控制推进器和舵机动作的电子控制系统，所述电子控制系统与组合磁力仪系统、多普勒测速仪、离底高度计、摄像模组、水下灯、声通信机、侧扫声纳换能器通讯连接，所述电子控制系统通过密封好的天线与外部通讯连接，所述天线穿出外壳设置并在外部罩设有导流罩；所述电子舱的两侧安装有密封的电池舱，所述电池舱内安装有供电的电池模组；所述后舱的尾部设置
有两块分开设置的舵板，所述舵板与控制其上下摆动的舵机连接，所述后舱的尾部在两舵板的外侧均安装有水平设置用于AUV前后推进的直流推进器，所述后舱后安装的支撑骨架上固定有用于辅助AUV的上浮和下潜以及悬停的后垂直推进器，所述后垂直推进器与外部水流连通；所述后舱的尾部与其内支撑骨架之间通过尾部拉伸件连接；
[0013]所述外壳的底部安装有用于起落的起落架结构。本专利技术采用在不同舱段内设置框架式支撑骨架，可以将AUV航行过程中非必需的设备，例如摄像头，水下照明灯，侧扫声纳等放置在中舱的支撑骨架中，在调试过程中，单单使用后舱及前舱就可以组装起来下水进行调试，方便调试，同时对于可能出现的后期修改问题，也提供了一个较为方便有效的方案，并不用对于整体AUV的构造进行修改，大大减少了设计生产中产生的成本。由于是框架式的骨架结构，对于出现的安装问题，也可以通过修改单独的骨架来进行修改设计产生的误差，大大减少了试错的成本。并且通过设置浮力调节装置、机械手、起落架来实现AUV的沉底检修，实现精细作业。
[0014]进一步，所述后舱和中舱的支撑骨架均包括若干块支撑板和若干根连接梁，所述后舱和中舱的支撑板均通过相应的连接梁固定在一起，所述后舱的支撑骨架和中舱的支撑骨架之间通过相邻支撑板固定连接，所述前舱的支撑骨架与中舱的支撑板或后舱的支撑板固定连接。
[0015]进一步，所述前舱包括主舱体和对称设置在主舱体两侧的侧舱体，所述组合磁力仪系统包括一个前置磁力仪和一对分别布置在两侧的侧翼磁力仪，所述前置磁力仪通过固定卡箍固定在主舱体内的支撑骨架和主舱体的底部上并与AUV的轴线平行设置，两个侧翼磁力仪通过固定卡箍分别固定安装在相应的侧舱体内并均与AUV的轴线垂直设置；所述前置磁力仪和侧翼磁力仪外均设置有密封舱。为减少AUV自身对磁力仪带来的磁干扰，前置磁力仪和一对侧翼磁力仪布置在尽量远离电子舱和其他干扰源的位置。本专利技术通过一个前置磁力仪和两个侧翼磁力仪形成组合磁力仪系统，可以确定AUV相对于海缆的位置，为AUV沿着海缆巡检提供导引信号。其中，前置磁力仪优选三轴感应线圈式的传感器或高灵敏度磁通门传感器。海缆可视为无限长直导线模型，根据电磁场理论和电磁波传播规律，长直导线中通过交流电流时，在其周围会产生交变电磁场并向外传播。海缆周围某点的磁感应强度与海缆的垂直距离成反比，方向与导线横截面相垂直。磁力线为以该长直导线为圆心的同心圆，方向由安培右手定则确定。前置磁力仪通过检测海缆周围交变磁场的三轴分量，可以推算出AUV相对于海缆轴心的方位，同时结合AUV导航系统得到的航行距离，可以推算出AUV相对于海缆的距离。这些信号为AUV沿着海缆巡检提供导引。前置磁力仪若选用三轴感应线圈式的传感器，因为感应线圈可以感应海缆通交流电后的交变磁场，而地磁场和其他静态干扰磁场则不被感应，这样可以大大提高前置磁力仪检测到信号的信噪比。前置磁力仪若选用高灵敏度磁通门传感器，则需要针对海缆交流电的频率设计高通滤波器，将输入信号中的静态磁场滤除，保留海缆产生的交变磁场信号。与前置磁力仪主要检测海缆产生的交变磁场不同，一对侧翼磁力仪检测的信号则包含了海缆产生的交变磁场和静态地磁场。通过对一对侧翼磁力仪检测的信号作差分处理，相同的静态地磁场分量被自动减掉，保留下表征AUV相对于海缆位置的差分分量。该信号同样可以为AUV沿着海缆巡检提供导引。为了提高海缆的定位精度，两个侧翼磁力仪之间的距离应尽量大。本专利技术组合了前置磁力仪检测交变磁场和一对侧翼磁力仪检测差分信号两种不同的方式，通过信息融合并结合AUV自
身的导航系统，得到AUV相对于海缆的位置和方位，为AUV沿着海缆巡检提供导引。
[0016]进一步，所述舵机的输出轴依次通过传动短轴、挠性联轴器、传动长轴、小锥齿轮、大锥齿轮与舵板连接，所述舵板通过陶瓷轴承可转动的嵌装在后舱尾部，所述传动短轴和传动长轴上均通过陶瓷轴承可旋转地安装于法兰盘式的轴承座内，所述轴承座固定在后舱内的凸台上。本专利技术所述舵板的上下摆动通过舵机的旋转经过传动短轴
‑
挠性联轴器
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传动长轴
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小锥齿轮
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安装在舵板上大锥齿轮进行传动。
[0017]进一步，所述电池舱安装于滑轨上，所述滑轨架设在后舱的支撑骨架的下部贴近舱底设置。本专利技术电池舱的放置采用滑轨式布置，滑轨放置于整体中心之下，贴近舱底，可以降低AUV的重心，提高稳心高，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可沉底作业的海缆巡检AUV，其特征在于：包括扁平状的外壳，所述外壳内设有前舱、中舱、后舱；所述前舱、中舱、后舱内均设置有框架式的支撑骨架；所述支撑骨架固定在外壳底部上，所述前舱的支撑骨架通过中舱的支撑骨架与后舱的支撑骨架连接或直接与后舱的支撑骨架连接；所述前舱内的支撑骨架上安装有密封设置的组合磁力仪系统、多普勒测速仪和离底高度计，所述前舱内的支撑骨架上对称设置有用于AUV的上浮下沉的前垂直推进器，所述前垂直推进器与外部水流连通；所述中舱内的支撑骨架上固定有摄像模组、水下灯以及声通信机；所述中舱的两侧均安装有角度可调整的侧扫声纳换能器；所述中舱的支撑骨架上固定有能伸出AUV底部进行作业的机械手；所述中舱的支撑骨架上安装有控制AUV浮力的浮力调节装置；所述后舱内的支撑骨架上安装有密封设置的电子舱，所述电子舱内置有控制推进器和舵机动作的电子控制系统，所述电子控制系统与组合磁力仪系统、多普勒测速仪、离底高度计、摄像模组、水下灯、声通信机、侧扫声纳换能器通讯连接，所述电子控制系统通过密封好的天线与外部通讯连接，所述天线穿出外壳设置并在外部罩设有导流罩；所述电子舱的两侧安装有密封的电池舱，所述电池舱内安装有供电的电池模组；所述后舱的尾部设置有两块分开设置的舵板，所述舵板与控制其上下摆动的舵机连接，所述后舱的尾部在两舵板的外侧均安装有水平设置用于AUV前后推进的直流推进器，所述后舱后安装的支撑骨架上固定有用于辅助AUV的上浮和下潜以及悬停的后垂直推进器，所述后垂直推进器与外部水流连通；所述后舱的尾部与其内支撑骨架之间通过尾部拉伸件连接；所述外壳的底部安装有用于起落的起落架结构。2.根据权利要求1所述的一种可沉底作业的海缆巡检AUV，其特征在于：所述后舱和中舱的支撑骨架均包括若干块支撑板和若干根连接梁，所述后舱和中舱的支撑板均通过相应的连接梁固定在一起，所述后舱的支撑骨架和中舱的支撑骨架之间通过相邻支撑板固定连接，所述前舱的支撑骨架与中舱的支撑板或后舱的支撑板固定连接。3.根据权利要求1或2所述的一种可沉底作业的海缆巡检AUV，其特征在于：所述前舱包括主舱体和对称设置在主舱体两侧的侧舱体，所述组合磁力仪系统包括一个前置磁力仪和一对分别布置在两侧的侧翼磁力仪，所述前置磁力仪通过固定卡箍固定在主舱体内的支撑骨架和主舱体的底部上并与AUV的轴线平行设置，两个侧翼磁力仪通过固定卡箍分别固定安装在相应的侧舱体内并均与AUV的轴线垂直设置；所述前置磁力仪和侧翼磁力仪外均设置有密封舱。4.根据权利要求1或2所述的一种可沉底作业的海缆巡检AUV，其特征在于：所述舵机的输出轴依次通过传动短轴、挠性联轴器、传动长轴、小锥齿轮、大锥齿轮与舵板连接，所述舵板通过陶瓷轴承可转动的嵌装在后舱尾部，所述传动短轴和传动长轴上均通过陶瓷轴承可旋转地安装于法兰盘式的轴承座内，所述轴承座固定在后舱内的凸台上。5.根据权利要求1或2所述的一种可沉底作业的海缆巡检AUV，其特征在于：所述电池舱安装于滑轨上，所述滑轨架设在后舱的支撑骨架的下部贴近舱底设置。6.根据权利要求1或2所述的一种可沉底作业的海缆巡检AUV，其特征在于：所述尾部拉伸件包括一伸直杆和斜拉杆，所述伸直杆的一端通过L型转接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张枫，彭时林，刘敬彪，章雪挺，朱泽飞，田晓庆，郭龙川，王芳，马可可，黄栩，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：