主动捕获水下潜航器对接机构及其工作方法技术

本发明专利技术提供了一种涉及水下对接技术领域的主动捕获水下潜航器对接机构及其工作方法，包括夹持模块、六自由度并联机器人、水下基座、控制模块以及定位模块；控制模块连接六自由度并联机器人，六自由度并联机器人连接于水下基座上，水下基座上设有蓄电池，蓄电池连接定位模块，六自由度并联机器人顶部连接夹持模块，夹持模块通过控制模块与六自由度并联机器人同步运动；定位模块可以获得水下潜航器的位姿信息，从而由控制模块相应地控制抓手的位姿，实现对水下潜航器的捕获和补能。本发明专利技术提供的水下潜航器抓取机构与方法，具有系统定位精度高、动态性能好、适应性强、使用寿命长等优点，解决了水下潜航器的回收与补能问题。解决了水下潜航器的回收与补能问题。解决了水下潜航器的回收与补能问题。

【技术实现步骤摘要】
主动捕获水下潜航器对接机构及其工作方法


[0001]本专利技术涉及水下对接
，具体地，涉及主动捕获水下潜航器对接机构及其工作方法。尤其是一种基于六自由度并联机构的水下对接机构及其工作方法。

技术介绍

[0002]当前无人潜航器发挥其作用遇到的重大问题包括布放回收问题。由于AUV自身携带的能源有限，在完成任务之后，需要定期返航回收，进行能源补给、数据维护、设备检修。而且布放回收AUV的过程复杂，耗费人力物力，人工回收还面临海洋风浪的风险，不仅增加了AUV的运行成本，还使得AUV的作业范围受限。
[0003]传统的水下潜航器回收方式大多为被动式回收方式，通过水下潜航器自主导航运动至回收装置内，但由于AUV的算力有限，以及复杂的水下环境干扰，AUV返航的对接成功率、对接精度不够、自动化水平不高，水下对接系统固定平台的算力优势、主动优势没有发挥出来。亟需开发智能化的平台主动式水下对接技术，以备长期连续海洋勘探、海洋作战与布防。
[0004]经现有技术专利文献检索发现，中国专利技术专利公开号为CN106741758B，公开了一种具备大冗余度的水下对接机构，属于水下对接
，达到克服相对位置和姿态误差的目的。包括2个对接套和驱动机构，2个对接套安装于水下作业驱动机构末端，2个对接套与驱动机构通过连接杆连接，驱动机构随水下移动体运动接近对接柄，驱动机构驱动2个对接套的开口使其形成合拢姿态对对接柄进行捕获；当对接套在驱动机构带动下达到和对接柄相对位置范围时，两个对接套相对合拢；当对接套的套口内壁与对接柄的柄体的边缘接触时，柄体的圆弧边缘将在套口的圆弧内壁或斜面内壁上滑动，并被导入到套口底端的槽口内。而本专利技术提供了主动捕获水下潜航器对接机构及其工作方法，解决AUV返航的对接成功率、对接精度不够、自动化水平不高等问题。因此，该文献与本专利技术所介绍的方法是属于不同的专利技术构思。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种主动捕获水下潜航器对接机构及其工作方法。
[0006]根据本专利技术提供的一种主动捕获水下潜航器对接机构，包括夹持模块、六自由度并联机器人、水下基座、控制模块、蓄电池以及定位模块，控制模块连接六自由度并联机器人，六自由度并联机器人连接于水下基座上，水下基座上设有蓄电池，蓄电池连接定位模块，六自由度并联机器人顶部连接夹持模块；
[0007]夹持模块通过控制模块与六自由度并联机器人同步运动；定位模块可以获得水下潜航器的位姿信息，从而由控制模块相应地控制夹持模块的位姿，实现对水下潜航器的捕获和补能。
[0008]一些实施例中，夹持模块包括夹持装置、无线充电装置、电磁磁吸装置以及夹持基
座，夹持基座的中间连接有无线充电装置，夹持基座的侧边连接有夹持装置，电磁磁吸装置连接于夹持装置上。
[0009]一些实施例中，夹持装置包括夹持杆、夹持平台、传动杆、滑块以及夹持臂，夹持臂底部连接于夹持基座上，夹持臂顶部连接夹持平台，夹持平台上连接有夹持杆，夹持杆通过传动杆连接滑块，滑块连接于夹持臂上；
[0010]滑块在夹持臂上做直线运动，滑块通过传动杆控制夹持杆的张合。
[0011]一些实施例中，夹持杆的夹持工作端面与夹持杆上两孔轴线构成的平面呈30
°
角。
[0012]一些实施例中，电磁磁吸装置连接于夹持平台的中间；
[0013]当水下潜航器靠近夹持装置时，通过控制模块输出的电信号控制开启电磁磁吸装置，电磁磁吸装置实现准确吸附水下潜航器。
[0014]一些实施例中，滑块通过电机
‑
丝杆螺母结构驱动，电机安装于夹持臂的下方，丝杆安装于夹持臂内，电机轴与丝杆通过联轴器相连，滑块固定在丝杆螺母的螺母上。
[0015]一些实施例中，夹持装置的数量大于等于2。
[0016]一些实施例中，定位模块包括双目视觉相机、声纳以及应答器的一种或多种；
[0017]当定位模块采用双目视觉相机时，水下潜航器上安装有多个LED灯，定位模块通过LED灯实时监测水下潜航器的位姿，将水下潜航器的位姿信息反馈给控制模块；
[0018]或者，当定位模块采用声纳和应答器进行组合定位时，声呐安装于水下基座上，应答器安装于水下潜航器上，通过监测声纳和应答器之间的声音传播时间，综合计算得到水下潜航器的位姿，水下潜航器的位姿信息反馈给控制模块。
[0019]一些实施例中，六自由度并联机器人、控制模块、蓄电池、定位模块安装在水下基座上，水下基座安装于海底或水下悬浮平台上，六自由度并联机器人、控制模块、定位模块由蓄电池供电，蓄电池由太阳能、波浪能发电装置充电。
[0020]本专利技术还提供了一种主动捕获水下潜航器对接机构的工作方法，包括以下步骤：
[0021]S1：水下潜航器返航至捕获工作空间内，定位模块获取水下潜航器的位姿，并将水下潜航器的位姿信息反馈给控制模块；
[0022]S2：根据水下潜航器的位姿，控制模块控制六自由度并联机器人的电机，使得夹持模块运动到水下潜航器的位姿；
[0023]S3：控制模块启动电磁磁吸装置，水下潜航器与夹持装置吸合到一起，控制模块控制夹持装置收合，实现对水下潜航器的捕获；
[0024]S4：控制模块控制六自由度并联机器人回归初始位姿，并打开无线充电装置，无线充电装置对水下潜航器进行补能。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0026]1、本专利技术提供的主动捕获水下潜航器对接机构及其工作方法可以实现利用太阳能、波浪能等可再生能源实现自动化的水下潜航器捕获与能源供给，避免水下潜航器返航、回收和补能的繁琐流程，提高水下潜航器区域巡逻续航能力和长期服役能力；
[0027]2、本专利技术提供的主动捕获水下潜航器对接机构利用了六自由度并联机器人进行水下潜航器的捕获，具有系统响应快、动态性能好的优点，可实现水下潜航器在海流扰动下的捕获；还具有适应性强的优点，可以实现水下潜航器在一定范围内各种位姿的捕获；
[0028]3、本专利技术提供的夹持模块采用夹持装置结合电磁磁吸的方式，使得对接更加精
准，可有效地避免捕获过程中的对接位姿误差的影响；
[0029]4、本专利技术提出了采用六自由度并联机构及夹持装置为主的主动捕获方案，与传统的被动式水下潜航器捕获相比，用六自由度的捕获机构去适应水下机器人的姿态，具有原创特征和颠覆性意义。
附图说明
[0030]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0031]图1为本专利技术的主动捕获水下潜航器对接机构的整体结构示意图；
[0032]图2为本专利技术的主动捕获水下潜航器对接机构的夹持模块示意图；
[0033]图3为本专利技术的主动捕获水下潜航器对接机构的工作方法框图；
[0034]图中示出：
[0035]夹持模块1、夹持装置11、夹持杆111、夹持平台112、传动杆113本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动捕获水下潜航器对接机构，其特征在于，包括夹持模块(1)、六自由度并联机器人(2)、水下基座(3)、控制模块(4)、蓄电池(5)以及定位模块(6)，所述控制模块(4)连接所述六自由度并联机器人(2)，所述六自由度并联机器人(2)连接于所述水下基座(3)上，所述水下基座(3)上设有所述蓄电池(5)，所述蓄电池(5)连接所述定位模块(6)，所述六自由度并联机器人(2)顶部连接所述夹持模块(1)；所述夹持模块(1)通过所述控制模块(4)与所述六自由度并联机器人(2)同步运动；所述定位模块(6)可以获得水下潜航器(7)的位姿信息，从而由所述控制模块(4)相应地控制所述夹持模块(1)的位姿，实现对所述水下潜航器(7)的捕获和补能。2.根据权利要求1所述的主动捕获水下潜航器对接机构，其特征在于，所述夹持模块(1)包括夹持装置(11)、无线充电装置(12)、电磁磁吸装置(13)以及夹持基座(14)，所述夹持基座(14)的中间连接有所述无线充电装置(12)，所述夹持基座(14)的侧边连接有所述夹持装置(11)，所述电磁磁吸装置(13)连接于所述夹持装置(11)上。3.根据权利要求2所述的主动捕获水下潜航器对接机构，其特征在于，所述夹持装置(11)包括夹持杆(111)、夹持平台(112)、传动杆(113)、滑块(114)以及夹持臂(115)，所述夹持臂(115)底部连接于所述夹持基座(14)上，所述夹持臂(115)顶部连接所述夹持平台(112)，所述夹持平台(112)上连接有所述夹持杆(111)，所述夹持杆(111)通过所述传动杆(113)连接所述滑块(114)，所述滑块(114)连接于所述夹持臂(115)上；所述滑块(114)在所述夹持臂(115)上做直线运动，所述滑块(114)通过所述传动杆(113)控制所述夹持杆(111)的张合。4.根据权利要求3所述的主动捕获水下潜航器对接机构，其特征在于，所述夹持杆(111)的夹持工作端面与所述夹持杆(111)上两孔轴线构成的平面呈30
°
角。5.根据权利要求4所述的主动捕获水下潜航器对接机构，其特征在于，所述电磁磁吸装置(13)连接于所述夹持平台(112)的中间；当水下潜航器(7)靠近所述夹持装置(11)时，通过所述控制模块(4)输出的电信号控制开启所述电磁磁吸装置(13)，所述电磁磁吸装置(13)实现准确吸附所述水下潜航器(7)。6.根据权利要求5所述的主动捕获水下潜航器对接机构，其特征在于，所述滑块(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫星，文娱，岳剑桥，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：