AUV自动布放回收装置的制作方法

auv自动布放回收装置
技术领域
1.本发明属于水下机器人回收技术领域，具体涉及一种auv自动布放回收装置。


背景技术：

2.地球表面约有71％的面积被海洋覆盖，探索海洋的未知领域、更有效地利用海洋资源等需求对水下航行器的性能提出了很高的要求。考虑到潜航员人身安全、潜航成本等问题，无人水下航行器(unmanned underwater vehicle,uuv)占据了航行器发展的主导地位。uuv可分为自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,auv)和有缆水下航行器(remote operate vehicle,rov)。其中auv可以无需人员控制，通过预先设置好的程序独立航行，作业范围更加广泛。
3.因此，auv的布放与回收方法也就成为了研究重点，当前的auv回收装置有多种，其中多数采用导向罩、喇叭筒等笼箱类装置实现auv的对接和回收，但该类装置存在两方面问题，首先是auv进入笼箱后受气流和船体晃动影响，容易与笼箱发生撞击后并掉落，存在安全隐患；其次是在应对主艇体设有浆、翼等突出结构的auv时，auv容易卡在笼箱中造成磨损，且该种回收方式难以将auv取出存放。
4.申请号为us14774154的美国发明专利公开了一种自主潜水器以及其回收方法，该发明包括母船以及潜水器，母船连接有捕获浮标，捕获浮标内设置有gps定位器以及信号灯，捕获浮标与母船之间连接有浮线，潜水器设置有挂钩，母船上设置有起吊机，起吊机连接有能辅助拉回潜水器的支撑线，该发明的回收方法为：放出浮动线，使用捕获浮标的捕获线有至少一部分漂浮于潜水器上方，使潜水器穿过浮线下方，使得带有捕获浮标的捕获线被捕获在浮动线上，并通过起吊机拉紧浮线将潜水器向母船回收。该发明在以下技术问题上存在改进空间：拉回潜水器的过程中，海面风浪大，不仅捕捉难度大，且拉回过程中，起吊装置受到较大的晃动干涉和较大负载，容易对装置造成损伤。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种能安全稳定、便于操作且适用范围广的auv自动布放回收装置。
6.本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：auv自动布放回收装置，包括：机械臂，机械臂固定有连接件，连接件下方设有收放组件，收放组件包括与连接件连接的旋转组件，旋转组件下方对称布设有夹持组件，夹持组件可相对连接件水平转动。夹持组件能对auv实现夹紧固定和松开投放，通过控制机械臂与旋转组件实现夹持组件在空间内的坐标位置变化以及朝向，便于装置对水中不同姿态的auv进行有效、稳定的夹持并实现回收，避免机械臂的摆幅过大而难以抓取auv，也便于auv以更好地姿态投放入水，有利于auv朝目标区域航行并开展工作。
7.优选地，旋转组件包括与连接件铰接的摆动架，摆动架下方固定有底板，底板下方转动连接有旋转架。
8.优选地，旋转架顶部固定有第一齿轮，第一齿轮与底板转动连接，底板上固定有控制电机，控制电机的转轴连接有第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮配合设置。第一齿轮可带动旋转架转动，通过控制电机使第二齿轮带动第一齿轮转动，从而带动旋转架相对底板转动，从而改变旋转架下方夹持组件的方位朝向，实现夹持组件与auv的姿态匹配，有利于夹持组件稳定、有效地抓取auv实现回收，提高回收效率，避免回收过程消耗时间过长导致auv撞击船体。
9.优选地，夹持组件包括与旋转架底端固定的基板，基板下方固定有连接框和液压缸，液压缸穿过连接框的底部并、且末端下方固定有卡接板，卡接板开设有卡槽，连接框底部对称连接有夹板。
10.优选地，夹板包括与连接框铰接的第一板组，第一板组固定有位于卡槽内的限位柱，第一板组下方末端铰接有第二板组，第二板组与基板之间铰接有液压杆。控制液压缸伸缩带动卡接板升降，同时限位柱会在卡槽内发生滑移，此时第一板组在与连接框铰接处发生摆动，直至第一板组与auv外壳轮廓匹配，此时停止液压缸伸缩，进一步控制两个液压杆伸缩使第二板组在第一板组上发生摆动，直至第二板组与auv外壳轮廓匹配，第一板组与第二板组提高了夹板对不同外形轮廓的auv的适应性，扩大了使用范围，同时也提高了夹板对auv的夹持稳定性，减小夹持过程中auv因受到气流晃动而撞击夹板造成损伤的几率，降低维修成本。
11.优选地，第二板组在内侧间隔布设有多个张紧件，张紧件包括与第二板组固定的垫块，垫块一侧为曲面，垫块的曲面上固定有多个缓冲垫，任一缓冲垫上方设置有压板，压板一端与垫块固定，另一端覆盖在其下方的缓冲垫外侧，缓冲垫开设有多个气孔。夹板收紧后，压板与auv舱体表面接触，防止夹板过分夹持auv舱体造成损伤，压板挤压缓冲垫发生形变，从而吸收机械臂摆动时产生的震动，有利于降低auv受到的干涉，缓冲垫受压挤压气孔内空气，有利于气流集中流动并清除在auv舰体表面的水体和泥沙，一方面降低auv在夹板之间轴向滑动的可能，避免而意外掉落砸伤船体和船员，另一方面降低auv因晃动发生轴向转动的几率，有利于auv保持理想姿态被回收并存放，在投放auv入水时夹板打开，多个压板能通过恢复形变提高与auv的摩擦力，减少auv投放入水时的冲击，有利于延长auv的使用年限。
12.优选地，连接件包括与机械臂固定的连接头，连接头固定有第一滑板，第一滑板下方卡接设置有第二滑板，第二滑板下方卡接设置有摆动头，第二滑板可分别相对第一滑板和摆动头滑移。auv在回收过程中，控制机械臂和收放组件带动auv靠近船体，船体受海上风浪影响带动机械臂发生幅度较大的晃动，第二滑板分别与第一滑板和摆动头发生两个方向的滑动位移，从而减小机械臂传递至夹持组件的晃动，有利于保持auv的回收稳定性，降低auv受到的干涉。
13.优选地，机械臂下方转动设置有收卷筒，收卷筒连接有挂绳，摆动头内转动设置有对挂绳引导的导向轮，第一齿轮中心贯通开设有绳孔，挂绳穿过绳孔且底部固定有挂钩。
14.优选地，旋转架底部贯通开设有滑槽，滑槽内滑动设置有套环，套环内对称布设有滚柱，挂绳穿过套环中心且与多个滚柱接触。
15.优选地，机械臂下方转动设置有调节筒，调节筒与套环之间连接有调节绳，滑槽靠近调节筒的内侧与套环之间连接有弹簧。回收auv时，通过收卷筒转动带动挂绳升降，通过
调节筒转动使调节绳配合弹簧拉动套环在滑槽内滑移，实现对挂绳底部位置进行控制调节，从而实现挂钩与auv吊环的连接，不需要人工干预，提高了回收效率，减少风浪对auv冲击导致撞船的几率，同时也能通过套环辅助稳定auv的吊起，避免auv吊起时猛烈晃动对机械臂产生巨大干涉，实现保护机械臂的作用，弹簧使套环能在滑槽内能来回滑移，便于快速调节挂钩与吊环的连接，挂绳收放时与滚柱滚动接触，有利于对挂绳表面污渍实现清洁，减少了人工成本。
16.本发明由于采用了机械臂配合可多级调节的夹持组件对auv进行夹持收放，因而具有如下有益效果：夹持组件可相对连接件旋转，配合机械臂有利于夹持组件快速匹配auv并回收，提高回收效率；第一板组和第二板组能分级调节，能适应不同外形的auv，提高了适用性；张紧件提高auv的夹持稳定性和安全性，且有效避免过分夹紧带来的损伤；连接头通过滑移限位缓冲船体晃动对auv吊起的影响，避免auv与船体撞击，并减小收放组件以及auv受到的干涉；收卷筒配合调节筒和套环吊起auv的挂绳和吊环实现调节，稳定auv的吊起，且能对挂绳有效清洁。因此，本发明是一种能安全稳定、便于操作且具有良好适应性的auv自动布放回收装置。
附图说明
17.图1为本发明整体外观示意图；图2为机械臂示意图；图3为收放组件示意图；图4为旋转组件示意图；图5为挂绳与调整绳示意图；图6为图5中a区域放大示意图；图7为夹板示意图；图8为张紧件示意图；图9为连接件与摆动架连接状态示意图；图10为连接件侧视图示意图；图11为连接件局部结构示意图。
18.附图标号：机械臂1；基座10；第一摆臂11；第一油缸110；第二摆臂12；第二油缸120；伸缩套13；第三油缸130；伸缩臂131；辅助架14；连接件2；连接头20；第一滑板21；第二滑板22；摆动头23；金属片24；收放组件3；旋转组件4；摆动架40；底板41；旋转架42；第一齿轮43；控制电机44；第二齿轮45；绳孔46；滑槽47；夹持组件5；基板50；连接框51；液压缸52；卡接板53；卡槽54；夹板55；第一板组56；限位柱57；第二板组58；液压杆59；张紧件6；垫块60；缓冲垫61；压板62；气孔63；收卷筒7；挂绳70；导向轮71；挂钩72；第一电机73；套环8；滚柱80；调节筒81；调节绳82；弹簧83；第二电机84；操作台9。
具体实施方式
19.以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实
施例，都属于本发明保护的范围。
20.参见附图1-附图2，auv自动布放回收装置，包括机械臂1，机械臂1包括与船体甲板固定连接的基座10，基座10内置有旋转电机，基座10上方通过旋转电机连接有第一摆臂11，第一摆臂11可相对基座10轴向旋转，第一摆臂11铰接有第二摆臂12，第二摆臂12为内凹壳体，第一摆臂11与第二摆臂12之间配合连接有第一油缸110，第一油缸110的两端分别与第一摆臂11和第二摆臂12铰接，第二摆臂12的末端铰接有伸缩套13，伸缩套13与第二摆臂12在侧方铰接有辅助架14，第二摆臂12与辅助架14之间设置有第二油缸120，第二油缸20两端分别与辅助架14和第二摆臂12铰接，伸缩套13上方设置有第三油缸130，伸缩套13内滑动设置有伸缩臂131，第三油缸130的可伸缩末端与伸缩臂131固定连接，伸缩臂131的末端固定有连接件2，连接件2下方设有收放组件3。
21.第一摆臂11的侧方固定设置有操作台9，操作台9内置有与机械臂1和收放组件3电性连接的控制终端，通过控制终端能实现对第一油缸110、第二油缸120以及第三油缸130的伸缩，从而实现收放组件3在空间中的坐标位置调整，以便收放组件3对auv回收和投放。
22.参见附图3，收放组件3包括与连接件2连接的旋转组件4，旋转组件4下方对称布设有用于对auv实现夹紧的夹持组件5。
23.参见附图4，旋转组件4包括与连接件2铰接的摆动架40，摆动架40固定有底板41，底板41下方转动连接有旋转架42。摆动架40可相对连接件2摆动，以保持下方夹持组件5的垂直姿态，使auv能横向水平入水，便于auv开展潜水探索工作。
24.旋转架42顶部固定有第一齿轮43，第一齿轮43穿过底板41，且第一齿轮43与底板41转动连接，底板41上端面固定有控制电机44，控制电机44的电机转轴固定有第二齿轮45，第二齿轮45与第一齿轮43配合设置，操作台9的控制终端与控制电机44电性连接。
25.由于auv回收时需要减弱动力向船靠近，并保持悬浮姿态等待回收，然而海上风浪会改变auv的姿态和方向，通过操作台9的控制终端对控制电机44发送电信号，使控制电机44的转轴通过第二齿轮45带动第一齿轮43转动，从而带动旋转架42在底板41下方转动，从而实现旋转架42下方夹持组件5的方位调节，实现夹持组件5与auv的姿态匹配，有利于夹持组件5稳定、有效地抓取auv实现回收，提高回收效率，避免回收时间过长导致auv被海浪冲击而撞击船体。
26.参见附图5-附图7，夹持组件5包括与旋转架42底端固定的基板50，基板50下方固定有连接框51和液压缸52，液压缸52位于连接框51内侧，液压缸52的可伸缩端向下穿过连接框51底部并固定有卡接板53，卡接板53上对称开设有卡槽54，卡槽54为通槽，连接框51底部对称连接有夹板55。
27.夹板55包括与连接框51铰接的第一板组56，第一板组56固定有限位柱57，两侧夹板55上的限位柱57分别位于该侧卡接板53的卡槽54内，且限位柱57可在卡槽54内滑移，第一板组56下方末端铰接有第二板组58，第二板组58与基板50之间连接有液压杆59，液压杆59的两端分别于第二板组58和基板50铰接，液压缸52、液压杆59均与操作台9的控制终端电性连接。
28.通过操作台9控制液压缸52，使液压缸52的伸缩端带动卡接板53升降，使限位柱57在卡槽54内发生滑移的同时，第一板组56在与连接框51铰接处发生摆动，使第一板组56与auv舰体上方轮廓匹配并固定第一板组56的相对夹角，进一步控制两个液压杆59的伸缩使
第二板组58在第一板组56上发生摆动，使第二板组58与auv舰体底部轮廓贴合，从而实现整个夹板55对auv的贴合夹持，第一板组56与第二板组58的分别控制开合，便于夹板55对不同外形的auv实现夹紧回收工作，提高了本发明的适用范围，同时也提高了对auv的夹持稳定性，减小夹持过程中auv受气流影响出现猛烈晃动而撞击夹板55造成损伤的几率，降低维修成本。
29.参见附图8，第二板组58在内侧间隔布设有多个张紧件6，张紧件6包括与第二板组58固定的垫块60，垫块60在曲面上固定有多个缓冲垫61，任一缓冲垫61上方设置有压板62，压板62一端与垫块60固定，另一端覆盖在其下方的缓冲垫61外侧，缓冲垫61开设有多个气孔63。
30.夹板55收紧后，压板62与auv舱体表面接触，防止夹板55过分夹持造成auv舱体损伤，压板62挤压缓冲垫61发生形变，从而吸收机械臂1摆动时产生的震动，有利于降低auv受到的干涉，缓冲垫61受压并挤压气孔63内空气，有利于气流集中流动并清除在auv舰体表面的水体和泥沙，一方面降低auv在夹板55之间轴向滑动的可能，避免而意外掉落砸伤船体和船员，另一方面降低auv因晃动发生轴向转动的几率，有利于auv保持理想姿态被回收并存放，在投放auv入水时夹板55打开，多个压板62能通过恢复形变提高与auv的摩擦力，减少auv滑落时的速度从而降低入水冲击，有利于延长auv的使用年限。
31.参见附图9-附图11，连接件2包括与机械臂1伸缩末端固定的连接头20，连接头20固定有第一滑板21，第一滑板21下方卡接设置有第二滑板22，第二滑板22下方卡接设置有摆动头23，第二滑板22可分别相对第一滑板21和摆动头23滑移，且第二滑板22相对第一滑板21滑移的方向与二滑板22相对摆动头23的滑移方向在水平面内相互垂直，第一滑板21在与第二滑板22相对滑移方向的两侧固定有金属片24，第二滑板22在与摆动头23相对滑移方向的两侧同样固定有金属片24，金属片24为弯曲弹性片且底部向内卷曲，第一滑板21连接的金属片24的卷曲处与第二滑板22的侧壁存在间距，第二滑板22连接的金属片24的卷曲处与摆动头23的侧壁存在间距。
32.auv回收过程中，控制机械臂1带动auv靠近船体，由于船体晃动以及海上风浪影响，机械臂1整体发生幅度较大的晃动，第二滑板22分别与第一滑板21和摆动头23发生滑动位移且位移方向相垂直，从而消耗机械臂1在水平面上多方向的晃动，从而减小收放组件3的晃动，有利于保持auv的回收稳定性，降低auv受到的干涉，金属片24对第二滑板22、第一滑板21以及摆动头23的滑动限位，并通过形变减小机械臂1的震动干涉，金属片24形变后回弹，帮助第二滑板22与摆动头23滑动复位，有助于减小摆动架40的晃动幅度，避免auv过分摆动撞击船体，金属片24对卡接处形成外侧防护，避免卡接处磨损影响滑移。
33.参见附图1-附图2，机械臂1下方转动设置有收卷筒7，收卷筒7连接有挂绳70，摆动头23内转动设置有对挂绳70引导的导向轮71，第一齿轮43中心贯通开设有绳孔46，挂绳70穿过绳孔46且底部固定有挂钩72。
34.参见附图5-附图6，旋转架42底部贯通开设有滑槽47，滑槽47内滑动设置有套环8，套环8内对称布设有滚柱80，挂绳70穿过套环8中心且与多个滚柱80接触。
35.机械臂1下方转动设置有调节筒81，调节筒81与套环8之间连接有调节绳82，滑槽47在靠近调节筒81的内侧与套环8之间连接有弹簧83。
36.收卷筒7侧方连接有第一电机73，调节筒81侧方连接有第二电机84，操作台9的控
制终端分别与第一电机73以及第二电机84电性连接。
37.回收auv时，通过控制第一电机73使收卷筒7转动，使收卷筒7卷起挂绳70实现挂钩72升起，通过控制第二电机84实现调节筒81转动，此时调节绳82在调节筒81上被卷起并拉动套环8在滑槽47内滑移，滑移过程中挤压弹簧83，同时也可控制第二电机84带动调节筒81反转从而释放调节绳82，弹簧83恢复形变使套环8反向滑移，实现对挂绳70底部的位置调节，有利于挂钩72快速与auv顶部设置的吊环匹配并连接，不需要人工干预即可实现钩挂连接，提高了回收效率，减少风浪冲击auv导致撞船的几率，同时由于海面风浪影响，auv被吊起至夹板55的过程中容易带动挂绳70摆动，能通过上述方案拉动套环8能实现对挂绳70底部的稳定，减小auv吊起时因晃动而对机械臂1产生巨大干涉，挂绳70收放时与滚柱80滚动接触，既能对挂绳70形成升降导向，避免缠绕，同时也有利于对挂绳70表面污渍实现清洁，同时不会对挂绳70产生磨损，保证挂绳70的使用寿命。
38.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.auv自动布放回收装置，包括：机械臂（1），所述机械臂（1）固定有连接件（2），所述连接件（2）下方设有收放组件（3），其特征是：所述收放组件（3）包括与所述连接件（2）连接的旋转组件（4），所述旋转组件（4）下方对称布设有夹持组件（5），所述夹持组件（5）可相对所述连接件（2）转动。2.根据权利要求1所述的auv自动布放回收装置，其特征是：所述旋转组件（4）包括与所述连接件（2）铰接的摆动架（40），所述摆动架（40）下方固定有底板（41），所述底板（41）下方转动连接有旋转架（42）。3.根据权利要求2所述的auv自动布放回收装置，其特征是：所述旋转架（42）顶部固定有第一齿轮（43），所述第一齿轮（43）与所述底板（41）转动连接，所述底板（41）上固定有控制电机（44），所述控制电机（44）连接有转轴，所述控制电机（44）的转轴连接有第二齿轮（45），所述第二齿轮（45）与所述第一齿轮（43）配合设置。4.根据权利要求3所述的auv自动布放回收装置，其特征是：所述夹持组件（5）包括与所述旋转架（42）底端固定的基板（50），所述基板（50）下方固定有连接框（51）和液压缸（52），所述液压缸（52）穿过所述连接框（51）的底部且下方末端固定有卡接板（53），所述卡接板（53）设有卡槽（54），所述连接框（51）底部对称连接有夹板（55）。5.根据权利要求4所述的auv自动布放回收装置，其特征是：所述夹板（55）包括与所述连接框（51）铰接的第一板组（56），所述第一板组（56）设有位于所述卡槽（54）内的限位柱（57），所述第一板组（56）末端铰接有第二板组（58），所述第二板组（58）与所述基板（50）之间铰接有液压杆（59）。6.根据权利要求5所述的auv自动布放回收装置，其特征是：所述第二板组（58）在内侧间隔布设有多个张紧件（6），所述张紧件（6）包括与所述第二板组（58）固定的垫块（60），所述垫块（60）一侧为曲面，所述垫块（60）的曲面上固定有多个缓冲垫（61），任一所述缓冲垫（61）上方设置有压板（62），所述压板（62）一端与所述垫块（60）固定，另一端覆盖在其下方的所述缓冲垫（61）外侧，所述缓冲垫（61）开设有多个气孔（63）。7.根据权利要求3所述的auv自动布放回收装置，其特征是：所述连接件（2）包括与所述机械臂（1）固定的连接头（20），所述连接头（20）固定有第一滑板（21），所述第一滑板（21）下方卡接设置有第二滑板（22），所述第二滑板（22）下方卡接设置有摆动头（23），所述第二滑板（22）可分别相对所述第一滑板（21）和所述摆动头（23）滑移。8.根据权利要求7所述的auv自动布放回收装置，其特征是：所述机械臂（1）下方转动设置有收卷筒（7），所述收卷筒（7）连接有挂绳（70），所述摆动头（23）内转动设置有导向轮（71），所述第一齿轮（43）中心开设有绳孔（46），所述挂绳（70）穿过所述绳孔（46）且末端固定有挂钩（72）。9.根据权利要求8所述的auv自动布放回收装置，其特征是：所述旋转架（42）底部贯通开设有滑槽（47），所述滑槽（47）内滑动设置有套环（8），所述套环（8）内对称布设有滚柱（80），所述挂绳（70）穿过所述套环（8）中心且与多个所述滚柱（80）接触。10.根据权利要求9所述的auv自动布放回收装置，其特征是：所述机械臂（1）下方转动设置有调节筒（81），所述调节筒（81）与所述套环（8）之间连接有调节绳（82），所述滑槽（47）靠近所述调节筒（81）的内侧与所述套环（8）之间连接有弹簧（83）。

技术总结
本发明公开了AUV自动布放回收装置，属于水下机器人回收技术领域，包括机械臂，所述机械臂固定有连接件，所述连接件下方摆动连接有收放组件，所述收放组件包括对AUV实现加紧的夹持组件，所述夹持组件包括可开合的两组夹板，夹板在与AUV接触一侧设置有多个张紧件，机械臂连接有吊起AUV的收卷组件，所述收卷组件包括绳索，所述收放组件还包括与所述绳索配合设置的调整件。本发明通过操控机械臂和收放组件以及调整件实现对AUV的回收与投放，且全程智能化操作，不需人力干预，提高了收放AUV时的稳定性和效率，同时具有适配性。同时具有适配性。同时具有适配性。


技术研发人员：马云龙 张涛 倪晓波 邬宾杰
受保护的技术使用者：自然资源部第二海洋研究所
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/6