一种笼式AUV主动回收装置

一种笼式auv主动回收装置
技术领域
1.本发明涉及自主式水下航行器的技术领域，更具体地，涉及一种笼式auv主动回收装置。


背景技术：

2.auv为水下机器人的一种，称为自主式水下潜器(autonomous underwater vehicle，简称auv)。auv自带能源，依靠自身能力来管理和控制自己来完成一系列水下操作。auv主要分为智能式和预编程式。如今，auv已走向成熟，不仅仅适用于昂贵的军事系统，同样也广泛应用在学术研究，能够完成任务的可操作系统。
3.随着我国海洋利用区域不断扩大，水下机器人的研究成为海洋勘探与开发的研究热点，目前有多种不同类型的水下机器人应用到检测海水质量、海底探索、搜捕支援、科学考察等各个领域。水下机器人可应用性强，使用领域广，但因海下作业的环境恶劣与复杂，使auv在海面海下的回收成了难题。
4.现有一种auv回收装置，包括结构本体、大螺距螺母、大螺距丝杠、弹性翻转导向体等。壳体与端板焊接为一体，为结构本体；中板与端板用大螺距丝杠连接，其中丝杠直接固定在端板上，通过螺母固定在中板的轴承上；大螺距螺母通过中板上的孔与弹性翻转导向体连为一体，在丝杠上做螺旋运动，通过螺母将运动传递给弹性翻转导向体，使auv在水下进行释放，auv通过推动中板从而来推动大螺距螺母完成回收。
5.上述现有的auv回收装置，其在海中作业时，由于海水中具有较强的水流，其会随水流飘荡，从而使得auv难以与回收装置对齐，需要auv不断调整自身的位置及姿态方可与回收装置对齐并进入回收装置，这就导致现有的回收装置无法在水下快速地完对auv的回收操作，回收auv的过程较为低效。


技术实现要素：

6.本发明为克服上述现有技术中的auv回收装置无法在水下快速地完成对auv的回收操作的问题，提供一种笼式auv主动回收装置。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种笼式auv主动回收装置，包括笼架，所述笼架内设有用于供auv插入的通道，所述笼架上还设有用于固定已进入通道的auv的锁固机构；所述笼架上设有若干用于用于驱动笼架移动的推进机构；所述笼架上还设有多个摄像机。
8.推进机构用于为笼架提供动力，使得笼架能够在水下移动；摄像机用于使在水上的操作者能够看见水下的情况，使得操作者能够通过推进机构控制笼架的移动方向，进而使得通道能够与auv快速对准，使得auv能够快速地进入通道中，并被锁固机构固定，达到快速回收auv的效果。
9.进一步地，所述推进机构包括多个水平推进器及多个旋转推进器；多个所述水平推进器以笼架的中线为轴对称地设于笼架的两相对侧面上，且所述水平推进器设于笼架侧
面的中间位置处；多个所述旋转推进器设于笼架的两相对侧面上，且每个笼架侧面上的多个旋转推进器沿笼架的轴线设于所在侧面的两端。
10.进一步地，所述推进机构包括驱动件、中轴及多个扇叶，所述扇叶设置在中轴上，所述中轴与驱动件的输出端动力连接，所述驱动件驱动中轴旋转；所述扇叶朝向驱动件的侧边朝向中轴的转动方向弯折。
11.进一步地，所述笼架下方设有垂荡板，所述垂荡板通过连接件与笼架相连接，且所述垂荡板在垂直方向上的投影面积大于笼架在垂直方向上的投影面积；所述垂荡板底部设有多个用于增大垂荡板在水中侧向阻力的扰流鳍。
12.进一步地，所述垂荡板上设有多个垂荡孔，多个所述垂荡孔以垂荡板的中线为轴对称地分布在垂荡板的两侧；所述垂荡孔的横截面呈正六边形，且任意两个相邻垂荡孔之间的间隔距离均相等。
13.进一步地，所述锁固机构包括内部中空且密封的壳体及若干锁紧盘；所述壳体的外壁为硬质层，所述壳体的内壁为能够形变的软质层；所述锁紧盘设于壳体内部，所述锁紧盘上设有多个用于夹固auv的锁紧机构；所述通道贯穿壳体及锁紧盘的中部。
14.进一步地，所述锁紧机构包括用于注入流体的缸体、活塞及转臂，所述转臂的中部铰接在锁紧盘上，所述转臂的一端与活塞铰接，另一端为自由端，所述活塞滑动插设于缸体中，所述缸体远离转臂的一端铰接在锁紧盘上。
15.进一步地，所述缸体及活塞上套设有弹性件，所述弹性件的一端与活塞连接，另一端与缸体连接；所述弹性件的弹力小于缸体与活塞之间的静摩擦力；所述转臂的自由端上设有柔性垫块。
16.进一步地，所述壳体的两端设有引导管，所述引导管与通道相连通；所述引导管的内径沿远离壳体的方向逐渐增大，引导管最小的内径与通道相同；所述引导管为弹性引导管。
17.进一步地，所述笼架上设有利用水流进行发电的发电件，所述发电件与摄像头、推进机构均电连接；所述笼架顶部设有可充气的气囊；所述笼架上还转动设有可随水流转动的鳍式水流传感器。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.1.通过设置推进机构及摄像头，使得在水上的操作者能够通过操控推进机构来使笼架在水下移动；现有的回收装置无法在水下主动移动，仅能够靠auv的移动来使auv与回收装置对齐，而本发明中的笼架能够通过主动移动，配合主动移的auv，使得auv与笼架中的通道能够快速对齐，更加高效；
20.2.通过使扇叶朝向驱动件的侧边朝向中轴的转动方向弯折，能够降低扇叶侧边转动时产生的负压，从而减少扇叶周围空泡的产生，进而避免扇叶因气蚀而损坏，同时也能够使扇叶长度方向的的厚度不一，同样可以起到避免气蚀的作用；
21.3.通过在笼架下方设置垂荡板，减少笼架所受到的海浪和水流影响，极大的增加了笼架在垂直方向上的稳定性，减少笼架发生侧翻的概率；
22.4.通过将锁紧盘设置在密封的壳体中，能够使得锁紧盘无需与海水接触，避免锁紧盘受到海水的腐蚀而损坏，而壳体的外侧为硬质层，能够对其内部的锁紧盘进行保护，防止受到海水中的异物撞击而损坏，壳体的内侧为可形变的软质层，使得在壳体内部的锁紧
机构仍然能够通过使软质层发生形变来夹固auv；
23.5.通过设置发电件，使得笼架在水中作业时，发电件能够利用水流来发电，供摄像头、推进机构等用电设施用电，为水面上的母船减少用电；通过设置气囊，在紧急情况下(如起吊线缆断裂等失去对笼架的控制时)，可由压缩气瓶提供的压缩空气泵入气囊中，产生浮力因而将笼架整体浮起至水面，便于找寻以及打捞回收。
附图说明
24.图1是本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例的整体结构示意图；
25.图2是本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例的另一视角的整体结构示意图；
26.图3是本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例中推进机构的结构示意图；
27.图4是本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例中扇叶与中轴的结构示意图；
28.图5是本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例中壳体的结构示意图；
29.图6是本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例中壳体的内部结构示意图；
30.图7是本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例中锁紧盘的结构示意图；
31.图8是本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例中锁紧机构的结构示意图。
32.附图中：1、笼架；2、通道；3、推进机构；31、驱动件；32、中轴；33、扇叶；34、水平推进器；35、旋转推进器；4、摄像机；5、母船起吊连接点；6、垂荡板；7、垂荡孔；8、扰流鳍；9、壳体；91、硬质层；92、软质层；10、锁紧盘；11、锁紧机构；111、缸体；112、活塞；113、转臂；114、弹性件；115、柔性垫块；12、引导管；13、发电件；14、鳍式水流传感器；15、气囊；16、示宽灯；17、照明灯；18、数据盒；19、连接件。
具体实施方式
33.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
34.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
35.下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
36.实施例1
37.参照图1至图8，为本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例1，包括笼架1，所述笼架1内设有用于供auv插入的通道2，所述笼架1上还设有用于固定已进入通道2的auv的锁固机构；所述笼架1上设有若干用于驱动笼架1移动的推进机构3；所述笼架1上还设有多个摄像机4。
38.具体来说，所述笼架1呈六棱柱状，且笼架1在水下作业的姿态为水平状，笼架1的
顶部设有四个柱状的母船起吊连接点5，母船起吊连接点5用于与缆绳连接，而缆绳用于与水面上的母船连接，在使用时，利用缆绳将笼架1下放至距离海面15米左右的位置，在该位置处进行回收auv的操作，水面回收受水流波浪的涌动影响较大，而母船下方15米左右的水深中，受到水流的影响相对较小，此处水流较为平静，便于进行auv的回收；笼架1由钛材质的金属条焊接而成；笼架1的每个侧面均具有多个镂空区域，从能能够在保证结构强度的同时减小笼架1的重量；推进机构3用于为笼架1提供动力，使得笼架1能够在水下移动。摄像机4的数量为两个，摄像机4安装在笼架1的顶面，且两个摄像机4分别安装在笼架1长度方向的两端，从而使得操作者能够通过摄像机4观察到笼架1首尾两端的情况，摄像机4用于使在水上的操作者能够看见水下的情况，使得操作者能够通过推进机构3控制笼架1的移动方向，进而使得通道2能够与auv快速对准，使得auv能够快速地进入通道2中，并被锁固机构固定，达到快速回收auv的效果。
39.本实施例中，所述推进机构3包括驱动件31、中轴32及多个扇叶33，所述扇叶33设置在中轴32上，所述中轴32与驱动件31的输出端动力连接，所述驱动件31驱动中轴32旋转；所述扇叶33朝向驱动件31的侧边朝向中轴32的转动方向弯折。驱动件31焊接在笼架1上达到将推进机构3安装在笼架1上的效果。驱动件31为电机，多个扇叶33均匀且周向地焊接在中轴32上。扇叶33朝向驱动件31的侧边朝向中轴32的转动方向弯折，能够降低扇叶33侧边转动时产生的负压，从而减少扇叶33周围空泡的产生，进而避免扇叶33因气蚀而损坏。
40.本实施例中，所述推进机构3包括多个水平推进器34及多个旋转推进器35；多个所述水平推进器34以笼架1的中线为轴对称地设于笼架1的两相对侧面上，且所述水平推进器34设于笼架1侧面的中间位置处；多个所述旋转推进器35设于笼架1的两相对侧面上，且每个笼架1侧面上的多个旋转推进器35沿笼架1的轴线设于所在侧面的两端。
41.具体来说，旋转推进器35安装在笼架1侧面的侧棱的两端，且旋转推进器35的中轴32与笼架1的中轴32线之间的夹角小于九十度。水平推进器34的中轴32与笼架1的中轴32线垂直。当启动某一个旋转推进器35时，笼架1会产生径向的旋转，而启动水平推进器34时，笼架1则会产生水平方向的移动，通过旋转推进器35与水平推进器34的配合，能够使得笼架1在水下调整自身的姿态，从而达到主动与auv对齐的效果。
42.本实施例中，所述笼架1下方设有垂荡板6，所述垂荡板6通过连接件19与笼架1相连接，且所述垂荡板6在垂直方向上的投影面积大于笼架1在垂直方向上的投影面积；所述垂荡板6底部设有多个用于增大垂荡板6在水中侧向阻力的扰流鳍8。
43.具体来说，垂荡板6整体呈方型，垂荡板6的四个角均做倒圆角处理，能够防止应力集中。垂荡板6通过多个钛制连接件19焊接在笼架1的底部。垂荡板6在垂直方向上的投影面积大于笼架1在垂直方向上的投影面积，保证垂荡板6能够充分地减少笼架1所受到的海浪和水流影响，极大的增加了笼架1在垂直方向上的稳定性，减少笼架1发生侧翻的概率。本实施例中，扰流鳍8的数量为四个，四个扰流鳍8焊接在垂荡板6的底面，且扰流鳍8与垂荡板6垂直，扰流鳍8能够增大垂荡板6侧向移动时的阻力，进而能够减少笼架1随水流侧移的幅度，增加笼架1在水下的稳定性，进而能够提升进行回收auv的效率。
44.本实施例中，所述锁固机构包括内部中空且密封的壳体9及若干锁紧盘10；所述壳体9的外壁为硬质层91，所述壳体9的内壁为能够形变的软质层92；所述锁紧盘10设于壳体9内部，所述锁紧盘10上设有多个用于夹固auv的锁紧机构11；所述通道2贯穿壳体9及锁紧盘
10的中部。
45.具体来说，壳体9呈一八棱柱状，壳体9同轴安装在笼架1内，壳体9的每个侧面通过四个螺栓与笼架1连接固定。壳体9的内部沿轴向贯通，即为通道2，壳体9的外侧为工程塑料制成的硬质层91，壳体9的内侧为橡胶制成的软质层92。锁紧盘10的数量为四个，每两个锁紧盘10为一组，两组锁紧盘10分别设置在壳体9长度方向的两端，锁紧盘10与壳体9同轴设置。
46.所述锁紧机构11包括用于注入流体的缸体111、活塞112及转臂113，所述转臂113的中部铰接在锁紧盘10上，所述转臂113的一端与活塞112铰接，另一端为自由端，所述活塞112滑动插设于缸体111中，所述缸体111远离转臂113的一端铰接在锁紧盘10上。每个锁紧盘10上设有三个锁紧机构11，同时锁紧盘10的侧壁上还开设有三个用于容纳锁紧机构11的开口，三个锁紧机构11均匀且周向地设置在锁紧盘10上。当缸体111内充入液压油时，活塞112朝向远离缸体111的方向移动，从而推动转臂113转动，使得转臂113的的自由端朝向锁紧盘10的圆心处移动，并能够抵紧位于锁紧盘10内部的auv，三个转臂113共同抵紧auv，即可达到将auv夹固的效果。所述转臂113的自由端上设有柔性垫块115，从而能够增加对auv的防护。
47.所述缸体111及活塞112上套设有弹性件114，所述弹性件114的一端与活塞112连接，另一端与缸体111连接；所述弹性件114的弹力小于缸体111与活塞112之间的静摩擦力；弹性件114为弹簧，当活塞112朝向远离缸体111的方向移动时，弹性件114逐渐被释放，弹性件114的弹力与缸体111内液压油的压力共同推动活塞112移动，如此设置，使得仅需向缸体111内充入压力较低的液压油即可使得转臂113能够抵紧auv，减少液压泵的功率消耗。
48.进一步地，所述壳体9的两端设有引导管12，所述引导管12与通道2相连通；所述引导管12的内径沿远离壳体9的方向逐渐增大，引导管12最小的内径与通道2相同；所述引导管12为弹性引导管12。引导管12呈喇叭状，起到类似漏斗的作用，帮助auv更容易地进入通道2。引导管12为橡胶材质，能够防止对auv造成伤害。
49.实施例2
50.参照图1，为本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例2，本实施例与实施例1的区别在于，所述垂荡板6上设有多个垂荡孔7，多个所述垂荡孔7以垂荡板6的中线为轴对称地分布在垂荡板6的两侧；所述垂荡孔7的横截面呈正六边形，且任意两个相邻垂荡孔7之间的间隔距离均相等。在垂荡板6受水流影响的运动的过程中，两边设有垂荡孔7区域产生向上及向下的力，以减少受到海浪和水流影响，极大的增加了笼架1的垂向的稳定性，减少其发生翻滚的可能性。
51.实施例3
52.参照图1及图2，为本发明一种笼式auv主动回收装置的实施例3，本实施例与实施例2的区别在于，所述笼架1上设有利用水流进行发电的发电件13，所述发电件13与摄像头、推进机构3均电连接；所述笼架1顶部设有可充气的气囊15；所述笼架1上还转动设有可随水流转动的鳍式水流传感器14。发电件13设于笼架1与垂荡板6之间，且发电件13铰接在连接垂荡板6与笼架1的连接件19上，发电件13可随水流绕轴作旋转运动，发电件13内设置有发电涡轮，水流流经涡轮时带动其旋转，涡轮转动带动发电机发电。通过设置气囊15，在紧急情况下(如起吊线缆断裂等失去对笼架1的控制时)，可由压缩气瓶提供的压缩空气泵入气
囊15中，产生浮力因而将笼架1整体浮起至水面，便于找寻以及打捞回收。笼架1上还设有示宽灯16及照明灯17，方便操作者通过摄像机4观察水下的情况。笼架1的两侧面上安装有用于采集数据的数据盒18，数据盒18上转动设有两个可随水流转动的鳍式水流传感器14，数据盒18通过鳍式水流传感器14的转动角度收集笼架1在水下的姿态数据及水流数据，进而便于操作者使用推进机构3对笼架1进行姿态以及位置的调整。
53.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种笼式auv主动回收装置，其特征在于，包括笼架(1)，所述笼架(1)内设有用于供auv插入的通道(2)，所述笼架(1)上还设有用于固定已进入通道(2)的auv的锁固机构；所述笼架(1)上设有若干用于驱动笼架(1)移动的推进机构(3)；所述笼架(1)上还设有多个摄像机(4)。2.根据权利要求1所述的笼式auv主动回收装置，其特征在于，所述推进机构(3)包括多个水平推进器(34)及多个旋转推进器(35)；多个所述水平推进器(34)以笼架(1)的中线为轴对称地设于笼架(1)的两相对侧面上，且所述水平推进器(34)设于笼架(1)侧面的中间位置处；多个所述旋转推进器(35)设于笼架(1)的两相对侧面上，且每个笼架(1)侧面上的多个旋转推进器(35)沿笼架(1)的轴线设于所在侧面的两端。3.根据权利要求1所述的笼式auv主动回收装置，其特征在于，所述推进机构(3)包括驱动件(31)、中轴(32)及多个扇叶(33)，所述扇叶(33)设置在中轴(32)上，所述中轴(32)与驱动件(31)的输出端动力连接，所述驱动件(31)驱动中轴(32)旋转；所述扇叶(33)朝向驱动件(31)的侧边朝向中轴(32)的转动方向弯折。4.根据权利要求2所述的笼式auv主动回收装置，其特征在于，所述笼架(1)下方设有垂荡板(6)，所述垂荡板(6)通过连接件(19)与笼架(1)相连接，且所述垂荡板(6)在垂直方向上的投影面积大于笼架(1)在垂直方向上的投影面积；所述垂荡板(6)底部设有多个用于增大垂荡板(6)在水中侧向阻力的扰流鳍(8)。5.根据权利要求3所述的笼式auv主动回收装置，其特征在于，所述垂荡板(6)上设有多个垂荡孔(7)，多个所述垂荡孔(7)以垂荡板(6)的中线为轴对称地分布在垂荡板(6)的两侧；所述垂荡孔(7)的横截面呈正六边形，且任意两个相邻垂荡孔(7)之间的间隔距离均相等。6.根据权利要求1所述的笼式auv主动回收装置，其特征在于，所述锁固机构包括内部中空且密封的壳体(9)及若干锁紧盘(10)；所述壳体(9)的外壁为硬质层(91)，所述壳体(9)的内壁为能够形变的软质层(92)；所述锁紧盘(10)设于壳体(9)内部，所述锁紧盘(10)上设有多个用于夹固auv的锁紧机构(11)；所述通道(2)贯穿壳体(9)及锁紧盘(10)的中部。7.根据权利要求6所述的笼式auv主动回收装置，其特征在于，所述锁紧机构(11)包括用于注入流体的缸体(111)、活塞(112)及转臂(113)，所述转臂(113)的中部铰接在锁紧盘(10)上，所述转臂(113)的一端与活塞(112)铰接，另一端为自由端，所述活塞(112)滑动插设于缸体(111)中，所述缸体(111)远离转臂(113)的一端铰接在锁紧盘(10)上。8.根据权利要求7所述的笼式auv主动回收装置，其特征在于，所述缸体(111)及活塞(112)上套设有弹性件(114)，所述弹性件(114)的一端与活塞(112)连接，另一端与缸体(111)连接；所述弹性件(114)的弹力小于缸体(111)与活塞(112)之间的静摩擦力；所述转臂(113)的自由端上设有柔性垫块(115)。9.根据权利要求7所述的笼式auv主动回收装置，其特征在于，所述壳体(9)的两端设有引导管(12)，所述引导管(12)与通道(2)相连通；所述引导管(12)的内径沿远离壳体(9)的方向逐渐增大，引导管(12)最小的内径与通道(2)相同；所述引导管(12)为弹性引导管(12)。10.根据权利要求1所述的笼式auv主动回收装置，其特征在于，所述笼架(1)上设有利用水流进行发电的发电件(13)，所述发电件(13)与摄像头、推进机构(3)均电连接；所述笼
架(1)顶部设有可充气的气囊(15)；所述笼架(1)上还转动设有可随水流转动的鳍式水流传感器(14)。

技术总结
本发明涉及自主式水下航行器的技术领域，更具体地，涉及一种笼式AUV主动回收装置，包括笼架，所述笼架内设有用于供AUV插入的通道，所述笼架上还设有用于固定已进入通道的AUV的锁固机构；所述笼架上设有若干用于驱动笼架移动的推进机构；所述笼架上还设有多个摄像机。通过设置推进机构及摄像头，使得在水上的操作者能够通过操控推进机构来使笼架在水下移动；现有的回收装置无法在水下主动移动，仅能够靠AUV的移动来使AUV与回收装置对齐，而本发明中的笼架能够通过主动移动，配合主动移的AUV，使得AUV与笼架中的通道能够快速对齐，更加高效。更加高效。更加高效。


技术研发人员：李佳文 孙嘉华 吴登琦 陈炫杰 朱闽 钟志勇 巫凯旋 邹远停 尹辉
受保护的技术使用者：广东海洋大学
技术研发日：2022.11.22
技术公布日：2023/4/4