一种AUV动态对接装置

一种auv动态对接装置
技术领域
1.本发明涉及auv水下对接技术领域，具体地说是一种auv动态对接装置。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展，auv(自主水下机器人)作为探索海洋空间的有力工具之一，在军事和科学研究等方面起着越来越重要的作用。随着海洋资源开发利用区域的迅速扩大，并不断向深海、远海延伸，同时不断变化的海防形式，也要求现代海洋装备具有深海、远海的工作能力。当auv进行深远海作业时，如果频繁浮出水面通过水面支持平台或返回岸边基地进行能源补充和数据交换，则要消耗大量的能源、时间，作业的连续性也将会被打断。auv通过与水下对接平台连接，可实现能源的及时补充和数据的交换，是实现其大范围、大深度、长时间连续作业的有效方式。
3.目前水下对接技术可以分为水下静态对接与水下动态对接，水下静态对接是指与auv对接平台放置在海底或吊放在水面以下，其整体的绝对坐标固定不变；水下动态对接指的是与auv对接的平台是运动的，一般应用于auv的回收，对接平台需要以一定的速度前进从而能够利用流体动力保持稳定的姿态。
4.水下动态对接作为auv水下对接技术的一种，是水下装备领域一项前沿的研究技术，也是auv水下对接技术的重点发展方向。目前水下动态对接平台主要是水面或水下大型有人或无人移动平台等。
5.与水下静态对接平台相比，水下动态对接平台具有以下优势：第一，动态对接平台可以移动到auv的作业区域，与auv实现对接进而完成相应任务，节省了auv本身的能源，扩大了auv的作业区域，同时也提高了auv的作业效率；第二，由于深海海底凹凸不平，水下静态对接平台不容易固定，而水下动态对接平台可以悬停在不同深度以适应auv所在的深度，与auv完成对接任务，这样就降低了对auv操控性能的要求。但从实现对接的难易程度及成熟度来讲，auv与静态对接平台完成对接更加容易，因为auv与动态对接平台对接不仅仅要考虑auv的运动状态，同时也要考虑动态对接平台的运动状况，此外动态对接平台的运动会导致其附近流体运动状态发生改变，流体运动状态的改变会对auv的姿态以及对接装置产生影响，所以auv水下动态对接比水下静态对接更难实现。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种auv动态对接装置，采用透水坞舱式结构搭载在动平台上，在释放auv时，升降机构将auv伸出至动平台上面，auv自动解锁、航行；在回收auv时，升降机构伸出动平台上面并捕捉锁紧auv，最后将auv运回动平台内部固定，本发明整体结构紧凑，auv对接成功率高且安全性高。
7.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
8.一种auv动态对接装置，包括固定架、升降机构、捕捉杆机构和锁紧机构，其中固定架设于动平台中，且所述固定架上设有多个支撑座，在任一支撑座内设有锁紧机构，所述锁
紧机构设有可移动的锁紧杆，auv下侧设有锁紧环，且auv锁定时所述锁紧杆穿过所述锁紧环，升降机构设于所述固定架上，且所述升降机构设有可升降的导向板，在所述导向板上设有超短基线，捕捉杆机构设于auv中，所述捕捉杆机构设有可升降的捕捉杆，且所述捕捉杆下端设有捕捉杆头端，并且所述捕捉杆头端与auv壳体夹紧所述导向板实现auv与导向板固连。
9.所述捕捉杆机构包括捕捉杆驱动装置、蜗杆、蜗轮、摆杆、滑座、捕捉杆和滑轨，其中蜗杆通过捕捉杆驱动装置驱动转动，蜗轮与所述蜗杆啮合，摆杆一端与所述蜗轮同轴固连，另一端设有摆杆滑轴，滑轨垂直固设于auv中，且滑座一端设有滑块与所述滑轨配合，在所述滑座上设有摆杆滑槽，且所述摆杆滑轴置于所述摆杆滑槽中，所述捕捉杆上端与所述滑座连。
10.所述升降机构包括导向板、升降剪叉连杆组件、升降底座、升降驱动装置、升降丝杠和升降丝母，其中升降底座固设于所述固定架上，升降丝杠设于所述升降底座中并通过所述升降驱动装置驱动旋转，升降丝母套装于所述升降丝杠上，所述升降底座上设有下滑槽，且所述升降剪叉连杆组件下端一侧与所述升降底座铰接、另一侧设有下滑轴沿着对应的下滑槽移动，所述导向板上设有上滑槽，且所述升降剪叉连杆组件上端一侧与所述导向板铰接、另一侧设有上滑轴沿着对应的上滑槽移动。
11.所述导向板一侧设有呈燕尾状的开口，且所述开口底部角端设有限位孔，当auv与导向板固连时，所述捕捉杆插入所述限位孔中。
12.所述锁紧机构包括锁紧杆驱动装置、锁紧丝杠、锁紧丝母、锁紧杆和限位套，其中锁紧丝杠通过所述锁紧杆驱动装置驱动旋转，锁紧丝母套装于所述锁紧丝杠上，锁紧杆一端通过一个连杆与所述锁紧丝母固连，两个限位套固设于所述支撑座内，且所述锁紧杆置于靠近锁紧杆驱动装置的限位套中，所述auv锁紧时，所述锁紧杆穿过所述锁紧环并插入另一侧的限位套中。
13.承装锁紧机构的支撑座内设有一个到位开关，且auv落下时，auv下侧的锁紧环触发所述到位开关。
14.所述支撑座上设有支撑凹口，且所述支撑凹口内设有缓冲板。
15.所述固定架上设有对接控制舱。
16.本发明的优点与积极效果为：
17.1、本发明采用模块化设计方式，并采用透水坞舱式搭载在动平台上，对搭载动平台总体性能没有影响，在释放auv时，升降机构将auv伸出至动平台上面，auv自动解锁、航行；在回收auv时，升降机构伸出动平台上面并捕捉锁紧auv，最后将auv运回动平台内部固定。
18.2、本发明的捕捉机构通过蜗杆蜗轮驱动摆杆摆动，再通过摆杆驱动捕捉杆升降，并利用捕捉杆头端与auv壳体共同作用夹紧升降机构的导向板实现锁定完成auv对接，整体结构简单紧凑，对接牢靠，并且蜗杆蜗轮自带锁紧功能，不需要再另外设计锁紧机构，在对接捕捉到auv后，可以自动进行锁紧；
19.3、本发明的升降机构通过升降剪叉连杆组件伸缩驱动导向板升降，结构紧凑且可升降范围大。
20.4、本发明在进行auv对接回收时，导向板上升至动平台上面设定距离并通过超短
基线引导auv移动，并且导向板一侧设有燕尾状开口辅助引导捕捉杆移动，auv对接成功率高，且不容易与动平台相撞，安全性高，另外本发明将升降机构设于固定架上，固定架封装于动平台的透水舱中，结构紧凑，而且升降机构带动auv直接落座于固定架的支撑座上，重复定位精度高。
附图说明
21.图1为本发明的结构示意图，
22.图2为图1中升降机构的结构示意图，
23.图3为图1中捕捉杆机构的结构示意图，
24.图4为图3中的捕捉杆机构运动状态示意图一，
25.图5为图3中的捕捉杆机构运动状态示意图二，
26.图6为图5中的捕捉杆机构立体示意图，
27.图7为图3中的捕捉杆机构与升降机构导向板的固定示意图，
28.图8为图1中锁紧机构的结构示意图，
29.图9为本发明释放auv时的示意图，
30.图10为本发明回收auv时的示意图。
31.其中，1为捕捉杆机构，101为捕捉杆驱动装置，102为蜗杆，103为摆杆，1031为摆杆滑轴，104为滑座，1041为摆杆滑槽，105为滑块，106为捕捉杆，1061为捕捉杆头端，107为蜗轮，108为滑轨，2为锁紧机构，201为锁紧杆驱动装置，202为锁紧丝杠，203锁紧杆，204为到位开关，205为限位套，206为锁紧丝母，207为缓冲板，3为升降机构，301为导向板，3011为上滑槽，3012为限位孔，302为升降剪叉连杆组件，303为升降底座，3031为下滑槽，304为升降驱动装置，305为升降丝杠，306为丝杠固定块，307为升降丝母，4为固定架，5为对接控制舱，6为超短基线，7为auv，701为锁紧环，8为动平台，9为支撑座。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明作进一步详述。
33.如图1～10所示，本发明包括固定架4、升降机构3、捕捉杆机构1和锁紧机构2，其中固定架4设于动平台8的透水舱中，且所述固定架4上设有多个用于支撑auv7的支撑座9，如图8所示，auv7下侧设有锁紧环701，任一支撑座9内设有锁紧机构2，且所述锁紧机构2设有可移动的锁紧杆203，并且auv7锁定时所述锁紧杆203穿过所述锁紧环701，升降机构3设于固定架4前端，且如图2所示，所述升降机构3设有可升降的导向板301，并且如图1所示，所述导向板301上设有超短基线6，捕捉杆机构1设于auv7中，如图3～6所示，所述捕捉杆机构1设有可升降的捕捉杆106，且所述捕捉杆106下端设有呈倒t型的捕捉杆头端1061，如图2所示，所述升降机构3的导向板301一侧设有呈燕尾状的开口，且所述开口底部角端设有限位孔3012，如图7所示，当捕捉杆机构1和升降机构3固定时，所述捕捉杆106插入所述限位孔3012中，且所述捕捉杆头端1061与auv7壳体共同作用夹紧所述导向板301，从而实现auv7与导向板301固连。
34.如图3～6所示，所述捕捉杆机构1包括捕捉杆驱动装置101、蜗杆102、蜗轮107、摆杆103、滑座104、捕捉杆106和滑轨108，其中捕捉杆驱动装置101、蜗杆102和蜗轮107均设于
auv7内，且蜗杆102通过所述捕捉杆驱动装置101驱动转动，所述蜗轮107与所述蜗杆102啮合，摆杆103一端与所述蜗轮107同轴固连，另一端设有摆杆滑轴1031，滑轨108垂直固设于auv7中，且滑座104一端设有滑块105与所述滑轨108配合，在所述滑座104上设有摆杆滑槽1041，且所述摆杆滑轴1031置于所述摆杆滑槽1041中，所述捕捉杆106上端与所述滑座104固连。如图3～5所示，所述捕捉杆机构1工作时，捕捉杆驱动装置101通过所述蜗杆102和蜗轮107传递转矩驱动所述摆杆103摆动，且所述摆杆103摆动时，所述摆杆103自由端的摆杆滑轴1031沿着所述滑座104上的摆杆滑槽1041移动并驱动所述滑座104沿着滑轨108升降，进而驱动所述捕捉杆106升降移动。本实施例中，所述捕捉杆驱动装置101为伺服电机。
35.如图2所示，所述升降机构3包括导向板301、升降剪叉连杆组件302、升降底座303、升降驱动装置304、升降丝杠305和升降丝母307，其中升降底座303固设于所述固定架4上，升降丝杠305设于所述升降底座303中并通过所述升降驱动装置304驱动旋转，升降丝母307套装于所述升降丝杠305上，所述升降底座303两侧设有下滑槽3031，且所述升降剪叉连杆组件302下端一侧与所述升降底座303铰接、另一侧设有下滑轴沿着对应的下滑槽3031移动，所述导向板301两侧设有上滑槽3011，且所述升降剪叉连杆组件302上端一侧与所述导向板301铰接、另一侧设有上滑轴沿着对应的上滑槽3011移动。所述升降机构3工作时，升降丝杠305通过所述升降驱动装置304驱动转动，进而驱动所述升降丝母307移动，从而驱动所述升降剪叉连杆组件302伸长或缩短以带动所述导向板301升降。本实施例中，所述升降驱动装置304为伺服电机。
36.如图1所示，本实施例中，在所述固定架4上设有三个支撑座9，其中在中间的支撑座9内设有所述锁紧机构2，如图8所示，所述锁紧机构2包括锁紧杆驱动装置201、锁紧丝杠202、锁紧丝母206、锁紧杆203和限位套205，其中锁紧丝杠202通过所述锁紧杆驱动装置201驱动旋转，锁紧丝母206套装于所述锁紧丝杠202上，锁紧杆203一端通过一个连杆与所述锁紧丝母206固连，两个限位套205固设于所述支撑座9内，且所述锁紧杆203置于靠近锁紧杆驱动装置201的限位套205中，所述auv7下侧设有锁紧环701，所述锁紧机构2工作时，锁紧杆驱动装置201通过所述锁紧丝杠202和锁紧丝母206传递力矩驱动所述锁紧杆203移动，使所述锁紧杆203穿过所述锁紧环701插入另一侧的限位套205中实现将auv7锁定。本实施例中，所述锁紧杆驱动装置201为伺服电机。
37.如图8所示，在承装有锁紧机构2的支撑座9内设有一个到位开关204，当auv7落下时，auv7下侧的锁紧环701触发所述到位开关204，所述到位开关204发出信号使锁紧杆驱动装置201启动实现auv7锁紧。所述到位开关204为本领域公知技术且为市购产品。
38.如图8所示，所述支撑座9上设有呈弧形的支撑凹口用于支撑auv7，且所述支撑凹口内设有橡胶制的缓冲板207，另外承装有锁紧机构2的支撑座9的支撑凹口底部设有通孔供所述锁紧环701穿过伸入至支撑座9内部。
39.如图1所示，在所述固定架4上设有对接控制舱5实现对上述各个机构的控制。
40.本发明的工作原理为：
41.如图9所示，auv7布放时，首先锁紧机构2中的锁紧杆203后退解锁，同时动平台8打开舱门，然后升降机构3启动将auv7提升到动平台8上面的设定距离，捕捉机构1中的捕捉杆106向下移动使捕捉杆头端1061不再夹紧升降机构3的导向板301，从而释放auv7，然后动平台8继续往前航行，待auv7与动平台8完全分离后，捕捉机构1中的捕捉杆106向上移动收回，
最后auv7加速驶离前往作业区。
42.如图10所示，auv7完成工作任务后，动平台8打开舱门，升降机构3中的导向板301上升伸出至动平台8上面，超短基线6开始发送信号，在超短基线6的导引下，auv7逐渐驶向动平台8，在距动平台8设定范围内，auv7开始距动平台上部设定的距离定高航行，同时捕捉机构1往下释放捕捉杆106，auv7继续往前航行，直到捕捉杆106进入所述导向板301燕尾状开口角端的限位孔3012，然后捕捉杆106向上移动收回，此时如图7所示，捕捉杆头端1061与auv7壳体共同作用夹紧所述导向板301，从而使auv7完成对接固连，最后升降机构3下降并将auv7带回动平台8。如图8所示，auv7落到支撑座9上后触发到位开关204，到位开关204发送到位信号使所述锁紧机构2启动并通过锁紧杆203锁紧auv7，然后动平台8关闭舱门完成回收。
43.本发明各个机构动作由所述对接控制舱5控制，另外所述超短基线6和到位开关204均为本领域公知技术且为市购产品。另外本发明的固定架4、升降机构3等均设于动平台8的透水舱中，本发明采用模块化设计方式，并采用透水坞舱式结构搭载在动平台8上，对搭载动平台8总体性能没有影响。

技术特征：
1.一种auv动态对接装置，其特征在于：包括固定架(4)、升降机构(3)、捕捉杆机构(1)和锁紧机构(2)，其中固定架(4)设于动平台(8)中，且所述固定架(4)上设有多个支撑座(9)，在任一支撑座(9)内设有锁紧机构(2)，所述锁紧机构(2)设有可移动的锁紧杆(203)，auv(7)下侧设有锁紧环(701)，且auv(7)锁定时所述锁紧杆(203)穿过所述锁紧环(701)，升降机构(3)设于所述固定架(4)上，且所述升降机构(3)设有可升降的导向板(301)，在所述导向板(301)上设有超短基线(6)，捕捉杆机构(1)设于auv(7)中，所述捕捉杆机构(1)设有可升降的捕捉杆(106)，且所述捕捉杆(106)下端设有捕捉杆头端(1061)，并且所述捕捉杆头端(1061)与auv(7)壳体夹紧所述导向板(301)实现auv(7)与导向板(301)固连。2.根据权利要求1所述的auv动态对接装置，其特征在于：所述捕捉杆机构(1)包括捕捉杆驱动装置(101)、蜗杆(102)、蜗轮(107)、摆杆(103)、滑座(104)、捕捉杆(106)和滑轨(108)，其中蜗杆(102)通过捕捉杆驱动装置(101)驱动转动，蜗轮(107)与所述蜗杆(102)啮合，摆杆(103)一端与所述蜗轮(107)同轴固连，另一端设有摆杆滑轴(1031)，滑轨(108)垂直固设于auv(7)中，且滑座(104)一端设有滑块(105)与所述滑轨(108)配合，在所述滑座(104)上设有摆杆滑槽(1041)，且所述摆杆滑轴(1031)置于所述摆杆滑槽(1041)中，所述捕捉杆(106)上端与所述滑座(104)固连。3.根据权利要求1所述的auv动态对接装置，其特征在于：所述升降机构(3)包括导向板(301)、升降剪叉连杆组件(302)、升降底座(303)、升降驱动装置(304)、升降丝杠(305)和升降丝母(307)，其中升降底座(303)固设于所述固定架(4)上，升降丝杠(305)设于所述升降底座(303)中并通过所述升降驱动装置(304)驱动旋转，升降丝母(307)套装于所述升降丝杠(305)上，所述升降底座(303)上设有下滑槽(3031)，且所述升降剪叉连杆组件(302)下端一侧与所述升降底座(303)铰接、另一侧设有下滑轴沿着对应的下滑槽(3031)移动，所述导向板(301)上设有上滑槽(3011)，且所述升降剪叉连杆组件(302)上端一侧与所述导向板(301)铰接、另一侧设有上滑轴沿着对应的上滑槽(3011)移动。4.根据权利要求1或3所述的auv动态对接装置，其特征在于：所述导向板(301)一侧设有呈燕尾状的开口，且所述开口底部角端设有限位孔(3012)，当auv(7)与导向板(301)固连时，所述捕捉杆(106)插入所述限位孔(3012)中。5.根据权利要求1所述的auv动态对接装置，其特征在于：所述锁紧机构(2)包括锁紧杆驱动装置(201)、锁紧丝杠(202)、锁紧丝母(206)、锁紧杆(203)和限位套(205)，其中锁紧丝杠(202)通过所述锁紧杆驱动装置(201)驱动旋转，锁紧丝母(206)套装于所述锁紧丝杠(202)上，锁紧杆(203)一端通过一个连杆与所述锁紧丝母(206)固连，两个限位套(205)固设于所述支撑座(9)内，且所述锁紧杆(203)置于靠近锁紧杆驱动装置(201)的限位套(205)中，所述auv(7)锁紧时，所述锁紧杆(203)穿过所述锁紧环(701)并插入另一侧的限位套(205)中。6.根据权利要求5所述的auv动态对接装置，其特征在于：承装锁紧机构(2)的支撑座(9)内设有一个到位开关(204)，且auv(7)落下时，auv(7)下侧的锁紧环(701)触发所述到位开关(204)。7.根据权利要求1所述的auv动态对接装置，其特征在于：所述支撑座(9)上设有支撑凹口，且所述支撑凹口内设有缓冲板(207)。8.根据权利要求1所述的auv动态对接装置，其特征在于：所述固定架(4)上设有对接控
制舱(5)。

技术总结
本发明涉及AUV水下对接技术领域，具体地说是一种AUV动态对接装置，包括固定架、升降机构、捕捉杆机构和锁紧机构，其中固定架设于动平台中，且所述固定架上设有多个支撑座，在任一支撑座内设有锁紧机构，所述锁紧机构设有可移动的锁紧杆，AUV下侧设有锁紧环，且AUV锁定时所述锁紧杆穿过所述锁紧环，升降机构设于所述固定架上，且所述升降机构设有可升降的导向板，在所述导向板上设有超短基线，捕捉杆机构设于AUV中，所述捕捉杆机构设有可升降的捕捉杆，且所述捕捉杆下端设有捕捉杆头端，并且所述捕捉杆头端与AUV壳体夹紧所述导向板实现AUV与导向板固连。本发明整体结构紧凑，AUV对接成功率高且安全性高。接成功率高且安全性高。接成功率高且安全性高。


技术研发人员：陈仲 尹远 徐会希 刘青岳 赵红印
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2021.09.10
技术公布日：2023/3/14