AUV水下對接與收放裝置的制作方法

本發明涉及水下作業裝置技術領域，具體涉及應用于自主式水下無人航行器（簡稱“AUV”）的水下搭載平臺，尤其涉及水下搭載平臺上將自主式水下無人航行器回收對接及布放的裝置。

背景技術：

AUV，主要用于海洋科學考察、海底勘探、海底打撈等深海探測的應用領域。由于AUV的續航能力及水下作業時間受到自身攜帶能源的限制，當AUV完成某一任務后，通常需要在水下對接并回收至搭載平臺，以便補充能源和指令信息，當AUV接收到下一個任務后，可在水下布放AUV開展探測與作業任務。

目前，AUV與水下搭載平臺的對接及布放方式主要是三種：第一種是在AUV艏部安裝捕捉繩索、桿類等導向目標的對接機構，AUV沿導向裝置運動并完成對接，該種搭載對接裝置結構復雜，在各類平臺上的適裝性較差，且需對AUV進行較大的改動，影響航行運動和作業性能；第二種是以圓錐導向罩、喇叭筒和籠箱類為對接目標的對接方式，該種方式對AUV的操縱性、運動控制性能和聲學導航定位精度具有嚴苛的要求，即使設置轉向機構根據海流方向調節對接角度，對接過程中受船身附近各向異性海流的干擾影響很大，回收失敗率很高，AUV稍有偏離，即會撞擊回收裝置，造成AUV本體及回收裝置的損壞；第三種是一種平臺式對接，即AUV采用飛機降落的原理降落于對接平臺上，通過AUV腹下的兩個捕捉臂捕捉對接平臺上的V字形定位裝置，利用鎖定機構完成最終定位，該種裝置需在AUV上附加復雜的捕捉機構，對AUV姿態控制的要求高，對接過程中AUV容易與對接平臺發生撞擊而造成損壞。

技術實現要素：

本申請人針對現有技術中的上述缺點進行改進，提供一種安全、可靠、高效回收、布放AUV的AUV水下對接與收放裝置。

本發明的技術方案如下：

AUV水下對接與收放裝置，包括搭載筒，搭載筒兩端分別同軸固接有導引環、抽水環，抽水環的另一端蓋合有可開閉的蓋體；導引環的環壁為中空殼體，所述環壁的外壁的兩端分別向導引環內部彎折并沿導引環軸向延伸形成喉管段、聚縮段，聚縮段的寬口端朝向搭載筒，聚縮段的窄口端套疊在喉管段窄口端的外部，且二者之間留有徑向間隙，所述徑向間隙使所述中空殼體的內腔與導引環的內腔連通；抽水環的內腔與所述中空殼體的內腔通過管路連通，管路上設有水泵；搭載筒的內壁上設有鎖緊機構和限位機構，分別用于AUV的鎖緊與限位。

其進一步技術方案為：

所述喉管段的長度小于導引環長度的四分之一。

所述抽水環的內壁上設有周向槽，周向槽與抽水環內腔連通，周向槽通過法蘭管一與管路連通，管路另一端通過法蘭管二與所述中空殼體的內腔連通。

管路上位于水泵與抽水環之間的管段上設有過濾器。

所述搭載筒入口側的內壁上沿周向設有多個可伸縮的鎖緊機構，所述鎖緊機構的可伸縮鎖緊件朝向搭載筒中心軸線的一端上設有橡膠墊層一。

所述搭載筒出口側的內壁上沿周向設有多個限位機構，所述限位機構的可伸縮限位件朝向搭載筒中心軸線的一端上設有橡膠墊層二。

所述蓋體與連桿的一端鉸接，連桿的另一端與電動推桿的推桿端鉸接，連桿兩端之間的桿體鉸接支撐在支板上，電動推桿的殼體鉸接在抽水環外周壁上，支板固定支撐在抽水環外周壁上。

所述搭載筒的內壁上固裝有無線充電裝置初級模塊，無線充電裝置初級模塊與AUV上的安裝的無線充電裝置次級模塊配合；搭載筒的內壁與AUV上均裝有數據通信模塊。

本發明的技術效果：

1、本發明可實現AUV的全方位水下對接與回收，能避免海流擾動、電磁干擾、對接角度差等不利因素的影響，提高了回收AUV的可靠性及成功率，縮短了水下回收AUV所耗費的時間，提高了工作效率，并降低了在回收過程中AUV損壞和丟失的風險。

2、本發明可實現AUV舷外搭載和安全、快速布放的功能，能夠實現以一定的速度和角度水下布放AUV，布放效率高，且降低了布放過程中AUV與搭載平臺碰撞的風險。

3、本發明對AUV的操縱性能和定位精度的要求不高，更適用于通用型AUV；且無需在AUV上附加復雜的對接機構，可避免改裝結構對AUV的續航能力、航行運動性能造成的不利影響。

附圖說明

圖1為本發明的剖視結構示意圖，圖中蓋體部分未剖視，且圖中雙點劃線部分示出了AUV。

圖2為本發明的回收AUV的狀態示意圖，圖中，AUV回收并對接到位后的狀態見虛線所示AUV。

圖3為本發明的布放AUV的狀態示意圖，圖中，AUV布放后的狀態見虛線所示AUV。

其中：1、搭載筒；2、導引環；201、外壁；202、喉管段；203、聚縮段；3、抽水環；301、周向槽；4、蓋體；5、管路；6、水泵；7、法蘭管一；8、法蘭管二；9、過濾器；10、可伸縮鎖緊件；11、橡膠墊層一；12、可伸縮限位件；13、橡膠墊層二；14、連桿；15、電動推桿；16、支板；17、無線充電裝置初級模塊；18、無線充電裝置次級模塊；19、數據通信模塊；20、電磁鐵一；21、彈簧一；22、電磁鐵二；23、彈簧二；24、AUV。

具體實施方式

下面結合附圖，說明本發明的具體實施方式。

見圖1，本發明包括搭載筒1，搭載筒1兩端分別同軸固接有導引環2、抽水環3，抽水環3的另一端蓋合有可開閉的蓋體4；蓋體4用于將抽水環3的一端蓋合或打開，從而使得抽水環3連接蓋體4的一端外側的海水能夠進入搭載筒1或者被阻擋在搭載筒1外部；導引環2的環壁為中空殼體，所述環壁的外壁201的兩端分別向導引環2內部彎折并沿導引環2軸向延伸形成喉管段202、聚縮段203，聚縮段203的寬口端朝向搭載筒1，聚縮段203的窄口端套疊在喉管段202窄口端的外部，且二者之間留有徑向間隙，所述徑向間隙使所述中空殼體的內腔與導引環2的內腔連通；抽水環3的內腔與所述中空殼體的內腔通過管路5連通，管路5上設有水泵6，為了對海水過濾，管路5上位于水泵6與抽水環3之間的管段上設有過濾器9；搭載筒1的內壁上設有鎖緊機構和限位機構，分別用于AUV的鎖緊與限位。

所述喉管段202的長度小于導引環2長度的四分之一，確保導引環2的符區域產生在導引環入口端，然后通過一端較長的減速作用使AUV的回收更加平穩。

所述抽水環3的內壁上設有周向槽301，周向槽301與抽水環3的內腔連通，周向槽301通過法蘭管一7與管路5連通，管路5另一端通過法蘭管二8與所述中空殼體的內腔連通，周向槽301的設置，在水泵6的作用下，在整個抽水環3內部形成負壓區域。

搭載筒1入口側的內壁上沿周向設有多個可伸縮的鎖緊機構，所述鎖緊機構的可伸縮鎖緊件10朝向搭載筒1中心軸線的一端上設有橡膠墊層一11；搭載筒1出口側的內壁上沿周向設有多個限位機構，限位機構的可伸縮限位件12朝向搭載筒1中心軸線的一端上設有橡膠墊層二13。具體地，所述鎖緊機構和所述限位機構可以采用機械技術領域常見的伸縮機構，如電動推桿、氣缸驅動的伸縮機構，本發明優選采用電磁鐵與彈簧組成的伸縮機構，見圖1，所述鎖緊機構包括固裝在搭載筒1內壁上的電磁鐵一20，電磁鐵一20的鐵芯即為可伸縮鎖緊件10，橡膠墊層一11固設在所述鐵芯伸出電磁鐵一20殼體的一端，位于橡膠墊層一11一端與電磁鐵一20殼體之間的鐵芯芯段上套接有彈簧一21；所述限位機構包括固裝在搭載筒1內壁上的電磁鐵二22，電磁鐵二22的鐵芯即為可伸縮限位件12，橡膠墊層二13固設在所述鐵芯伸出電磁鐵二22殼體的一端，位于橡膠墊層二13一端與電磁鐵二22殼體之間的鐵芯芯段上套接有彈簧二23。電磁鐵一20、電磁鐵二22的線圈通電時，在磁場作用下，電磁鐵一20的鐵芯朝著搭載筒1的中心軸線徑向移動，直至橡膠墊層一11與回收至搭載筒1內并對接到位的AUV的外壁面緊貼，通過軸向設置的多的鎖緊機構，能夠確保鎖緊到位，在需要布放AUV時，線圈斷電，電磁鐵一20的鐵芯在彈簧一21的作用下回縮并回復原位，所述限位機構的作用原理同所述鎖緊機構的作用原理，電磁鐵二22通電，其鐵芯伸出，通過鐵芯端面的橡膠墊層二13與AUV的頭部或尾部外壁面抵接，從而實現限位，電磁鐵二22、斷電，在彈簧二23的作用下，電磁鐵二22的鐵芯回縮至原位，由此實現可伸縮鎖緊件10和可伸縮限位件12的伸縮。

本發明對蓋體4進一步設置了開閉機構，即將蓋體4與連桿14的一端鉸接，連桿14的另一端與電動推桿15的推桿端鉸接，連桿14兩端之間的桿體鉸接支撐在支板16上，電動推桿15的殼體鉸接在抽水環3外周壁上，支板16固定支撐在抽水環3外周壁上，電動推桿15的推桿伸出時，通過連桿14的杠桿作用，蓋體4向下翻轉，直至蓋體4蓋合在抽水環3的端面上，電動推桿15的推桿回縮時，帶動蓋體4向上翻轉與抽水環3的端面逐漸脫離，直至完全打開抽水環3的一端端口。

為了實現對回收后的AUV補充能源并與之進行通訊，再搭載筒1的內壁上固裝有無線充電裝置初級模塊17，無線充電裝置初級模塊17與AUV上的安裝的無線充電裝置次級模塊18配合，二者配合使用，用以向AUV補充電能；搭載筒1的內壁與AUV上均裝有數據通信模塊19，用以與搭載平臺上的監控單元與AUV之間的信息通訊和數據交換。無線充電裝置初級模塊17、無線充電裝置次級模塊18、數據通信模塊19均為成熟的現有技術。

實際使用時，將搭載筒1固定支撐在水下的搭載平臺上，AUV回收及布放的過程如下：

回收AUV24：見圖2，電動推桿15的推桿伸出，使蓋體4完全蓋合在抽水環3的外側端面上，阻擋海水浸入搭載筒1內，控制可伸縮鎖緊件10回縮、可伸縮限位件12伸出，開啟水泵6，搭載筒1內靠近抽水環3一端的海水在水泵6作用下，通過抽水環3的周向槽301、法蘭管一7抽吸至管路5，經過濾器9過濾、水泵6增壓后通過法蘭管二8進入導引環2所述中空殼體的內腔，所述中空殼體的內腔的海水從聚縮段203的窄口端與喉管段202窄口端之間的所述徑向間隙高速噴出，在喉管段202的入口處因海水被噴出的射流帶走而產生負壓區域，由此抽吸周圍的海水并形成喇叭狀水流，利用水流壓力將AUV導引進導引環2內，從所述徑向間隙噴出的海水與在喉管段202入口內抽吸的海水在喉管段202內匯混合后，通過聚縮段203的擴散作用將混合海水的動能轉換為壓力勢能，與抽水環3處的負壓區域形成一定的壓差，該壓差將AUV推送入搭載筒1，由于在搭載筒1出口端設置的所述限位機構的限位作用，AUV被推送至預定位置，然后控制所述鎖緊機構的可伸縮鎖緊件10伸出將推送到位的AUV鎖緊，由此實現AUV的回收并對接到位，圖2中虛線所示AUV為處于回收并對接到位后狀態下的AUV，圖2中箭頭所示為海水流向，此時，搭載筒1內的無線充電裝置初級模塊17與AUV上的安裝的無線充電裝置次級模塊18正好對準，使兩個無線電充電裝置模塊工作，即可對AUV補充電能，同時可利用數據通信模塊19在搭載平臺上監控單元與AUV之間進行信息通訊與數據交換。

布放AUV24：電動推桿15的推桿回縮，使蓋體4逐步脫離抽水環3的外側端面，蓋體4下上翻轉的角度控制大于90°，使得抽水環3的外側端面與外部海水處于完全連通狀態，控制可伸縮鎖緊件10、可伸縮限位件12均回縮，此時AUV處于自由狀態，海水通過抽水環3的外側端口進入搭載筒1，AUV本身的推力器反向轉動為AUV提供反向推力，通過迎流和AUV推力器反向推力的作用，將AUV推送出搭載筒1，由此完成AUV的水下布放，圖3中虛線所示AUV為處于布放后狀態下的AUV，圖3中箭頭所示為海水流向。

以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的范圍參見權利要求，在本發明的保護范圍之內，可以作任何形式的修改。