水下自主航行器与水面移动平台的水下非接触移动接驳装置

摘要

本发明公开了一种水下自主航行器与水面移动平台的水下非接触移动接驳装置，该装置包括水面移动平台侧部分和水下自主航行器侧部分；其中水面移动平台侧部分主要包括水面移动平台船体、非接触接驳主控单元、喇叭状导引口、非接触电能传输初级线圈、水面移动平台侧信号传输天线、电磁铁锁紧单元、水面移动平台侧声学通讯定位模块、圆筒型导引口等，水下自主航行器侧部分主要包括视觉导引组件、水下自主航行器侧声学通讯模块、水下自主航行器侧信号传输天线、水下航行器主体、非接触电能传输次级线圈、电磁锁紧块、锥形保护套。本装置增大了水下自主航行器的探测范围和相关探测任务执行的灵活性，并且降低了水下自主航行器的回收成本。

说明书

技术领域

本发明属于海洋技术工程领域，涉及一种接驳装置，尤其是一种水下自主航行器与水面 移动平台的水下非接触移动接驳装置。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，占全球71％面积的海洋将是下一个世纪，也是未来人类赖以生存 的资源。近年来，水下自主航行器作为海洋探测平台在海洋环境、资源、地质等方面的探测 与研究中，已经得到了越来越广泛的应用。但是水下自主航行器续航能力差、数据传输实时 性不强、布放与回收复杂等状况限制了其更为广泛的应用。针对该问题，水下自主航行器的 水下对接技术在近几年逐步兴起。专利CN201110178669.6公开了一套自主水下航行器与海底 观测网对接装置，自主水下航行器经过喇叭状导口导引可以可靠地停靠在接驳站主体，实现 自主水下航行器与海底观测网络之间电能和信号的传输。专利CN201310668750.1公开了可自 动调节朝向的对接平台系统，该系统可极大提高对接成功的几率。

然而上述提及的对接平台系统均布放于海底且与海底观测网相连。为了完成相关的接驳 任务，水下自主航行器需要航行至海底某固定接驳地点，这样不仅大大限制了水下自主航行 器的探测范围，而且由于接驳地点固定也使得海洋探测任务具有局限性。因此，为增大水下 自主航行器的探测范围和相关探测任务执行的灵活性，本发明提出了水下自主航行器与水面 移动平台的水下非接触移动接驳装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下自主航行器与水面移动平台的水下非接触移动接驳装置， 以实现水下自主航行器在任意水域与水面接驳平台的非接触移动接驳任务，从而增大水下自 主航行器的探测范围和相关探测任务执行的灵活性。

本发明的水下自主航行器与水面移动平台的水下非接触移动接驳装置包括水面移动平台 侧部分和水下自主航行器侧部分；

所述的水面移动平台侧部分包括水面移动平台船体、非接触接驳主控单元、视频监视模 块、喇叭状导引口、非接触电能传输初级线圈、水面移动平台侧信号传输天线、电磁铁锁紧 单元、锁紧单元固定件、水面移动平台侧声学通讯定位模块、圆筒型导引口、导引灯固定件、 水下导引灯、悬挂连接件，喇叭状导引口小口端与非接触电能传输初级线圈共轴线且刚性连 接，锁紧单元固定件关于喇叭状导引口中心轴呈周向均匀分布并与非接触电能传输初级线圈 刚性连接，各锁紧单元固定件上刚性连接一电磁铁锁紧单元，圆筒型导引口与锁紧单元固定 件刚性连接并与喇叭状导引口共轴线，水面移动平台侧声学通讯定位模块与导引灯固定件均 与圆筒型导引口刚性连接，并且水面移动平台侧声学通讯定位模块发出的波束指向水底，水 下导引灯与导引灯固定件刚性连接并与圆筒型导引口共轴线，水下导引灯发出光线由圆筒型 导引口指向喇叭状导引口，水面移动平台侧信号传输天线与非接触电能传输初级线圈轴线平 行并刚性连接，悬挂连接件上端与水面移动平台船体刚性连接，悬挂连接件下端分别与非接 触电能传输初级线圈和圆筒型导引口刚性连接，视频监视模块固接于悬挂连接件并且其视角 朝向喇叭状导引口、其中心轴线平行于喇叭状导引口的中心轴线，非接触接驳主控单元固定 安放于水面移动平台船体。

所述的水下自主航行器侧部分包括视觉导引组件、水下自主航行器侧声学通讯模块、水 下自主航行器侧信号传输天线、水下航行器主体、非接触电能传输次级线圈、电磁锁紧块、 锥形保护套，视觉导引组件和水下自主航行器侧声学通讯模块固定在水下航行器主体艘部的 腔体里面、并且二者的轴线均与水下航行器主体的轴线平行，非接触电能传输次级线圈、电 磁锁紧块和锥形保护套同轴线地套接固定在水下航行器主体，水下自主航行器侧信号传输天 线与非接触电能传输次级线圈轴线平行并刚性连接。

所述的锁紧单元固定件及电磁铁锁紧单元均为三个。

水下自主航行器与水面移动平台的水下非接触移动接驳装置工作过程如下：

下达非接触接驳任务后，水面移动平台在预定区域水面航行，水下自主航行器自主导航 至该水域，并通过水下自主航行器侧声学通讯模块向水面移动平台侧声学通讯定位模块请求 水面移动平台的位置信息。水下自主航行器靠近水面移动平台后，在视觉导引组件辅助下， 水下自主航行器航行至喇叭状导引口导引区域，并在喇叭状导引口导引作用下，进入圆筒型 导引口，此过程中锥形保护套起到减缓碰撞力作用。水下自主航行器与水面移动平台对接成 功后，非接触接驳主控单元控制开启电磁铁锁紧单元，使电磁铁锁紧单元吸附电磁锁紧块， 从而水面移动平台完成对水下自主航行器的锁紧功能。成功锁紧后，水下自主航行器与水面 移动平台形成固定连接，一起航行。非接触接驳主控单元开启非接触电能与信号传输的任务， 通过非接触电能传输初级线圈和非接触电能传输次级线圈的耦合作用实现水面移动平台向水 下自主航行器的非接触电能传输，通过水面移动平台侧信号传输天线和水下自主航行器侧信 号传输天线实现水面移动平台与水下自主航行器的双向非接触信号传输。水下自主航行器完 成非接触电能与信号传输任务后，非接触接驳主控单元关闭电磁铁锁紧单元，水下自主航行 器反转螺旋桨退出水面移动平台，开启下一周期的探测任务。视频监视模块可对整个过程起 到视频监视作用，操作人员可及时监测到异常状况，并进行相应应急处理。

本发明的水下自主航行器与水面移动平台的水下非接触移动接驳装置，利用了水面移动 平台灵活机动的优点，并借助相应的非接触接驳设备，实现了二者的非接触移动接驳功能， 相对于传统的海底非接触接驳方式，该装置增大了水下自主航行器的探测范围和相关探测任 务执行的灵活性，并且降低了水下自主航行器的回收成本。

附图说明

图1为水面移动平台结构示意图；

图2为水下自主航行器结构示意图；

图3为水下自主航行器与水面移动平台正常对接后的示意图。

图中：1.水面移动平台船体，2.非接触接驳主控单元，3.视频监视模块，4.喇叭状导引口，5. 非接触电能传输初级线圈，6.水面移动平台侧信号传输天线，7.电磁铁锁紧单元，8.锁紧单 元固定件，9.水面移动平台侧声学通讯定位模块，10.圆筒型导引口，11.导引灯固定件，12. 水下导引灯，13.悬挂连接件，14.视觉导引组件，15.水下自主航行器侧声学通讯模块，16.水 下自主航行器侧信号传输天线，17.水下航行器主体，18.非接触电能传输次级线圈，19.电磁 锁紧块，20.锥形保护套。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

参照图1-图3，本发明的水下自主航行器与水面移动平台的水下非接触移动接驳装置包 括水面移动平台侧部分和水下自主航行器侧部分；

所述的水面移动平台侧部分包括水面移动平台船体1、非接触接驳主控单元2、视频监视 模块3、喇叭状导引口4、非接触电能传输初级线圈5、水面移动平台侧信号传输天线6、三 个电磁铁锁紧单元7、三个锁紧单元固定件8、水面移动平台侧声学通讯定位模块9、圆筒型 导引口10、导引灯固定件11、水下导引灯12、悬挂连接件13，喇叭状导引口4小口端与非 接触电能传输初级线圈5共轴线且刚性连接，三个锁紧单元固定件8关于喇叭状导引口4中 心轴呈周向均匀分布(间隔120度)并与非接触电能传输初级线圈5刚性连接，三个电磁铁 锁紧单元7与相应的锁紧单元固定件8刚性连接，圆筒型导引口10与锁紧单元固定件8刚性 连接并与喇叭状导引口4共轴线，水面移动平台侧声学通讯定位模块9与导引灯固定件11均 与圆筒型导引口10刚性连接，并且水面移动平台侧声学通讯定位模块9发出的波束指向水底， 水下导引灯12与导引灯固定件11刚性连接并与圆筒型导引口10共轴线，水下导引灯12发 出光线由圆筒型导引口10指向喇叭状导引口4，水面移动平台侧信号传输天线6与非接触电 能传输初级线圈5轴线平行并刚性连接，悬挂连接件13上端与水面移动平台船体1刚性连接， 悬挂连接件13下端分别与非接触电能传输初级线圈5和圆筒型导引口10刚性连接，视频监 视模块3固接于悬挂连接件13并且其视角朝向喇叭状导引口4、其中心轴线平行于喇叭状导 引口4的中心轴线，非接触接驳主控单元2固定安放于水面移动平台船体1。

所述的水下自主航行器侧部分包括视觉导引组件14、水下自主航行器侧声学通讯模块 15、水下自主航行器侧信号传输天线16、水下航行器主体17、非接触电能传输次级线圈18、 电磁锁紧块19、锥形保护套20，视觉导引组件14和水下自主航行器侧声学通讯模块15固定 在水下航行器主体17艘部的腔体里面、并且二者的轴线均与水下航行器主体17的轴线平行， 非接触电能传输次级线圈18、电磁锁紧块19和锥形保护套20同轴线地套接固定在水下航行 器主体17，水下自主航行器侧信号传输天线16与非接触电能传输次级线圈18轴线平行并刚 性连接。

水下自主航行器与水面移动平台的水下非接触移动接驳装置工作过程如下：

下达非接触接驳任务后，水面移动平台在预定区域水面航行，水下自主航行器自主导航 至该水域，并通过水下自主航行器侧声学通讯模块15向水面移动平台侧声学通讯定位模块9 请求水面移动平台的位置信息。水下自主航行器靠近水面移动平台后，在视觉导引组件14辅 助下，水下自主航行器航行至喇叭状导引口4导引区域，并在喇叭状导引口4导引作用下， 进入圆筒型导引口10，此过程中锥形保护套20起到减缓碰撞力作用。水下自主航行器与水 面移动平台对接成功后，非接触接驳主控单元2控制开启电磁铁锁紧单元7，使电磁铁锁紧 单元7吸附电磁锁紧块19，从而水面移动平台完成对水下自主航行器的锁紧功能。成功锁紧 后，水下自主航行器与水面移动平台形成固定连接，一起航行。非接触接驳主控单元2开启 非接触电能与信号传输的任务，通过非接触电能传输初级线圈5和非接触电能传输次级线圈 18的耦合作用实现水面移动平台向水下自主航行器的非接触电能传输，通过水面移动平台侧 信号传输天线6和水下自主航行器侧信号传输天线16实现水面移动平台与水下自主航行器的 双向非接触信号传输。水下自主航行器完成非接触电能与信号传输任务后，非接触接驳主控 单元2关闭电磁铁锁紧单元7，水下自主航行器反转螺旋桨退出水面移动平台，开启下一周 期的探测任务。视频监视模块3可对整个过程起到视频监视作用，操作人员可及时监测到异 常状况，并进行相应应急处理。