一种海洋工程水下航行器的马鞍式捕获装置及捕获方法

摘要

本发明公开了一种海洋工程水下航行器的马鞍式捕获装置及捕获方法，包括漂浮在自主航行器上方的底盘，底盘两侧对称设置有多个用于提供浮力的浮筒；与浮筒位于同一侧的底盘上还转动安装有定位臂组件，两侧的定位臂组件均夹持在自主航行器表面，底盘上安装有用于驱动定位臂组件转动的液压驱动组件，底盘中心位置开设一个捕获口，捕获口一侧的底盘上安装有丝杠驱动组件，另一侧平行安装有轨道压板；两个蘑菇头夹紧板相对的一侧均开设有夹紧口，且两个蘑菇头夹紧板上下位置交错分布在捕获口上方、做同步地相向或反向运动。本装置创造性的利用马鞍的原理让本装置利用浮筒横跨架设自主航行器上后，避免母船在海况作用下的起伏与摇摆对捕获装置的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体为一种海洋工程水下航行器的马鞍式捕获装置及捕获方法。

背景技术

随着人类对海洋资源的探索越来越多，水下机器人应运而生，如水下航行器、自主水下机器人(AUV),水下滑翔机等。它具有无缆、作业范围广、自由度大、可进行复杂环境探索等特点。当需要对工作时的水下机器人进行能量补充、读取信息或打捞出水面等操作时，需要首先对水下机器人进行捕获。

目前捕获装置普遍使用点对点捕获原理，捕获效率低，失败率高。为此我们提出一种海洋工程水下航行器的马鞍式捕获装置及捕获方法用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海洋工程水下航行器的马鞍式捕获装置及捕获方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种海洋工程水下航行器的马鞍式捕获装置，包括漂浮在自主航行器上方的底盘，所述自主航行器上设有用于捕获装置连接的蘑菇头结构，

所述底盘两侧对称设置有多个用于提供浮力的浮筒；

与所述浮筒位于同一侧的底盘上还转动安装有定位臂组件，两侧的所述定位臂组件均夹持在自主航行器表面，所述定位臂组件由一个转轴和两个呈对称式、固定安装在转轴两端的定位臂构成，所述转轴转动安装在底盘侧边；

所述底盘上安装有用于驱动定位臂组件转动的液压驱动组件，所述液压驱动组件与定位臂组件一一对应；

所述底盘中心位置开设一个捕获口，所述捕获口一侧的底盘上安装有丝杠驱动组件，另一侧平行安装有轨道压板；

所述丝杠驱动组件包括一个可转动的双向丝杠和套接在双向丝杠两端的左旋传动丝母和右旋传动丝母，所述左旋传动丝母和右旋传动丝母上分别固定连接一个蘑菇头夹紧板，两个所述蘑菇头夹紧板的另一侧同时滑动卡接在轨道压板内；

两个所述蘑菇头夹紧板相对的一侧均开设有夹紧口，且两个蘑菇头夹紧板上下位置交错分布在捕获口上方、做同步地相向或反向运动。

优选的，所述底盘顶部固定安装一个竖直向上延伸的安装支架，所述安装支架上安装一个摄像头。

优选的，所述底盘的四角位置均向外延伸设置有耳板，位于同一侧边的两个耳板之间固定安装有至少一个所述浮筒，所述浮筒的轴线与捕获后的自主航行器长度方向平行，四个所述耳板的上端均开设有用于钢丝绳穿过的吊孔。

优选的，所述定位臂呈弧形或者V形抱瓦式结构，滑动接触在自主航行器的表面，所述底盘底部设有与自主航行器配合的限位槽。

优选的，所述液压驱动组件包括安装在底盘顶部的双向液压缸和固接在双向液压缸驱动端的齿条，所述齿条的轴线与双向液压缸的伸缩方向平行，且齿条垂直于转轴，所述转轴上固定套接一个与齿条啮合的齿轮，所述底盘上顶部还固定安装一个活动套接在齿条外侧、且限制其运动方向的导轨。

优选的，所述丝杠驱动组件还包括一个用于安装双向丝杠的丝杠安装架，所述双向丝杠的其中一个端部与安装在底盘上的液压马达驱动轴固接。

优选的，所述轨道压板内侧沿着其长度方向开设一个直槽口，所述蘑菇头夹紧板端部滑动卡接在直槽口内。

优选的，所述夹紧口的开口角度为90度，所述蘑菇头结构通过四棱锥形的支撑柱与底盘固定连接，当蘑菇头结构卡接在两个蘑菇头夹紧板之间时，夹紧口与支撑柱的棱边接触。

一种海洋工程水下航行器的马鞍式捕获方法，采用上述捕获装置，具体包括以下步骤：

S1：由母船上吊装设备通过四根钢丝绳将捕获装置吊装到自主航行器的上方，此过程中通过摄像头便于母船上人员操作；

S2：两个液压驱动组件中的双向液压缸均伸出，通过齿条带动齿轮转动，从而使得底盘两侧的定位臂组件张开，并向底盘下方合拢，将自主航行器逐渐拨动到底盘正下方，并使得自主航行器的径向中心与底盘的轴线基本对正；

S3：通过吊装设备继续下放捕获装置，使得钢丝绳处于松弛状态，两侧的浮筒使得底盘正好漂浮在自主航行器顶部，当定位臂组件完全将自主航行器夹持后，自主航行器正好位于底盘底部的限位槽内，此时蘑菇头结构从捕获口穿出，并向上延伸；

S4：通过液压马达驱动双向丝杠转动，带动左旋传动丝母和右旋传动丝母在双向丝杠上做相向运动，从而带动两个蘑菇头夹紧板靠近，其中两个蘑菇头夹紧板的位置上下交错开，使得两个蘑菇头夹紧板上的夹紧口夹持在蘑菇头结构底部的支撑柱上，实现捕获装置与自主航行器的完全定位；

S5：母船上吊装设备吊起捕获装置和自主航行器，捕获完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本装置创造性的利用马鞍的原理让本装置利用浮筒横跨架设自主航行器上后，继续下放钢丝绳，避免母船在海况作用下的起伏与摇摆对捕获装置的影响；

利用马鞍的原理使得本装置与自主航行器近似于一个整体，这样一来，在海面上，本装置对蘑菇头的捕获也可以获得很高的成功率；

利用可转动的定位臂之间的开口控制，可以增大本装置与蘑菇头结构对接的成功率和工作效率。同时利用定位臂可以向上转动并折叠，减小本装置体积，降低对母船空间的占用；

通过蘑菇头结构底部四棱锥型的支撑柱设计，使得自主航行器在捕获后不会发生转动，避免上提自主航行器时不会因为不完全定位出现意外事故；

当自主航行器与本装置在海面上出现斜角影响对蘑菇头的锁死时，可以通过蘑菇头四棱锥型颈部上方的倒斜角设计用蘑菇头夹紧板将蘑菇头结构扶正；

本装置采用的液压动力源，自身就具有密封性，可以很好的适应海洋环境。同样为了应对海洋环境，本装置避免使用复杂与精密的机械结构，这样在极大的降低本装置的购置与使用成本和故障率的同时还可以尽量提高本装置的使用寿命。

附图说明

图1为本发明中捕获装置与自主航行器捕获后结构示意图；

图2为本发明中捕获装置与自主航行器捕获前结构示意图；

图3为本发明中定位组件示意图；

图4为本发明中捕获装置折叠时立体结构示意图；

图5为本发明中捕获装置折叠时主视图；

图6为本发明中捕获装置折叠时侧视图；

图7为本发明中捕获装置折叠时俯视图；

图8为本发明图7中A-A处剖视图；

图9为本发明图7中B-B处剖视图；

图10为本发明图7中C-C处剖视图。

图中：1自主航行器、101蘑菇头结构、102支撑柱、2底盘、201捕获口、202限位槽、203耳板、204吊孔、205安装支架、3浮筒、4定位组件、41定位臂、42转轴、5液压驱动组件、51双向液压缸、52齿条、53导轨、54齿轮、6蘑菇头夹紧板、601夹紧口、7丝杠驱动组件、71丝杠安装架、72双向丝杠、73左旋传动丝母、74右旋传动丝母、75液压马达、8轨道压板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种海洋工程水下航行器的马鞍式捕获装置，包括漂浮在自主航行器1上方的底盘2，自主航行器1上设有用于捕获装置连接的蘑菇头结构101，底盘2顶部固定安装一个竖直向上延伸的安装支架205，安装支架205上安装一个用于捕获时向操作人员实时提供图像的摄像头。

底盘2的四角位置均向外延伸设置有耳板203，位于同一侧边的两个耳板203之间固定安装有至少一个浮筒3，浮筒3的轴线与捕获后的自主航行器1长度方向平行，四个耳板203的上端均开设有用于钢丝绳穿过的吊孔204。

请参阅图1-3，与浮筒3位于同一侧的底盘2上还转动安装有定位臂组件4，两侧的定位臂组件4均夹持在自主航行器1表面，定位臂组件4由一个转轴42和两个呈对称式、固定安装在转轴42两端的定位臂41构成，转轴42转动安装在底盘2侧边。

进一步的，定位臂41呈弧形或者V形抱瓦式结构，滑动接触在自主航行器1的表面，其中抱瓦式结构便于将自主航行器1拨动到底盘2正下方，底盘2底部设有与自主航行器1配合的限位槽202，保证其捕获后的稳定性。

请参阅图1-4，底盘2上安装有用于驱动定位臂组件41转动的液压驱动组件5，液压驱动组件5与定位臂组件41一一对应。

液压驱动组件5包括安装在底盘2顶部的双向液压缸51和固接在双向液压缸51驱动端的齿条52，齿条52的轴线与双向液压缸51的伸缩方向平行，且齿条52垂直于转轴42，转轴42上固定套接一个与齿条52啮合的齿轮54，底盘2上顶部还固定安装一个活动套接在齿条52外侧、且限制其运动方向的导轨53。

底盘2中心位置开设一个捕获口201，捕获口201一侧的底盘2上安装有丝杠驱动组件7，另一侧平行安装有轨道压板8，轨道压板8内侧沿着其长度方向开设一个直槽口，蘑菇头夹紧板6端部滑动卡接在直槽口内。

请参阅图1-4以及图10，丝杠驱动组件7包括一个可转动的双向丝杠72、一个用于安装双向丝杠72的丝杠安装架71和套接在双向丝杠72两端的左旋传动丝母73和右旋传动丝母74，双向丝杠72的其中一个端部与安装在底盘2上的液压马达75驱动轴固接，左旋传动丝母73和右旋传动丝母74上分别固定连接一个蘑菇头夹紧板6，两个蘑菇头夹紧板6的另一侧同时滑动卡接在轨道压板8内；

两个蘑菇头夹紧板6相对的一侧均开设有夹紧口601，且两个蘑菇头夹紧板6上下位置交错分布在捕获口201上方、做同步地相向或反向运动。

夹紧口601的开口角度为90度，蘑菇头结构101通过四棱锥形的支撑柱102与底盘2固定连接，当蘑菇头结构101卡接在两个蘑菇头夹紧板6之间时，夹紧口601与支撑柱102的棱边接触。

请参阅图1，本发明中捕获装置的使用方法如下：

S1：由母船上吊装设备通过四根钢丝绳将捕获装置吊装到自主航行器1的上方，此过程中通过摄像头便于母船上人员操作；

S2：两个液压驱动组件5中的双向液压缸51均伸出，通过齿条52带动齿轮54转动，从而使得底盘2两侧的定位臂组件5张开，并向底盘2下方合拢，将自主航行器1逐渐拨动到底盘2正下方，并使得自主航行器1的径向中心与底盘2的轴线基本对正；

S3：通过吊装设备继续下放捕获装置，使得钢丝绳处于松弛状态，两侧的浮筒3使得底盘2正好漂浮在自主航行器1顶部，当定位臂组件5完全将自主航行器1夹持后，自主航行器1正好位于底盘2底部的限位槽202内，此时蘑菇头结构101从捕获口201穿出，并向上延伸；

S4：通过液压马达75驱动双向丝杠72转动，带动左旋传动丝母73和右旋传动丝母74在双向丝杠72上做相向运动，从而带动两个蘑菇头夹紧板6靠近，其中两个蘑菇头夹紧板6的位置上下交错开，使得两个蘑菇头夹紧板6上的夹紧口601夹持在蘑菇头结构101底部的支撑柱102上，实现捕获装置与自主航行器1的完全定位；

S5：母船上吊装设备吊起捕获装置和自主航行器1，捕获完成。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。