一种全自动AUV投放回收装置及其投放方法

技术领域

本发明涉及水下航行器回收释放设备技术领域，具体的，涉及一种全自动AUV投放回收装置及其投放方法。

背景技术

随着科学技术的发展和国家对海洋资源的开发与利用，以及对深海安全方面的需求日益加深，更多的水下勘测设备被投入使用，特别是利用AUV编队协同完成各种水下任务，但AUV需要通过特殊装置来完成投放回收。

然而，在传统的AUV收放过程中，AUV回收方式是在母船上通过吊笼一个个起吊回收，同时需要人为参与完成挂钩任务，这种收放方式有着效率低、成功率低、自主性差、受风浪影响较大、回收时间较长和对操作人员存在安全隐患等问题。

近年来，新出现了许多对AUV投放和回收的技术方案，如一种基于视觉的AUV回收装置，公开了AUV系统、用于回收AUV系统的框架系统，通过识别AUV本体上的二维码的信息，对应解算出AUV的型号尺寸等信息，根据AUV系统的尺寸，对应控制舵机的运转及抱箍打开的角度，利用夹持及拖动的方式完成AUV系统的回收及锁紧。一种全自动快速集群布放回收AUV的船艇用平台装置，公开了将AUV集群布放回收平台模块化、一体化设计，AUV传送装置通过齿轮带动传送带进行回转运动，便于在一定角度暂停动作完成AUV的装载、布放、回收；通过模块化设计可拆卸式承载装置，可快速更换相应的承载装置实现收放不同AUV；导向装置采用可灵活配置的模块化设计，可实现不同方向的AUV回收。一种蜂窝状的AUV集群布放回收系统，可在水下AUV仍有动力的情况下完成对AUV进行布放回收，其中AUV回收舱可一次对多个AUV完成布放回收工作，提高了AUV的布放回收效率，并且回收舱体以及锁紧装置、防撞网设计可最大限度的保护AUV不受到损伤，并且在母船或者岸边即可完成整个AUV的布放回收工作。然而，虽然实现了对AUV的投放和回收，但未对AUV的投放入水角度进行调节且AUV回收成功率较低，AUV不同的投放入水角度会影响AUV入水后的航向、对AUV入水产生不同的入水阻力，以及对AUV储藏量较小的技术问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中存在的问题，为实现调节投放入水角度进行调节，提供一种全自动AUV投放回收装置及其投放方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种全自动AUV投放回收装置，包括储藏室和底层升降台，所述底层升降台位于储藏室的下方，所述底层升降台通过至少四个支柱与储藏室连接，所述支柱上设置有支柱伸缩装置，所述底层升降台包括有位于底层升降台前端的投放端；

所述底层升降台上靠近投放端一侧设置有弧形轨道，和位于弧形轨道法向上的投放装置，所述投放装置包括有与AUV形状适配的待投放槽，和用于调整AUV投放角度的水平旋转机构。

被运至待投放槽的待投放AUV，通过水平旋转机构使装载有AUV的待投放槽实现水平方向的角度调整，通过支柱伸缩装置实现底层升降台距离水面的高度，底层升降台距离水面的高度范围为(3-4)m，进而调整AUV的投放入水角度。

进一步地，所述水平旋转机构位于待投放槽的底部，所述水平旋转机构包括与弧形轨道适配的底部滑轮，和位于待投放槽底部远离投放端的自由转轴，所述水平旋转结构以自由转轴为中心。水平旋转结构以自由转轴为施力点，使待投放槽旋转，底部滑轮顺着力偶方向沿着弧形轨道移动，进而使得位于待投放槽内的AUV旋转。

进一步地，所述待投放槽内侧靠近投放端的一侧设置有用于提供投放初速度的传送带式推动装置，和背离投放端一侧且用于防止待投放AUV倒退的弧形卡槽。投放AUV时，传送带式推动装置工作，将AUV推出待投放槽，给AUV以初速度，初速度范围为(7.5-9)m/s；弧形卡槽可上下垂直移动，弹出的弧形卡槽可对AUV进行限位，避免AUV因海上波浪而发生倒退。

进一步地，所述待投放槽侧壁设置有2个容爪凹口，所述待投放槽两侧壁上方分别设置有3个内嵌滚轴机械爪，所述内嵌滚轴机械爪3包括弧形爪子和嵌于弧形爪子内侧的内嵌式滚轴。内嵌滚轴机械爪在AUV投放过程中防止出现起跳的情况导致投放不成功。

进一步地，所述底层升降台上位于待投放槽一侧设置有一对台面测距传感器，所述台面测距传感器所在直线平行于底层升降台的中线，所述底层升降台底部外侧设置有一对台底测距传感器，所述台底测距传感器之间设有间隔。台面测距传感器用于检测AUV的水平位置，台底测距传感器用于检测底层升降台距水面高度，进而得出AUV距水面高度。

进一步地，所述底层升降台的后端设置有回收端，所述回收端设置有可摆动式回收装置和弧形挡壁，所述可摆动式回收装置包括传送带式回收装置、连接传送带式回收装置与底层升降台的上下翻转式转轴，所述弧形挡壁的弧形曲度由近船体往外的方向逐渐增大，所述弧形挡壁的内侧下方设有与可摆动式回收装置适配的凹槽，所述弧形挡壁的内侧下方设有与可摆动式回收装置适配的凹槽，所述凹槽通过弧形连接通道与待投放槽相通。

在支柱伸缩装置调整底层升降台距水面高度的情况下，通过上下翻转式转轴调整可摆动式回收装置与水面的夹角，传送带式回收装置可将AUV带动制可摆动式回收装置上，可摆动式回收装置将带动AUV向上翻转至水平位置，以便AUV以水平的姿态进入到投放装置的凹槽，其中弧形挡壁起到更正AUV进入投放装置路径的作用。

进一步地，所述储藏室设置有至少两层且储藏室的底层通过平面三角固定夹与双体船固定连接，所述储藏室包括有载物台和侧壁，所述载物台对称位于储藏室内部的两侧且两侧载物台之间设有便于机械手通行的过道。储藏室底层通过平面三角固定夹固定在双体船尾部中间甲板处，且甲板下层为底层升降台，使得投放回收装置有一个稳固的工作环境。

进一步地，所述储藏室内设置有用于夹取AUV的1号机械手、2号机械手和垂直机械手，所述2号机械手位于储藏室的两侧壁上，所述2号机械手设置有弧形爪子，所述1号机械手位于2号弧形爪子一侧的下方，所述垂直机械手位于储藏室的顶层中部且与储藏室的顶层垂直，所述储藏室外壁上设置有太阳能外壳，所述太阳能外壳的后侧底端对称设置有两个半球型摄像头。

垂直机械手用于将AUV抓取并运至储藏室内待储存位置的高度，1号机械手、2号机械手用于将垂直机械手上运至储藏室的AUV抓取并储存，太阳能外壳用于将太阳能转化为电能供装置使用，半球形摄像头用于拍摄待回收AUV的姿态以便调整AUV与可摆动式回收装置10的相对位置关系，以便回收AUV。

本发明第二方面提供一种所述全自动AUV投放回收装置的方法，包括以下步骤：

S1：在待投放AUV的水平方向无需校正时，台底测距传感器检测底层升降台距离水面的高度与阈值不同，需要校正；

S2：底层升降台通过支柱伸缩装置调整距离水面的高度；

S3：所述台底测距传感器检测底层升降台距离水面高度是否需要校正，重复步骤S1和S2，直至底层升降台距离水面的高度等于阈值。

台底测距传感器检测底层升降台高度是否需要调整，通过支柱伸缩装置对底层升降台的高度进行调整，进而调整AUV的入水高度。

进一步地，包括以下步骤：

Q1：在待投放AUV位于待投放槽时，台面测距传感器检测待投放AUV的水平方向是否需要校正；

当位于底层升降台一侧的两个台面测距传感器检测到AUV是否与底层升降台的距离不同和/或距离差大于阈值，需要校正；

Q2：自由转轴朝距离差达到距离差小的方向旋转，底部滑轮顺着自由转轴产生的力偶方向沿弧形轨道运动。

Q3：所述台面测距传感器检测待投放AUV的方向是否需要校正，重复步骤S1和S2,直至两个测距传感器检测到的距离相同或距离差小于等于阈值。

台面测距传感器检测待投放AUV的方向是否需要校正，通过水平旋转结构对AUV的方向进行校正。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提供一种全自动AUV投放回收装置及其投放方法，利用底层升降台和支柱伸缩装置调节AUV距离水面高度，通过传送带式推动装置给AUV以初速度，通过水平旋转结构对AUV实现水平方向的调整，进而调整AUV的投放入水角度，从而达到AUV投放的最佳入水角度；通过设置弧形挡壁，在回收过程中对AUV进行导向，提高AUV回收的成功率；储藏室设置有多层以便储存AUV，通过垂直机械手对AUV进行垂直方向的运输，1号机械手、2号机械手对AUV进行水平方向的运输以及储存，操作简便，且AUV存储量大。

附图说明

图1为本发明的外部示意图；

图2为本发明的局部结构示意图；

图3为本发明的侧视结构示意图；

图4为本发明的俯视结构示意图；

图5为本发明的内部结构示意图

图6为图5的A处放大图；

图7为可摆动式回收装置的结构示意图；

图8为1号机械手的结构示意图；

图9为2号机械手的结构示意图；

图10为投放装置的结构示意图；

图11内嵌滚轴机械爪的结构示意图。

其中，1、AUV；2、弧形轨道；3、内嵌滚轴机械爪；3-1、弧形爪子；3-2、内嵌式滚轴；4、支柱；5、支柱伸缩装置；6、双体船；7、1号机械手；7-1、1号爪；7-2、1号机械伸缩臂；7-3、1号松紧卡扣；7-4、1号弧形爪子；7-5、1号防滑橡胶；7-6、90度转轴；8、2号机械手；8-1、2号爪；8-2、2号机械伸缩臂；8-3、2号松紧卡扣；8-4、2号弧形爪子；8-5、2号防滑橡胶；9、垂直机械手；10、可摆动式回收装置；10-1、上下翻转式转轴；10-2、传送带式回收装置；11、弧形挡壁；12、弧形连接通道；13、投放装置；13-1、传送带式推动装置；13-2、弧形卡槽；13-3、自由转轴；13-4、底部滑轮；14、底层升降台；15、储藏室；16、太阳能外壳；17、平面三角固定夹。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例1

如图1-3和图7所示，本实施例公开一种用于一种全自动AUV1投放回收装置，包括储藏室15和底层升降台14，底层升降台14位于储藏室15的下方，底层升降台14通过至少四个支柱4与储藏室15连接，支柱4上设置有支柱伸缩装置5，底层升降台14包括有位于底层升降台14前端的投放端；底层升降台14上靠近投放端一侧设置有弧形轨道2，和位于弧形轨道2法向上的投放装置13，投放装置13包括有与AUV1形状适配的待投放槽，和用于调整AUV1投放角度的水平旋转机构。水平旋转机构位于待投放槽的底部，水平旋转机构包括与弧形轨道2适配的底部滑轮13-4，和位于待投放槽底部远离投放端的自由转轴13-3，水平旋转结构以自由转轴13-3为中心。

如图9所示，待投放槽内侧靠近投放端的一侧设置有用于提供投放初速度的传送带式推动装置13-1，和背离投放端一侧且用于防止待投放AUV1倒退的弧形卡槽13-2。待投放槽侧壁设置有2个容爪凹口，待投放槽两侧壁上方分别设置有3个内嵌滚轴机械爪3，内嵌滚轴机械爪3包括弧形爪子3-1和嵌于弧形爪子3-1内侧的内嵌式滚轴3-2。

底层升降台14上位于待投放槽一侧设置有一对台面测距传感器，台面测距传感器所在直线平行于底层升降台14的中线，底层升降台14底部外侧设置有一对台底测距传感器，台底测距传感器之间设有间隔。

本实施例中，投放端端口平整，以避免因投放端端口参差对AUV1的投放角度造成偏差。底层升降台14四周无挡壁遮挡，支柱伸缩装置5采用气缸实现竖直方向的伸缩，弧形卡槽13-2连接有后台系统，通过后台系统控制，实现自动弹出和缩回，当AUV1运至待投放槽时弧形卡槽13-2自动弹出，AUV1进行投放时弧形卡槽13-2缩回，此处后台系统为现有技术，不属于本发明的主要技术点；3个内嵌滚轴机械爪3与2个容爪凹口相间设置。

实施例2

在实施例一的基础上，底层升降台14的后端设置有回收端，回收端设置有可摆动式回收装置10和弧形挡壁11，可摆动式回收装置10包括传送带式回收装置10-2、连接传送带式推动回收装与底层升降台14的上下翻转式转轴10-1，弧形挡壁11的弧形曲度由近船体往外的方向逐渐增大，弧形挡壁11的内侧下方设有与可摆动式回收装置10适配的凹槽，弧形挡壁11的内侧下方设有与可摆动式回收装置10适配的凹槽，凹槽底面与可摆动式回收装置10上下翻转至水平位置时相贴合，以配合可摆动式回收装置10与弧形挡壁11的切合度，凹槽通过弧形连接通道12与待投放槽相通。

储藏室15设置有至少两层且储藏室15的底层通过平面三角固定夹17与双体船6固定连接，储藏室15包括有载物台和侧壁，载物台对称位于储藏室15内部的两侧且两侧载物台之间设有便于机械手通行的过道。储藏室15内设置有用于夹取AUV1的1号机械手7、2号机械手8和垂直机械手9，2号机械手8位于储藏室15的两侧壁上，1号机械手7位于2号弧形爪子8-4一侧的下方，垂直机械手9位于储藏室15的顶层中部且与储藏室15的顶层垂直，储藏室15外壁上设置有太阳能外壳16，太阳能外壳16的后侧底端对称设置有两个半球型摄像头。

本实施例中，投放装置13的后端截口为光滑圆弧面与弧形连接通道12切合相接，通过弧形连接通道12与可摆动式回收装置10相通。

如图5所示，1号机械手7包括有底座7-7、1号机械伸缩臂7-2、90度转轴7-6、1号松紧卡扣7-3、1号弧形爪子7-4和1号爪7-1，底座的一端固定连接于载物台，底座的另一端与1号机械伸缩臂7-2的一端连接，1号机械伸缩臂7-2的另一端通过90度转轴7-6与1号爪7-1连接，1号爪7-1内侧表面设置有1号防滑橡胶7-5，1号机械手7、2号机械手8和垂直机械手9内侧采用防滑橡胶材质，且机械爪在抓紧状态下内侧轮廓贴合AUV1轮廓。

如图6所示，2号机械手8包括有2号机械伸缩臂8-2、2号松紧卡扣8-3、2号爪8-1、2号弧形爪子8-4和2号防滑橡胶8-5，2号弧形爪子8-4通过2号松紧卡扣8-3和2号爪8-1连接。

实施例3

一种全自动AUV投放回收装置的投放方法，包括以下步骤：

Q1：在待投放AUV1位于待投放槽时，台面测距传感器检测待投放AUV1的水平方向是否需要校正；

当位于底层升降台14一侧的两个测距传感器检测到AUV1是否与底层升降台14的距离不同和/或距离差大于阈值，需要校正；

Q2：自由转轴13-3朝距离差哒到距离差小的方向旋转，底部滑轮13-4顺着自由转轴13-3产生的力偶方向沿弧形轨道2运动。

Q3：测距传感器检测待投放AUV1的方向是否需要校正，重复步骤S1和S2,直至两个测距传感器检测到的距离相同或距离差小于等于阈值。

在具体实施过程中，还包括以下步骤：

S1：在待投放AUV1的水平方向无需校正时，台底测距传感器检测底层升降台14距离水面的高度与阈值不同，需要校正；

S2：底层升降台14通过支柱伸缩装置5调整距离水面的高度；

S3：台底测距传感器检测底层升降台14距离水面高度是否需要校正，重复步骤S1和S2，直至底层升降台14距离水面的高度等于阈值。

本实施例中AUV1的最佳入水角度为45°，由入水角度为45°，后台系统可计算得出待投放AUV1最佳入水角度的投放高度，位于底层升降台14底部近水一侧的测距传感器测得底层升降台14的高度，进而计算出AUV1的实际高度，实际高度是否等于阈值。

后台系统计算出当AUV1触碰到水面时竖直方向速度，后台系统通过垂直方向的速度和入水角度推算出水平方向的速度大小，传动带式推动装置带动AUV1并以推算出的水平方向的速度将AUV1投放出去。本实施例中此处后台系统为现有技术，不属于本发明的主要技术点。

工作原理

投放过程：台底测距传感器测得距离水面的高度，支柱伸缩装置5实现底层升降台14的升降，以调整投放时距离水平面的高度，1号机械手7或2号机械手8将待投放AUV1运载至垂直机械手9下方，垂直机械手9夹取待投放AUV1并运载至待投放槽里，继而弧形卡槽13-2自动弹出，避免AUV1因海上波浪而发生倒退；台面测距传感器测得待投放AUV1是否平行于底层升降台14的中线，通过底部滑轮13-4和自由转轴13-3配合旋转，调整AUV1投放的水平方向。根据AUV1待投放入水的角度，根据公式

回收过程：摆动式回收装置通过上下翻转式转轴10-1与弧形挡壁11构成旋转结构，且可摆动式回收装置10表面内嵌传送带式回收装置10-2，且传送带式回收装置10-2与可摆动式回收装置10表面相切，当回收AUV1时，AUV1及其重心被传送带式回收装置10-2带动至可摆动式回收装置10上时，可摆动式回收装置10将带动AUV1向上翻转至水平位置，以便AUV1以水平的姿态进入到投放装置13，其中弧形挡壁11起到更正AUV1进入投放装置13的路径的作用。

储藏过程：垂直机械手9将位于底层升降台14上的AUV1夹取并运至储藏室15待存储位置所在层，1号机械手7或2号机械手8将垂直机械手9夹取的AUV1夹取，垂直机械手9松开，1号机械手7或2号机械手8的机械臂收缩，将AUV1储藏。

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。