用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构

技术领域

本发明涉及水下无人潜航器捕捞技术领域，特别涉及一种用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构。

背景技术

随着智能技术的高速发展，越来越多的水下无人智能装备不断涌现并被广泛使用，水下无人潜航器(UUV)应运而生。由于UUV的驱动能力和能量储备的局限性，UUV通常难以独立返航，因此在使用周期结束后，其回收、维护和再循环使用仍然面临着一系列的挑战。如何捕获或回收UUV，已成为水下无人智能装备建设的一个重要发展方向。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以高效且稳定地对水下无人潜航器等大型物件进行捕捞，并应用于水下无人潜航器高效、低成本的捕获或回收的子母网结构。

根据本发明实施例的一种用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构，基于蜘蛛网的仿生结构力学设计，包括：

母网结构，所述母网结构用于承载捕获水下无人潜航器后的冲击载荷；

子网结构单元，所述子网结构单元分布在所述母网结构的母网孔中，每个所述子网结构单元的外缘与对应的所述母网孔的边缘绳索相连，所述子网结构单元用于捕获水下无人潜航器，并将荷载传导到所述母网结构上。

根据本发明的实施例的用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构，可以高效且稳定地对水下无人潜航器进行捕捞，水下无人潜航器被用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构捕获后，很难从子母网中逃脱，增加了捕捞水下无人潜航器的成功率。

在一些实施例中，所述母网结构的设计考虑仿生蜘蛛网的结构及材料分布。

在一些实施例中，所述母网结构的设计与制作包括：先选择所述母网孔的形状，再基于蜘蛛网仿生优化所述母网结构的整网材料分布，最后使用高强材料借助改造后的钢丝勾花网编织机，将网孔尺寸放大到合适的大小。

在一些实施例中，所述母网孔为矩形网孔、菱形网孔或三角形网孔。

在一些实施例中，所述子网结构单元通过自锁结构连接于对应的所述母网孔的边缘绳索上，所述自锁结构用于在所述子网结构单元捕获到水下无人潜航器后使所述母网孔缩小。

在一些实施例中，所述自锁结构为环扣，所述母网孔的边缘绳索穿过所述环扣，所述环扣在所述母网孔的边缘绳索上可自由滑动。

在一些实施例中，所述子网结构单元上设有可展捕机构，所述可展捕机构在所述子网结构单元捕获到水下无人潜航器后时使所述子网结构单元展开以包住水下无人潜航器。

在一些实施例中，所述用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构使用多个驱动设备在水中进行拖拽，形成拖拽系统。

在一些实施例中，针对所述拖拽系统而言，所述用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构采用如下方式进行定量优化：将所述用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构简化为集中质点和与所述集中质点相连的无质量阻尼弹簧，建立集中质点—阻尼弹簧模型来进行模拟计算与设计，以对所述用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构的绳索力学性能、编织结构、网孔分布、力学约束边界进行定量优化。

在一些实施例中，所述集中质点—阻尼弹簧模型进行模拟计算与设计，具体为：所述集中质点—阻尼弹簧模型假设绳索的质量均匀分布于每一个所述集中质点，所述集中质点间通过结构弹簧、剪切弹簧和柔性弹簧相连，通过考虑绳索的拉伸强度、弯曲刚度和编制结构以及水流阻力因素，对所述用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构提供合理可行的理论建模和动力学模拟，以对所述用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构的绳索力学性能、编织结构、网孔分布、力学约束边界进行定量优化。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的矩形网孔子母网结构的示意图；

图2是本发明一个实施例的菱形网孔子母网结构的示意图；

图3是本发明一个实施例的三角形网孔子母网结构的示意图；

图4是本发明一个实施例的自锁结构展开状态示意图；

图5是本发明一个实施例的自锁结构捕获状态示意图；

图6是本发明一个实施例的可展捕机构目标触网状态的示意图；

图7是本发明一个实施例的可展捕机构子网结构单元展开状态的示意图；

图8是本发明一个实施例的可展捕机构捕获状态的示意图；

图9是本发明一个实施例的水下无人潜航器捕获网拖曳系统示意图。

附图标记：

用于捕捞水下无人潜航器的子母网结构1000；母网结构1；子网结构单元2；自锁结构201；环扣2011；可展捕机构202；水下无人潜航器3；驱动设备4。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图9来描述本发明实施例的用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000。

根据本发明实施例的用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000，基于蜘蛛网的仿生结构力学设计，包括母网结构1和子网结构单元2。其中，所述母网结构1用于承载捕获水下无人潜航器3后的冲击载荷；所述子网结构单元2分布在所述母网结构1的母网孔中，每个所述子网结构单元2的外缘与对应的所述母网孔的边缘绳索相连，所述子网结构单元2用于捕获水下无人潜航器3，并将荷载传导到所述母网结构1上。

具体而言，蜘蛛网的仿生结构力学设计，可以理解为本发明实施例的用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000通过结构设计和合理的材料分布，充分利用材料的力学性能，实现较大的的整体结构强度，减轻整体结构的重量。其中，母网结构1对应于蜘蛛网的径向丝仿生，作为支撑和承载结构，用于承载捕获水下无人潜航器3后的冲击载荷；子网结构单元2对应于蜘蛛网的环向丝仿生，通过对子网结构单元2设计，使得子网结构单元2具有较好的捕获性能，并能将荷载有效传导到母网结构1上，以通过母网承担主要荷载。

本发明实施例的用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000为子网结构单元2捕获、母网结构1承载的分级结构。通过子网结构单元2减少物体逃脱、增强捕捞成功率的同时，利用母网结构1来保障本发明实施例的用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000整体强度和承载能力。本发明实施例的用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000可以高效且稳定地对水下无人潜航器3等水中大型物件进行捕捞，并应用于水下无人潜航器3高效、低成本的捕获或回收，以增强水下无人潜航器3的多方面应对能力。

在一些实施例中，所述母网结构1的设计考虑仿生蜘蛛网的结构及材料分布。这样可以充分利用材料的力学性能，实现本发明实施例的用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000较大的的整体结构强度，可以承载捕获水下无人潜航器3后的冲击载荷。

在一些实施例中，所述母网结构1的设计与制作包括：先选择所述母网孔的形状，再基于蜘蛛网仿生优化所述母网结构1的整网材料分布，最后使用高强材料借助改造后的钢丝勾花网编织机，将网孔尺寸放大到合适的大小。由此，实现本发明实施例的用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000较大的的整体结构强度，可以承载捕获水下无人潜航器3后的冲击载荷，且母网结构1制作易于实现。

这里，需要说明的是，高强材料可以为高分子材料或合金，如UHMWPE、尼龙66、聚碳酸酯等，改造后的钢丝勾花网编织机能够完成高强材料的编制加工。

在一些实施例中，所述母网孔为矩形网孔、菱形网孔或三角形网孔，但并不局限于此，母网孔的形状可以根据需要进行选择。

具体的，根据常用的网孔的基本形状，可以给出几种基本的网孔形状，如三角形网孔、菱形网孔与矩形网孔。这一类结构是典型的分形结构，具有自相似的特性，即由该形状网孔组成的网，在较大范围内也可呈现同样的形状单元。因此可以利用这种结构的性质，设计子母网的多级结构，使用子网完成大型物件的捕获，母网作为主要承载部件，同时保证网的捕获效率与承载能力。充分利用柔性绳网结构的特性，将大型物件的载荷通过母网网绳分担在整张网之上；同时使用子网保证捕获效率，避免网本身过于笨重的问题。对于三角形网孔、菱形网孔与矩形网孔的绳网结构，选择合适的大型形状单元作为母网网线结构，可以设计出几类基本的子母网结构1，如图1至图3所示。

自然界中存在大量的分级结构，基于自然界的分级结构进行子母网结构1设计，例如，常见的如蜘蛛网的径向丝，构造扇形或三角形的母网结构1框架，然后在母网结构1的网孔连接不同形状的子网单元，如图1至图3所示。将上述结构进行有机结合，可以设计出丰富多样的子母网构型。

在一些实施例中，如图4和图5所示，所述子网结构单元2通过自锁结构201连接于对应的所述母网孔的边缘绳索上，所述自锁结构201用于在所述子网结构单元2捕获到水下无人潜航器3后使所述母网孔缩小。具体的，子网结构单元2在母网孔中常态处于展开状态，当子网结构单元2在捕获到水下无人潜航器3后，在水下无人潜航器3的作用下，会向内凹陷成袋状，同时，自锁结构201使得对应的母网结构1的母网孔缩小，形成束口自锁，从而实现对水下无人潜航器3捕获，增强了捕捞成功率。

在一些实施例中，如图4和图5所示，所述自锁结构201为环扣2011，所述母网孔的边缘绳索穿过所述环扣2011，所述环扣2011在所述母网孔的边缘绳索上可自由滑动。具体的，将常态处于展开状态的子网结构单元2的外缘通过环扣2011与母网孔搞的边缘绳索相连，环扣2011在所述母网孔的边缘绳索上可自由滑动，这样可以自然形成类似于束口袋的自锁结构201。当子网结构单元2捕获到水下无人潜航器3后，在水下无人潜航器3的作用下，会向内凹陷成袋状，带动环扣2011滑动相互靠近，使该处母网孔缩小，形成束口自锁。

在一些实施例中，如图6至图8所示，所述子网结构单元2上设有可展捕机构202，所述可展捕机构202在所述子网结构单元2捕获到水下无人潜航器3后时使所述子网结构单元2展开以包住水下无人潜航器3。可以理解的是，由于水下无人潜航器3质量较大，在子网结构单元2的网线上仿照蜘蛛网环向丝设计可展捕获机构，在子网结构单元2接触到大质量的水下无人潜航器3后，子网结构单元2展开，被拉长变硬，类似于猎物挣扎的过程，此时该子网结构单元2将水下无人潜航器3包住实现捕获。

在一些实施例中，如图9所示，所述用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000使用多个驱动设备4如多个舰艇在水中进行拖拽，形成捕获阵列的拖拽系统，以对水下无人潜航器3进行捕捞。

在一些实施例中，针对所述拖拽系统而言，所述用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000采用如下方式进行定量优化：将所述用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000简化为集中质点和与所述集中质点相连的无质量阻尼弹簧，建立集中质点—阻尼弹簧模型来进行模拟计算与设计，以对所述用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000的绳索力学性能、编织结构、网孔分布、力学约束边界进行定量优化，从而进一步提高本发明实施例的用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000整体强度和承载能力，实现对水下无人潜航器3等进行高效稳定的捕捞，增强水下无人潜航器3的多方面应对能力。

在一些实施例中，所述集中质点—阻尼弹簧模型进行模拟计算与设计，具体为：所述集中质点—阻尼弹簧模型假设绳索的质量均匀分布于每一个所述集中质点，所述集中质点间通过结构弹簧、剪切弹簧和柔性弹簧相连，通过考虑绳索的拉伸强度、弯曲刚度和编制结构以及水流阻力因素，对所述用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000提供合理可行的理论建模和动力学模拟，以对所述用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000的绳索力学性能、编织结构、网孔分布、力学约束边界进行定量优化。从而你进一步提高本发明实施例的用于捕捞水下无人潜航器3的子母网结构1000整体强度和承载能力，实现对水下无人潜航器3等进行高效稳定的捕捞，增强水下无人潜航器3的多方面应对能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。