搭载于吊机上的通用AUV水面布放回收导接装置的制作方法

本发明涉及海洋装备，特别涉及一种搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置。

背景技术：

1、当前的具备补偿功能的auv布放回收装置多数采用专用起吊设备，仅能完成auv（自主水下机器人autonomous underwater vehicle）的布放回收作业，功能单一。使用吊机起吊auv时，因母船六自由度运动导致回收系统一次对接成功率不足60%，对接完全依赖操纵者技术水平，对接时间长，并给auv带来对接风险。

技术实现思路

1、针对上述问题，提出了一种搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，能够搭载于大部分吊机头部且具备波浪补偿及视觉识别功能，能够配合吊机原有的功能实现auv的稳定布放回收作业。

2、本发明的技术方案为：一种搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，包括：连接板、回转组件、对接组件、机器视觉组件和起升绞车；

3、所述连接板用于与吊机臂头可拆卸连接；所述回转组件安装于所述连接板下方；所述对接组件安装于所述回转组件的驱动端；所述起升绞车用于收放吊索，以将auv吊起并送入所述对接组件内；

4、所述对接组件包括法兰盘、竖轴、弹簧、弹簧连接盘和回收笼结构；所述竖轴的上端与所述法兰盘连接，下端与所述弹簧连接盘连接，所述弹簧套设于所述竖轴上并位于所述法兰盘与所述弹簧连接盘之间；所述回收笼结构设置于所述弹簧连接盘下方，用于捕获并夹紧auv；

5、所述对接组件上设有第一感应开关，用于检测所述弹簧连接盘沿所述竖轴的压缩位移量；当auv向上挤压所述回收笼结构使所述弹簧压缩，且压缩位移量达到预设阈值触发所述第一感应开关时，控制系统激活所述起升绞车的恒张力功能，通过恒张力收放所述吊索以维持所述对接组件与auv的压紧状态，实现波浪补偿。

6、优选的，所述对接组件还包括对接喇叭口，所述对接喇叭口固定于所述弹簧连接盘远离所述弹簧的一侧面上，所述回收笼结构可拆卸地安装于所述对接喇叭口的端部，以适配不同尺寸的auv。

7、优选的，所述对接组件上还设有第二感应开关，所述第二感应开关为极限限位开关，安装于所述竖轴的上端或所述法兰盘上方；当所述弹簧的压缩位移量超过安全阈值触发所述第二感应开关时，所述控制系统切断所述起升绞车的提升动力。

8、优选的，所述回转组件包括回转驱动电机和减速机构；所述减速机构包括与所述回转驱动电机输出端啮合的大齿轮盘，所述大齿轮盘的顶面与所述连接板底部固定连接，底面与所述对接组件的所述法兰盘固定连接。

9、优选的，所述的搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，还包括止荡油缸和蓄能器；所述止荡油缸通过螺栓连接安装于所述连接板的前侧，用于在吊放作业时减少auv的晃动；所述蓄能器安装于所述连接板侧方，且与所述止荡油缸的液压回路连接，作为液压系统的应急动力源，用于在系统压力不足时提供应急补油以维持所述止荡油缸的保压状态。

10、优选的，所述机器视觉组件包括图像采集单元、图像辅助采集单元和处理单元；所述图像采集单元用于识别auv壳体顶部的标定模块以获取auv的实时位姿信息；所述处理单元与所述图像采集单元及吊机控制器通信连接，用于根据所述实时位姿信息控制所述回转组件旋转对准，并联动控制吊机的伸缩臂和变幅机构调整臂头空间位姿，直至所述对接组件与auv完全嵌合。

11、优选的，所述图像辅助采集单元包括高亮led、偏振片和红外摄像模块；所述标定模块包括aruco码和图案标记；所述机器视觉组件还包括辅助传感器，所述辅助传感器包括惯性测量单元和雷达，用于在视觉失效时提供补偿探测。

12、优选的，所述起升绞车的恒张力功能通过液压闭环控制系统实现，所述液压闭环控制系统包括张力传感器、plc控制器、电磁换向阀、比例溢流阀、比例调速阀和绞车马达；所述张力传感器用于实时采集吊索拉力并反馈至所述plc控制器；所述plc控制器采用pid算法计算张力偏差，并输出控制信号至所述电磁换向阀、比例溢流阀和比例调速阀，以调节所述绞车马达的收放绳速度和系统压力；所述蓄能器并联于液压回路中用于缓冲压力波动。

13、一种基于所述导接装置的auv水面布放回收控制方法，包括以下步骤：

14、s1、视觉追踪与对准：通过机器视觉组件实时获取水面auv的位姿信息，控制回转组件旋转以匹配对接角度，同时联动吊机调整臂头位置，使对接组件的轴线对准auv顶部；

15、s2、柔顺对接与挂接：下放吊索与auv吊点挂接，继续收紧吊索使auv向上进入对接组件的回收笼结构内，auv向上挤压弹簧连接盘，使弹簧压缩产生柔顺缓冲；

16、s3、恒张力波浪补偿：当弹簧的压缩量触发第一感应开关时，判定对接组件与auv已压紧，系统自动激活起升绞车的恒张力功能，通过闭环控制维持吊索张力在设定范围内，抵消母船升沉运动，实现波浪补偿止荡。

17、进一步，在步骤s3中，所述恒张力功能的具体控制过程为：实时采集吊索张力，若张力低于下限值，控制起升绞车收绳并提高系统压力；若张力高于上限值，控制起升绞车放绳并降低系统压力；在收放绳过程中，实时监测弹簧的压缩位移，若压缩位移触发第二感应开关，则立即切断起升绞车的提升动力，防止弹簧压死或设备过载。

18、本发明的有益效果在于：本发明搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，通过在原有甲板吊机上扩展起吊auv的功能模块，使原有的吊机具备auv起吊功能，提高了甲板使用空间效率，降低了用户使用成本；通过在auv水面布放回收导接装置上配备机器视觉系统，将auv的位置和姿态信息实时发送至控制器，控制器根据上述信息进行导接装置的旋转角度匹配，并通过定位信息调整吊机的伸缩臂位置释放吊索，提高导接装置与auv吊点的对接成功率；对接装置设计抗摇及回转功能，通过抗摇机构降低了吊机倾覆风险且确保了auv布放回收作业中auv姿态稳定，通过回转机构确保了auv回收中起吊对中以及回收坐落在甲板上位置；设计有蓄能器作为液压系统的应急动力源，在液压泵失效时，仍能为止荡油缸提供压力油以维持短暂的止荡保压作用；在auv水面布放回收导接装置与auv压紧后，开启恒张力功能，保证抗摇油缸对auv的压紧状态，用于整个起吊过程的止荡；对接组件结构件设计为针对所有auv共用结构，通过回收笼外形轮廓的设计完成多型auv的布放回收作业。

1.一种搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，其特征在于，包括：连接板(1)、回转组件(4)、对接组件(5)、机器视觉组件(6)和起升绞车(7)；所述连接板(1)用于与吊机臂头可拆卸连接；所述回转组件(4)安装于所述连接板(1)下方；所述对接组件(5)安装于所述回转组件(4)的驱动端；所述起升绞车(7)用于收放吊索，以将auv吊起并送入所述对接组件(5)内；所述对接组件(5)包括法兰盘、竖轴(5.1)、弹簧(5.2)、弹簧连接盘和回收笼结构(5.3)；所述竖轴(5.1)的上端与所述法兰盘连接，下端与所述弹簧连接盘连接，所述弹簧(5.2)套设于所述竖轴(5.1)上并位于所述法兰盘与所述弹簧连接盘之间；所述回收笼结构(5.3)设置于所述弹簧连接盘下方，用于捕获并夹紧auv；所述对接组件(5)上设有第一感应开关，用于检测所述弹簧连接盘沿所述竖轴(5.1)的压缩位移量；当auv向上挤压所述回收笼结构(5.3)使所述弹簧(5.2)压缩，且压缩位移量达到预设阈值触发所述第一感应开关时，控制系统激活所述起升绞车(7)的恒张力功能，通过恒张力收放所述吊索以维持所述对接组件(5)与auv的压紧状态，实现波浪补偿。

2.根据权利要求1所述的搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，其特征在于，所述对接组件(5)还包括对接喇叭口(5.4)，所述对接喇叭口(5.4)固定于所述弹簧连接盘远离所述弹簧(5.2)的一侧面上，所述回收笼结构(5.3)可拆卸地安装于所述对接喇叭口(5.4)的端部，以适配不同尺寸的auv。

3.根据权利要求1所述的搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，其特征在于，所述对接组件(5)上还设有第二感应开关，所述第二感应开关为极限限位开关，安装于所述竖轴(5.1)的上端或所述法兰盘上方；当所述弹簧(5.2)的压缩位移量超过安全阈值触发所述第二感应开关时，所述控制系统切断所述起升绞车(7)的提升动力。

4.根据权利要求1所述的搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，其特征在于，所述回转组件(4)包括回转驱动电机(4.1)和减速机构(4.2)；所述减速机构(4.2)包括与所述回转驱动电机(4.1)输出端啮合的大齿轮盘，所述大齿轮盘的顶面与所述连接板(1)底部固定连接，底面与所述对接组件(5)的所述法兰盘固定连接。

5.根据权利要求1所述的搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，其特征在于，还包括止荡油缸(2)和蓄能器(3)；所述止荡油缸(2)通过螺栓连接安装于所述连接板(1)的前侧，用于在吊放作业时减少auv的晃动；所述蓄能器(3)安装于所述连接板(1)侧方，且与所述止荡油缸(2)的液压回路连接，作为液压系统的应急动力源，用于在系统压力不足时提供应急补油以维持所述止荡油缸(2)的保压状态。

6.根据权利要求1所述的搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，其特征在于，所述机器视觉组件(6)包括图像采集单元(6.1)、图像辅助采集单元(6.2)和处理单元(6.4)；所述图像采集单元(6.1)用于识别auv壳体顶部的标定模块(6.5)以获取auv的实时位姿信息；所述处理单元(6.4)与所述图像采集单元(6.1)及吊机控制器通信连接，用于根据所述实时位姿信息控制所述回转组件(4)旋转对准，并联动控制吊机的伸缩臂和变幅机构调整臂头空间位姿，直至所述对接组件(5)与auv完全嵌合。

7.根据权利要求6所述的搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，其特征在于，所述图像辅助采集单元(6.2)包括高亮led、偏振片和红外摄像模块；所述标定模块(6.5)包括aruco码和图案标记；所述机器视觉组件(6)还包括辅助传感器(6.6)，所述辅助传感器(6.6)包括惯性测量单元和雷达，用于在视觉失效时提供补偿探测。

8.根据权利要求1所述的搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置，其特征在于，所述起升绞车(7)的恒张力功能通过液压闭环控制系统实现，所述液压闭环控制系统包括张力传感器、plc控制器、电磁换向阀、比例溢流阀、比例调速阀和绞车马达；所述张力传感器用于实时采集吊索拉力并反馈至所述plc控制器；所述plc控制器采用pid算法计算张力偏差，并输出控制信号至所述电磁换向阀、比例溢流阀和比例调速阀，以调节所述绞车马达的收放绳速度和系统压力；所述蓄能器(3)并联于液压回路中用于缓冲压力波动。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述搭载于吊机上的通用auv水面布放回收导接装置的auv水面布放回收控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、视觉追踪与对准：通过机器视觉组件(6)实时获取水面auv的位姿信息，控制回转组件(4)旋转以匹配对接角度，同时联动吊机调整臂头位置，使对接组件(5)的轴线对准auv顶部；s2、柔顺对接与挂接：下放吊索与auv吊点挂接，继续收紧吊索使auv向上进入对接组件(5)的回收笼结构(5.3)内，auv向上挤压弹簧连接盘，使弹簧(5.2)压缩产生柔顺缓冲；s3、恒张力波浪补偿：当弹簧(5.2)的压缩量触发第一感应开关时，判定对接组件(5)与auv已压紧，系统自动激活起升绞车(7)的恒张力功能，通过闭环控制维持吊索张力在设定范围内，抵消母船升沉运动，实现波浪补偿止荡。

10.根据权利要求9所述的auv水面布放回收控制方法，其特征在于，在步骤s3中，所述恒张力功能的具体控制过程为：实时采集吊索张力，若张力低于下限值，控制起升绞车(7)收绳并提高系统压力；若张力高于上限值，控制起升绞车(7)放绳并降低系统压力；在收放绳过程中，实时监测弹簧(5.2)的压缩位移，若压缩位移触发第二感应开关，则立即切断起升绞车(7)的提升动力，防止弹簧压死或设备过载。