AUV自动布放回收系统和方法与流程

auv自动布放回收系统和方法
技术领域
1.本技术涉及船舶布放和海洋装备回收技术领域，并且更为具体地，涉及一种小型auv自动布放回收系统和方法。


背景技术：

2.自主式水下航行器(auv)是一种综合了人工智能和其他先进计算技术的任务控制器，集成了深潜器、传感器、环境效应、计算机软件、能量储存、转换与推进、新材料与新工艺、以及水下智能武器等高科技，军事上用于反潜战、水雷战、侦察与监视和后勤支援等领域。
3.目前，auv的布放方式通常是利用水面母船上的吊机等设备将auv布放入水，而回收的方式包括水面母船回收和水下对接回收。其中，水面母船回收是指当auv执行任务完成后，返回预定海域并靠近母船，通过母船上的吊机等设备将auv吊起，完成回收。而水下对接回收是指，通过auv与移动的水下回收装置的对接来完成回收。
4.但现有方式都存在诸多缺陷。例如，使用母船吊机设备布放，不但成本很高，而且自动化程度较低，在布放与回收过程中都需要多名工作人员和技术人员的参与。类似地，对于水下对接回收而言，由于水下的特殊环境，auv水下自主对接回收，不能解决多个auv同时回收的问题。同时对于回收的路径规划和运动控制要求较高。具体地，在实际回收工作中，需要在回收路径和跟踪控制过程全面考虑各种设备和环境因素，以满足实际工作的需求，因此过程较为复杂，可控性差。
5.因此，本领域中长期以来对于以简单可靠、成本可控的小型auv的布放和回收系统和方法存在很大的需求。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中存在的诸多问题，本技术提出了一种用于回收和布放小型auv的系统和方法。本技术的方案能够用于专门针对新建造的auv进行回收与布放特殊用途船舶，也能够通过对原有水面支持母船进行简单改造以加装此自动布放回收系统就能实现。该系统的应用不仅能够承担单一的auv的自动布放和回收，还能够同时满足多个或集群式的auv自动布放和回收。并且，在海况良好的情况下(即收到外界环境的干扰较小的情况下)，能够实现auv的自动布放和回收，因此节省了大量的人力和物力。
7.提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
8.根据本公开的一个方面，公开了一种用于auv的自动布放回收系统，该系统包括：
9.导轨；齿轮和齿条，安装于导轨上，齿轮与齿条通过导轨相互啮合；可控倾斜平台，其中可控倾斜平台的角度可控以用于auv的布放或回收；夹紧机构，安装在可控倾斜平台上，用于在布放或回收auv夹紧或松开auv；防水电机，被安装于电机安装底座上，其中防水
电机用于带动齿轮在齿条上运动；声呐，安装在导轨上，用于在回收时引导auv进入夹紧机构；以及红外传感器，安装在可控倾斜平台上，用于在靠近时识别auv。
10.根据本公开的优选实施例，导轨为坡道，且坡道呈u型，且为两平行的闭环轨道。
11.根据本公开的优选实施例，坡道与水平线的夹角范围为5
°
～18
°
。
12.根据本公开的优选实施例，可控倾斜平台包括：
13.液压油缸；动态倾角传感器，用于感测可控倾斜平台的角度以利用液压油缸来控制可控倾斜平台处于水平状态；以及平台支撑机构。
14.根据本公开的优选实施例，夹紧机构包括：
15.夹紧板；小行程电动缸，被安装于电动缸支持底座上，用于基于红外传感器的感测信号来控制夹紧板的夹紧和松开以布放或回收auv。
16.根据本公开的优选实施例，当对auv进行布放时，调整母船的压载系统使导轨处于水面以下，夹紧机构松开auv，以实现auv的自动布放。
17.根据本公开的优选实施例，当对auv进行回收时，调整母船的压载系统使导轨处于水面以下，调整可控倾斜平台使其处于水平状态，声呐引导auv进入夹紧机构，红外传感器识别到auv，控制夹紧机构夹紧auv，以实现auv的自动回收。
18.根据本公开的优选实施例，自动布放回收系统被安装于母船尾部的主甲板以下。
19.根据本公开的优选实施例，可控倾斜平台、夹紧机构、防水电机和底座以及红外传感器的数量可为一个或多个，以同时用于多个auv的自动布放或回收。
20.根据本公开的第二方面，提供了一种使用前述的自动布放回收系统来进行auv的自动布放或自动回收的方法。
21.通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。
附图说明
22.为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。
23.以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体细节以便提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出众所周知的结构和组件以便避免淡化此类概念。
24.基于本教导，本领域技术人员应领会，本公开的范围旨在覆盖本公开的任何方面，不论其是与本公开的任何其他方面相独立地还是组合地实现的。例如，可以使用所阐述的任何数目的方面来实现装置或实践方法。另外，本公开的范围旨在覆盖使用作为所阐述的本公开的各个方面的补充或者与之不同的其他结构、功能性、或者结构及功能性来实践的此类装置或方法。应当理解，所披露的本公开的任何方面可由权利要求的一个或多个元素来实施。
25.在结合附图理解下面阐述的详细描述时，本公开的特征、本质和优点将变得更加明显，在附图中，相同附图标记始终作相应标识。
26.图1是解说根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的俯视图；
27.图2是解说根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的立体视图；
28.图3是解说根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的可控倾斜平台2的侧视图；
29.图4是解说根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的可控倾斜平台2的立体视图；
30.图5是解说根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的夹紧机构3的俯视图；以及
31.图6是解说根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的夹紧机构3的侧视图。
具体实施方式
32.下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。
33.以下具体描述参考示出本发明的示例性实施例的附图。但是，本发明的范围不限于这些实施例，而是由所附权利要求书定义。因此，诸如所示实施例的修改版本之类的在附图所示之外的实施例仍然由本发明所包含。
34.本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指的是该实施例可包括特定的特征、结构或特点，但是每一实施例不一定包括该特定的特征、结构或特点。此外，这些短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述具体特征、结构或特性时，应当理解在相关领域的技术人员的知识范围内能够结合其他实施例来实现具体特征、结构或特性，无论是否被显式地描述。
35.以下结合附图来详细描述根据本技术的实施例的用于auv自动布放回收系统和方法。
36.图1示出了根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的俯视图；而图2示出了根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的立体视图。结合图1和图2，本领域技术人员能够清楚地了解该auv自动布放回收系统的详细内部结构。
37.该auv自动布放回收系统可被固定至船舶的尾部，在主甲板以下，其左舷侧可以作为auv布放坡道，而其右舷侧作为回收坡道。当然，如本领域技术人员所能领会的，将右舷侧可以作为auv布放坡道，而其左舷侧作为回收坡道也是能够实现的，因此包括在本技术的范围之内。
38.其中，布放坡道和回收坡道与水平线夹角大概为5
°
～18
°
之间的范围。如图1中所示，俯视其整体结构呈u型，并且，为了布放多个auv设备的需要，其结构可为两条平行的闭环轨道。当对auv设备进行布放与回收时，坡道的尾端可根据船上压载水系统降至设计水线面以下，以便用于auv设备的布放入水与从水中回收。坡道的尾端即坡道与艉封板的连接处，正常航行情况下，坡道尾端保持在设计水线以上。
39.该系统的所有结构的连接均为全焊接结构，并且在该系统内设置有线充电和无线充电模块，以方便auv在回收后缺电的情况下及时充电，以待下次被布放入水。
40.如图1中所示，该用于auv的自动布放回收系统包括移动部分和固定部分。其中，移动部分主要包括：
41.齿轮1(在图3－4中示出)；可控倾斜平台2；夹紧机构3；防水电机4以及电机安装底座5(两者在图3－4中示出)等；
42.而固定部分主要包括：
43.导轨6；声呐7；两组红外传感器8以及齿条9等。
44.防水电机4的接线盒与水面母船电路相连接，其转轴与齿轮1相连接。当防水电机4运转时，带动齿轮1在齿条9上运动，导轨6的目的用于导向和防止齿轮1脱离齿条9。声呐7可以是超短基声呐，也可以是本领域熟知的用于感测物体具体的其它声呐。
45.图3中示出了根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的可控倾斜平台2的侧视图；而图4中示出了根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的可控倾斜平台2的立体视图。结合图3和图4，本领域技术人员能够清楚地了解该auv自动布放回收系统的可控倾斜平台2的详细内部结构。
46.如图中所示，可控倾斜平台2主要包括：
47.两个液压油缸21；动态倾角传感器22；可控倾斜平台板23；平台支撑结构24；电机安装底座支撑板25以及滑动装置等组成。
48.其中，滑动装置包括导轨6(图1中已经示出)，其上共安装有4个滑块261。其中后面两个滑块261用于分别安装两个液压油缸21。
49.液压油缸21作为执行机构依托于母船上的液压系统。液压油缸21的一端与滑块261相连接，另外一端被固定至可控倾斜平台板23。
50.根据安装在可控倾斜平台板23上的动态倾角传感器22传输的平台角度来控制液压油缸的往返运动，从而能够实现对倾斜平台角度的控制。
51.在液压油缸21前面有两个安装支撑结构24。安装支撑结构24由圆管、底面板、眼板等构成。其中圆管一端与可控倾斜平台2的底面板通过焊接或其它本领域熟知的方式进行连接，而圆管的另一端可通过铰座连接或本领域熟知的其它方式与可控倾斜平台板23进行连接。其中可控倾斜平台2的底面板可通过螺栓或本领域熟知的其它方式与滑块261进行固定。
52.如图所示，防水电机4的电机安装底座支撑板25被安装在四个滑块261上面。防水电机4的安装底座5被安装在电机安装底座支撑板25的框架上，电机的安装底座5背部设置有加强肘板51。防水电机4的自带底座与电机安装底座5通过螺栓或本领域熟知的其它方式来进行连接。
53.图5中示出了根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的夹紧机构3的俯视图；而图6中示出了根据本技术的实施例的auv自动布放回收系统的夹紧机构3的侧视图。结合图5和图6，本领域技术人员能够清楚地了解该auv自动布放回收系统的详细内部结构。
54.如图中所示，夹紧机构3被安装在可控倾斜平台2的可控倾斜平台板23之上。夹紧机构3主要包括：
55.小行程电动缸31、电动缸支撑底座32、夹紧板33等。
56.小行程电动缸31用于控制与可编程逻辑控制plc等控制系统的连接。可控倾斜平台板23之上还安装有红外传感器8。红外传感器的电信号被连接到母船上的控制和采集信
号电路。当希望对auv进行回收时，安装在可控倾斜平台板23的两对红外传感器识别到auv的存在，进而发射信号给母船上的控制器。此时小行程电动缸31开始运作，连带夹紧板33以夹紧auv。
57.以下结合附图1－6来描述采用根据本技术的用于auv自动布放回收系统进行auv的自动布放回收的方法的具体过程。
58.布放过程
59.当水面母船到达指定的auv布放区域时，操控自动布放回收系统运行至左舷布放位置。通过调整水面来支持母船的压载水系统，以使得布放坡道位于水平面以下。此时，控制两个小行程电动缸31使其活塞杆收缩，因此auv处于自由状态。开启auv的推进器，从而完成auv的布放。
60.回收过程
61.当需要对auv进行回收时，auv与水面母船通过水声通信机进行水声通信。此时，操控自动布放回收系统运行至右舷的回收位置。通过调整水面来支持母船的压载水系统，以使得布放坡道位于水平面以下，同时调整两个小行程电动缸31使得可控倾斜平台23处于水平状态。两侧设置的超短基声呐7引导auv进入到夹紧机构3中。当两者距离非常近时，关闭auv推进器，依靠其惯性进入通道。此时，位于近水端1处的红外传感器8识别到auv，当处于远水端处的红外传感器8识别到auv时，液压油缸进行运作连带抱板抱紧auv，从而顺利实现auv的回收。
62.以上描述了单个auv的布放和回收过程。采用本技术的auv自动布放回收系统，还能够实现集群式的auv自动布放和回收。
63.轨道上可以设置有多个回收布放系统。该轨道为封闭循环式机构，当完成一个auv的自动布放或回收时，该自动布放回收系统可移动至其他位置。另外的布放回收系统可继续进行其它auv的布放与回收。因此，就能不间断地实现集群式auv的自动布放与回收。
64.与现有技术中方案相比，本技术的auv自动布放回收系统存在以下显著优势。
65.第一，避免使用专门的母船吊机设备进行布放和回收，而是仅对现有船舶进行简单改动以增加该自动布放回收系统就能实现布放回收，极大地节约了经济成本，并且提高了布放和回收效率。
66.第二，采用本技术的自动布放回收系统，具有很高的自动化程度，在布放与回收过程中无需人员参与，极大地节约了人力成本。
67.第三，无需采用专门的水下对接设备，无需对布放回收的路径进行规划和控制，技术复杂性较低，易于实现，并且极大地提供布放和回收的安全可控性。
68.第四，能够以简单地方式实现对集群式auv的布放和回收，工作效率较高。
69.如本文所使用的，引述一列项目中的“至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c、以及a-b-c。
70.上面描述的方法的各种操作可由能够执行这些操作的任何合适的装置来执行，诸如各种硬件和/或软件组件、电路、和/或模块。一般而言，在附图中所解说的任何操作可由能够执行这些操作的相对应的功能性装置来执行。
71.将理解，权利要求并不被限定于以上所解说的精确配置和组件。可在以上所述的
方法和装置的布置、操作和细节上作出各种修改、变更和变型而不会背离权利要求的范围。
72.尽管上述内容针对本公开的各方面，然而可设计出本公开的其他和进一步的方面而不会脱离其基本范围，且其范围是由所附权利要求来确定的。
73.如本文(包括权利要求中)所使用的，在项目列举(例如，以附有诸如“中的至少一个”或“中的一个或多个”之类的措辞的项目列举)中使用的“或”指示包含性列举，以使得例如a、b或c中的至少一个的列举意指a或b或c或ab或ac或bc或abc(即，a和b和c)。同样，如本文所使用的，短语“基于”不应被解读为引述封闭条件集。例如，被描述为基于条件“a”的示例性步骤可基于条件a和条件b两者而不脱离本公开的范围。换言之，如本文所使用的，短语“基于”应当以与短语“至少部分地基于”相同的方式来解读。
74.在附图中，类似组件或特征可具有相同的附图标记。此外，相同类型的各个组件可通过在附图标记后跟随短划线以及在类似组件之间进行区分的第二标记来加以区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则该描述可应用于具有相同的第一附图标记的类似组件中的任何一个组件而不论第二附图标记、或其他后续附图标记如何。
75.本文结合附图阐述的说明描述了示例配置而不代表可被实现或者落在权利要求的范围内的所有示例。本文所使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，而并不意指“优于”或“胜过其他示例”。本详细描述包括具体细节以提供对所描述的技术的理解。然而，可在没有这些具体细节的情况下实践这些技术。在一些实例中，众所周知的结构和设备以框图形式示出以避免模糊所描述的示例的概念。
76.提供本文中的描述是为了使得本领域技术人员能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中所定义的普适原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的范围。由此，本公开并非被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最广范围。