[发明专利]单自由度对称式摆动驱动的大展缩比水下机器人回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下机器人回收装置，具体为一种在复杂水文环境下具有良好的伸展性、导向性和对接可靠性的单自由度对称式摆动驱动的大展缩比水下机器人回收装置。

背景技术

水下机器人是一类可以在水下执行特定作业任务的无人航行器，是人类开发海洋资源不可缺少的工具，具有广泛的应用前景和重要的研究价值。在绝大多数情况下，水下机器人需要重复使用，这意味着它们在完成任务后必须能够被回收。因此，如何对水下机器人实现快速、安全、可靠地回收已成为水下机器人技术的一个研究重点。

一般而言，水下机器人的回收方式可分为水面回收与水下回收两种。与水面回收方式相比，水下回收方式受海况影响小，速度快，更为隐蔽、灵活，已成为中小型水下机器人回收技术的发展趋势。水下回收方式主要有牵引回收、机械臂回收、直接对接回收和附着母艇回收等四种。其中，牵引回收和机械臂回收均采用中介装置与水下机器人对接，可避免水下机器人与母艇发生碰撞，但是对中介装置的位姿控制要求很高。直接对接回收不需要中介装置，但是直接对接产生的碰撞可能损坏水下机器人或者母艇。附着母艇回收可使水下机器人直接降落并附着在母艇上，但这种回收方式需对母艇的外部结构做较大修改，相关技术的难度很高，目前尚处于构想阶段。

由于水下环境十分复杂，因此水下回收既要考虑水动力的作用又要考虑海流等不确定性因素的影响。此外，水下回收主要依赖的水声设备容易受到环境噪声的干扰，而图像处理设备则受到海水能见度低的限制而不具有通用性。这些问题导致了水下回收的难度大大增加，因此如何在复杂的水下环境中实现快速、安全、可靠地回收便成为迫切需要解决的难题。为此，在设计水下回收装置时一方面要具有良好的伸展性能，以使水下机器人与母艇在保持足够距离的情况下实施安全回收，另一方面在对接回收之前还应该能够尽量增大搜索范围以降低对水下机器人定位能力的要求，以便在机器人与母艇之间的位姿发生一定偏差时仍然能够找到并最终锁定机器人。但是，这方面的研究并不充分。

针对上述问题，本发明设计了一种新颖的、单自由度对称式摆动驱动的、具有大展缩比的水下机器人回收装置。该装置可以在复杂水文环境下实现水下机器人的快速、安全、可靠地回收功能，具有结构简单、控制方便、导向性良好、对接可靠性高、耗能低等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单自由度对称式摆动驱动的大展缩比水下机器人回收装置，是一种具有良好的伸展性、导向性和对接可靠性的大展缩比水下机器人回收装置。通过对称式摆动臂的驱动，该装置能够在轴向和径向上同时进行大比例的伸展或收缩。在伸展时，回收装置形成一个圆柱形包围区域，能够在较大范围内搜索水下机器人；在收缩时，回收装置可在径向和轴向上同时缩小以捕获水下机器人并且对其位置和姿态进行调整；在完全合拢时，水下机器人的轴线与回收管的轴线基本调整为重合状态，从而提供了良好的导向性与对接可靠性。

本发明的回收装置主要由回收管、摆动臂、直线型伸展机构、圆环型伸展机构和空间多分支铰链等组成。具体如下：

回收管1，与母艇相连，用于容纳水下机器人8。当回收水下机器人8时，回收管1从母艇伸出，回收装置开始工作，水下机器人8通过回收管1入坞。当回收完成后，回收管1收进母艇。

摆动臂3，沿回收管1的圆周方向均布，用于驱动回收装置实现轴向和径向的伸缩运动。摆动臂3的一端通过回收管铰链2与回收管1铰接，可相对于回收管1往复摆动。摆动臂3的另一端通过空间四分支铰链4分别与内侧圆环型伸展机构5和直线型伸展机构6铰接。在附图中，摆动臂3的数量为4，也可根据实际情况增加摆动臂3的数量。在工作时，对称布置的摆动臂在单一动力源的驱动下联动，通过摆动驱使回收装置在轴向和径向上伸缩。