[发明专利]分体拖缆式水面—水下无人航行器

说明书

本发明公开了一种分体拖缆式水面—水下无人航行器，包括：无人母船，其至少包括船体和作为船体动力源的螺旋桨推进器；无人水下航行器，其至少包括密封舱体和多副水下推进器；所述无人母船与无人水下航行器之间通过线缆进行信息交互；远程无线控制端，其用于以无线通讯的方式与所述无人母船进行信息交互；本发明将拖缆式无人航行器与小型无人船舶有机结合，实现一种仅需提供远程作业指令的协作型水面‑水下无人航行器，从而将大大提高普通ROV的作业半径和应用范围。

技术领域

本发明涉及水下航行器领域，特别是涉及一种无人船舶与水下机器人相结合的远程遥控与分体拖缆式无人航行器。

背景技术

现有的水下航行器主要有两类——自主水下航行器(AUV)与遥控无人航行器(ROV)，前者采用无线方式进行通信与控制，后者通过电缆进行有线通信与控制。AUV于水下通信多采用水声方式，难度大、效率低，而浮出水面通信在效率和隐蔽性方面将大打折扣；后者采用的线缆极大限制了航行器的最大工作半径与应用环境。即便如此，AUV与ROV均是当前进军海洋与内陆江河湖泊的研究热点。

相较于AUV的无线通信开发，ROV的有线操控难度和投入相对较小，蛟龙号的成功为拖缆式航行器进行大范围作业提供了案例证明。但进行大范围作业所需要的技术和资金投入仍然是巨大的，ROV的作业半径受电缆长度和母船作业区域的限制。ROV采用线缆通信，控制信号稳定且受环境干扰小，但是为了获得更宽广的工作范围，线缆长度将持续增加，线缆受水体流动的影响、发生缠绕的可能性也随之增加，这将对ROV的运动控制带来了极其不利的影响，造成了普通ROV工作半径偏小。母船作为ROV工作空间的原点，其活动范围直接影响ROV的作业半径，但载人母船的作业需要提供额外的人力，船体排水较大，不利用普通民用。

面向大众化的内陆和沿海水域应用，若能够提供一种低成本、大范围、高可靠、无人化的水下航行器应用技术，将能够极有效地推动我国水下资源的探索与利用。现有面向机器人的无线通信技术日益成熟，其直连通信距离甚至可以达到5km以上，而采用卫星通信甚至可以实现全球的实时无线通信与控制。若将ROV、无人船与长距离通信相结合开发一款低成本的分体拖缆式水面—水下无人航行器，将大大提高普通ROV的作业半径和应用范围。

发明内容

有鉴于此，本发明将拖缆式无人航行器(ROV)与小型无人船舶(USV)有机结合，实现一种仅需提供远程作业指令的协作型水面-水下无人航行器。USV用于构建ROV与岸上操作者之间的通信桥梁，同时USV承担ROV的远距离运送、释放和回收；ROV为水下作业的主体，用于实现水下视频采集、实时拍摄，在配备机械手的情况下，可开展样品采集、资源打捞和产品采摘等作业。

一种分体拖缆式水面—水下无人航行器，包括：

无人母船，其至少包括船体和作为船体动力源的螺旋桨推进器；

无人水下航行器，其至少包括密封舱体和多副水下推进器；所述无人母船与无人水下航行器之间通过线缆进行信息交互；

远程无线控制端，其用于以无线通讯的方式与所述无人母船进行信息交互。

进一步的，所述船体包括两个相同的子船体和固定连接于两所述子船体之间的连接板；所述连接板上设有用于缠绕所述线缆的线筒、用于驱动所述线筒正转或反转的收放电机和用于实现所述线缆与无人母船之间的电能与信号连接的导电滑环；

进一步的，所述无人母船对称设有用于固定收回状态下的所述无人水下航行器的两个夹持装置；所述夹持装置包括夹持驱动电机、固定于所述夹持驱动电机输出轴上的曲柄、铰接于所述连接板的挂钩和铰接于所述曲柄与挂钩之间的连杆；所述曲柄、连杆、挂钩和连接板共同形成曲柄摇杆机构。

进一步的，所述无人母船和无人水下航行器均搭载姿态和位置自稳定PID控制器，该PID控制器同时接受远程无线控制端的自主和手动位姿运动控制命令。