一种用于水下滑翔机的布放回收系统及其布放、回收方法与流程

1.本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种用于水下滑翔机的布放回收系统。


背景技术：

2.随着海洋资源开发和海防形势的变化，海洋利用区域不断扩大，并不断向深海、远海延伸，科技工作者开始致力于水下机器人的研究和应用。其中，水下滑翔机(以下简称“滑翔机”)是一种新型的水下机器人，由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小，只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源，并且具有效率高、续航力大(可达上千公里)的特点。虽然滑翔机的航行速度较慢，但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点，满足了长时间、大范围海洋探索的需要。但是由于滑翔机没有类似rov的脐带缆，其重量可达到上百公斤，且在工作完成后没有动力，只能漂浮在海面上，并且其头部声学设施和尾部机翼以及天线均比较脆弱。
3.现阶段，滑翔机的布放多数采用人工与吊机结合或人工与滑轨结合的形式，需要人员较多，工作强度较大。同时滑翔机出水后的回收并进行重复利用的难度很大，且回收风险很高。对于近海低海况的情况，小型滑翔机现阶段的回收均采用渔船打捞，回收时多人在渔船上利用钩子和网兜将滑翔机打捞起来并送至母船，同时母船也需要多人进行配合安放。而对于远海且风浪较大情况则很难实现对滑翔机有效的打捞回收。不难看出在复杂海洋环境、不损坏滑翔机本体，以及对少人员辅助等几方面的综合作用下，滑翔机布放和回收成为了其以后大规模使用亟需解决的难点和痛点。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的问题，本发明专利设计了一种用于水下滑翔机的布放回收系统，可以减少水下滑翔机布放、回收过程所需的人员数量，操作方便，对滑翔机的损伤小，同时可满足远海复杂海况的应用需求。
5.本发明所采用的技术方案是：所述布放回收系统包括母船、船用起重机、无线遥控双体无人船和布放回收锁紧装置，所述船用起重机安装在母船上，用于吊运无线遥控双体无人船，所述布放回收锁紧装置安装在无线遥控双体无人船的下侧，用于布放、回收水下滑翔机，所述布放回收锁紧装置包括安装框架、导向口、锁紧机构和升降机构，所述升降机构包括两根竖向平行设置的滑台，所述滑台上设置有升降电机和滑块，所述安装框架的两端分别安装在两侧滑台的滑块上，所述安装框架的下侧面竖向伸出有多根连接杆，多根连接杆的底端固定连接导向口，所述导向口为喇叭式的框架结构。
6.进一步的，所述布放回收锁紧装置的安装框架上设置有倾斜角度调节机构，所述倾斜角度调节机构包括支撑板、调节电机和调节杆，所述支撑板的两端分别通过安装板与两侧滑台的滑块连接固定，所述调节电机安装在支撑板的中部，所述调节杆位于支撑板的下侧，两端分别与两侧的安装板转动连接，所述调节杆的中部固定有调节齿轮，所述调节齿轮与调节电机的输出端啮合连接，所述安装框架整体固定在调节杆上。
7.进一步的，所述导向口由三部分构成，分别为首段、中段和尾段，所述首段呈喇叭口状，所述尾段为圆柱形，其尾端收口，所述中段为变径的圆柱形，所述中段前端的内径与首段的内径相同，尾端的内径与尾段的内径相同，所述首段用于引导回收滑翔机，所述中段和尾段用于套设固定滑翔机，所述导向口的首段、中段和尾段彼此之间留有间隙，分别通过连接杆与安装框架连接。
8.进一步的，所述布放回收锁紧装置设有两套锁紧机构，两套锁紧机构由油缸升降机构和机械手组成，所述机械手的夹持面设置有橡胶垫，两套锁紧机构的油缸升降机构分别沿竖向设置，顶端固定在安装框架上，底端与机械手连接，两套锁紧机构的机械手分别位于导向口的中段两侧的空隙处，穿过空隙处夹持位于导向口中的滑翔机。
9.进一步的，所述导向口的各段采用分瓣式结构，所述首段由上、下两半能够滑动重合的半圆弧形结构组成，所述中段和尾段的下半部框体均采用电动控制的对开式的铰接结构构成，所述首段、中段和尾段的下半部构成导向口的下放口。
10.进一步的，所述无线遥控双体无人船设置有支撑框架，升降机构的两根滑台沿竖向固定在支撑框架上，所述支撑框架的上部设置有挂钩。
11.进一步的，所述布放回收锁紧装置设有两套锁紧机构，两套锁紧机构的油缸升降机构之间连接有安装杆，所述安装杆上固定有两台水下摄像机，所述导向口的框架结构外敷一层橡胶层。
12.进一步的，所述船用起重机的起吊钩上挂有拦网装置，所述拦网装置由高强度和韧性的网兜、弹性边框和折叠吊装架构成，所述弹性边框围在网兜的左、右两端及底端，顶端与折叠吊装架固定连接，所述折叠吊装架由铰接的两部分板体构成，两部分板体的铰接端转动连接有吊环，通过吊环连接船用起重机的起吊钩。
13.本发明同时提供了一种如上所述的用于水下滑翔机的布放回收系统的滑翔机布放方法，所述布放方法为启动船用起重机吊装无线遥控双体无人船至滑翔机的上方，打开布放回收锁紧装置的导向口的下放口，使用锁紧机构锁紧滑翔机，关闭下放口，吊运无线遥控双体无人船至海中，打开锁紧机构，控制无人船快速倒车完成滑翔机释放，无人船行驶，使用其顶部的挂钩与船用起重机的拦网装置对接，起重机将无人船吊装至母船上。
14.本发明还提供了一种如上所述的用于水下滑翔机的布放回收系统的滑翔机回收方法，启动船用起重机吊装无线遥控双体无人船至海中，控制无线遥控双体无人船行驶至滑翔机附近，使导向口的前端迎向滑翔机的移动方向，通过倾斜角度调节机构调整好布放回收锁紧装置的导向口的倾角，使滑翔机能够直接驶入导向口中，回收过程中通过水下摄像机监视，操纵无线遥控双体无人船移动完成滑翔机回收，当滑翔机的前端完全卡入导向口的尾段中，使用锁紧机构快速锁紧滑翔机，调整布放回收装置的倾角，无线遥控双体无人船携带滑翔机行驶至母船附近，行驶中与船用起重机的拦网装置对接，船用起重机将无人船吊装至母船上，打开布放回收锁紧装置的导向口下半段的下放口，松开锁紧机构，释放滑翔机，完成整个滑翔机的回收工作。
15.相对于现有技术，本发明专利设计的一种用于水下滑翔机的布放回收系统的进步之处在于：1、本系统的吊装过程机械化操作，无人船遥控操作，能够在操作人员数量不大于2人的情况下完成滑翔机的布放及回收，大大减少了滑翔机布放、回收的人员需求；
16.2、本系统的布放回收锁紧装置能够稳定的实现对滑翔机的布放和回收，能够在3
级海况下完成滑翔机的布放回收，在4级海况下有概率完成滑翔机的布放回收，对应用环境的适应性更强，满足复杂海况下水下滑翔机的收放需求；
17.3、本系统只需操作人员在母船上进行遥控及控制，极大的减小人员的劳动强度及危险性；无线遥控双体无人船具有机动灵活、尺寸小、无缆绳牵绊等特点，可快速抵近滑翔机附近，利用干舷低特点可降低滑翔机捕获、提出水面的难度。被回收的滑翔机处于双体船中间，降低其被磕碰、损毁的风险；无线操控可避免有线控制在回收过程中缆绳缠绕滑翔机影响二次对接回收风险；双体船中间由框架连接，方便框架上进行自动化机构的安装部署；整个回收过程在水面进行，便于控制人员观察，降低回收难度。
18.4、本系统用于夹持、承载水下滑翔机的布放回收锁紧装置与滑翔机接触的部件均采用橡胶等缓冲材料包裹，同时滑翔机回收至母船后采用机械手下放，有效的减小滑翔机在回收及下放时的碰撞损伤。
附图说明
19.图1是用于水下滑翔机的布放回收系统的结构示意图。
20.图2是无线遥控双体无人船的结构示意图。
21.图3是布放回收锁紧装置的结构示意图。
22.图4是布放回收锁紧装置的安装框架和导向口的结构示意图。
23.图5是布放回收锁紧装置的倾角调节机构的结构示意图。
24.图6是布放回收锁紧装置的倾角调节过程的应用对比示意图。
25.图7是布放回收锁紧装置的升降机构的结构示意图。
26.图8是布放回收锁紧装置的局部放大结构示意图。
27.图9是布放回收锁紧装置的导向口的下放口打开时的结构示意图。
28.图10是布放回收锁紧装置的锁紧机构的结构示意图。
29.图11是船用起重机的结构示意图。
30.图12是拦网装置的结构示意图。
31.图13是用于水下滑翔机的布放回收系统的船用起重机吊运无线遥控双体无人船的状态示意图。
32.图14是用于水下滑翔机的布放回收系统的布放过程流程图。
33.图15是用于水下滑翔机的布放回收系统的回收过程流程图。
34.图中，1船用起重机、2无线遥控双体无人船、3布放回收锁紧装置、4滑翔机、5拦网装置、6母船、21支撑框架、22挂钩、31导向口、32安装框架、33倾角调节机构、34升降机构、35水下摄像机、36锁紧机构、311首段、312中段、313尾段、331支撑板、332调节电机、333调节杆、334安装板、335调节齿轮、341滑台、342升降电机、343滑道、344滑块、361油缸升降机构、362机械手、51网兜、52弹性边框、53折叠吊装架、54吊环。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明创造一部分的实施例，而不是全部。基于本发明创造中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获
得的所有其他实施例，都属于本发明创造保护的范围。
36.如图1至13所示，本发明专利设计了一种用于水下滑翔机的布放回收系统的一种实施例，本实施例中布放回收系统包括母船6、船用起重机1、无线遥控双体无人船2和布放回收锁紧装置3。
37.船用起重机1安装在母船6上，用于吊运无线遥控双体无人船2，船用起重机具有自动起重设备操控功能、载荷限制、安全防护及应急释放功能等。船用起重机1的起吊钩上挂有拦网装置5。拦网装置5由高强度和韧性的网兜51、弹性边框52和折叠吊装架53构成。弹性边框52围在网兜51的左、右两端及底端，顶端与折叠吊装架53固定连接，折叠吊装架53由铰接的两部分板体构成，两部分板体的铰接端转动连接有吊环54，通过吊环54连接船用起重机1的起吊钩。
38.布放回收锁紧装置3安装在无线遥控双体无人船2的下侧，用于布放、回收水下滑翔机4。布放回收锁紧装置3包括安装框架32、导向口31、倾角调节机构33、升降机构34、水下摄像机35和锁紧机构36。安装框架32为由耐腐蚀材料焊接而成的框架结构，其上侧安装固定在倾角调节机构33上，下侧伸出有多根连接杆连接固定导向口31。
39.升降机构34包括两根竖向平行设置的滑台341，滑台341顶端设置有升降电机342，两滑台341的相对内侧面沿竖向设置有滑道343，滑道343中通过丝杆螺纹连接有滑块344，升降电机342带动丝杆转动，带动滑块344沿滑道343上下移动。
40.倾角调节机构33包括支撑板331、调节电机332和调节杆333，支撑板331的两端分别通过安装板334与两侧滑台341上的滑块344连接固定，调节电机332安装在支撑板331的中部。调节杆333位于支撑板331的下侧，两端分别与两侧的安装板334转动连接，调节杆333的中部固定有调节齿轮335，调节齿轮335与调节电机332的输出端啮合连接，由调节电机332带动调节齿轮335转动，从而实现调节杆333的转动。安装框架32的上侧整体固定在调节杆333上，调节杆333转动会带动安装框架32的俯仰角度调节。
41.导向口31由三部分构成，分别为首段311、中段312和尾段313，三段也是由耐腐蚀材料构成的框架型结构，外敷一层橡胶层。首段311呈喇叭口状，尾段313为圆柱形，其尾端收口设计，中段312为变径的圆柱形，中段312前端的内径与首段311的尾端内径相同，尾端的内径与尾段313的内径相同，首段311用于引导回收水下滑翔机4，中段312和尾段313用于套设固定滑翔机4。导向口31的首段311、中段312和尾段313彼此之间留有间隙，3段分别通过连接杆与安装框架32连接固定。另外，导向口31的各段采用分瓣式结构，其中首段311由上、下两半能够滑动重合的半圆弧形结构组成，中段312和尾段313的下半部框体均采用电动控制的对开式的铰接结构构成，3段的下半部构成导向口31的下放口，打开下放口，其中的滑翔机4可以从下放口脱出。
42.锁紧机构36由油缸升降机构361和机械手362组成，机械手362的夹持面设置有橡胶垫。布放回收锁紧装置3设有两套锁紧机构36，两套锁紧机构36的油缸升降机构361分别沿竖向设置，顶端固定在安装框架32上，底端与机械手362连接。两套锁紧机构36的机械手362分别位于导向口31的中段362两侧的空隙处，穿过空隙处能够夹持位于导向口31中的滑翔机4。两套锁紧机构36的油缸升降机构361的活塞杆之间连接有安装杆，安装杆靠近活塞杆的下侧端部设置，其上固定有两台水下摄像机35。
43.无线遥控双体无人船2设置有支撑框架21，布放回收锁紧装置3的升降机构34的两
根滑台341沿竖向固定在支撑框架21上，支撑框架21的上部设置有挂钩22。吊装无线遥控双体无人船2时，船用起重机1通过拦网装置5捕捉无线遥控双体无人船2。为保证无人船能够可靠的完成移动平台任务，无人船设有平台本体子系统、动力能源子系统、感知子系统、控制子系统、通信子系统、交互子系统、位置自稳定子系统以及无人船遥控监视装置等。平台本体子系统括船体设计与布置、材料与结构以及平台机械，是无人船最基本的组成部分，为整个系统提供浮力、布置空间、执行机构以及必要的防护条件。动力能源子系统包括推进系统和电源供给系统，为无人船提供必要的水面机动能力，并为控制系统和布放回收平台等提供电力支持。感知子系统包括定位导航系统、外部环境感知系统和平台状态感知系统，为无人船运动决策与控制、自身状态监测提供必要的数据源及硬件、接口支持。控制子系统包括控制系统硬件和软件，通过全船的感知及控制设备，为无人船处理、分析外部空间及内部环境信息，并根据核心控制算法实现自主航行控制等功能。通信子系统包括控制端通信设备和执行端通信设备，为无人船搭建执行任务所需数据链路。交互式子系统包括支持设备和支持软件，为操作人员对无人船实时控制、了解状态信息、下达自主指令等操作。位置自稳定子系统是指一种闭环的控制系统，无人船通过测量系统计算出自身由于海浪、海风等因素飘离稳定点，通过控制系统控制动力系统将无人船自动驾驶回原稳定位置，达到无人船实现位置自稳定功能。无人船遥控监视装置选用单屏显示样式，用于无人平台无线遥控驾驶，同时对无人船上的水下摄像机所拍摄的视频图像进行实时显示。
44.结合图14所示，本发明专利公开的用于水上述下滑翔机的布放回收系统在进行水下滑翔机4的布放时，启动船用起重机吊装无线遥控双体无人船至滑翔机的上方，打开布放回收锁紧装置的导向口的下放口，使用锁紧机构锁紧滑翔机，关闭下放口，吊运无线遥控双体无人船至海中，打开锁紧机构，控制无人船快速倒车完成滑翔机释放放，无人船行驶，使用其顶部的挂钩与船用起重机的拦网装置对接，起重机将无人船吊装至母船上。
45.结合图15所示，本发明专利公开的用于水上述下滑翔机的布放回收系统在进行水下滑翔机4的回收时，启动船用起重机吊装无线遥控双体无人船至海中，控制无线遥控双体无人船行驶至滑翔机附近，使导向口的前端迎向滑翔机的移动方向，通过倾斜角度调节机构调整好布放回收锁紧装置的导向口的倾角，使滑翔机能够直接驶入导向口中，回收过程中通过水下摄像机监视，操纵无线遥控双体无人船移动完成滑翔机回收，当滑翔机的前端完全卡入导向口的尾段中，使用锁紧机构快速锁紧滑翔机，调整布放回收装置的倾角，无线遥控双体无人船携带滑翔机行驶至母船附近，行驶中与船用起重机的拦网装置对接，船用起重机将无人船吊装至母船上，打开布放回收锁紧装置的导向口下半段的下放口，松开锁紧机构，释放滑翔机，完成整个滑翔机的回收工作。
46.上述内容仅为本发明创造的较佳实施例而已，不能以此限定本发明创造的实施范围，即凡是依本发明创造权利要求及发明创造说明内容所做出的简单的等效变化与修饰，皆仍属于本发明创造涵盖的范围。

技术特征：
1.一种用于水下滑翔机的布放回收系统，其特征在于，所述布放回收系统包括母船、船用起重机、无线遥控双体无人船和布放回收锁紧装置，所述船用起重机安装在母船上，用于吊运无线遥控双体无人船，所述布放回收锁紧装置安装在无线遥控双体无人船的下侧，用于布放、回收水下滑翔机，所述布放回收锁紧装置包括安装框架、导向口、锁紧机构和升降机构，所述升降机构包括两根竖向平行设置的滑台，所述滑台上设置有升降电机和滑块，所述安装框架的两端分别安装在两侧滑台的滑块上，所述安装框架的下侧面竖向伸出有多根连接杆，多根连接杆的底端固定连接导向口，所述导向口为喇叭式的框架结构。2.根据权利要求1所述的一种用于水下滑翔机的布放回收系统，其特征在于，所述布放回收锁紧装置的安装框架上设置有倾斜角度调节机构，所述倾斜角度调节机构包括支撑板、调节电机和调节杆，所述支撑板的两端分别通过安装板与两侧滑台的滑块连接固定，所述调节电机安装在支撑板的中部，所述调节杆位于支撑板的下侧，两端分别与两侧的安装板转动连接，所述调节杆的中部固定有调节齿轮，所述调节齿轮与调节电机的输出端啮合连接，所述安装框架整体固定在调节杆上。3.根据权利要求2所述的一种用于水下滑翔机的布放回收系统，其特征在于，所述导向口由三部分构成，分别为首段、中段和尾段，所述首段呈喇叭口状，所述尾段为圆柱形，其尾端收口，所述中段为变径的圆柱形，所述中段前端的内径与首段的内径相同，尾端的内径与尾段的内径相同，所述首段用于引导回收滑翔机，所述中段和尾段用于套设固定滑翔机，所述导向口的首段、中段和尾段彼此之间留有间隙，分别通过连接杆与安装框架连接。4.根据权利要求3所述的一种用于水下滑翔机的布放回收系统，其特征在于，所述布放回收锁紧装置设有两套锁紧机构，两套锁紧机构由油缸升降机构和机械手组成，所述机械手的夹持面设置有橡胶垫，两套锁紧机构的油缸升降机构分别沿竖向设置，顶端固定在安装框架上，底端与机械手连接，两套锁紧机构的机械手分别位于导向口的中段两侧的空隙处，穿过空隙处夹持位于导向口中的滑翔机。5.根据权利要求4所述的一种用于水下滑翔机的布放回收系统，其特征在于，所述导向口的各段采用分瓣式结构，所述首段由上、下两半能够滑动重合的半圆弧形结构组成，所述中段和尾段的下半部框体均采用电动控制的对开式的铰接结构构成，所述首段、中段和尾段的下半部构成导向口的下放口。6.根据权利要求5所述的一种用于水下滑翔机的布放回收系统，其特征在于，所述无线遥控双体无人船设置有支撑框架，升降机构的两根滑台沿竖向固定在支撑框架上，所述支撑框架的上部设置有挂钩。7.根据权利要求6所述的一种用于水下滑翔机的布放回收系统，其特征在于，所述布放回收锁紧装置设有两套锁紧机构，两套锁紧机构的油缸升降机构之间连接有安装杆，所述安装杆上固定有两台水下摄像机，所述导向口的框架结构外敷一层橡胶层。8.根据权利要求7所述的一种用于水下滑翔机的布放回收系统，其特征在于，所述船用起重机的起吊钩上挂有拦网装置，所述拦网装置由高强度和韧性的网兜、弹性边框和折叠吊装架构成，所述弹性边框围在网兜的左、右两端及底端，顶端与折叠吊装架固定连接，所述折叠吊装架由铰接的两部分板体构成，两部分板体的铰接端转动连接有吊环，通过吊环连接船用起重机的起吊钩。9.一种如权利要求8所述的用于水下滑翔机的布放回收系统的滑翔机布放方法，其特
征在于，所述布放方法为启动船用起重机吊装无线遥控双体无人船至滑翔机的上方，打开布放回收锁紧装置的导向口的下放口，使用锁紧机构锁紧滑翔机，关闭下放口，吊运无线遥控双体无人船至海中，打开锁紧机构，控制无人船快速倒车完成滑翔机释放，无人船行驶，使用其顶部的挂钩与船用起重机的拦网装置对接，起重机将无人船吊装至母船上。10.一种如权利要求8所述的用于水下滑翔机的布放回收系统的滑翔机回收方法，其特征在于，启动船用起重机吊装无线遥控双体无人船至海中，控制无线遥控双体无人船行驶至滑翔机附近，使导向口的前端迎向滑翔机的移动方向，通过倾斜角度调节机构调整好布放回收锁紧装置的导向口的倾角，使滑翔机能够直接驶入导向口中，回收过程中通过水下摄像机监视，操纵无线遥控双体无人船移动完成滑翔机回收，当滑翔机的前端完全卡入导向口的尾段中，使用锁紧机构快速锁紧滑翔机，调整布放回收装置的倾角，无线遥控双体无人船携带滑翔机行驶至母船附近，行驶中与船用起重机的拦网装置对接，船用起重机将无人船吊装至母船上，打开布放回收锁紧装置的导向口下半段的下放口，松开锁紧机构，释放滑翔机，完成整个滑翔机的回收工作。

技术总结
本发明涉及一种用于水下滑翔机的布放回收系统及其布放、回收方法，属于海洋工程技术领域。所述布放回收系统包括母船、船用起重机、无线遥控双体无人船和布放回收锁紧装置，所述船用起重机用于吊运无线遥控双体无人船，所述布放回收锁紧装置用于布放、回收水下滑翔机，所述布放回收锁紧装置包括安装框架、导向口、锁紧机构和升降机构，所述导向口为喇叭式的框架结构。本发明设计的布放回收系统工作过程所需人员数量少，能够满足高级海况下的布放回收需要，操作方便，对滑翔机的损害小。对滑翔机的损害小。对滑翔机的损害小。


技术研发人员：徐胜 朱健国 齐柏澄 马景峰
受保护的技术使用者：沈阳辽海装备有限责任公司
技术研发日：2022.12.27
技术公布日：2023/4/25