本发明涉及auv的水下补给以及回收领域，特别涉及一种可收放舱式的多功能auv水下中继站。
背景技术：
作为水下运载器之一的无缆自治式水下机器人，auv是一种重要的水下作业载体，被广泛地应用在海洋科学技术考察、海底勘探、油田勘探等众多工作领域，是一种自治式水下机器人，在水下工作时依靠自带的可充电电池、燃料电池、闭式柴油机等提供能源，而这些方式储能有限，因此，需要及时回收以补充能量、读取信息和维护保养。
auv回收方式一般可分为两种：第一种是在水面上采用母船起吊回收，此种方式受风浪影响较大，回收时需要人参与完成挂钩任务，主要应用于大型auv回收；第二种是采用升降平台、潜艇驮带等方式进行水下对接回收，auv通过与水下回收系统连接可实现充电、数据交换等任务。
现阶段auv的水下回收可使用传统的起吊设备与中继器相结合的方式，如专利cn106956760a所述的装置，但是此类方式回收时需要回收母船跟随auv大范围活动，回收过程繁琐，安全性低，效率低，而且一般无法进行水下充电、数据传输等工作，回收完成后又需要释放auv进入工作区域，打断了auv工作的连续性,而采用水下对接平台对auv进行水下回收，如专利cn107697247a中描述的装置，回收装置体积小、质量轻，很容易受到复杂海洋环境的影响，且在对接的过程中还会增加auv受损的风险，从而大大降低了水下auv的工作效率，造成不必要的财力浪费。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种能够对多条auv持续自动化补给或回收的可收放舱式的多功能auv水下中继站。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种可收放舱式的多功能auv水下中继站，其创新点在于：所述多功能auv水下中继站由水下舱室、浮船、母船、水下脐带缆和水下缆绳组成；
所述水下舱室包括外框架、补给模块和微调式回收夹紧机构，所述补给模块固定在外框架下平面内侧，且所述补给模块内置充电模块、数据传输模块和故障检测模块；所述微调式回收夹紧机构置于外框架正上方，所述微调式回收夹紧机构包括支撑板，所述支撑板的上端面两端对称设置有固定桩，支撑板的下端面两端对称设有与固定桩对应的密封箱体a，且密封箱体a内部设置挡板固定安装伺服电机a和自动化控制单元，在密封箱体a的外端支撑板上还设置有卡扣机构；所述密封箱体a的下端设置有移动平台，且各移动平台的两侧对称铰接有连杆机构，所述微调式回收夹紧机构还包括放置于连杆机构内部的微调机构；
所述浮船内部放置有电池组及电源管理模块和通讯设备，所述浮船上还设有无线传输设备a，所述浮船受浮力作用浮在水面且底端留有通孔；
所述母船甲板上安装有无线传输设备b、绞车以及回收机械手，所述母船船艏底部安装有水声通讯仪以及声呐系统；
所述水下脐带缆一端通过浮船底端通孔与电源管理模块以及无线传输设备a相连，所述水下脐带缆另一端敷设在水下舱室内侧并与水下舱室的补给模块相连；
所述水下缆绳由细软绳和粗缆绳组成，细软绳一端通过浮船底端通孔与浮船相连，细软绳另一端与粗缆绳一端打成活结，且粗缆绳另一端栓在微调式回收夹紧机构的固定桩上，所述细软绳的长度大于浮船吃水线到母船甲板3-5米，所述粗缆绳的长度大于微调式回收夹紧机构的固定桩中心到母船甲板的距离5-10米。
进一步地，所述卡扣机构包括一圆柱套筒，所述圆柱套筒的下端两侧设有镶嵌在圆柱套筒内的楔形块，所述圆柱套筒的内部中心设有一沿圆柱套筒长度方向延伸的支撑板；所述圆柱套筒内还设有两个平行且与支撑板垂直的支撑立柱，且所述支撑立柱的端部穿过楔形块；所述支撑立柱上还套接有弹簧a，所述弹簧a的一端与支撑板固定连接，弹簧a的另一端与楔形块的端面固定连接；在两支撑立柱之间的支撑板上设置有电磁铁铁芯固定在支撑板上的电磁铁，所述电磁铁的铁芯外部缠绕通电线圈，电磁铁的衔铁部分镶嵌在楔形块中。
进一步地，所述微调机构包括一u型支座以及相互平行设置于u型支座上部的支撑杆，在所述u型支座上设有若干个穿过u型腔且与u型支座两侧板固定连接的光杆；所述光杆中间部分为阶梯轴，所述阶梯轴上固定安装压力传感器，阶梯轴通过弹簧b的预紧力作用与u型支座接触；所述光杆与连杆机构接触部分设置有密封轴套；
所述各支撑杆上套有弹簧c，所述支撑杆两端带有阶梯轴并与两根垂直于支撑杆的光杆相连，且支撑杆两端带有圆形挡圈，所述光杆的另一端通过推力球轴承与u型支座相连；
所述u型支座下端面设有由u型支座弧线方向分开的两个分型面，所述u型支座上端面内侧设有伺服电机b，所述u型支座下端面的其中一个端面上自下而上依次设置有螺母底座、丝杆a和联轴器a，且所述联轴器a与伺服电机b固定连接；
所述u型支座上端面与连杆机构内侧焊接固连，且以连杆机构圆弧为中心相隔4.3度的间隔放置3个微调机构。
进一步地，所述水下舱室还包括水下导轨、夹持机构、自动化控制单元、导航定位单元和监控模块；
所述水下导轨对称设置在外框架的两侧，所述水下导轨呈h型分布，其中两根竖直导轨固定在外框架一侧，一根垂直于竖直导轨的水平导轨上固定安装与之配合的夹持机构，所述水下导轨用螺栓进行连接，且对称固定在外框架内壁上；
所述水下导轨之间通过导轨底座进行固定焊接，且所述导轨底座端面固定焊接安装有密封箱体b；所述密封箱体b内部设置挡板固定安装有伺服电机c、自动化控制单元和联轴器b，所述联轴器b固定连接连接轴，所述连接轴的另一端通过键与齿轮固定连接，且所述水下导轨凹槽内部两侧还固定有与齿轮配合的齿条；
在外框架内靠近左平面处设置有auv工位a，工位a中心距离外框架左平面内侧4300mm，距离外框架下平面内侧5000mm；在靠近补给模块上方设置有auv工位b，工位b中心距离外框架左平面内侧8700mm，距离外框架下平面内侧2200mm；在靠近两对连杆机构内设置有auv工位c，工位c中心距离外框架左平面内侧8700mm，距离外框架下平面内侧7473mm，且三个工位都位于外框架前后平面的对称中心面上；
所述导航定位单元包括安装在各auv工位上的姿态传感器、超短基线水声定位换能器和单目摄像头，所述导航定位单元还包括安装在外框架左平面外侧的导向罩上的引导灯以及安装在外框架右平面内侧的应答器基阵；
所述监控模块由水下探照灯、水下摄像头、电源适配器和信号线组成，且水下摄像头分别布置于外框架上平面与四个侧面的四个角落。
进一步地，所述夹持机构包括密封箱体c、伺服电机d、丝杆b、螺母支架、联接轴器和夹紧u型块，密封箱体c内部设置挡板固定安装伺服电机d和自动化控制单元，所述丝杆b通过联接轴器与伺服电机d进行连接，所述螺母支架由螺母、支撑座、四根支撑杆件构成，螺母与支撑座进行固连，四根支撑杆件穿过密封箱体c与夹紧u型块进行固连。
本发明的优点在于：
（1）本发明装置采用流水线式的设计思路，各模块之间相互配合，使从业人员能够直接在母船上实行对auv的回收与状态监控，流水线式的作业方式极大的提高了多条auv的补给或回收效率，特制的微调连杆机构可应对不同型号的auv，解决了现阶段大部分回收机构不具备的通用性问题，水下舱室内的补给模块也为auv的续航、新的任务使命的加载提供了可靠的保障；
（2）本发明可收放舱式的多功能auv水下中继站，微调式回收夹紧机构可在电磁铁通电后与外框架进行分离，操作简单方便，提高了auv的回收效率，相应减少了水下auv的回收成本；
（3）本发明可收放舱式的多功能auv水下中继站，轻巧型的浮船设计，增加了水下舱室的持续补给能力也相应地减少了水下舱室对母船的依赖；
（4）本发明装置采用框架式结构设计，结构稳定可靠，能够有效减少海洋环境对auv回收过程的不利影响。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明可收放舱式的多功能auv水下中继站的结构示意图。
图2为图1中水下舱室的结构示意图。
图3为图1中微调式回收夹紧机构的结构示意图。
图4为图3中卡扣结构的剖视图。
图5为图3中微调机构的结构示意图。
图6为图2中水下导轨的剖视图。
图7为图2中夹持机构的剖视图。
图8为本发明工作的流程框图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例可收放舱式的多功能auv水下中继站，如图1所示，该多功能auv水下中继站由水下舱室58、浮船59、母船60、水下脐带缆61和水下缆绳组成。
如图2所示，水下舱室58包括外框架12、补给模块4和微调式回收夹紧机构1，补给模块4固定在外框架12下平面内侧，且补给模块4内置充电模块、数据传输模块和故障检测模块；如图3所示，微调式回收夹紧机构1置于外框架12正上方，微调式回收夹紧机构1包括支撑板30，支撑板30的上端面两端对称设置有固定桩31，支撑板30的下端面两端对称设有与固定桩33对应的密封箱体32，且密封箱体32内部设置挡板固定安装伺服电机a和自动化控制单元，在密封箱体32的外端支撑板30上还设置有卡扣机构33；密封箱体32的下端设置有移动平台34，且各移动平台34的两侧通过螺钉对称铰接有连杆机构35，微调式回收夹紧机构1还包括放置于连杆机构35内部的微调机构36。
本实施例中，如图4所示，卡扣机构33包括一圆柱套筒47，圆柱套筒47的下端两侧设有镶嵌在圆柱套筒47内的楔形块48，圆柱套筒47的内部中心设有一沿圆柱套筒47长度方向延伸的25mm厚的支撑板；圆柱套筒47内还设有两个平行且与支撑板垂直的支撑立柱49，且支撑立柱49的端部穿过楔形块48；支撑立柱49上还套接有弹簧50，弹簧50的一端与支撑板固定连接，弹簧50的另一端与楔形块48的端面固定连接；在两支撑立柱49之间的支撑板上设置有电磁铁铁芯固定在支撑板上的电磁铁51，电磁铁51的铁芯外部缠绕通电线圈，电磁铁51的衔铁52部分镶嵌在楔形块48中；当铁芯外部缠绕通电线圈没有通电时，楔形块48在弹簧50预紧力的作用下伸出圆柱套筒47外与外框架12上平面凹槽进行锁死，当微调机构36将auv1完全夹紧后，常开继电器53闭合，铁芯外部线圈通电，衔铁52被铁芯吸合后，微调式回收夹紧机构1被拉起吊离。
微调机构36的具体结构，如图5所示，包括一u型支座37以及相互平行设置于u型支座37上部的支撑杆39，u型支座37上端面73与连杆机构35内侧焊接固连，且以连杆机构35圆弧为中心相隔4.3度的间隔放置3个微调机构36，在u型支座37上设有若干个穿过u型腔且与u型支座37两侧板固定连接的光杆38；光杆38中间部分为阶梯轴，阶梯轴上固定安装压力传感器40，阶梯轴通过弹簧b的预紧力作用与u型支座37接触，且光杆38与连杆机构35接触部分设置有密封轴套45。
各支撑杆39上套有弹簧c，弹簧c被圆筒形缓冲耐压材料包裹，支撑杆39两端带有阶梯轴并与两根垂直于支撑杆39的光杆38相连，且支撑杆39两端带有圆形挡圈，光杆38的另一端通过推力球轴承与u型支座37相连；u型支座37下端面设有由u型支座37弧线方向分开的两个分型面72，u型支座上端面73内侧设有伺服电机41，u型支座下端面的其中一个分型面72上自下而上依次设置有螺母底座44、丝杆a和联轴器a，该分型面在远离auv横向中心线的一侧，且联轴器a与伺服电机41固定连接。
如图1所示，浮船59内部放置有电池组及电源管理模块64和通讯设备65，浮船59上还设有无线传输设备66，浮船59受浮力作用浮在水面且底端留有通孔。
母船60甲板上安装有无线传输设备71、绞车70以及回收机械手69，母船60船艏底部安装有水声通讯仪68以及声呐系统67。
水下脐带缆61一端通过浮船59底端通孔与电源管理模块64以及无线传输设备66相连，水下脐带缆61另一端敷设在水下舱室58内侧并与水下舱室58的补给模块4相连。
水下缆绳由细软绳62和粗缆绳63组成，细软绳62一端通过浮船59底端通孔与浮船59相连，细软绳62另一端与粗缆绳63一端打成活结，且粗缆绳63另一端栓在微调式回收夹紧机构1的固定桩31上，细软绳62的长度大于浮船59吃水线到母船60甲板3-5米，粗缆绳63的长度大于微调式回收夹紧机构1的固定桩31中心到母船60甲板的距离5-10米。
本实施例中，如图2所示，水下舱室58还包括水下导轨21、夹持机构3、自动化控制单元29、导航定位单元和监控模块11。
水下导轨21对称设置在外框架12的两侧，如图6所示，水下导轨21呈h型分布，其中两根竖直导轨固定在外框架12一侧，一根垂直于竖直导轨的水平导轨上固定安装与之配合的夹持机构3，水下导轨21用螺栓进行连接，且对称固定在外框架12内壁上；水下导轨21之间通过导轨底座22进行固定焊接，且导轨底座22端面固定焊接安装有密封箱体23；密封箱体23内部设置挡板固定安装有伺服电机28、自动化控制单元29和联轴器27，联轴器27固定连接连接轴26，连接轴26的另一端通过键与齿轮25固定连接，且水下导轨21凹槽内部两侧还固定有与齿轮25配合的齿条24。
在外框架12内靠近左平面处设置有auv工位55，工位55中心距离外框架12左平面内侧4300mm，距离外框架12下平面内侧5000mm；在靠近补给模块4上方设置有auv工位56，工位56中心距离外框架12左平面内侧8700mm，距离外框架12下平面内侧2200mm；在靠近两对连杆机构35内设置有auv工位57，工位57中心距离外框架12左平面内侧8700mm，距离外框架12下平面内侧7473mm，且三个工位都位于外框架12前后平面的对称中心面上。
如图2所示，导航定位单元包括安装在各auv工位上的姿态传感器6、超短基线水声定位换能器5和单目摄像头7，导航定位单元还包括安装在外框架12左平面外侧的导向罩9上的引导灯10以及安装在外框架12右平面内侧的应答器基阵8，导向罩9由圆台式中空柔性材料制作，通过上台面与外框架12固定，引导灯10垂直于外框架12底面安装在导向罩9上。
监控模块11由水下探照灯、水下摄像头、电源适配器和信号线组成，且水下摄像头分别布置于外框架12上平面与四个侧面的四个角落；实施例中，外框架12为由六个支撑框体通过焊接而成的长方体框架。
实施例中，夹持机构3的具体结构，如图7所示，包括密封箱体c、伺服电机20、丝杆54、螺母支架、联接轴器18和夹紧u型块13，密封箱体c内部设置挡板15固定安装伺服电机d和自动化控制单元，所述丝杆b通过联接轴器与伺服电机20进行连接，螺母支架由螺母16、支撑座17、四根支撑杆件14构成，螺母16与支撑座17进行固连，四根支撑杆件14穿过密封箱体c与夹紧u型块13进行固连。
本发明的具体实施过程为：
结合图2和图8，auv1通过水下超短基线水声定位换能器5和应答器基阵8获得auv1相对本发明水下舱室58的相对位置，并通过导向罩9进入水下舱室58到达工位55，此时伺服电机28工作通过带动连接轴26从而使齿轮25与镶嵌在导轨21内槽的齿条24啮合传动带动整个夹持机构3连同导轨底座22运动到指定位置1并触发限位开关1，此时夹持机构3位置与auv1的横向中心线平行；夹持机构3中密封箱体c内部自动化控制单元工作发送伺服信号给伺服电机20，伺服电机20工作通过减速机19带动两端由支撑座17支撑的丝杆54作旋转运动，螺母底座连同夹紧u型块13利用丝杆54传动作直线运动从而使auv1的横向方向对auv1进行夹紧，安装在同夹紧u型块13上的压力传感器40感知夹紧力的变化，当夹紧力到达极限值时伺服电机20停止工作完成对auv1的夹紧；伺服电机28工作以相同的方式将夹持机构3连同auv1运送到指定位置2并触发限位开关2，此时auv1到达指定工位56；补给模块4在传感器检测到夹持机构3已到指定位置2后开始工作。
结合图1和图8，当auv1正在充电或进行数据传输时，自动化控制单元29控制伺服电机28工作将夹持机构3连同导轨底座22运送到指定位置1并触发限位开关1，等待auv2到达指定工位55，同时补给模块4将auv1采集的数据信息、水下舱室58内监控模块11的视频信息、补给模块4内的电源管理数据通过水下脐带缆61上传到浮船59的无线传输设备66上，母船60上的无线传输设备71接受浮船59传来的数据并进行解析，可实时监控水下舱室58内各模块的工作状态；当auv1充电或数据传输完成时，补给模块4的自动化控制单元控制夹持机构3发送伺服信号给伺服电机20，伺服电机20工作通过减速机19带动两端由支撑座17支撑的丝杆54作反向旋转运动，夹紧u型块13从auv1的横向方向松开auv1，auv1从外框架12右侧平面驶离；当水下舱室58内的补给模块4电源电力不足10%时，补给模块4的自动化控制单元通过水下脐带缆61向浮船59发出相应信息，浮船59内的电池组及电源管理模块64再通过脐带缆中的电缆向补给模块4中的充电模块进行供电；当进行auv1的回收模式时，补给模块4的自动化控制单元控制夹持机构3发送伺服信号给伺服电机d带动夹持机构3连同导轨底座22运送到指定位置3并触发限位开关3；当auv1到达指定工位57，密封箱体c内部自动化控制单元工作发送伺服信号给伺服电机a，伺服电机a工作带动移动平台34，靠近auv横向中心线一侧的弹簧46被光杆38上的台阶轴压缩，压力传感器40工作，如图5所示，当所述u型支座37下端面靠近auv1横向中心线的一侧的压力传感器40检测到弹簧46达到极限值时，伺服电机41工作带动丝杆43作旋转运动，螺母底座44连同u型支座37远离auv横向中心线的一侧在丝杆43传动下作直线微调运动，从而使远离auv横向中心线一侧的光杆38、支撑杆39以及弹簧c对auv1进行夹紧动作，当所述u型支座37下端面远离auv1横向中心线的一侧的压力传感器40检测到弹簧46达到极限值时，表示此时，auv1已经被完全夹紧；所述卡扣机构33工作，当auv1被完全夹紧后，微调机构36中自动化控制单元控制常开继电器53闭合，同时通过水下脐带缆61向浮船59发出相应信息，浮船59通过无线传输设备66告知母船60，母船60通过前视声呐67以及水声通讯设备68找到浮船59，并用母船60上的回收机械手69将浮船59吊到母船60甲板上，对浮船59进行维护和补给工作，然后母船60上绞车70工作通过粗缆绳63将微调式回收夹紧机构1连同auv1吊到母船60甲板上，完成auv1的回收工作，然后夹持机构3连同导轨底座22运动到指定位置1，准备auv2到达指定工位55。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。