水下航行器与无人艇的协同作业系统的制作方法

本发明涉及海洋工程技术领域，特别涉及一种水下航行器与无人艇的协同作业系统。

背景技术：

自主式水下航行器(autonomousunderwatervehicle，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，可应用于军事、民用或科研等领域，例如，水下三维探测、水下通信网络布设、海洋探测等。然而小型auv体积小，重量轻，所带电池有限，能源缺乏，续航力普遍不足，严重影响了其使用效率，限制了使用场景。对于需要长时间水下测量、探测的auv来说，没有合适的充电设备来进行能量补充，则无法完成相应任务。

同时，水下航行器在水下从事上述作业均需要进行回收，目前，自主回收auv主要有水下回收和水面回收两种类型。而两种方式均水面船艇释放一个中间回收部件，且需要auv到达指定位置后进行对接回收，这种回收方式依赖于auv的动力能源，对接效果并不好。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种水下航行器与无人艇的协同作业系统，旨在解决auv能源供应和自动回收的难题，并可以扩展auv的作业半径，完成远程任务。

为实现上述目的，本发明提出的水下航行器与无人艇的协同作用系统包括：

无人艇，所述无人艇包括主体和设于所述主体外侧的片体，所述片体形成有容纳腔，所述容纳腔内设有吸力装置；和

水下航行器，所述水下航行器具有位于所述容纳腔的充电状态、脱离所述容纳腔的释放状态、以及在所述吸力装置的吸力作用下进入所述容纳腔的回收状态。

可选的实施例中，所述无人艇包括两个所述片体，两所述片体对称设于所述主体相对的两侧。

可选的实施例中，每一所述片体包括相连接的第一片部与第二片部，所述片体具有在所述第一片部与第二片部相对贴合时的闭合状态，和在所述第一片部与第二片部相对远离时的打开状态；

当所述片体为闭合状态时，所述第一片部与第二片部围合形成包裹所述水下航行器的所述容纳腔，所述水下航行器处于充电状态；

当所述片体为打开状态时，所述水下航行器处于回收状态或释放状态。

可选的实施例中，所述吸力装置设有吸水口，所述吸水口连接有吸水管。

可选的实施例中，所述吸力装置设有排水口，所述片体开设有与所述容纳腔连通的排水孔，所述排水口通过排水管与所述排水孔连通。

可选的实施例中，每一所述容纳腔内设有第一气囊，所述第一气囊连接有充气装置。

可选的实施例中，每一所述片体的内部顶端设有第二气囊，所述第二气囊与所述充气装置的出气口连通；

和/或，所述第一气囊设有两个，两所述第一气囊分别位于所述第一片部与第二片部的内表面。

可选的实施例中，所述无人艇还包括两连接臂，每一所述连接臂的一端与所述主体可转动连接，另一端连接于一所述片体。

可选的实施例中，所述无人艇设有电源和无线充电端，所述电源位于所述主体内，所述无线充电端位于所述容纳腔内，所述电源与所述无线充电端的连接线穿设于所述连接臂内，所述水下航行器与所述无线充电端对接时，所述水下航行器处于充电状态。

可选的实施例中，所述无人艇还包括调整组件，所述调整组件设于所述容纳腔内，以调整所述水下航行器于所述容纳腔内的位置。

本发明技术方案的水下航行器与无人艇的协同作业系统包括无人艇和水下航行器，该无人艇包括主体和片体，该片体形成有容纳腔，并在容纳腔内设置有吸力装置。如此，无人艇可以携带水下航行器至作业目的地，水下航行器具有位于容纳腔内的充电状态，无人艇将水下航行器进行布放，则水下航行器具有脱离容纳腔的释放状态。而当水下航行器完成作业或需要续航时，水下航行器发出相应的信号，并靠近无人艇，片体内的吸力装置可以产生较大的吸力，对水下航行器进行吸附，提高其进入到容腔内的效率和准确度，一方面简化了回收水下航行器的难度和提高了回收效率；另一方面，当水下航行器进入到容纳腔内后，可与主体实现电连接，能够保证能量补给的效率，且续航完成后可继续布放作业，从而可以大幅扩展auv的工作半径和使用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明水下航行器与无人艇的协同作用系统一实施例的结构示意图；

图2为图1所示水下航行器与无人艇的协同作用系统另一视角的结构示意图；

图3为图1所示水下航行器与无人艇的协同作用系统又一视角的结构示意图；

图4为图1所示水下航行器与无人艇的协同作用系统中水下航行器处于回收状态的结构示意图；

图5为图4中a处的放大图；

图6为图1所示水下航行器与无人艇的协同作用系统中无人艇的片体的部分结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明公开了一种可实现快速自主回收的水下航行器30与无人艇10的协同作业系统，涉及无人潜水器技术领域，可用于水下航行器30的自主回收和电量补给。通过无人艇10的片体13携带水下航行器30(auv)，并通过片体13对auv进行非接触式无线充电，大幅提高auv的使用半径和作业场景。同时采用布置在片体13吸力装置15吸附auv，提高回收效率。

请结合参照图1至图4，具体的实施例中，水下航行器与无人艇的协同作用系统100包括无人艇10和水下航行器30，所述无人艇10包括主体11和设于所述主体11外侧的片体13，所述片体13形成有容纳腔13a，所述容纳腔13a内设有吸力装置15；

所述水下航行器30具有位于所述容纳腔13a的充电状态、脱离所述容纳腔13a的释放状态、以及在所述吸力装置15的吸力作用下进入所述容纳腔13a的回收状态；当所述水下航行器30处于所述充电状态时，所述水下航行器30与所述主体11电连接。

本实施例中，无人艇10主要航行于水面上，用于将水下航行器30运输至所需要作用的位置。无人艇10包括有主体11和设于主体11的片体13，为了实现航行和回收水下航行器30，主体11内设有航行控制用的控制组件、通讯组件以及电源设备等。主体11的头部形状大致呈三角锥形，可以减少行进中的阻力，大大提高航行速度，节约能源。主体11的中后部大致呈长方体形状，用于承载内部组件。在主体11外侧设有片体13此处的片体13数量可以是一个、两个或者三个及以上，在此不作限定。当片体13数量为一个时，可以将其设于主体11的顶部或底部，从而保证主体11运行的稳定性和平衡性。当然，片体13为两个时，该无人艇10即为三体艇，进一步提高航行的稳定性。此处，容纳腔13a可以由两个片体13与主体11围合形成，也可以由单独的片体13形成，在此不作限定。

具体地，片体13形成有容纳水下航行器30的容纳腔13a，故容纳腔13a的空间形状体积可选择与水下航行器30的形状尺寸相匹配，从而方便携带水下航行器30。当然，片体13的横截面形状可呈倒置的锥形，即锥尖头部朝向水底，且片体13朝向本体前端的端部也呈锥型，从而可以减少行进中的阻力，提高能效。在容纳腔13a内设置有吸力装置15，该吸力装置15可以是水泵、风机等，能够提供较大的吸力，使得周围的水被带向容纳腔13a，进而带动水下航行器30进入容纳腔13a内。

水下航行器30的形状大致呈长条柱状，且其头部呈半圆球状，可以使得水下航行器30在水中的阻力减小，方便进行水下航行。水下航行器30的尾部呈锥形，也可以减少行进中的阻力，并在尾部安装有水下推进部件，使得水下航行更加稳定有序。当然，头部的形状也可以是圆锥状，此处，水下航行器30的结构并不限于上述结构，只是为便于阐述后续结构，可以根据需要进行设计，在此不做赘述。可以理解的，为了实现水下航行器30的各种功能操作和水下行走，水下航行器30的内部包括有控制组件，该控制组件可以控制各个部件有序运行。

此处，当水下航行器30位于容纳腔13a内时，可以是无人艇10携带水下航行器30行驶至作业目的地的途中，也可以是水下航行器30续航的时间段。此时，水下航行器30与主体11进行电连接，电连接为非接触式无线电连接，即，无人艇10包括电连接的电源和无线充电端18，无线充电端18位于容纳腔13a内，水下航行器30进入后与之对接即可，提高充电对接的便利性。当水下航行器30充满时，可以从容纳腔13a内脱离出来进行作业，此时为释放状态。当然，在需要进行续航时，需要将水下航行器30从水下吸入容纳腔13a内，此为回收状态。

本发明技术方案的水下航行器30与无人艇10的协同作业系统包括无人艇10和水下航行器30，该无人艇10包括主体11和片体13，该片体13形成有容纳腔13a，并在容纳腔13a内设置有吸力装置15。如此，无人艇10可以携带水下航行器30至作业目的地，水下航行器30具有位于容纳腔13a内的充电状态，无人艇10将水下航行器30进行布放，则水下航行器30具有脱离容纳腔13a的释放状态。而当水下航行器30完成作业或需要续航时，水下航行器30发出相应的信号，并靠近无人艇10，片体13内的吸力装置15可以产生较大的吸力，对水下航行器30进行吸附，提高其进入到容腔内的效率和准确度，一方面简化了回收水下航行器30的难度和提高了回收效率；另一方面，当水下航行器30进入到容纳腔13a内后，可与主体11实现电连接，能够保证能量补给的效率，且续航完成后可继续布放作业，从而可以大幅扩展auv的工作半径和使用场景。

请继续参照图1和图3，可选的实施例中，所述无人艇10包括两个所述片体13，两所述片体13对称设于所述主体11相对的两侧。

本实施例中，为了提高无人艇10的行进稳定性，将片体13设置为两个，且两个片体13相对主体11的两侧设置，并呈轴对称设置，如此，可以有效提高无人艇10高速运行时的平衡性。同时两个片体13的设置也可以搭载两个水下航行器30，提高自身浮力从而进一步提高行进稳定性，且两个水下航行器30可以交替进行水下作业，可以进一步扩展auv的工作半径和使用场景。

请结合参照图3和图4，可选的实施例中，每一所述片体13包括相连接的第一片部131与第二片部133，所述片体13具有在所述第一片部131与第二片部133相对贴合时的闭合状态，和在所述第一片部131与第二片部133相对远离时的打开状态；

当所述片体13为闭合状态时，所述第一片部131与第二片部133围合形成包裹所述水下航行器30的所述容纳腔13a，所述水下航行器30处于充电状态；

当所述片体13为打开状态时，所述水下航行器30处于回收状态或释放状态。

本实施例中，每个片体13包括有相连接的第一片部131和第二片部133，两者可相对运动，例如第一片部131可转动连接于第二片部133，从而使得两者均能够发生转动，使得片体13具有闭合状态和打开状态；或者第一片部131不动，第二片部133转动；再或者第二片部133不动，第一片部131能够相对第二片部133转动，在此不作限定。此处，将第一片部131和第二片部133相对贴合时形成容纳腔13a，可以实现对水下航行器30的完全包覆，从而保证水下航行器30在充电状态时的稳定性，防止因外部因素对其造成晃动影响充电。而当第一片部131和第二片部133相对远离时，片体13可以处于打开状态，此时，水下航行器30可以自行控制运行，从容纳腔13a内脱离出来，处于释放状；或者被吸入容纳腔13a内，处于回收状态。

具体地，片体13需要提供稳定性，故而片体13需要通过连接部件将其连接到主体11上，因此，以第一片部131不动为例，将第二片部133与连接部件设置为可转动连接，则第二片部133可以相对于第一片部131进行贴合或远离的运动。

请结合图2和图3，在无人艇10具有两个片体13的结构中，即为三体艇，可选的实施例中，所述无人艇10还包括两连接臂12，每一所述连接臂12的一端与所述主体11可转动连接，另一端连接于一所述片体13。

本实施例中，无人艇10包括有两个连接臂12，该两个连接臂12分别连接于主体11相对的两侧，且连接臂12的一端设于主体11侧面的中上部，如此，形成的三体艇是以主体11为主片体13相辅助的形式方式。连接臂12大致呈长条杆状，且连接臂12由主体11的侧面垂直延伸出来，并朝向水面的方向向下弯折。如此，片体13连接于连接臂12的另一端时，可与主体11相距一定的横向距离，且片体13的底部朝向水面，提供抵抗翻船的作用力，进一步提高稳定性。此处，因水下航行器30呈长条柱状，片体13在主体11的长度方向上也具有较长的延伸长度，为了进一步提高片体13的连接结构的稳定性，无人艇10的一侧设置有两个连接臂12，每一个片体13通过两个连接臂12连接于主体11，两个连接臂12分别设于片体13的两端，从而有效提高片体13的稳定性。

同时，为了方便回收，该连接臂12的一端与主体11为可转动连接，当需要回收水下航行器30时，通过连接臂12的转动，先将两个片体13稍微抬出离开水面，从而减少水阻力，进一步提高驱动水下航行器30的速率。同时，在不需要片体13提供支撑时，也可以通过连接臂12的转动或翻转，将其折叠于主体11的外表面，从而方便运输，或者提高低速运行时的灵活性，适应不同的海情。

请结合图5和图6，可选的实施例中，所述电源位于所述主体11内，所述无线充电端18位于所述容纳腔13a内，所述电源与所述无线充电端18的连接线穿设于所述连接臂12内，所述水下航行器30与所述无线充电端18对接时，所述水下航行器30处于充电状态。

本实施例中，充电电源位于主体11内，而无线充电端18位于容纳腔13a内，并固定在容纳腔13a的腔壁上，为了不使得连接导线外露，连接臂12为中空结构，将电源与无线充电端18的连接线穿设于连接臂12内，一方面对连接线进行保护，防止外部因素将其损坏；另一方面可以提高无人艇10的外观，也使得无人艇10整体结构更加简洁，没有多余的导线干扰，提高行驶的顺畅性。

可选的实施例中，所述无人艇10还包括调整组件(未图示)，所述调整组件设于所述容纳腔13a内，以调整所述水下航行器30于所述容纳腔13a内的位置。

本实施例中，由于吸力装置15的吸力作用大，在水下航行器30进入容纳腔13a内时，水下航行器30的对接位置有可能不是特别准确，故而在容纳腔13a内还设置有调整组件，该调整组件可以是夹爪，能够抵接水下航行器30的周缘，通过驱动件驱动夹爪的移动，从而带动水下航行器30进行上下左右的细调节，以使得水下航行器30的电连接端口与容纳腔13a内的无线充电端18相对接，从而完成水下航行器30的充电过程。当然，于其他实施例中，该调整组件还可以是其他可以移动水下航行器30的部件，例如，调节杆。

请继续参照图5和图6，可选的实施例中，所述吸力装置15设有吸水口，所述吸水口连接有吸水管151。

本实施例中，吸力装置15为大吸力水泵，从而具有较大的抽水力度，提高回收水下航行器30的效率。当第一片部131设置为与主体11固定连接时，可以将吸力装置15设置在第一片部131内，需要回收水下航行器30时，转动打开第二片部133，然后吸力装置15对水下航行器30进行吸附，使其进入第一片部131内，然后再转动第二片部133，形成包裹水下航行器30的容纳腔13a，进行非接触式充电。吸力装置15可以设置一个、两个或多个，当吸力装置15设置一个时，可以将其设于片体13的中部，从而能够实现对水下航行器30整体均有力的吸力；当吸力装置15设置为两个时，可以将两个吸力装置15设置在片体13的前端和后端，继而同时对水下航行器30的两端同时施力，进一步提高驱动水下航行器30进入容纳腔13a的速率。

此处，在吸力装置15的吸水口处连接有吸水管151，该吸水管151的长度可根据需要进行设定，将吸水管151的自由端伸向水下航行器30处，从而能够提高吸力装置15的吸附准确度，使得水下航行器30更加快速进入第一片部131内，提高回收效率。

为了能够将多余的水排出容纳腔13a，可选的实施例中，所述吸力装置15设有排水口，所述片体13开设有与所述容纳腔13a连通的排水孔1311，所述排水口通过排水管153与所述排水孔1311连通。

本实施例中，吸力装置15还具有排水口，将水下航行器30周围的水吸进容纳腔13a后，为了方便将水排出，在片体13上开设有排水孔1311，排水口通过排水管153与排水孔1311连通，从而使得吸力装置15吸入的水能够及时通过排水管153排出容纳腔13a，从而腾出更多的空间为后续进入的水下航行器30和水，更进一步加快水下航行器30的移动，有利于其快速回收。当然，在片体13上还可以开设有多个排水孔1311，例如在第一片部131上可以开设有多个排水孔1311，多个排水孔1311可以为多个间隔设置的细长孔洞，当然，排水孔1311也可以是圆形、方形等形状，在此不作限定。多个排水孔1311在第一片部131上均匀分布，从而能够及时将进入容纳腔13a内的水排出去。同时，在第二片部133上也设置多个排水孔1311，从而在转动第二片部133将其关闭时，也可以协同排出一部分的水，加快关闭速度，保证水下航行器30的对接稳定性。

请再次参照图5，可选的实施例中，每一所述容纳腔13a内设有第一气囊17，所述第一气囊17连接有充气装置(未图示)。

此处，为了方便水下航行器30进入容纳腔13a内，该容纳腔13a的空间设置相对于水下航行器30较大些。而当水下航行器30进入后，为了方便固定水下航行器30，使其在充电状态时不易发生晃动，在容纳腔13a内设置有第一气囊17，该第一气囊17可以设置在第一片部131，也可以设置在第二片部133，在此不作限定。当水下航行器30进入容纳腔13a内时，第一气囊17充气后可以提供足够的力抵接水下航行器30的周缘，使得水下航行器30贴近容纳腔13a的腔壁，不会发生移动，从而为其充电提供稳定性。

而为了进一步提高平衡稳定效果，所述第一气囊17设有两个，两所述第一气囊17分别位于所述第一片部131与第二片部133的内表面。

此处，将第一片部131和第二片部133均设置有第一气囊17，两个第一气囊17均与充气装置连接，从而实现对两个第一气囊17的充气和放气。当水下航行器30进入容纳腔13a内时，对两者进行充气，第一气囊17可以提供足够的力抵接水下航行器30的周缘，在具有缓冲和保护作用的同时，也可以使得水下航行器30相对于片体13不再移动，从而确保电性连接的稳定性。同时，第一气囊17的设置，在充气后具有夹紧水下航行器30的作用，也可以为无人艇10提供充分的正浮力，提高无人艇10在水面的稳定性，节约能耗。

可选的实施例中，每一所述片体13的内部顶端设有第二气囊19，所述第二气囊19与所述充气装置的出气口连通。

本实施例中，片体13的内部设有第二气囊19，该第二气囊19在充气状态下可以提供一定的正浮力。如此，在水下航行器30处于释放状态时，将第一气囊17进行放气，方便水下航行器30驶出容纳腔13a，此时对第二气囊19进行充气，从而为无人艇10提供充分的浮力，提高无人艇10在高速运行的稳定性，从而提高生存能力。

此处，第二气囊19设置在片体13的顶部，一方面不阻碍第二片部133的转动打开，另一方面，相比于设置在片体13的侧面，相同面积的第二气囊19可以提供朝向竖直向上的浮力，避免对片体13产生倾斜的浮力，从而保证片体13在水面上的稳定性。该第二气囊19可与第一气囊17共用一个充气装置，从而节省空间和部件的设置，降低成本。例如，该充气装置有多个出气口，可以分别连接第二气囊19和两个第一气囊17。当然，第二气囊19也可以与第一气囊17使用不同的充气装置。

如此，结合上述实施例的水下航行器30与无人艇10的协同作业系统的结构，两者进行协同作业时，无人艇10在片体13携带水下航行器30的情况下航行至需要作业的地点，此时，片体13通过第二片部133的转动呈打开状态，连接臂12抬高，水下航行器30自行航行工作，从而完成auv的布放工作。工作中，无人艇10与水下航行器30通过内部的定位系统随时保持通信，片体13放出auv后，片体13顶部的第二气囊19充气，第二气囊19作为片体13的一部分，继续为其提供浮力，保持无人艇10航行的稳定性。

当auv工作完成后，片体13对auv进行回收并充电，还可以进行数据的传输。到auv下一工作地点继续释放auv进行工作，从而可以大幅扩展auv的工作半径和使用场景，无需人员操作，大大降低了后勤的成本。在回收auv时，auv根据定位系统首先到达无人艇10附近，无人艇10控制片体13顶部的第二气囊19放气并收缩在片体13顶部，第二片部133转动打开，连接臂12抬高离开水面然后对准auv，开启片体13内的大吸力水泵，将auv吸入到第二片部133内，从而可以大大提高auv回收的速率。然后，将第二片部133转动合拢，auv被包围在容纳腔13a内，内部的调整组件可以适当调整auv的前后位置，使之完成与无线充电端18的对接，进入充电模式，简单方便。同时，将容纳腔13a内的第一气囊17充气，第一气囊17夹紧在auv的外表面，使得auv不能相对片体13运动，从而提高auv充电时的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。