一种无人水下机器人回收装置及其回收方法与流程

本发明属于无人水下机器人领域，具体地说是一种无人水下机器人回收装置及其回收方法。

背景技术：

无人水下机器人是一种可以在水下执行指定作业任务的水下航行器，主要应用在海洋技术、海洋科学考察与研究、海底勘探、管路检测等多个领域。在绝大多数情况下，在无人水下机器人完成指定任务后需要将其回收；由于海洋情况复杂，尤其在海况较差时，水下机器人载体的回收存在较高难度。因此，如何快速、安全、便捷、可靠地回收已经成为无人水下机器人技术的一个重点研究内容。

目前，无人水下机器人的回收方法大致有以下三种：第一种是由专业人员乘坐小艇靠近水下机器人载体附近，进行人工起吊对接完成回收操作；在海况较差时，容易出现人员伤害和设备损坏的情况。第二种是借助专用的水下机器人布放回收系统完成载体的回收，如起重机式、框架式的无人水下机器人回收系统，这种回收系统结构复杂、对母船要求高、使用和维护费用较大。第三种是回收时使水下机器人在水面自动抛出缆绳，并由母船上的作业人员将缆绳打捞后进行相应的操作；而现有的抛绳器一般采用火工品和高压气瓶作为动力源，存在危险性高、成本较高、操作复杂等问题。

因此，需要一种操作简单、回收方便、可靠性高、维护方便、经济性好的回收装置及回收方法。

技术实现要素：

为了解决现有无人水下机器人回收存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种无人水下机器人回收装置及其回收方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的回收装置包括被动绞车、电磁铁固定块、回收块及压铁，其中被动绞车的一侧安装于无人水下机器人载体上，另一侧的下部与所述电磁铁固定块连接，该电磁铁固定块上内嵌有电磁铁；所述回收块位于电磁铁固定块另一侧的上部，由通电的所述电磁铁吸附固定，并与所述被动绞车中的缆绳相连，所述压铁被固定于回收块与电磁铁固定块之间；

所述被动绞车包括框架、轮毂、固定法兰、转轴及填充浮力材块，该框架安装在无人水下机器人载体上，所述转轴转动安装于框架上，并在位于框架外侧的两端部分别连接进行轴向定位的所述固定法兰，所述轮毂安装于转轴上、与转轴连动，所述轮毂的圆周上开有凹形限位槽，在所述框架的外圆周表面均布有多个安装在框架上的填充浮力材块；所述缆绳的一端连接于转轴上开设的凹槽内、并缠绕于转轴上，所述缆绳的另一端与所述回收块连接；所述转轴的任一端为方形结构，在回收所述缆绳时可连接旋转手柄；

所述回收块的底部设有吸盘，该吸盘的周围形成容置所述压铁的凹陷空间，所述回收块朝向被动绞车的一侧设有限位块；所述被动绞车上设有缠绕缆绳的转轴，该转轴上连动有带凹形限位槽的轮毂，所述限位块嵌入凹形限位槽内，限制所述轮毂及转轴的转动；所述回收块的下表面与水平面相倾斜、具有夹角，所述吸盘的下表面与该回收块的下表面齐平；所述压铁上开有圆孔，所述吸盘插入该圆孔中、吸附于所述电磁铁，该圆孔的直径大于所述吸盘的直径，所述压铁的厚度小于所述凹陷空间的深度；所述回收块的材料为耐压浮力材，其与所述压铁的水中重量相同；

所述电磁铁固定块的上表面为斜面，电磁铁嵌入安装在该电磁铁固定块后与所述电磁铁固定块的上表面共面；所述回收块的下表面与水平面相倾斜、具有夹角，该回收块的下表面与水平面之间的夹角和所述电磁铁固定块的上表面与水平面之间的夹角之和为180°；所述电磁铁固定块和回收块组成完整的流线外形，即该电磁铁固定块和回收块的外侧表面组成一完整的弧面；

本发明无人水下机器人回收装置的回收方法为：

在水下机器人完成指定任务回收时，所述电磁铁断电，回收块连同被动绞车内预留的缆绳被释放后漂浮至水面，所述压铁在重力作用下从电磁铁固定块的斜面上滑落至水中，由母船上的作业人员打捞回收块，通过作业人员施加外力将缆绳全部释放，并牵引水下机器人至母船附近，将缆绳挂在母船的起吊装置上，完成无人水下机器人的回收；

其中：所述缆绳的一端缠绕于被动绞车内的转轴上，另一端与所述回收块连接，并在所述被动绞车内预留设定长度的缆绳；所述转轴上连动有轮毂，该轮毂通过所述回收块上设置的限位块限位，避免所述转轴在水下机器人完成任务过程中转动；当所述回收块被释放后，所述轮毂失去限位，与该轮毂连动的转轴可自由转动，进而释放缆绳。

本发明的优点与积极效果为：

1.结构紧凑、控制简单、可靠性高；本发明的回收装置利用被动绞车和电磁铁实现载体的回收装置，结构简单紧凑，通过电磁铁的吸附和断开实现回收缆绳的释放，控制简单，可靠性高。

2.应用范围广、通用性强；本发明设计的回收装置为模块化设计，可设计成不同浮力状态，一般设计成水中零浮力状态，可根据需求作为选配模块使用，且无需对原水下机器人重新配重，适用于轻型、便携式无人水下机器人及其它中小型水下机器人。

3.安全性高；本发明回收方法在回收过程中只需由母船上的作业人员打捞回收块，无需下小艇靠近载体进行回收操作；还可以替代火工品抛出缆绳，人员操作安全性大大提高。

4.成本低；本发明涉及的回收装置的结构件构型简单，加工、维护及后期使用成本很低。

附图说明

图1为本发明回收装置的结构示意图；

图2为本发明被动绞车的结构示意图；

图3A为本发明回收过程流程图之一；

图3B为本发明回收过程流程图之二；

其中：1为被动绞车，2为缆绳，3为电磁铁，4为电磁铁固定块，5为回收块，6为压铁，7为框架，8为轮毂，9为固定法兰，10为转轴、11为填充浮力材块，12为吸盘，13为凹形限位槽，14为凹陷空间，15为限位块，16为圆孔，17为凹槽，18为无人水下机器人载体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明的回收装置采用框架式结构，包括被动绞车1、缆绳2、电磁铁3、电磁铁固定块4、回收块5及压铁6，其中被动绞车1包括框架7、轮毂8、固定法兰9、转轴10、填充浮力材块11及吸盘12，回收装置整体通过框架7的后侧法兰安装于无人水下机器人载体18的艏部。

转轴10的两端转动安装于框架7上，并在位于框架7外侧的两端部分别连接有固定法兰9，利用两侧的固定法兰9进行轴向定位；在转轴10的两端还分别设有轮毂8，该轮毂8与转轴10固接连动，在轮毂8的圆周上开有凹形限位槽13。框架7的外圆周表面均布有多个安装在框架7上的填充浮力材块11，可提供所需的浮力。缆绳2的一端连接于转轴10中间开设的凹槽17内、并缠绕于转轴10上，缆绳2的另一端固定在回收块5朝向被动绞车1一侧表面的孔中。转轴10的任一端为方形结构，在回收缆绳2时可连接旋转手柄。

电磁铁固定块4固接于框架7外侧的下部，电磁铁固定块4的上表面为斜面，电磁铁3嵌入安装在该电磁铁固定块4上，在安装电磁铁3后，电磁铁固定块4的上表面共面仍保持表面光滑(即电磁铁3的上表面与电磁铁固定块4的上表面共面)。

回收块5由通电的电磁铁3吸附在电磁铁固定块4的上表面，回收块5和电磁铁固定块4组成完整的流线外形，即该电磁铁固定块4和回收块5的外侧表面组成一完整的弧面。回收块5的底部设有吸盘12，该吸盘12的周围形成容置压铁6的凹陷空间14，回收块5朝向被动绞车1的一侧设有限位块15，当回收块5通过电磁铁3吸附在电磁铁固定块上时，限位块15嵌入轮毂8的凹形限位槽13内，限制轮毂8及转轴10转动。回收块5的下表面与水平面相倾斜、具有夹角，吸盘12的下表面与该回收块5的下表面齐平，回收块5的下表面与水平面之间的夹角和电磁铁固定块4的上表面与水平面之间的夹角之和为180°。

压铁6被固定于回收块5与电磁铁固定块4之间，压铁6上开有圆孔16，吸盘12插入该圆孔16中、吸附于电磁铁3，该圆孔16的直径大于吸盘12的直径。压铁6的厚度小于凹陷空间14的深度。回收块5的材料为耐压浮力材，其与压铁6的水中重量相同。

本发明的回收块5与填充浮力材块11的材料均为浮力材(可购置于北京斐耐科技有限公司)。

本发明的回收方法为：

如图3A、图3B所示，缆绳2的一端缠绕于被动绞车1内的转轴10上，另一端与回收块5连接，并在被动绞车1内预留设定长度的缆绳。在水下机器人完成指定任务回收时，电磁铁3断电，回收块5连同被动绞车1内预留的缆绳2被释放后漂浮至水面，压铁6在重力作用下从电磁铁固定块4的斜面上滑落至水中，轮毂8失去限位，与该轮毂8连动的转轴10可自由转动，进而释放缆绳2。水下机器人的姿态不受回收块5的上浮而发生变化。由母船上的作业人员打捞回收块5，通过作业人员施加外力将缆绳2全部释放，并牵引水下机器人至母船附近，将缆绳2挂在母船的起吊装置上，在起吊过程中使用止荡杆对水下机器人进行止荡和保护，完成无人水下机器人的回收。

本发明适用于轻型、便携式无人水下机器人及其它中小型水下机器人。