本發(fā)明涉及水下機(jī)器人，更具體的說是涉及一種auv仿生水下對(duì)接裝置及執(zhí)行鎖緊方法。

背景技術(shù)：

1、自主水下航行器(auv)是人類探索海洋的水下開發(fā)工具，可以獨(dú)立完成海洋勘探、數(shù)據(jù)收集、監(jiān)視和偵察等任務(wù)。它們完成各種任務(wù)的能力將海洋發(fā)展帶入了一個(gè)新時(shí)代。

2、近年來，各國(guó)對(duì)海洋資源的重視推動(dòng)了auv技術(shù)的蓬勃發(fā)展，海洋資源得以充分開發(fā)利用，大大促進(jìn)了海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。鑒于能量?jī)?chǔ)存和數(shù)據(jù)通信的限制，auv需要通過對(duì)接裝置進(jìn)行回收，以便實(shí)現(xiàn)充電、數(shù)據(jù)傳輸、檢查維護(hù)等工作。

3、但目前的auv對(duì)接裝置大多采用對(duì)auv增加執(zhí)行鎖緊結(jié)構(gòu)或用剛性機(jī)械手夾持的方式對(duì)auv進(jìn)行鎖緊對(duì)接，此類對(duì)接方式會(huì)破壞auv的殼體結(jié)構(gòu)，影響其工作時(shí)的隱蔽性，增加維護(hù)成本。同時(shí)auv對(duì)接裝置需與特定型號(hào)的auv匹配使用，且執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)在對(duì)接過程中只能執(zhí)行一次，導(dǎo)致目前的對(duì)接裝置對(duì)auv的適用性小且對(duì)接成功率低。

4、因此，研究出一種可實(shí)現(xiàn)無損化對(duì)接，適用性廣，且對(duì)接成功率高的auv仿生水下對(duì)接裝置及執(zhí)行鎖緊方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種可實(shí)現(xiàn)無損化對(duì)接，適用性廣，且對(duì)接成功率高的auv仿生水下對(duì)接裝置及執(zhí)行鎖緊方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種auv仿生水下對(duì)接裝置，包括：

4、殼體，

5、對(duì)接艙，所述殼體罩設(shè)于所述對(duì)接艙的外部；所述殼體與對(duì)接艙外壁之間形成封閉空間；所述對(duì)接艙一端為封閉端，另一端為對(duì)接端，所述對(duì)接端呈開口狀，供auv進(jìn)入到所述對(duì)接艙內(nèi)進(jìn)行對(duì)接；

6、執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)，所述執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)在所述對(duì)接艙外壁，沿同一圓周方向設(shè)有多個(gè)；同時(shí)沿所述對(duì)接艙的軸線方向設(shè)有多個(gè)；所述執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)包括：電推桿、吸盤以及支座；所述支座與所述對(duì)接艙的外壁連接，所述支座上開設(shè)有通孔，所述電推桿與所述通孔密封連接；所述吸盤與所述電推桿的移動(dòng)端連接，且穿過所述通孔位于所述支座內(nèi)；所述對(duì)接艙與所述吸盤對(duì)應(yīng)的位置開設(shè)有對(duì)接孔；所述吸盤穿過對(duì)接孔與auv對(duì)接；

7、紅外距離傳感器，所述紅外距離傳感器設(shè)置于所述對(duì)接艙的封閉端，用來檢測(cè)與auv之間的距離；

8、控制艙，所述控制艙位于所述殼體與對(duì)接艙之間的封閉空間內(nèi)；所述控制艙接收紅外距離傳感器傳遞的信息，并控制相應(yīng)的執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)接。

9、采用上述技術(shù)方案的有益效果是，采用柔性吸盤與auv直接接觸對(duì)接，避免了對(duì)auv殼體的破壞，保持了auv的工作隱蔽性，降低了維護(hù)成本；多個(gè)執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)沿對(duì)接艙的周向和軸向分布，可根據(jù)auv的直徑和對(duì)接情況靈活調(diào)整鎖緊機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，適用于多種直徑小于對(duì)接艙內(nèi)徑的auv，提高了對(duì)接裝置的通用性；通過紅外距離傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與auv的距離，控制艙根據(jù)傳感器信號(hào)分批控制執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)接，能夠根據(jù)對(duì)接情況動(dòng)態(tài)調(diào)整，減少因auv滑移等因素導(dǎo)致的對(duì)接失敗，提高了對(duì)接成功率；執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)根據(jù)需要分批工作，避免了不必要的能源浪費(fèi)，在保障對(duì)接成功率的同時(shí)，降低了能源消耗。

10、優(yōu)選的，所述殼體的外部設(shè)有導(dǎo)向罩，所述導(dǎo)向罩呈兩端開口的圓臺(tái)狀，所述導(dǎo)向罩的小口端與所述對(duì)接艙的對(duì)接端相連通。導(dǎo)向罩的圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)能夠引導(dǎo)auv順利進(jìn)入對(duì)接艙，即使在水流干擾或auv位置偏差的情況下，也能有效提高auv與對(duì)接艙的對(duì)接精度，進(jìn)一步提高對(duì)接成功率。

11、優(yōu)選的，所述導(dǎo)向罩包括：罩體和加強(qiáng)框架；所述罩體為橡膠材質(zhì)，所述加強(qiáng)框架呈圓臺(tái)狀，所述加強(qiáng)框架與罩體支撐連接。橡膠材質(zhì)的罩體具有良好的彈性，在水流沖擊下能夠發(fā)生變形，從而減小裝置航行時(shí)的阻力，同時(shí)在對(duì)接過程中能夠適應(yīng)auv的形狀變化，提高對(duì)接的靈活性。加強(qiáng)框架為罩體提供支撐，確保導(dǎo)向罩在使用過程中具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，防止因水流沖擊或碰撞導(dǎo)致導(dǎo)向罩損壞，延長(zhǎng)裝置的使用壽命。

12、優(yōu)選的，所述加強(qiáng)框架包括：大圓環(huán)、小圓環(huán)以及連接板，多個(gè)連接板布置于所述大圓環(huán)和小圓環(huán)之間。通過大圓環(huán)、小圓環(huán)和連接板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使加強(qiáng)框架能夠均勻承受水流沖擊力和對(duì)接時(shí)的碰撞力，避免局部受力過大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞，提高了導(dǎo)向罩的可靠性和耐久性。

13、優(yōu)選的，所述加強(qiáng)框架的大圓環(huán)設(shè)置有超短基線，沿所述大圓環(huán)的圓周方向設(shè)置有多個(gè)定位燈。超短基線能夠發(fā)出聲學(xué)定位信號(hào)，與定位燈的光學(xué)定位信號(hào)相結(jié)合，為auv提供精確的定位信息，幫助auv準(zhǔn)確地靠近并進(jìn)入對(duì)接艙，進(jìn)一步提高對(duì)接的準(zhǔn)確性和成功率。聲學(xué)和光學(xué)兩種定位方式相互補(bǔ)充，能夠在不同環(huán)境條件下(如水下能見度低或聲學(xué)信號(hào)干擾較大的情況)提供可靠的定位保障，增強(qiáng)了裝置的適應(yīng)性。

14、優(yōu)選的，所述殼體內(nèi)部設(shè)置有腹板和端蓋，所述腹板和端蓋均套設(shè)于所述對(duì)接艙的外部，且與所述殼體的內(nèi)壁連接；所述殼體的一端為橢球狀的封閉端，另一端為筒狀的開口端，所述端蓋固定于所述殼體的筒狀開口端；所述端蓋表面設(shè)置有加強(qiáng)筋。腹板和端蓋的設(shè)置增強(qiáng)了殼體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠承受較大的水壓和外力沖擊，保護(hù)內(nèi)部的對(duì)接艙和控制艙等部件，確保裝置在水下環(huán)境中的可靠運(yùn)行。端蓋表面的加強(qiáng)筋進(jìn)一步提高了端蓋的強(qiáng)度和剛度，防止因端蓋變形導(dǎo)致的殼體密封性下降或內(nèi)部部件損壞，延長(zhǎng)裝置的使用壽命。

15、優(yōu)選的，所述對(duì)接艙封閉端的內(nèi)部設(shè)置有攝像頭和緩沖減震結(jié)構(gòu)，所述緩沖減震結(jié)構(gòu)與所述對(duì)接艙連接；所述攝像頭與所述對(duì)接艙同軸布置，且布置于所述緩沖減震結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離auv的一側(cè)。攝像頭能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)接過程，為操作人員提供直觀的對(duì)接畫面，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理對(duì)接過程中出現(xiàn)的問題，進(jìn)一步提高對(duì)接的成功率和可靠性。緩沖減震結(jié)構(gòu)能夠有效減少auv進(jìn)入對(duì)接艙時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，保護(hù)對(duì)接艙和內(nèi)部部件免受損壞，同時(shí)也降低了auv因沖擊而發(fā)生滑移或損壞的風(fēng)險(xiǎn)，提高了裝置的安全性和穩(wěn)定性。

16、優(yōu)選的，所述吸盤的內(nèi)部設(shè)置有壓力傳感器，所述壓力傳感器連接有連接器，所述連接器的另一端與連接電推桿的推桿相連接。壓力傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)吸盤與auv之間的接觸壓力，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制艙可以根據(jù)傳感器信號(hào)精確控制電推桿停止運(yùn)動(dòng)，確保吸盤與auv的穩(wěn)定接觸和可靠對(duì)接，避免因壓力過大或過小導(dǎo)致的對(duì)接失敗或auv損壞。通過壓力傳感器與電推桿的聯(lián)動(dòng)，可以根據(jù)auv的形狀和表面特性動(dòng)態(tài)調(diào)整吸盤的位置和壓力，提高對(duì)接的適應(yīng)性和靈活性。

17、優(yōu)選的，所述電推桿的筒體外部設(shè)置與所述通孔相密封的密封圈；所述電推桿連接有支架，所述支架與支座連接。密封圈的設(shè)置確保了電推桿與通孔之間的密封性，防止水進(jìn)入執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)內(nèi)部，避免因水的進(jìn)入導(dǎo)致電推桿故障或吸盤失效，提高了裝置的可靠性和耐久性。支架與支座的連接增強(qiáng)了電推桿的安裝穩(wěn)定性，使其在工作過程中能夠承受較大的推拉力而不發(fā)生松動(dòng)或損壞，保證了執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行。

18、一種auv仿生水下對(duì)接裝置的執(zhí)行鎖緊方法，包括如下鎖緊步驟：

19、步驟1，當(dāng)auv進(jìn)入所述對(duì)接艙中并到達(dá)所述紅外距離傳感器的測(cè)量范圍后，所述紅外距離傳感器發(fā)出信號(hào)，所述控制艙接收到來自所述紅外距離傳感器的信號(hào)后，控制臨近所述對(duì)接艙封閉端的第一組周向所述執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)對(duì)接auv；當(dāng)?shù)谝唤M所述執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)的吸盤與auv充分接觸且壓力傳感器的測(cè)量值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，第一組所述執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)的壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，所述控制艙接收到來自所述壓力傳感器的信號(hào)后，控制第一組所述執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)；

20、步驟2，若紅外距離傳感器未發(fā)出信號(hào)，則對(duì)接成功；若紅外距離傳感器發(fā)出信號(hào)，則auv發(fā)生滑移，對(duì)接不穩(wěn)定，需進(jìn)行下一步；

21、步驟3，所述控制艙接收到來自所述紅外距離傳感器的信號(hào)后，控制第二組周向的執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)對(duì)接auv，對(duì)接過程同步驟1；

22、步驟4，并重復(fù)步驟1-3的內(nèi)容，直至對(duì)接成功或完成所有鎖緊機(jī)構(gòu)的全部對(duì)接。

23、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供了一種auv仿生水下對(duì)接裝置及執(zhí)行鎖緊方法，其有益效果為：

24、(1)采用柔性吸盤與auv接觸對(duì)接，避免了對(duì)auv殼體的破壞，同時(shí)通過分批控制執(zhí)行鎖緊機(jī)構(gòu)的方式，能夠根據(jù)auv的型號(hào)和對(duì)接情況動(dòng)態(tài)調(diào)整鎖緊策略；這種設(shè)計(jì)不僅提高了對(duì)接的成功率，還降低了能源消耗，減少了因?qū)邮』蚨啻螄L試對(duì)接帶來的額外能耗；

25、(2)此外，裝置還配備了導(dǎo)向罩、超短基線、定位燈、攝像頭和緩沖減震結(jié)構(gòu)等多種輔助功能，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)接的精度、穩(wěn)定性和適應(yīng)性；

26、(3)整體而言，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)auv無損回收的同時(shí)，顯著提升了對(duì)接裝置的通用性、可靠性和能源利用效率，為水下機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。