一种用于AUV动态充电的模块化充电装置的制作方法

本发明涉及水下充电装置技术领域，尤其是涉及一种用于auv动态充电的模块化充电装置。

背景技术：

auv(autonomousunderwatervehicle，自主式水下机器人)是一种重要的水下作业载体，具有隐蔽性好、智能化高、机动性强等优点，被广泛地应用在海洋科学技术考察、海底勘探、油田勘探以及援潜救生等工作领域。

现有auv续航能力有限，因此，需要频繁地进行充电和数据交换。目前，auv充电主要依靠人工打捞至船上或岸基充电。然而，人工打捞的方式自动化程度低，需要人员全程参与，过程耗时较长且对海况环境要求比较高，对人的安全也会造成威胁。

因此，如何解决auv充电过程耗时长、成本高及自动化程度低的问题是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于auv动态充电的模块化充电装置，能够解决auv充电过程耗时长、成本高及自动化程度低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于auv动态充电的模块化充电装置，包括回收框架和充电对接结构；

所述回收框架可升降安装在位于水上或者水下的待连接设备上，所述回收框架上设置有用于给auv导向的导向结构；

所述充电对接结构安装在所述回收框架内，所述auv能够沿着所述导向结构与所述充电对接结构对接充电。

在一个具体的实施方案中，所述充电对接结构包括壳体、送电器和锁紧机构；

所述壳体安装在所述回收框架内，所述送电器安装在所述壳体内，用于给所述auv充电；

所述锁紧机构安装在所述壳体内，当所述送电器给所述auv充电时，所述锁紧机构锁紧所述auv。

在另一个具体的实施方案中，所述锁紧机构包括卡块、弹性复位件和驱动机构；

所述卡块的个数至少为2块，所述卡块的一端与所述壳体可转动连接，且所述卡块内侧壁上开设有卡住所述auv的卡槽；

所述弹性复位件的一端与所述卡块固定连接，所述弹性复位件的另一端与所述壳体连接，常态下，所述卡块处于闭合的状态；

所述驱动机构安装在所述壳体内，能够驱动所述卡块转动张开，以松开所述auv。

在另一个具体的实施方案中，所述卡块呈月牙形，且当所述卡块处于闭合的状态时，所述卡块上的卡槽形成一个卡住所述auv的限位孔；

和/或

所述auv的头部设置有收电器，所述收电器沿着靠近所述auv的方向，径向尺寸逐渐变大，且所述收电器与所述auv连接处的径向尺寸小于所述auv的径向尺寸；

和/或

所述回收框架内设置有回收限位件，所述auv上设置有与所述回收限位件抵接的限位柱，当所述auv移动到充电的位置时，所述限位柱与所述回收限位件抵接。

在另一个具体的实施方案中，所述模块化充电装置还包括限位板，

所述限位板安装在所述壳体内，且所述卡块位于所述限位板与所述壳体的内壁形成的空间内，限位所述卡块沿着所述卡块转轴移动；

所述壳体内壁上设置有限位所述卡块张开角度的限位凸台。

在另一个具体的实施方案中，所述驱动机构包括电机和传动结构，所述电机与所述传动结构传动连接，所述传动结构与所述卡块传动连接；

或者

所述驱动机构为旋转气缸或者旋转液压油缸，所述旋转气缸或者所述旋转液压油缸与所述卡块传动连接。

在另一个具体的实施方案中，所述传动结构为传送带结构、链轮链条结构、齿轮齿条结构、丝杠螺母结构或者蜗轮蜗杆结构。

在另一个具体的实施方案中，所述壳体包括固定法兰、对接腔上盖和对接腔下盖；

所述固定法兰的一侧固定在所述回收框架内，所述对接腔上盖固定在所述固定法兰的另一侧，所述对接腔下盖扣设在所述对接腔上盖上，形成对接腔，所述锁紧机构安装在所述对接腔内；

所述固定法兰上设置有延伸到所述对接腔的连接柱，所述送电器安装在所述连接柱上。

在另一个具体的实施方案中，所述模块化充电装置还包括导向罩；

所述导向罩设置在所述对接腔上盖上，用于给所述auv导向；

和/或

所述的模块化充电装置还包括视觉引导机构；

所述视觉引导机构安装在所述导向结构上，用于给所述auv提供视觉导引。

在另一个具体的实施方案中，所述视觉引导机构包括安装在所述导向机构上的多个强光源；

和/或

所述待连接设备为有人水面艇、无人水面艇、水下静态基站或者水下动态基站；

和/或

所述充电对接结构与所述auv插接充电或者无线充电。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

在本发明的一个具体实施例中，模块化充电装置使用时，升降待连接设备上的回收框架，使得充电对接结构所处的高度和auv一致，此时，auv沿着回收框架上的导向结构进入回收框架，并与充电对接结构对接充电。本发明避免了人工打捞auv至船上或岸基进行充电，解决了auv充电过程耗时长、成本高及自动化程度低的问题。

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获得其他的附图。

图1为本发明提供的用于auv动态充电的模块化充电装置使用时，auv靠近回收框架的结构示意图；

图2为本发明提供的用于auv动态充电的模块化充电装置使用时，auv进入回收框架开始充电时的结构示意图；

图3为本发明提供的充电对接结构的结构示意图；

图4为本发明提供的充电对接结构的爆炸图；

图5为本发明提供的充电对接结构的剖视结构示意图；

图6为本发明提供的锁紧结构处于闭合状态的结构示意图；

图7为本发明提供的锁紧结构处于打开状态的结构示意图。

其中，图1-7中：

回收框架1、充电对接结构2、待连接设备3、auv4、导向结构5、壳体201、送电器202、锁紧机构203、卡块204、收电器401、回收限位件101、限位柱402、限位板6、限位凸台2015、电机205、固定法兰2011、对接腔上盖2012、对接腔下盖2013、连接柱2014、导向罩7、视觉引导机构8、皮带206、齿轮207。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-7，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本发明公开内容更清楚透彻的理解，其中下方等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

可以理解，这里所用的术语仅是为了描述特定实施例，并非要限制本发明。在这里使用时，除非上下文另有明确表述，否则单数形式“一”和“”也旨在包括复数形式。进一步地，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”表明特征、整体、步骤、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、元件、组件和/或其组合的存在或增加。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

名词解释：

auv(autonomousunderwatervehicle)：自主式水下机器人。

usv(unmannedsurfacevehicle)：无人水面艇。

如图1-7所示，本发明提供了一种用于auv动态充电的模块化充电装置，其中，模块化充电装置包括回收框架1和充电对接结构2。

回收框架1可升降安装在位于水上或者水下的待连接设备3上，具体地，可以通过直驱机构驱动回收框架1升降。需要说明的是，也可以通过其它驱动装置驱动回收框架1升降，例如，液压缸或者气缸等，只要满足能够带动回收框架1升降的装置均属于本发明的保护范围。

回收框架1设置在待连接设备3的底端，待连接设备3为有人水面艇、无人水面艇(usv)、水下静态基站或者水下动态基站等。当待连接设备3为动态设备时，能够移动到各个auv4所在区域进行充电，拓展了auv4的作业区域。

回收框架1可以是任意形状，为了便于加工，优选回收框架1为形状规则的框架，本实施例中，以回收框架1为长方体框架为例。回收框架1采用金属焊接而成，为了避免生锈，可以在回收框架1的表面涂防腐蚀材料层，或者回收框架1采用不锈钢材料焊接而成。

为了便于auv4进入回收框架1，与充电对接结构2对接充电，回收框架1上设置有用于给auv4导向的导向结构5，导向结构5沿着远离回收框架1的方向，开口逐渐变大，具体地，可以呈锥形或者喇叭口等。导向结构5可以是框架结构，也可以是整体锥形或者喇叭口结构等。

充电对接结构2安装在回收框架1内，具体地，充电对接结构2通过螺栓等可拆卸安装在回收框架1内，便于拆装更换。auv4能够沿着导向结构5与充电对接结构2对接充电。

本发明使用时，升降待连接设备3上的回收框架1，使得充电对接结构2所处的高度和auv4一致，此时，auv4沿着回收框架1上的导向结构5进入回收框架1，并与充电对接结构2对接充电。本发明避免了人工打捞auv4至船上或岸基进行充电，解决了auv4充电过程耗时长、成本高及自动化程度低的问题。

在一些实施例中，充电对接结构2包括壳体201、送电器202和锁紧机构203，如图3-图7所示，壳体201安装在回收框架1内，锁紧机构203和送电器202均安装在壳体201内，用于给auv4充电。当送电器202给auv4充电时，锁紧机构203锁紧auv4。

进一步地，本发明具体公开了锁紧机构203包括卡块204、弹性复位件和驱动机构。卡块204的个数至少为2块，卡块204的个数不限，可以根据具体需要进行设定。

卡块204的一端与壳体201可转动连接，且卡块204内侧壁上开设有卡住auv4的卡槽，所有卡块204上的卡槽可以形成连续的圆形孔或者椭圆形孔，也可以是断续的圆形孔或者椭圆形孔等，需要说明的是，所有卡块204的卡槽配合形成的孔的形状不限，只要满足能够实现卡住auv4均属于本发明的保护范围。

弹性复位件的一端与卡块204固定连接，弹性复位件的另一端与壳体201连接，且在弹性复位件的回复力下，卡块204处于闭合的状态，以锁紧auv4。具体地，弹性复位件为扭簧等能够复位的装置。

驱动机构安装在壳体201内，能够驱动卡块204转动张开，以松开auv4。

锁紧机构203也可以是其它结构，例如，锁紧机构203包括驱动装置和卡接块，卡接块用于卡紧auv4的那侧上开设有卡接槽，卡接块的个数为多个，驱动装置分别驱动卡接块向相互靠近或者远离的方向移动。需要说明的是，锁紧结构的结构不限，只要满足能够锁紧auv4的结构均属于本发明的保护范围。

进一步地，本发明公开了卡块204呈月牙形，且当卡块204处于闭合的状态时，卡块204上的卡槽形成一个卡住auv4的限位孔。需要说明的是，滑块不限于月牙形，也可以是其它任何可以拼接成中间镂空的结构，以上均在本发明的权利保护范围之内。

进一步地，本发明公开了auv4的头部设置有收电器401，收电器401沿着靠近auv4的方向，径向尺寸逐渐变大，且收电器401与auv4连接处的径向尺寸小于auv4的径向尺寸，以便于收电器401可以自动收缩至auv4的内部。

收电器401远离auv4的那端的径向尺寸大于卡槽组成的限位孔的直径。

具体地，收电器401和送电器202的结构均呈圆锥体状，需要说明的是，收电器401和送电器202不限于回转体对碰形式，收电器401和送电器202本体可以是三棱柱、四棱状、五棱柱等棱状结构，收电器401和送电器202之间配合可以是面面对碰形式无线充电的形式，也可以是接头对插插接充电形式等其他任意配合形式，均在本发明的权利保护范围之内。

进一步地，本发明公开了回收框架1内设置有回收限位件101，auv4上设置有与回收限位件101抵接的限位柱402，当auv4移动到充电的位置时，限位柱402与回收限位件101抵接，以便于实现auv4的移动到位。具体地，回收限位件101的形状不限，可以为平板状，也可以是其它形状。回收限位件101直接焊接在回收框架1上，或者通过螺钉螺栓等可拆卸连接在回收框架1上。

进一步地，本发明公开了模块化充电装置还包括限位板6，限位板6安装在壳体201内，且卡块204位于限位板6与壳体201的内壁形成的空间内，限位卡块204沿着卡块204转轴移动。具体地，限位板6为u型板，且u型板的两侧设置有翻边，翻边与壳体201内壁通过螺栓等可拆卸连接。需要说明的是，限位板6的形状不限于上述形状，只要满足能够限位卡块204沿着卡块204的转轴移动的限位板6均属于本发明的保护范围。限位板6上开设有允许auv4穿过的通孔，该通孔可以与卡槽形成的限位孔同轴心，也可以不同轴心，当该通孔与限位孔不同轴设置时，限位孔向通孔的投影落在通孔的范围内。

进一步地，本发明公开了壳体201内壁上设置有限位卡块204张开角度的限位凸台2015，避免卡块204张开角度过大。限位凸起为圆柱等形状规则的凸起，也可以是异形等形状不规则的凸起。

在一些实施例中，本发明具体公开了驱动机构包括电机205和传动结构，电机205与传动结构传动连接，传动结构与卡块204传动连接。

需要说明的是，驱动机构也可以是其它结构，例如，驱动机构为旋转气缸或者旋转液压油缸等，旋转气缸或者旋转液压油缸与卡块204传动连接。只要满足能够带动卡块204转动的驱动机构均属于本发明的保护范围。

进一步地，本发明公开了传动结构为传送带结构、链轮链条结构、齿轮207齿条结构、丝杠螺母结构或者蜗轮蜗杆结构等，只要实现能够将动力输送带卡块204的传动结构均属于本发明的保护范围。本实施例以传动结构为传送带结构为例，传送带的条数为2条，齿轮207和卡块204的个数均为2个，且一个卡块204上安装1个齿轮207，电机205分别带动2条传送带转动，2条传送带分别与2个卡块204上的齿轮啮合传动，如图6和图7所示。需要说明的是，传动带和齿轮207的个数根据卡块204的个数进行设定。

在一些实施例中，壳体201包括固定法兰2011、对接腔上盖2012和对接腔下盖2013，如图3所示，固定法兰2011的一侧固定在回收框架1内，对接腔上盖2012固定在固定法兰2011的另一侧，对接腔下盖2013扣设在对接腔上盖2012上，形成对接腔。电机205通过钣金件等固定在对接腔下盖2013上，扭簧同时卡入卡块204的转轴和对接腔下盖2013相应的定位孔中，齿轮207与滑块的转轴固定。

锁紧机构203安装在对接腔内，固定法兰2011上设置有延伸到对接腔的连接柱2014，送电器202安装在连接柱2014上。

为了便于固定法兰2011与回收框架1及对接腔上盖2012的连接，固定法兰2011包括两个法兰盘，两个法兰盘相距一定的安装距离，且两个法兰盘通过连接柱2014连接，为了便于描述，以通过螺钉等与回收框架1连接的法兰盘为第一法兰盘，通过螺钉等与对接腔上盖2012连接的法兰盘为第二法兰盘，具体地，对接腔上盖2012面向第二法兰盘的这面上开设有容纳第二法兰盘的容纳槽，容纳槽与第二法兰盘的形状相契合，便于对接腔上盖2012与第二法兰盘的定位安装。

进一步地，本发明公开了模块化充电装置还包括导向罩7，导向罩7设置在对接腔上盖2012上，用于给auv4导向。具体地，导向罩7包括连接部和导向部，对接腔下盖2013上开设有盛放连接部的盛放槽，盛放槽与连接部的形状相契合，连接部通过螺钉安装在盛放槽内，便于导向罩7的定位安装。连接部的形状不限，可以为方形板，也可以是圆形板等，本实施例以连接部为方形板为例。

导向部与连接部一体成型连接，具体地，导向部为圆锥形结构，导向部不限于为圆锥形等形状规则的结构，也可以是其它开口大小渐变不规则的结构等。

在一些实施例中，本发明公开了模块化充电装置还包括视觉引导机构8，视觉引导机构8安装在导向结构5上，用于给auv4提供视觉导引。

具体地，视觉引导机构8包括安装在导向机构上的多个强光源。

以回收框架1安装在usv(即待连接设备3为usv)，充电对接机构中心对称设置两个可以沿自身一端转轴旋转的月牙形卡块204，卡块204的转轴处装有扭簧，两个月牙形卡块204闭合时扭簧为非工作状态为例，使用时，usv通过直驱机构将回收框架1沉入到水下一定深度，auv4在回收框架1上的导向结构5和视觉引导机构8的作用下慢慢驶入回收框架1，auv4进入回收框架1后，设置在auv4头部的收电器401通过直驱机构弹出，与充电对接机构进行对接。对接过程中，月牙形卡块204在收电器401的推动下被动旋转张开，直至收电器401完全穿过月牙形卡块204，之后月牙形卡块204在扭簧的作用下自动恢复闭合状态，此时auv4上的限位柱402与回收限位件101紧密贴合，收电器401与设置在充电对接机构上的送电器202距离极小，开始无线充电，充电完成后电机205通过皮带206驱动两个月牙形卡块204张开，释放auv4，至此完成整个充电过程，auv4完成动态充电，继续返回作业区域执行任务。

本发明作为独立模块装载到usv、有人水面艇以及水下动态(或静态)基站上，实现auv4的动态充电，解决了auv4充电过程耗时长、成本高、自动化程度低的问题，解放了人力，拓展了auv4的作业区域。

本发明具有如下优点：

(1)本发明有效地提高了auv4的回收充电效率；

(2)本发明采用模块化设计，具有较好的扩展性，可以装载到usv或有人水面艇上，也可固定在岸边或水下动态(或静态)基站上，可应对动态和静态的充电任务需求；

(3)本发明适应能力强，结构简单，改装便捷，可以根据既定欲回收充电的auv4的尺寸，改变回收框架1以及充电对接机构2的尺寸；

(4)该本发明可实现无人自主充电，减少回收充电过程人员参与导致的安全风险。

需要说明的是，本文中表示方位的词，例如，上、下等均是以图1的方向进行的设定，仅为了描述的方便，不具有其它特定含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

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