[發(fā)明專利]一種水下機器人主動升沉補償系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210309848.3
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN103626068A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張竺英;楊文林;張艾群;全偉才
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B66D1/50
• 分類號: B66D1/50
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;許宗富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及深海探測與作業(yè)技術(shù)的海洋技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種用于水下機器人升沉的補償系統(tǒng)。

背景技術(shù)

有纜水下機器人深海作業(yè)時通過系纜連接著中繼器，中繼器通過很長的鎧纜連接著水面支持母船。在惡劣海況下，支持母船會隨著海浪不斷地上下升沉，該升沉運動繼而通過鎧纜傳遞至水下中繼器，導(dǎo)致有纜水下機器人在回收或釋放過程中與中繼器發(fā)生碰撞，這就需要采用合適的升沉補償系統(tǒng)。目前有纜水下機器人使用的升沉補償系統(tǒng)主要是被動升沉補償系統(tǒng)，利用液壓缸和氣液蓄能器緩沖母船升沉運動對水下中繼器的擾動。當(dāng)母船升沉?xí)r，依靠海浪的舉升力和水下裝備的自重來壓縮和釋放蓄能器中的工作介質(zhì)，從而實現(xiàn)升沉補償。該類升沉補償系統(tǒng)不需要提供額外的動力，應(yīng)用較廣泛，但其所需設(shè)備龐大，補償精度低，滯后較大，補償能力有限。當(dāng)海況更加惡劣時，被動升沉補償系統(tǒng)不能滿足有纜水下機器人平穩(wěn)收放要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是設(shè)計一種有纜水下機器人深海作業(yè)時補償母船升沉運動以降低水下中繼器升沉運動幅度的主動升沉補償系統(tǒng)，以提高補償效率和補償能力，使有纜水下機器人得以平穩(wěn)收放。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種水下機器人主動升沉補償系統(tǒng)，液壓絞車固定連接在母船的甲板上，液壓絞車的卷筒上纏繞鎧纜，鎧纜通過定滑輪連接中繼器與水下機器人的合體，其特征在于：在定滑輪上固定安裝有用于測量母船升沉運動信號的傳感器模塊，并與信號處理模塊、控制單元、液壓驅(qū)動系統(tǒng)、液壓絞車順序連接；傳感器信號處理模塊將傳感器模塊測得的母船升沉運動信號處理成母船升沉速度信號與母船升沉位移信號輸出至控制單元；控制單元采用前饋控制方法進行主動升沉補償，并將得出的補償控制信號輸出至液壓驅(qū)動系統(tǒng)；控制液壓驅(qū)動系統(tǒng)通過液壓管路控制液壓絞車的液壓馬達；液壓馬達控制卷筒收放鎧纜補償中繼器與水下機器人的合體的升沉運動。

所述傳感器模塊包括加速度計和傾角儀。

所述母船升沉運動信號包括升沉加速度、縱傾角與橫搖角。

所述信號處理模塊是具有雙串口的工業(yè)級嵌入式計算機。

所述控制單元為帶有A/D和D/A信號轉(zhuǎn)換功能的工控機。

控制液壓驅(qū)動系統(tǒng)包括電液比例閥和液壓裝置；

電液比例閥的控制接口與控制單元的輸出端連接；電液比例閥的管路接口A口、B口通過液壓管路與液壓馬達的進出口連接；電液比例閥的管路接口P口、T口與液壓裝置連接。

所述液壓裝置包括油箱、過濾器、液壓泵、電機、單向閥和安全閥；所述過濾器的進口與油箱相連，其出口與液壓泵的進口相連；與電機同軸連接的液壓泵出口經(jīng)單向閥與電液比例閥的管路入口P口相連，電液比例閥的管路出口T口通過安全閥與油箱相連。

所述液壓絞車包括基座、卷筒和液壓馬達；液壓馬達與卷筒同軸連接。

所述定滑輪與支架的一端固定連接；支架的另一端固定在母船上。

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點：

1、可以利用現(xiàn)有的液壓收放絞車，不需要增加額外的動力設(shè)備，也不需要增大母船甲板的工作空間。并且由于液壓絞車的轉(zhuǎn)動范圍大，補償范圍較寬。

2、控制單元可以根據(jù)母船升沉運動測量模塊和信號處理模塊提供的母船升沉信號，向電液比例閥發(fā)出控制指令，驅(qū)動液壓絞車卷筒做與母船升沉運動的反向運動，降低母船升沉對中繼器和水下機器人合體的垂向擾動，避免在釋放或回收時水下機器人與中繼器發(fā)生劇烈碰撞。

3、相對于氣液蓄能器式的被動補償方式，本發(fā)明能有效提高升沉補償效率，且操作較簡單，便于工程實現(xiàn)，可適用于較高海況下的高精度升沉補償。

附圖說明

圖1為一種有纜水下機器人主動升沉補償系統(tǒng)工作原理示意圖；

其中：1為母船、2為升沉運動測量模塊、3為信號處理模塊、4為控制單元、5為電液比例閥、6為液壓馬達、7為液壓絞車、8為鎧纜、9為支架、10為定滑輪、11為中繼器和水下機器人的合體、12為油箱、13為過濾器、14為液壓泵、15為電動機、16為單向閥、17為安全閥。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。