[發明專利]一種無人水下航行器海底駐留的吸力錨裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 202110655008.1
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113212655B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 嚴衛生;崔榮鑫;吳玉偉;丁海旭;韓明勇;許暉;羅凱;石杰;張守旭;楊冰儒
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;昆明海威機電技術研究所（有限公司）
• 主分類號: B63B21/27
• 分類號: B63B21/27;B63B21/50
• 代理公司: 北京尚鉞知識產權代理事務所(普通合伙) 11723
• 代理人: 王海榮;嚴田青

本發明提供了一種無人水下航行器海底駐留的吸力錨裝置及其控制方法，其中，吸力錨裝置包括電纜繩索、吸力桶、水密電機、葉輪泵、供電及控制水密機箱、吸水管路、外置過濾器、內置過濾器、進水管路、排水口、進水口、外壓力傳感器、抽水T型電磁球閥、排水T型電磁球閥、內壓力傳感器、陀螺儀以及至位開關；UUV海底駐留的吸力錨裝置的控制方法包括落錨、定錨和起錨方法。本發明的吸力錨裝置具有海底駐留方便、易回收、易調整的優點，且具有很好的橫向和縱向的承載力。此外，本發明的駐留方法可以使UUV具有多次海底駐留的能力，并避免UUV在海底長期駐留時由于海流作用而產生位移或被泥沙掩埋的風險。

技術領域

本發明屬于水下機器人領域，涉及無人水下航行器海底駐留的吸力錨裝置及及其控制方法，特別是涉及一種可以使無人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,簡稱UUV)海底駐留的吸力錨裝置及其控制方法。

背景技術

UUV是海洋資源開發、海洋環境監測和海洋軍事的重要裝備。當UUV執行海洋環境監測、水下偵察、水下伏擊、充當水下導航與通信節點等長期任務時，需要UUV穩定駐留在海底，使其以極低的能耗實現長時間隱蔽作業。而為了使UUV在航行時具備節能且易于操控的特性，通常將UUV設計為零浮力，若將UUV注水直接在海底進行著陸駐留，就極易受到海流的影響，使UUV漂離坐底位置。因此，設計一種能夠將UUV穩定固定到海底的裝置，對于UUV執行海底駐留任務而言是十分必要的。

為了將UUV穩定固定到海底，傳統的做法是在UUV上安裝抓力錨等裝置。當UUV在航行過程中，抓力錨裝置被嵌入到UUV的殼體內，以保持UUV的流線外形；當UUV需要在海底駐留時，通過殼體內的錨鏈釋放機構釋放抓力錨裝置，抓力錨裝置在負浮力和海流的共同作用下被嵌入到泥土中，從而使UUV穩定駐留在海底；當UUV需要啟航時，由于UUV自身難于對抓力錨裝置進行起錨，只能通過切斷抓力錨裝置的錨鏈來實現UUV啟航。抓力錨裝置的優點是結構簡單、成本低，采用抓力錨裝置駐留UUV也沒有被泥沙掩埋的風險，缺點是UUV只能進行一次海底駐留，嚴重限制了UUV的使用靈活性。

為此，中國專利申請號CN106741647A公開了一種UUV海底駐留的錨泊裝置及方法。該錨泊裝置由液壓驅動臂、可收放錨桿和抓泥鏟組成。當UUV在航行過程中，錨桿和抓泥鏟合為一體并在液壓臂的作用下收放在UUV的兩側，以保持UUV的流線外形；當UUV需要在海底駐留時，通過液壓驅動臂伸長使錨桿和抓泥鏟伸出，在液壓驅動臂和重力的共同作用下使抓泥鏟嵌入到泥土中，從而使UUV穩定駐留在海底表面；當UUV需要從海底啟航時，通過收縮液壓驅動臂使錨桿帶動抓泥鏟從泥土中拔出，并逐漸收回錨桿和抓泥鏟實現UUV海底啟航。這種方法的優點從理論上可以實現UUV多次的海底駐留，缺點是UUV在海底長時間駐留時有被泥沙掩埋的風險，直接影響UUV的后續啟航。

發明內容

(1)技術問題

為了實現UUV能在海底的多次駐留，并避免UUV被海底泥沙掩埋的風險，本發明提出了一種無人水下航行器海底駐留的吸力錨裝置及其控制方法。

(2)技術方案

為了實現UUV能在海底的多次駐留，本發明的吸力錨裝置技術方案為電纜繩索固定在吸力桶上部吸力錨裝置整體質心處位置，且電纜繩索上端部分實際連接無人水下航行器，不僅負責吸力錨裝置的供電，還承擔錨鏈的作用。電纜繩索固定在吸力桶之后，再與供電及控制水密機箱連接。內置過濾器固定在吸力桶內腔頂端處，通過管路與吸力桶外部的外置過濾器和抽水T型電磁球閥連接。抽水T型電磁球閥通過吸水管路與葉輪泵連接，排水T型電磁球閥連接葉輪泵、排水口和進水管路。進水口為進水管路的末端部分，與至位開關、內壓力傳感器共同布置于吸力桶內腔頂端處。水密電機與葉輪泵相連接，且水密電機通過自身法蘭固定于吸力桶上部。外壓力傳感器、供電及控制水密機箱、陀螺儀固定于吸力桶上部，與布置于吸力桶內腔頂端的至位開關、內壓力傳感器形成一套完整的落錨、定錨、起錨動作執行狀態監測體系，保障無人水下航行器的吸力錨裝置工作穩定可靠。