[发明专利]一种随海流方位可调的纵倾稳定的海底水下对接结构

说明书

本发明提供一种随海流方位可调的纵倾稳定的海底水下对接结构。本发明包括：对接框架、水平转动机构和固定杆，所述固定杆固定在海底，所述水平转动机构一端可转动地连接在所述固定杆上，另一端与所述对接框架固定连接，所述水平转动机构内设有锁紧机构，所述锁紧机构用于在对接框架旋转到迎流方向后对水平转动机构锁紧，所述对接框架形状与待对接水下机器人匹配，其上设有与水下机器人的超短基线应答器相匹配的超短基线发射器。本发明对接结构为框架式，对AUV阻尼影响较小，AUV容易克服阻尼成功对接，同时可以减少长期在海底锚定的海洋生物粘附。当存在较大的海流变化，可以通过水平转动机构随海流调整到迎流方向，提高对接成功率。

技术领域

本发明涉及交通运输救助、海洋科学考察、海洋作业、潜艇救生和水下空间站等水下作业领域，尤其涉及一种随海流方位可调的纵倾稳定的海底水下对接结构。

背景技术

自主/智能水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle)或遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle)是完成各种水下任务的重要工具。在民用领域，可用于铺设管道、海底考察、数据收集、钻井支援、海底施工、水下设备维护与维修等；在军用领域，则可用于侦查、布雷、灭雷、援潜救生等。但是自主水下机器人面临回收困难、能源有限、数据下载和上传、使命传输、水下航行通信等困难；水下对接系统可以使水下机器人脱离水面母船的支持，实现全自主智能化水下作业，使水下机器人长期作业于海洋领域，在今天发展深海空间站尤其重要。通过实现水下机器人自动水下回收，避免了水面频繁回收的风险和经济损失；同时依靠对接结构，水下对接结构和水下空间站(深海空间站)连接，实现水下机器人能源水下补充、数据上传和下载，达到完全自主和智能化，使其能长期安全、安静的作业于水下，大大提高其作业时间和作业效率，发挥其在海洋领域的重要用途。

国内外出现众多的水下对接系统，如采用杆式，绳索，圆锥导向罩，笼箱类和滑翔平台式的对接结构，其目的是更加可靠的完成对接。相对而言，圆锥类导向罩具有保护结构，更像空间对接，结构更为稳定，携带方便，可安装固连于/或内置于其他海洋载体，发展更为稳定，自从2001年出现以来，众多研究机构都采用了这种对接结构。

但是，这种对接结构在水下对接系统中，其本身存在一定的缺点：1)对接方位单一；2)对接成功率受海流影响较大；3)对水下机器人的方位控制要求较高。

伍兹霍尔海洋研究所研究了一种适用REMUS水下机器人水下对接的圆锥类导向对接结构。康斯堡海事公司下属Hydroid公司研究了一款用于AUV水下移动对接的水下对接结构。这两种水下对接结构都是框架式，单一方向的对接结构，不具有随海流改变方向的特性，当对接结构处于特定海流环境中，海流改变方向时，对接结构如果不随海流调整方向，则水下机器人很难调整到与对接结构一致方向，则会导致对接失败，这也是很多对接系统在恶劣海洋环境中失败的原因。当前已经完成的水下对接试验有REMUS的水下对接试验，据统计，试验中水下机器人对接成功率为58.6％(29次对接，有17次成功)，其中一次对接成功率为27.6％，二次对接成功率为24.1％，三次对接成功率为3.4％，4次对接成功率为3.4％。由此可见，在水流影响下，水下对接系统试验成功率较低。

发明人通过研究发现，海洋环境是复杂的，尤其是海流，受海水密度，盐度，潮流，气候和季节变化的影响，海流大小和方向经常改变。这种随时改变的海流方向，将会导致水下机器人与单一方位的对接结构对接失败。这是国内外水下对接系统失败的主要原因。主要是因为1)水下机器人方位调节能力较差。大多数水下机器人是欠驱动的，主要通过舵翼调整方向或纵倾，其方向调整需要较远的距离和较长的时间才能完成，这往往错过了对接位置和对接时间；2)横流或斜流对接更难控制。固定的对接方位，很可能和当前的海流方向有偏差，而AUV则只有在抗流对接时才能保持方位稳定性，若存在横向流，AUV控制方位难度增加，有时由于舵翼的舵效和控制算法的偏差，很难实现指定位置的指定方位的调整，导致对接失误。

发明内容