[发明专利]具有动力定位功能的航行器收放装置、回收及布放方法

说明书

本发明提供了一种具有动力定位功能的航行器收放装置、回收及布放方法，包括摇篮主体、吊车及航行控制模块，摇篮主体包括船形本体，船形本体内部具有用于停放航行器的容纳空间，吊车被配置在母船上并能够驱使船形本体在母船甲板和收放位置之间运动；航行控制模块信号连接吊车，能够采集船形本体的位置、姿态、运动信息以及船形本体与母船之间的相对位置信息并能够根据已设定的定位、伴航参数输出相应的控制信号使得航行器处在设定的位置进而实现航行器的回收和/或布放作业，本发明解决了一般海洋航行器在高海况下与母船相对运动剧烈、难以捕捉和回收布放的难题，避免了母船运动对收放装置带来不利影响。

技术领域

本发明涉及海洋无人航行器领域，具体地，涉及一种具有动力定位功能的航行器收放装置、回收及布放方法。

背景技术

近年以来，小型海洋航行器在海洋环境监测、海底地形扫描、海底线缆铺设、深海探测、极地探测等科考和工程领域的应用越来越广泛。通常所指的小型海洋航行器包括水面无人艇、UUV、ROV、AUV、ARV乃至载人潜航器等等，因其所执行的任务不同而搭载不同的传感器，设计外形也因此各不相同，这给航行器的回收布放带来了很多困难。一般小型海洋航行器都是由母船(科考船、工程船等)携带至作业海域并释放，航行器在完成任务后返回母船周边并回收。海洋航行器回收布放的方式可以分为吊放式、滑道式和坞舱式等，后二者需改造母船自身结构，因此多见于军用航行器布放，绝大多数民用、科考航行器采用的都是吊放式。由于海上风、浪、流等环境因素影响，回收布放过程中航行器自身和母船都处在不断的摇晃运动当中，经常出现航行器脱落、碰撞船体的情况，甚至导致母船和航行器自身的损坏、航行器丢失等严重事件；对于多数水面无人艇、深海潜航器来说，回收布放过程中还需要登上航行器进行人工解挂钩，危险系数高。此外，一般海洋航行器搭载在母船的甲板上，受到母船自身六自由度运动的影响，航行器容易摇晃脱落导致损坏。

面对海洋航行器海上回收布放的困难，现有工程实践中除了选取海况较好的时间进行作业外，常见的应对策略还有在航行器顶部设置方便吊挂的结构、设计专用的起吊回收装置等。例如专利文献CN108482587A公开了一种无人艇回收布放系统及使用该系统进行无人艇回收的方法，该设计了一种锥形定位凸台和悬挂吊钩结构，通过锥形凸台结构和无人艇结构结合来实现定位，进而实现无人工辅助情况下吊钩的锁定，避免了人员登上无人艇固定吊索的危险操作。但是该方法针对特定设计的航行器，不具备普适性，且在海况恶劣情况下较难将吊钩准确吊入凸台中，实用性有限；再例如专利文献CN105711749B公开了一种无人水面航行器布放回收方法，同样设计了一种锥形吊锤，并在无人艇上布置了一种缆绳发射系统，实现无人工辅助的情况下固定无人艇和吊钩，但该技术在航行器和母船相对运动幅度大时存在锥形吊锤难以和无人船对位固定的问题；再例如专利文献CN113460274A公开了一种AUV自主回收/布放装置及其实现方法，设计了一套机械爪结构用于替换母船原有的吊车，通过机械爪抓取AUV(Autonomous underwater vessel)实现回收和布放操作，但该技术实际上仍未解决回收过程中航行器和母船相对运动幅度大、难以捕捉的问题，且改装难度大、成本高；再例如专利文献CN105223960A公开了一种无人艇布放回收装置，主要通过设计一套多个伺服电机控制的吊放运动补偿装置，从而实现整个盒状无人艇布放结构在母船摇晃、波浪作用下的稳定，保证无人艇布放过程中的安全性。但是该技术采用的结构调节范围有限，且在装置入水受波浪影响、装置和吊车之间柔性连接的情况下运动补偿能力将下滑；再例如专利文献CN105905245B公开了一种用于水面无人艇布放回收的吊笼，吊笼设计有浮力箱结构，可自主漂浮，但该技术设计中吊笼不具备推进器装置及动力系统，因而无自主定位与自航能力，海况较高时难以保证航行器进入吊笼中，且不能避免吊笼和航行器互相碰撞、甚至碰撞母船船体损坏的问题。专利文献CN107499460A同样设计了一种航行器回收吊笼，相比前一个吊笼增加了可远程操控的自动门结构，但也存在类似的问题。