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工程设计学报
工程设计学报  2023, Vol. 30 Issue (5): 650-656    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2023.00.070
产品创新设计     
基于 USV的 AUV布放回收系统设计与实现
李明烁1,2,3(),孟令帅2,3(),谷海涛2,3,曹新星2,3,4,张明远2,3,5
1.沈阳工业大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
2.中国科学院沈阳自动化研究所 机器人学国家重点实验室，辽宁 沈阳 110016
3.中国科学院 机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110169
4.东北大学 机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819
5.中国科学院大学，北京 100049
Design and implementation of launch and recovery system for AUV based on USV
Mingshuo LI1,2,3(),Lingshuai MENG2,3(),Haitao GU2,3,Xinxing CAO2,3,4,Mingyuan ZHANG2,3,5
1.School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China
2.State Key Laboratory of Robotics, Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
3.Institutes for Robotics and Intelligent Manufacturing, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110169, China
4.School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang 110819, China
5.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
 全文: PDF(5009 KB)   HTML
摘要：

为了解决目前布放回收自主水下机器人（autonomous underwater vehicle，AUV）自动化水平低、工作效率低、危险性高等问题，研制了一款基于无人水面船（unmanned surface vessel，USV）的AUV自主布放回收系统。首先，通过分析国内外常用AUV布放回收方式和布放回收系统，设计了AUV布放回收系统，并对其工作原理进行分析；其次，分别从力学分析、数值仿真等角度研究了布放回收系统的动力学、静力学及接触碰撞问题；最后，搭建了系统原理样机并进行了陆上实验和湖上实验，通过实验验证了所设计的布放回收系统稳定可靠、操作简单、通用性好，可以有效提高AUV自主布放回收的效率。所设计的基于USV的AUV布放回收系统具有良好的应用前景。
关键词： 自主水下机器人;  布放回收系统;  结构设计;  力学分析;  湖上测试    
Abstract:

In order to solve the problems of low automation level, low work efficiency and high risk when launching and recovering autonomous underwater vehicle (AUV), an launch and recovery system (LARS) for AUV based on unmanned surface vessel (USV) was developed. Firstly, by analyzing commonly used AUV launch and recovery modes and LARS at home and aboard, an AUV LARS was designed, and its working principle was analyzed; secondly, the dynamics, statics and contact collision issues of the LARS were studied from the perspectives of mechanical analysis and numerical simulation; finally, a principle prototype of the system was built and land and lake experiments were conducted. The experiments verified that the designed LARS was stable, reliable, easy to operate, and had good universality, which could effectively improve the efficiency of autonomous launch and recovery of AUV. The designed AUV LARS based on USV has good application prospects.
Key words: autonomous underwater vehicle （AUV)    launch and recovery system (LARS)    structural design    mechanical analysis    lake testing
收稿日期: 2023-01-26 出版日期: 2023-11-03
CLC:  TP 242  
基金资助: 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室资助项目(E11Z0902);辽宁省自然科学基金资助项目(E1310901)
通讯作者: 孟令帅     E-mail: 1520607043@qq.com;menglingshuai@sia.cn
作者简介: 李明烁（1999—），男，辽宁辽阳人，硕士生，从事水下机器人设计研究，E-mail: 1520607043@qq.com
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李明烁
孟令帅
谷海涛
曹新星
张明远

引用本文:

李明烁,孟令帅,谷海涛,曹新星,张明远. 基于 USV的 AUV布放回收系统设计与实现[J]. 工程设计学报, 2023, 30(5): 650-656.

Mingshuo LI,Lingshuai MENG,Haitao GU,Xinxing CAO,Mingyuan ZHANG. Design and implementation of launch and recovery system for AUV based on USV[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2023, 30(5): 650-656.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2023.00.070    或    https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2023/V30/I5/650

图1  智慧透明海洋网络系统
图2  佛罗里达大西洋大学研制的AUV布放回收系统
图3  Hydroid公司研制的AUV布放回收系统
图4  “探索者”号AUV布放回收系统
图5  基于USV的AUV布放回收系统结构
图6  自主回收AUV流程
参数量值
条件强度极限355 MPa
抗拉极限600 MPa
伸长率16%
泊松比0.31
材料密度7 850 kg/m 3
表1  45号钢性能参数
图7  折合板受力
图8  AUV布放模型
图9  接触力变化曲线
图10  折合板应力及位移仿真结果
图11  轴承基座应力及位移仿真结果
图12  AUV布放回收实验
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