自主式水下機(jī)器人水下對(duì)接技術(shù)綜述

鄭榮，宋濤，2，孫慶剛，3，國(guó)婧倩，2

1 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110016

2 東北大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819

3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

0 引 言

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，水下機(jī)器人已成為海洋開(kāi)發(fā)的重要工具之一。由于自主式水下機(jī)器人（AUV）具有很好的機(jī)動(dòng)性和大范圍的巡航能力等優(yōu)點(diǎn)，在水下觀測(cè)、制圖、定位和深海采樣中扮演著重要角色［1］。但由于近年來(lái)電池技術(shù)未得到大的發(fā)展，AUV自身所攜帶的能源有限，儀器功耗大，其在能源將要耗盡的時(shí)候需要及時(shí)回到母船補(bǔ)充能源，這就使得其在水下的作業(yè)范圍受到很大的限制，因此增加了AUV的使用成本［2］。AUV的布放和回收需要母船的支持，同時(shí)需要花費(fèi)大量的人力和物力，而且還有一定的風(fēng)險(xiǎn)。為了提高AUV的工作效率和作業(yè)范圍，滿足海洋信息搜集和傳輸、海洋勘探和特種作戰(zhàn)等需求，需要研究AUV的水下對(duì)接技術(shù)。AUV的水下對(duì)接是一種可以為AUV進(jìn)行能源補(bǔ)充以及水下數(shù)據(jù)上傳和任務(wù)下載的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于建立三維海洋觀測(cè)系統(tǒng)至關(guān)重要［3］。目前，世界上許多國(guó)家都在積極研究AUV的水下對(duì)接技術(shù)，由于AUV的外形和尺寸不一，所以其對(duì)接形式也各不相同。

1 國(guó)內(nèi)外AUV水下對(duì)接技術(shù)

近30年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者根據(jù)不同的對(duì)接主體和對(duì)接環(huán)境，設(shè)計(jì)研發(fā)了多種AUV水下對(duì)接系統(tǒng)，這些對(duì)接系統(tǒng)各具特點(diǎn)。目前，國(guó)外研究水下對(duì)接的國(guó)家主要有美國(guó)、日本、挪威、瑞典、英國(guó)和意大利等，國(guó)內(nèi)對(duì)水下對(duì)接技術(shù)研究的具有代表性的研究機(jī)構(gòu)主要有中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、浙江大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)以及中國(guó)船舶科學(xué)研究中心等?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外已有的水下對(duì)接系統(tǒng)，主要有5種形式：水下箱（籠）式對(duì)接、機(jī)械手或載體輔助式對(duì)接、桿類(lèi)引導(dǎo)對(duì)接、平臺(tái)阻攔索式對(duì)接和喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接［4］。本文將對(duì)不同的水下對(duì)接系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1.1 水下箱（籠）式對(duì)接

水下箱（籠）式對(duì)接屬早期AUV對(duì)接回收方式，這種回收方式不僅需要母船和回收裝置的支持，同時(shí)還需要大量的人員參與，受海浪影響比較嚴(yán)重。對(duì)于這種對(duì)接方式，最具代表性的是中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)的“探索者”號(hào)水下對(duì)接回收系統(tǒng)。

1994年，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所針對(duì)“探索者”號(hào)研制了一套箱（籠）式水下對(duì)接回收系統(tǒng)［5］，如圖1所示。該系統(tǒng)由水上和水下2部分組成，水上部分為控制平臺(tái)和起吊設(shè)備，水下部分為中繼器和一臺(tái)大型水下回收本體［6-7］?；厥毡倔w用于完成與自主式水下機(jī)器人的對(duì)接和釋放，主要由框架、U型架、浮力收放臂、驅(qū)動(dòng)收放臂、液壓系統(tǒng)、推進(jìn)器、傳感器和水下攝像機(jī)等組成。AUV與回收器的相對(duì)位置依靠水下攝像機(jī)觀察，當(dāng)AUV運(yùn)動(dòng)到回收器本體上的適當(dāng)位置后，即下落到回收器中，然后液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)浮力臂鎖緊AUV，最后U形架收起，完成AUV與回收器的對(duì)接［8-9］。這種方法在回收的過(guò)程中要求AUV能夠準(zhǔn)確定位回收對(duì)接裝置，并不斷調(diào)整自身的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。由于是操作人員通過(guò)攝像機(jī)的畫(huà)面觀察AUV的位置來(lái)決定何時(shí)鎖緊AUV，所以該方式的定位精度不高。

1.2 機(jī)械手或載體輔助式對(duì)接

機(jī)械手或載體輔助式對(duì)接是應(yīng)用于軍用潛艇上的一種自主對(duì)接回收方式，主要有機(jī)械手式對(duì)接回收和潛器輔助對(duì)接回收等。機(jī)械手式對(duì)接回收由機(jī)械手輔助實(shí)現(xiàn)對(duì)接，潛器輔助對(duì)接回收是借助搖控水下機(jī)器人（ROV）等載體輔助回收AUV，具有代表性的分別是LMRS AUV水下對(duì)接回收系統(tǒng)［10］和瑞典的“海鷹”號(hào)ROV輔助對(duì)接回收系統(tǒng)。

由美海軍遠(yuǎn)期反水雷計(jì)劃（LMRS）研究的LMRS AUV水下回收系統(tǒng)是利用潛艇的533 mm魚(yú)雷管來(lái)發(fā)射并回收AUV，如圖2所示，其已于2007年在“哈特福德”號(hào)核潛艇上得到驗(yàn)證。這套回收系統(tǒng)是應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的回收技術(shù)。潛艇魚(yú)雷管發(fā)射的LMRS AUV（長(zhǎng)5.88 m，直徑510 mm）在接收到潛艇發(fā)出的回收指令后，會(huì)調(diào)整自身的速度和姿態(tài)，然后自主運(yùn)行到潛艇的魚(yú)雷發(fā)射管。潛艇裝有上部和下部魚(yú)雷發(fā)射管，機(jī)械手安裝在上部魚(yú)雷發(fā)射管內(nèi)，其可向外伸展并捕獲AUV，將由機(jī)械手來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接過(guò)程中對(duì)AUV的捕捉、夾緊和定位［11］。捕獲過(guò)程大致為：機(jī)械手伸出全部長(zhǎng)度后，機(jī)械手的前部關(guān)節(jié)由液壓驅(qū)動(dòng)向下彎過(guò)一定角度；AUV由潛艇的艉部向艏部靠近，同時(shí)伸出其自帶的系留桿，通過(guò)AUV的運(yùn)動(dòng)配合，將系留桿插入機(jī)械手的系留錐孔中并固定；最后，AUV在機(jī)械手的引導(dǎo)下進(jìn)入到魚(yú)雷發(fā)射管內(nèi)［12］。該種對(duì)接方式的回收過(guò)程非完全自主，回收過(guò)程比較復(fù)雜，對(duì)控制的精確程度要求很高，在海流影響較大時(shí)不易捕獲。

圖3所示為“海鷹”號(hào)ROV輔助回收系統(tǒng)。該系統(tǒng)的回收過(guò)程大致為：對(duì)接時(shí)，首先釋放潛艇魚(yú)雷管中的“海鷹”號(hào)ROV，操作人員通過(guò)ROV拍攝的視頻和傳回的聲吶圖像控制ROV不斷接近AUV62F，當(dāng)ROV運(yùn)動(dòng)到足夠靠近AUV62F時(shí)，用攜帶的繩圈捕獲AUV62F，并在預(yù)定位置收緊固定繩圈（因“海鷹”號(hào)ROV底部有吸盤(pán)，繩圈固定時(shí)，吸盤(pán)會(huì)吸住AUV62F），然后操作人員控制“海鷹”號(hào)ROV將AUV62F拖入魚(yú)雷管中完成回收［12］。

1.3 桿類(lèi)引導(dǎo)對(duì)接

這種對(duì)接方式是通過(guò)AUV上的捕捉機(jī)構(gòu)與對(duì)接機(jī)構(gòu)上的捕捉桿的相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于這類(lèi)對(duì)接方式，具有代表性的是美國(guó)的Odyssey IIB AUV水下對(duì)接系統(tǒng)。這套系統(tǒng)由MIT和Woods Hole海洋研究所于2001年聯(lián)合研制，主要由V型剪、定位桿、鎖緊機(jī)構(gòu)和基座組成［13］，如圖4所示。

Odyssey IIB水下對(duì)接系統(tǒng)屬于桿類(lèi)引導(dǎo)對(duì)接，具有對(duì)AUV進(jìn)行能源補(bǔ)充、數(shù)據(jù)交換和故障檢測(cè)的功能。該系統(tǒng)是通過(guò)AUV上的V型剪結(jié)構(gòu)和對(duì)接基座上的定位桿，以及桿上端的滑蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。當(dāng)AUV靠近對(duì)接機(jī)構(gòu)時(shí)，AUV上的V型剪觸發(fā)彈簧，捕捉桿會(huì)被定位桿頂?shù)揭粋?cè)，定位桿進(jìn)入“V形剪”的槽中被捕捉桿鎖住，同時(shí)上端滑蓋落下并鎖緊AUV，需要打開(kāi)時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置拉動(dòng)捕捉桿將定位桿放出［14］。該對(duì)接方式具有全方位對(duì)接的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)AUV的定位精度要求不是很高，受海洋環(huán)境的干擾相對(duì)較小，對(duì)接的可靠性高，在很大程度上保證了對(duì)接的成功率。但是，該對(duì)接方式需要在AUV前端增加V形導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)會(huì)影響AUV的運(yùn)動(dòng)性能并增加AUV的能量消耗，且對(duì)接裝置的定位和鎖緊裝置也比較復(fù)雜［15］。

1.4 平臺(tái)阻攔索式對(duì)接

平臺(tái)阻攔索式對(duì)接的原理類(lèi)似于戰(zhàn)機(jī)在航空母艦上著陸，當(dāng)需要對(duì)接時(shí)，AUV對(duì)準(zhǔn)水下平臺(tái)緩慢降落，最后通過(guò)平臺(tái)與AUV上的鎖定機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鎖定對(duì)接。對(duì)于該種對(duì)接方式，具有代表性的是Marine-bird水下對(duì)接系統(tǒng)［16］，如圖5所示。

Marine-bird水下對(duì)接系統(tǒng)屬平臺(tái)阻攔索式對(duì)接。2003年，日本川崎重工通過(guò)試驗(yàn)完成了AUV與平臺(tái)的對(duì)接。該對(duì)接系統(tǒng)依靠短基線引導(dǎo)AUV歸位，當(dāng)AUV靠近平臺(tái)一定距離時(shí)，平臺(tái)發(fā)出信號(hào)引導(dǎo)AUV緩慢下降，然后通過(guò)平臺(tái)上的V型捕捉裝置勾住AUV腹下的捕捉臂實(shí)現(xiàn)定位，由平臺(tái)上的鎖緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鎖緊。AUV捕捉臂與水下平臺(tái)上的捕捉機(jī)構(gòu)均采用V形布置形式，兩者在空間上相互交錯(cuò)，在捕捉臂與捕捉機(jī)構(gòu)接觸后，AUV的運(yùn)動(dòng)空間越來(lái)越小，最后AUV被完全定位［17］。對(duì)接后，AUV與平臺(tái)之間依靠感應(yīng)線圈進(jìn)行充電。該對(duì)接方式適用于海底平臺(tái)對(duì)接，對(duì)接成功率和定位精度相對(duì)較低，對(duì)AUV的自導(dǎo)和動(dòng)力系統(tǒng)要求較高。

1.5 喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接

喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接在結(jié)構(gòu)上相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)接裝置采用的是導(dǎo)向罩或籠箱結(jié)構(gòu)形式，無(wú)需對(duì)AUV進(jìn)行很大的改動(dòng)，且對(duì)接后對(duì)AUV有一定的保護(hù)作用，但是需要AUV有很好的運(yùn)動(dòng)控制能力和操縱性。這種對(duì)接系統(tǒng)對(duì)對(duì)接機(jī)構(gòu)與洋流之間的水動(dòng)力相互作用更為敏感［18］。由于對(duì)接入口處為一敞口結(jié)構(gòu)，可以引導(dǎo)AUV以正確的姿態(tài)進(jìn)入對(duì)接裝置，所以允許AUV在靠近對(duì)接結(jié)構(gòu)時(shí)有一定的偏差，這在很大程度上保證了對(duì)接的成功率。對(duì)于喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接，目前具有代表性的有：Remus水下對(duì)接系統(tǒng)、Bluefin水下對(duì)接系統(tǒng)、哈爾濱工程大學(xué)和中國(guó)船舶科學(xué)研究中心研制的AUV水下對(duì)接系統(tǒng)，以及浙江大學(xué)的“海豚二號(hào)”AUV水下對(duì)接系統(tǒng)等。

Remus水下對(duì)接系統(tǒng)（圖6）由Woods Hole海洋研究所研制，具有對(duì)AUV的能源補(bǔ)充和數(shù)據(jù)交換功能。該對(duì)接系統(tǒng)很簡(jiǎn)單，可以停泊在海床上，由中繼通信浮標(biāo)牽引沉在水中，或是由母船拖曳［18］。其結(jié)構(gòu)采用的是錐形導(dǎo)向罩與圓柱形塢站相結(jié)合的形式，通過(guò)圓錐導(dǎo)向罩和圓柱形塢站來(lái)實(shí)現(xiàn)AUV的導(dǎo)向與定位［19］。在錐形導(dǎo)向罩上方布置了超短基線（USBL），用于在對(duì)接過(guò)程中對(duì)AUV進(jìn)行定位導(dǎo)航，USBL模塊分布在AUV的艏部，對(duì)接引導(dǎo)距離達(dá)3 000 m，分辨力小于0.5°［20-21］。該系統(tǒng)使用線性執(zhí)行器引導(dǎo)水密電連接器進(jìn)行插拔來(lái)實(shí)現(xiàn)充電和數(shù)據(jù)傳輸，充電機(jī)構(gòu)由一對(duì)導(dǎo)向針和充電接頭組成，由直線驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向針插入AUV上的導(dǎo)向孔實(shí)現(xiàn)連接，導(dǎo)向針限制了AUV與對(duì)接裝置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。美軍的多次海試表明，Remus AUV在超短基線的引導(dǎo)下能從幾海里外準(zhǔn)確進(jìn)入直徑僅為80 cm的錐形導(dǎo)向罩，單次對(duì)接成功率達(dá)60%［22-23］。這種對(duì)接方式不需要對(duì)AUV做大的改動(dòng)，但對(duì)其定位精度和運(yùn)動(dòng)的控制能力要求較高。圖7所示為Remus水下對(duì)接過(guò)程。

Bluefin水下對(duì)接系統(tǒng)采用喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接，整體結(jié)構(gòu)與Remus對(duì)接裝置相似，對(duì)接系統(tǒng)和對(duì)接結(jié)構(gòu)分別如圖8和圖9所示。

哈爾濱工程大學(xué)和中國(guó)船舶科學(xué)研究中心共同研制的AUV水下對(duì)接系統(tǒng)采用的是喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接，對(duì)接系統(tǒng)和對(duì)接所用載體分別如圖10和圖11所示。這套對(duì)接系統(tǒng)已于2015年10月試驗(yàn)成功。由于對(duì)接機(jī)構(gòu)的入口尺寸相對(duì)較小，所以需要借助高精度的位姿測(cè)量技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、自主規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。為了獲得AUV對(duì)于對(duì)接機(jī)構(gòu)入口的精確位置，哈爾濱工程大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制了超短基線導(dǎo)航定位技術(shù)系統(tǒng)，通過(guò)安裝在對(duì)接機(jī)構(gòu)入口的應(yīng)答器與AUV上的超短基線陣實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)距與定位。借助AUV搭載的水聲引導(dǎo)定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)完全自主規(guī)劃與決策以及智能運(yùn)動(dòng)控制，不斷調(diào)整自身姿態(tài)，以便在進(jìn)入對(duì)接機(jī)構(gòu)之前將自身調(diào)整至正對(duì)平臺(tái)入口，從而順利進(jìn)入喇叭狀的對(duì)接機(jī)構(gòu)，進(jìn)行無(wú)線信息傳輸和水下無(wú)線充電。進(jìn)入對(duì)接機(jī)構(gòu)以后，該機(jī)構(gòu)利用AUV上的吊耳進(jìn)入對(duì)接機(jī)構(gòu)上的導(dǎo)向板來(lái)限制橫滾并進(jìn)行定位。通過(guò)在AUV正下方設(shè)置2個(gè)V形塊，驅(qū)動(dòng)V形塊將AUV夾緊在對(duì)接框架和V形塊之間來(lái)完成AUV鎖緊。

浙江大學(xué)在中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的“探索100”號(hào)AUV的基礎(chǔ)上研制了“海豚二號(hào)”，該AUV已于2017年5月在南海完成自主對(duì)接試驗(yàn)。在50 m深的海域，AUV與海底觀測(cè)網(wǎng)非接觸式海底對(duì)接系統(tǒng)共進(jìn)行了11次自主對(duì)接操作，成功對(duì)接10次。其水下對(duì)接機(jī)構(gòu)采用的是喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接，如圖12所示。喇叭口結(jié)構(gòu)的入口直徑為1.1 m，呈60°錐角［24］。該對(duì)接系統(tǒng)采用電磁鎖緊技術(shù)實(shí)現(xiàn)AUV的固定，同時(shí)采用了無(wú)線充電和非接觸式數(shù)據(jù)傳輸［25］。

上述幾種典型AUV水下對(duì)接形式的結(jié)構(gòu)各不相同，各具特點(diǎn)：

1）早期水下箱（籠）對(duì)接方式的定位精度和對(duì)接精度較低，技術(shù)難度低，效率高，方式靈活多樣，可靠性和安全性高，但對(duì)接回收系統(tǒng)復(fù)雜，且受海況及天氣等因素的制約，不利于隱蔽部署。

2）機(jī)械手或載體輔助式對(duì)接適用于潛艇上AUV的對(duì)接，對(duì)接方式比較復(fù)雜，專用性強(qiáng)，對(duì)AUV的運(yùn)動(dòng)控制能力要求很高，且其回收過(guò)程并非完全自主，對(duì)控制的精確程度要求很高。

3）桿類(lèi)引導(dǎo)對(duì)接雖然對(duì)AUV的運(yùn)動(dòng)精度要求低，能夠?qū)崿F(xiàn)360°的對(duì)接，但是需要對(duì)AUV增加類(lèi)似于V形剪的結(jié)構(gòu)，這對(duì)AUV的運(yùn)動(dòng)性能有所影響，而且對(duì)接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

4）平臺(tái)阻攔索式對(duì)接的定位精度較高，對(duì)AUV的自導(dǎo)和動(dòng)力系統(tǒng)要求較高，其對(duì)接成功率和定位精度不及桿類(lèi)引導(dǎo)對(duì)接和喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接。

5）對(duì)于喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接，首先，無(wú)需對(duì)AUV進(jìn)行改動(dòng)或是改動(dòng)較小，對(duì)AUV的運(yùn)動(dòng)性能影響不大；其次，由于喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接采用的是敞口結(jié)構(gòu)，即使AUV與對(duì)接機(jī)構(gòu)的軸線不重合（偏差在一定范圍內(nèi)），AUV也能在敞口結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)下完成對(duì)接。這種類(lèi)型的對(duì)接系統(tǒng)不僅能降低末端引導(dǎo)要求，還能提供更可靠的鎖定裝置和保護(hù)外殼，以及更便利、可靠的充電與傳輸數(shù)據(jù)［26］。喇叭口式引導(dǎo)對(duì)接與其他類(lèi)型相比具有更高的實(shí)用性和可靠性，是當(dāng)今應(yīng)用較為廣泛的AUV水下對(duì)接系統(tǒng)。

2 重型AUV水下對(duì)接系統(tǒng)研究

針對(duì)以上各種對(duì)接方式的優(yōu)點(diǎn)及不足，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研究設(shè)計(jì)了一種針對(duì)重型AUV的喇叭口引導(dǎo)式水下對(duì)接系統(tǒng)，如圖13所示。

2017年12月，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所在千島湖試驗(yàn)場(chǎng)針對(duì)AUV水下對(duì)接關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)共進(jìn)行10個(gè)條次，每個(gè)條次有3次對(duì)接機(jī)會(huì)，成功完成了全部10次對(duì)接。

對(duì)接過(guò)程中，AUV依靠搭載的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和USBL水聲導(dǎo)引定位系統(tǒng)提供的導(dǎo)航定位信息，航行到設(shè)定的懸停位置目標(biāo)點(diǎn)，然后解算對(duì)接裝置的位置并調(diào)整自身運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。完成目標(biāo)位置的解算后，AUV定深航行，其橫截面中心深度需與對(duì)接裝置的中心深度一致，從而順利進(jìn)入對(duì)接裝置內(nèi)部，進(jìn)行水下有線大功率充電。

AUV的水下對(duì)接過(guò)程是一個(gè)自主引導(dǎo)的過(guò)程，如圖14所示，其采用USBL水聲定位的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)AUV與對(duì)接裝置的定位。由于水中存在水流和噪聲，會(huì)對(duì)水下對(duì)接精度產(chǎn)生很大的影響，所以該裝置采用了喇叭口式導(dǎo)向罩來(lái)引導(dǎo)AUV進(jìn)入對(duì)接裝置，該導(dǎo)向罩在很大程度上保證了對(duì)接的成功率。同時(shí)，在導(dǎo)向罩上還均勻布置了應(yīng)答器，用于接收AUV的聲吶信號(hào)，進(jìn)而解算出AUV的位置和姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)AUV與對(duì)接裝置之間的定位。AUV依靠慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和水聲引導(dǎo)定位系統(tǒng)，通過(guò)自主決策和規(guī)劃的智能運(yùn)動(dòng)控制，不斷搜索跟蹤定位對(duì)接機(jī)構(gòu)并調(diào)整自身的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，在對(duì)接前調(diào)整到正對(duì)入口的位置，從而保證AUV順利進(jìn)入對(duì)接機(jī)構(gòu)。

在AUV緩慢進(jìn)入對(duì)接裝置的過(guò)程中，為了保護(hù)AUV艏部的聲吶設(shè)備，在對(duì)接裝置內(nèi)壁安裝了保護(hù)板，以起到緩沖的作用。AUV經(jīng)導(dǎo)向罩進(jìn)入對(duì)接機(jī)構(gòu)，在AUV主推進(jìn)器停止動(dòng)作后，依靠對(duì)接機(jī)構(gòu)上的推進(jìn)機(jī)構(gòu)將AUV回推到指定位置。由于水下充電和數(shù)據(jù)傳輸拔插機(jī)構(gòu)的移動(dòng)范圍有限，故需對(duì)AUV進(jìn)行軸向定位，即在喇叭口之后設(shè)計(jì)對(duì)接導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用整體筒狀結(jié)構(gòu)，在AUV接觸到艏頂罩后，AUV主推進(jìn)器關(guān)閉，然后再利用最大行程為200 mm的液壓缸推滿行程，回推AUV至指定位置，用以進(jìn)行軸向定位。

AUV進(jìn)入機(jī)構(gòu)之后，為了對(duì)AUV進(jìn)行定位校正，水平方向用推進(jìn)機(jī)構(gòu)定位，豎直方向用抱緊機(jī)構(gòu)定位，并通過(guò)定位銷(xiāo)和AUV側(cè)面的三角槽實(shí)現(xiàn)矯正。為了減小對(duì)接后水流對(duì)AUV穩(wěn)定性的影響，在對(duì)接機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)稱的限位夾緊機(jī)構(gòu)，限位夾緊機(jī)構(gòu)主要依靠液壓缸驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)來(lái)完成。

AUV穩(wěn)定對(duì)接之后，拔插機(jī)構(gòu)即開(kāi)始工作，對(duì)AUV進(jìn)行充電和數(shù)據(jù)傳輸。考慮到對(duì)接存在誤差，在拔插機(jī)構(gòu)上安裝了萬(wàn)向節(jié)，以使拔插插頭能夠有一定幅度的擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)柔性對(duì)接。液壓缸驅(qū)動(dòng)接插件插頭與AUV載體上的接插件插座相連，進(jìn)而完成連接，對(duì)AUV進(jìn)行能源補(bǔ)充和信息傳輸。

3 結(jié) 語(yǔ)

AUV水下對(duì)接技術(shù)對(duì)搭建海底空間站和組建海底觀測(cè)網(wǎng)具有重要作用，是AUV在水下長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的重要保證。隨著研究的不斷深入，對(duì)接技術(shù)會(huì)更加多元化，如實(shí)現(xiàn)AUV與USV的動(dòng)態(tài)對(duì)接、AUV與對(duì)接機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)對(duì)接等，這對(duì)構(gòu)成水下物聯(lián)網(wǎng)（UIoT）有著很大的幫助。水下對(duì)接技術(shù)將幫助人類(lèi)更好地認(rèn)識(shí)海洋，對(duì)民用和軍事領(lǐng)域均具有較大的應(yīng)用價(jià)值。