Chinese Journal of Ship Research
0引言
随着技术的不断发展，水下机器人已成为海洋开发的重要工具之一。由于自主式水下机器人（AUV）具有很好的机动性和大范围的巡航能力等优点，在水下观测、制图、定位和深海采样中扮演色［1］。着重要角 但由于近年来电池技术未得到大AUV的发展， 自身所携带的能源有限，仪器功耗大，其在能源将要耗尽的时候需要及时回到母船补充能源，这就使得其在水下的作业范围受到很AUV AUV的使用成本［2］。大的限制，因此增加了的布放和回收需要母船的支持，同时需要花费大量的人力和物力，而且还有一定的风险。为了提AUV高 的工作效率和作业范围，满足海洋信息搜集和传输、海洋勘探和特种作战等需求，需要研究AUV AUV的水下对接技术。 的水下对接是一种AUV可以为 进行能源补充以及水下数据上传和任务下载的关键技术，对于建立三维海洋观测系统至关重要［3］。目前，世界上许多国家都在积极AUV AUV研究 的水下对接技术，由于 的外形和尺寸不一，所以其对接形式也各不相同。
1 国内外AUV水下对接技术
30近 年来，国内外研究者根据不同的对接主AUV体和对接环境，设计研发了多种 水下对接系统，这些对接系统各具特点。目前，国外研究水下对接的国家主要有美国、日本、挪威、瑞典、英国和意大利等，国内对水下对接技术研究的具有代表性的研究机构主要有中国科学院沈阳自动化研究所、浙江大学、哈尔滨工程大学以及中国船舶科学研究中心等。总结国内外已有的水下对接系统， 5主要有 种形式：水下箱（笼）式对接、机械手或载体辅助式对接、杆类引导对接、平台阻拦索式对接接［4］。和喇叭口式引导对 本文将对不同的水下对接系统进行介绍。
1.1 水下箱（笼）式对接
AUV水下箱（笼）式对接属早期 对接回收方式，这种回收方式不仅需要母船和回收装置的支持，同时还需要大量的人员参与，受海浪影响比较严重。对于这种对接方式，最具代表性的是中国科学院沈阳自动化研究所设计的“探索者”号水下对接回收系统。1994年，中国科学院沈阳自动化研究所针对“探索者”号研制了一套箱（笼）式水下对接回收系1 2统［5］，如图 所示。该系统由水上和水下 部分组 成，水上部分为控制平台和起吊设备，水下部分为体［6-7］。回收本体中继器和一台大型水下回收本用于完成与自主式水下机器人的对接和释放，主要由框架、U型架、浮力收放臂、驱动收放臂、液压系统、推进器、传感器和水下摄像机等组成。AUV与回收器的相对位置依靠水下摄像机观察，当AUV运动到回收器本体上的适当位置后，即下落到回收器中，然后液压系统驱动浮力臂锁紧AUV，最 U AUV后 形架收起，完成 与回收器的对AUV接［8-9］。这种方法在回收的过程中要求 能够准确定位回收对接装置，并不断调整自身的运动姿态。由于是操作人员通过摄像机的画面观察AUV AUV，所以该方式的的位置来决定何时锁紧定位精度不高。
1.2 机械手或载体辅助式对接
机械手或载体辅助式对接是应用于军用潜艇上的一种自主对接回收方式，主要有机械手式对接回收和潜器辅助对接回收等。机械手式对接回收由机械手辅助实现对接，潜器辅助对接回收是ROV借助摇控水下机器人（ ）等载体辅助回收AUV，具 LMRS AUV有代表性的分别是 水下对接ROV统［10］和瑞典的“海鹰”号回收系 辅助对接回收系统。LMRS由美海军远期反水雷计划（ ）研究的LMRS AUV 533 mm水下回收系统是利用潜艇的AUV 2鱼雷管来发射并回收 ，如图 所示，其已于2007年在“哈特福德”号核潜艇上得到验证。这套回收系统是应用于军事领域的回收技术。潜艇LMRS AUV（长5.88 m，直径510 mm）鱼雷管发射的在接收到潜艇发出的回收指令后，会调整自身的速度和姿态，然后自主运行到潜艇的鱼雷发射管。潜艇装有上部和下部鱼雷发射管，机械手安装在上部鱼雷发射管内，其可向外伸展并捕获AUV，将由机械手来实现对接过程中对AUV的捕捉、夹紧和定位［11］。捕获过程大致为：机械手伸出