CN108820142A - 一种智能巡航无人艇 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能巡航无人艇，包括艇体，艇体上搭载有无人机，在艇体内部设置有供电电源、柴油发动机、数据初级处理模块以及控制单元，柴油发动机通过发电机与供电电源连接，控制单元包括无线通讯模块和导航模块，艇体通过无线通讯模块与陆地或母舰控制***无线连接，无人机上设置有数据采集装置，在艇体底部设置有多波束测深仪，在艇体尾部设置有喷水推进泵，喷水推进泵与柴油发动机连接，供电电源为艇体和无人机供电，数据初级处理模块将采集的数据初级处理后传输给陆地或母舰控制***。该发明充分扩大了无人艇的巡航视野，使得陆地操作人员及时预知无人艇周围及较远距离的巡航路线环境情况，以便于及早做好巡航路线规划或调整的准备工作。
Description
技术领域
本发明涉及无人艇领域，具体设计一种智能巡航无人艇。
背景技术
无人水面船(Unmanned Surface Vehicle)，即USV，顾名思义就是不需要人工操控的船舶。无人艇实际上是水面水下机器人，作为一种尖端的信息收集装置受到各界广泛关注。为了响应工业4.0的号召，近年来无人艇的发展十分迅速。无人艇是勘探、收集和传递水面水下信息的重要装置。无人艇上通常会安装摄像头、传感器和控制器等精密设备。USV和常规的舰艇不同，它质量轻、体积小、灵活性髙，并且能够“嵌入”到其他水面舰艇中。
在无人艇实际使用过程中，无人艇的巡航环境采集多是采用在无人艇上安装相应的图像采集装置，由于图像采集装置安装在无人艇本体上，且无人艇本体的高度有限，这就导致无人艇图像采集装置的视野受限，不能及时预知无人艇周围较远距离的巡航路线环境，因此有必要开发一种具有大视野的巡航无人艇。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种智能巡航无人艇，该发明充分扩大了无人艇的巡航视野，使得陆地操作人员及时预知无人艇周围及较远距离的巡航路线环境情况，以便于及早做好巡航路线规划或调整的准备工作。
为实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种智能巡航无人艇，包括艇体，艇体上搭载有无人机，在艇体内部设置有供电电源、柴油发动机、数据初级处理模块以及控制单元，柴油发动机通过发电机与供电电源连接，控制单元包括无线通讯模块和导航模块，艇体通过无线通讯模块与陆地或母舰控制***无线连接，在艇体上设置有无人机停机台，无人机停机台上设置有无人机连接件，所述无人机通过数据电源线与无人艇电连接，在所述无人机上设置有数据采集装置，在艇体底部设置有多波束测深仪，在艇体尾部设置有喷水推进泵，所述喷水推进泵与柴油发动机连接，所述供电电源为艇体和无人机供电，所述数据初级处理模块将数据采集装置和多波束测深仪采集的数据初级处理后经无线通讯模块传输给陆地或母舰控制***。
优选地，所述无人机与无人艇之间还连接有绳索，所述无人机连接件为卷轴，卷轴上设有拉力传感器，卷轴连接有卷轴电机，所述绳索一端固定于卷轴上另一端与无人机连接，所述数据电源线通过若干连接件附着于绳索上。
优选地，所述数据采集装置包括雷达探测仪、红外探测仪、摄像机和激光测距仪。
优选地，所述无人机下方设置有360°旋转底座，所述数据采集装置安装在旋转底座上，在所述数据采集装置外部安装有透明玻璃罩。
优选地，所述供电电源为蓄电池，所述无人艇上端面安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板与蓄电池输入端电连接；所述发电机输入端与柴油发动机连接，发电机输出端与蓄电池输入端电连接。
优选地，所述无人艇前方和/或后方安装有超声波探测仪。
优选地，在所述艇体内部还设置有GPS定位***、惯性导航***。
优选地，所述无人艇、无人机和喷水推进泵均采用聚四氟乙烯或聚醚醚酮镀膜。
本发明的优点和有益效果在于：
1、无人机在无人艇的上方飞行，通过无人机数据采集装置可以360°采集较远距离的巡航路线环境数据，通过无人艇底部的多波束测深仪来采集巡航路线海底环境数据，并通过数据初级处理模块将采集的巡航环境数据实时的反馈到陆地或母舰控制***，便于操作人员及时预知无人艇巡航路线环境及早的做好巡航路线规划及调整。
2、无人机与无人艇之间通过绳索连接，数据电源线附着于绳索上，卷轴上设置有拉力传感器，根据绳索的拉力值及时进行绳索的收放调整，避免了数据电源线的张力过紧而断裂。
3、无人艇前方和/或后方安装有超声波探测仪，可以及时预知无人艇前方和/或后方巡航路线上的障碍物，从而可以及早的进行巡航路线调整来避免无人艇与障碍物的直接碰撞。
4、柴油发动机带动喷水推进泵工作为无人艇提供动力驱动，同时柴油发动机连接有发电机，发电机的输出端与蓄电池连接，不断为蓄电池提供电力输入，同时无人艇上的太阳能电池板也为蓄电池提供电能输入，保证了巡航过程中蓄电池的电池续航能力。
附图说明
图1是无人艇俯视图；
图2是无人艇使用状态图；
图3是图2中A处放大图；
图4是无人艇原理图。
附图标记说明：
1、艇体；2、无人机；3、陆地或母舰控制***；4、无人机停机台；5、无人机连接件；6、数据电源线；7、数据采集装置；8、连接件；9、柴油发动机；10、数据初级处理模块；11、控制单元；12、多波束测深仪；13、喷水推进泵；14、绳索；15、卷轴；16、蓄电池；17、太阳能电池板；18、超声波探测仪；19、无线通讯模块；20、旋转底座；21、玻璃罩；22、GPS定位***；23、惯性导航***。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，包括艇体1，艇体1上搭载有无人机2，在艇体1内部设置有供电电源、柴油发动机9、数据初级处理模块10以及控制单元11，柴油发动机9通过发电机与供电电源连接，控制单元11包括无线通讯模块19和导航模块，艇体1通过无线通讯模块19与陆地或母舰控制***3无线连接，在艇体1上设置有无人机停机台4，无人机停机台4上设置有无人机连接件5，所述无人机2通过数据电源线6与无人艇电连接，在所述无人机2上设置有数据采集装置7，在艇体1底部设置有多波束测深仪12，在艇体1尾部设置有喷水推进泵13，所述喷水推进泵13与柴油发动机9连接，所述供电电源为艇体1和无人机2供电，所述数据初级处理模块10将数据采集装置7和多波束测深仪12采集的数据初级处理后经无线通讯模块19传输给陆地或母舰控制***3。所述无人机2与无人艇之间还连接有绳索14，所述无人机连接件5为卷轴15，卷轴15上设有拉力传感器，卷轴15连接有卷轴电机，所述绳索14一端固定于卷轴15上另一端与无人机2连接，所述数据电源线6通过若干连接件8附着于绳索14上。
如图3所示，所述无人机2下方设置有360°旋转底座20，所述数据采集装置7安装在旋转底座20上，在所述数据采集装置7外部安装有透明玻璃罩21。
本实施例中优选的方式为，所述数据采集装置包括雷达探测仪、红外探测仪、摄像机和激光测距仪。
本实施例中优选的方式为，所述供电电源为蓄电池，所述无人艇上端面安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板与蓄电池输入端电连接；所述发电机输入端与柴油发动机连接，发电机输出端与蓄电池输入端电连接。
本实施例中优选的方式为，所述无人艇前方和/或后方安装有超声波探测仪。
本实施例中优选的方式为，在所述艇体内部还设置有GPS定位***、惯性导航***，便于操作人员随时监控无人艇在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。
本实施例中优选的方式为，所述无人艇、无人机和喷水推进泵均采用聚四氟乙烯或聚醚醚酮镀膜，防止海水腐蚀。
本实施例中优选的方式为，所述喷水推进泵与无人艇尾部连接处安装有关节轴承，关节轴承与转向电机连接，电机带动关节轴承使喷水推进泵在水平方向转动，即改变无人艇的航行方向；所述喷水推进泵的出水口还设置有盖体，当无人艇航行时盖体打开，无人艇静止时，盖体闭合防止海水倒流进入泵内。
本实施例中优选的方式为，所述连接件为橡胶环、胶布、夹子，实现数据电源线与绳索之间的软连接。
无人艇的工作原理：
如图4所示，无人艇巡航时，操作人员通过陆地或母舰控制***3经无线通讯模块19来操控无人艇上的控制单元11启动无人机2和无人艇；控制单元11启动卷轴电机带动卷轴15将绳索14和数据电源线6缓缓释放，无人机2缓缓升起至指定高度；陆地或母舰控制***3通过无人艇导航模块实现对无人艇巡航路线的控制，同时无人艇牵引无人机2在无人艇上方飞行；无人机2上的旋转底座20带动数据采集装置7对巡航环境进行360°数据采集，并将采集到的数据传输给数据初级处理模块10，同时，多波束测深仪12将采集到的巡航路线海底的环境数据传输给数据初级处理模块10，数据初级处理模块10将接受到的数据初级处理后通过无线通讯模块19实时传输给陆地或母舰控制***3；操作人员根据无人艇反馈的实时巡航路线路况数据及时的了解无人艇巡航路线情况，也可以根据巡航路线路况实时调整巡航路线；巡航工作结束，陆地或母舰控制***3控制无人艇的控制单元11，启动卷轴电机带动卷轴15将绳索14和数据电源线6卷收，实现无人机的回收，最终无人机2停靠在无人艇上的无人机停机台4上。
飞行过程中，当绳索14上的拉力大于Xmax时，卷轴15上的拉力传感器向控制单元11发出压力过大信号，控制单元11控制卷轴电机对绳索14和数据电源线6进行释放；当绳索14上的拉力小于Xmin时，卷轴15上的拉力传感器向控制单元11发出压力过小信号，控制单元11控制卷轴电机对绳索14和数据电源线6进行收紧；其中绳索14具有张力作用，数据电源线6始终处于松弛状态，保证了数据电源线6不被扯断。
柴油发动机带动喷水推进泵13工作为无人艇提供动力驱动，同时柴油发动机连接有发电机，发电机的输出端与蓄电池16连接，不断为蓄电池16提供电力输入，同时无人艇上的太阳能电池板17也为蓄电池16提供电能输入，保证了巡航过程中蓄电池16的电池续航能力。
巡航过程中，当无人机2前方和/或后方的超声波探测仪18感知到前方和/或后方有暗礁等障碍物时，将数据通过数据电源线6及时传输给控制单元11，控制单元11启动无人艇上的导航模块，同时调节喷水推进器13的喷水方向重新规划出绕行障碍物的巡航路线。
通过调节无人机2上的数据采集装置7中的摄像头焦距可以实现较远目标的图像拍摄；夜晚航行时，无人机2上的数据采集装置7中的红外探测仪可以采集目标数据；无人机2上的数据采集装置7中的雷达探测仪可以探测到前方是否有飞行器等目标并采集相应的数据；无人机2上的数据采集装置7中的激光测距仪可以测定目标与无人艇之间的距离。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种智能巡航无人艇，其特征在于，包括艇体，艇体上搭载有无人机，在艇体内部设置有供电电源、柴油发动机、数据初级处理模块以及控制单元，柴油发动机通过发电机与供电电源连接，控制单元包括无线通讯模块和导航模块，艇体通过无线通讯模块与陆地或母舰控制***无线连接，在艇体上设置有无人机停机台，无人机停机台上设置有无人机连接件，所述无人机通过数据电源线与无人艇电连接，在所述无人机上设置有数据采集装置，在艇体底部设置有多波束测深仪，在艇体尾部设置有喷水推进泵，所述喷水推进泵与柴油发动机连接，所述供电电源为艇体和无人机供电，所述数据初级处理模块将数据采集装置和多波束测深仪采集的数据初级处理后经无线通讯模块传输给陆地或母舰控制***。
2.如权利要求1所述的一种智能巡航无人艇，其特征在于：所述无人机与无人艇之间还连接有绳索，所述无人机连接件为卷轴，卷轴上设有拉力传感器，卷轴连接有卷轴电机，所述绳索一端固定于卷轴上另一端与无人机连接，所述数据电源线通过若干连接件附着于绳索上。
3.如权利要求2所述的一种智能巡航无人艇，其特征在于：所述数据采集装置包括雷达探测仪、红外探测仪、摄像机和激光测距仪。
4.如权利要求3所述的一种智能巡航无人艇，其特征在于：所述无人机下方设置有360°旋转底座，所述数据采集装置安装在旋转底座上，在所述数据采集装置外部安装有透明玻璃罩。
5.如权利要求1所述的一种智能巡航无人艇，其特征在于：所述供电电源为蓄电池，所述无人艇上端面安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板与蓄电池输入端电连接；所述发电机输入端与柴油发动机连接，发电机输出端与蓄电池输入端电连接。
6.如权利要求1所述的一种智能巡航无人艇，其特征在于：所述无人艇前方和/或后方安装有超声波探测仪。
7.如权利要求6所述的一种智能巡航无人艇，其特征在于：在所述艇体内部还设置有GPS定位***、惯性导航***。
8.如权利要求1～7任意一项所述的一种智能巡航无人艇，其特征在于：所述无人艇、无人机和喷水推进泵均采用聚四氟乙烯或聚醚醚酮镀膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181116 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |