CN116176779B - 一种海洋装备用无人船 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种海洋装备用无人船，属于海洋装备技术领域，该无人船包括船体侧舷和压载舱，船体侧舷设置在压载舱的上部，在船体侧舷和压载舱的前端设置有前挡部，船体侧舷、压载舱和前挡部围拢形成用于放置海上无人***的U型空间，在船体侧舷和压载舱的尾端留设有用于海上无人***进出U型空间的敞口；该无人船包括两个半船体；相应地，所述压载舱包括第一舱体和第二舱体；在第一舱体和第二舱体之间设置有连接件；在第一舱体和第二舱体的底部均设置有用于推动其自主移动的全回转推进器。本发明无人船具有自主航行接驳能力，可自主实现动力定位，姿态控制稳定，可快速高效回收海上无人***，机动性强、自主化程度高、无需操作人员的介入。

Description

一种海洋装备用无人船
技术领域
本发明涉及海洋装备技术领域，具体地说是涉及一种海洋装备用无人船。
背景技术
目前，海洋观测越来越多的以海上无人***为主。海上无人***在执行任务前需要安全布放，并且在完成任务返航后需要及时可靠回收。布放与回收都是在母船上完成，现有吊放式与滑道式两种实现方式。
吊放式是目前无人***布放和回收应用最多的形式，采用线缆系留的方式连接到海上无人***，然后利用母船上安装的起重机械提起或降下海上无人***。吊放式需要母船停船静止，对海况要求高（恶劣海况很难完成回收），并且需要多人协助、人工解挂钩等操作，自主化程度低，安全性差，不适用于复杂海况下无人***的布放与回收等。滑道式是在母船的艉部设置较长的斜坡滑道，在回收时，海上无人***通过实时引导，选择合适的时机，以高于母船的航速冲入艉部滑道，实现回收。滑道式在母船与海上无人***对接引导过程中，需人工辅助遥控操作以克服尾流和海浪的影响，高海况下母船剧烈运动，艉部升起离开水面，无人***很难进入滑道，自主性较弱。而且滑道式需在母船艉部设置开口，占用空间，增加了母船设计的难度。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出一种海洋装备用无人船。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种海洋装备用无人船，包括船体侧舷和压载舱，船体侧舷设置在压载舱的上部，在船体侧舷和压载舱的前端设置有前挡部，船体侧舷、压载舱和前挡部围拢形成用于放置海上无人***的U型空间，在船体侧舷和压载舱的尾端留设有用于海上无人***进出U型空间的敞口；
该无人船包括两个半船体；相应地，所述压载舱包括第一舱体和第二舱体，所述前挡部包括第一挡块和第二挡块；所述船体侧舷设置两个，其中一个船体侧舷与第一舱体和第一挡块连接形成其中一个半船体，另一个船体侧舷与第二舱体和第二挡块连接形成另一个半船体；
在第一舱体和第二舱体之间设置有能够调节第一舱体和第二舱体之间间距的连接件；在第一舱体和第二舱体的底部均设置有用于推动其自主移动的全回转推进器。
优选的，在前挡部处设置有定位通信天线和控制***，定位通信天线和全回转推进器均与控制***连接。
优选的，所述两个半船体呈对称布置；
所述第一舱体和第二舱体底部设置的全回转推进器的个数相等，且第一舱体和第二舱体底部的全回转推进器安装位置呈对称分布。
优选的，所述全回转推进器包括推进器本体，在推进器本体的尾部设置有桨叶；在推进器本体上还安装有电机，电机的转轴呈竖向布置，在电机的转轴末端连接固定盘，固定盘安装在第一舱体或第二舱体的底部。
优选的，所述连接件为连接横梁，连接横梁包括横梁主体，在横梁主体的两端设置有端板，端板的表面积大于横梁主体的截面积；
在第一舱体和第二舱体上均设置有竖向贯通的通孔，在第一舱体和第二舱体的相向内侧均设置有穿孔，穿孔与通孔相连通；所述横梁主体从穿孔中穿过，且端板卡入通孔中。
优选的，所述前挡部的内侧面设置有磁体，在海上无人***的头部设置有与磁体相配合的亲磁金属块。
优选的，该无人船上还设置有传感器模块，所述传感器模块包括风速传感器和浪流传感器，风速传感器和浪流传感器均与控制***连接。
优选的，在船体侧舷的端部还设置有用于发射激光束的激光雷达，激光雷达与控制***连接。
优选的，该无人船上还设置有用以实现与海上无人***远距离对接引导的光源。
本发明的有益技术效果如下：
第一，本发明无人船机动性强、自主化程度高、无需操作人员的介入；第二，本发明无人船具有自主航行接驳能力，可自主实现动力定位，姿态控制稳定，回收海上无人***快速、效率高；第三，本发明无人船配备有压载舱，可实现沉浮，克服尾流和海浪的影响，提高回收海上无人***的效率；第四，本发明无人船可以变形，以适应不同大小和结构的海上无人***应用；第五，本发明无人船还配备有激光雷达和光源等，可实现对海上无人***的引导及精准对接，回收效率高。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明海洋装备用无人船的结构原理示意图；
图2为图1的左侧视图；
图3为图1的后侧视图；
图4为图1的俯视图；
图5为本发明海洋装备用无人船的半船体结构示意图；
图6为本发明中用于两个半船体连接的连接横梁的结构示意图；
图7为本发明中全回转推进器在无人船底部布置的示意图；
图8为本发明中全回转推进器的结构示意图；
图9为本发明海洋装备用无人船在海面沉浮的示意图；
图10为本发明海洋装备用无人船变形前的初始状态俯视图；
图11为本发明海洋装备用无人船变形后的状态俯视图；
图12为本发明海洋装备用无人船变形时的原理图，图中示出无人船的仰视结构；
图13为本发明无人船与海上无人***引导精准对接时的原理示意图。
图中：1-船体侧舷，2-压载舱，3-前挡部，4-U型空间，5-海上无人***，6-半船体，7-连接件，8-全回转推进器，9-控制***，10-磁体，11-定位通信天线，12-风速传感器，13-浪流传感器，14-激光雷达，15-光源，16-动力模块，17-水面，18-激光束；
201-第一舱体，202-第二舱体；301-第一挡块，302-第二挡块；701-横梁主体，702-端板，703-通孔，704-穿孔；801-推进器本体，802-桨叶，803-电机，804-固定盘，805-转轴。
具体实施方式
结合附图，一种海洋装备用无人船，包括船体侧舷1和压载舱2，船体侧舷1设置在压载舱2的两侧上部，在船体侧舷1和压载舱2的前端设置有前挡部3，船体侧舷1、压载舱2和前挡部3围拢形成用于放置海上无人***的U型空间4。在船体侧舷1和压载舱2的尾端留设有用于海上无人***5进出U型空间4的敞口。
该无人船包括两个半船体6。相应地，所述压载舱2包括第一舱体201和第二舱体202，所述前挡部3包括第一挡块301和第二挡块302。所述船体侧舷1设置两个，其中一个船体侧舷与第一舱体201和第一挡块301连接形成其中一个半船体，另一个船体侧舷与第二舱体202和第二挡块302连接形成另一个半船体。在第一舱体201和第二舱体202之间设置有能够调节第一舱体201和第二舱体202之间间距的连接件7。在第一舱体201和第二舱体202的底部均设置有用于推动其自主移动的全回转推进器8。
本发明无人船可将海上无人***固定在其U型空间4内。无人船的结构可变形，因此适合不同大小和结构的海上无人***。而且在海上无人***进行回收时，可先控制无人船进行结构变形，使U型空间的宽度增大，以更为方便快速将海上无人***回收至U型空间中，随后可再将U型空间收缩至与海上无人***相适配的宽度。本发明可实现海上无人***在不同海况下的高效自主布放和回收。
具体地，为满足不同大小的海上无人***使用，无人船的U型空间4的宽度是可改变的，具体通过全回转推进器8控制打开或关闭。如图10所示，初始状态两半船体紧密连接，减小阻力；在与海上无人***对接过程中，根据海上无人***的大小选择是否变形。变形后的状态如图11所示。变形后宽度增加，无人船稳定性增强，左右摇晃减少，并且增加了无人船和海上无人***对接的精度，提高了工作效率。
作为对本发明的进一步设计，所述两个半船体呈对称布置。所述第一舱体201和第二舱体202底部设置的全回转推进器的个数相等，且第一舱体和第二舱体底部的全回转推进器安装位置呈对称分布。更为具体地，所述全回转推进器8可设置偶数个，如图7所示，共设置4个，且分为两组，每组2个。其中一组布置在无人船的底部一侧，另一组对称布置在无人船的底部另一侧。即其中一组全回转推进器布置在第一舱体201的底部，另一组全回转推进器布置在第二舱体202的底部。无人船搭载全回转推进器8，配合结构可变形设计，使得无人船具有可变形、自主移动和动力定位功能，机动性强，提高了对海上无人***5的布放与回收效率。
更进一步的，所述全回转推进器8包括推进器本体801，在推进器本体801的尾部设置有桨叶802。在推进器本体801上还安装有电机803，电机803的转轴805呈竖向布置，在电机803的转轴末端连接固定盘804，固定盘804安装在第一舱体201或第二舱体202的底部。电机803与控制***9连接，以通过控制***9进行控制。
上述连接件7为连接横梁，如图6所示，连接横梁包括横梁主体701，在横梁主体701的两端设置有端板702，端板702的表面积大于横梁主体701的截面积。在第一舱体201和第二舱体202上均设置有竖向贯通的通孔703，在第一舱体201和第二舱体202的相向内侧均设置有穿孔704，穿孔704与通孔703相连通。所述横梁主体701从穿孔704中穿过，且端板702卡入通孔703中。
上述连接件设置多个，如2个或更多个，连接件沿第一舱体201和第二舱体202的宽度方向布置。
本发明通过在无人船的底部合理布置全回转推进器8，使得无人船还具备自主移动能力，可以按照一定的航向运动。同时，无人船还具备动力定位功能，即在受浪流作用时，可通过全回转推进器8提供反向推力，以将浪流作用力抵消，使得无人船在某处定位不动。本发明无人船可实现与海上无人***5的精准对接。
无人船实现变形及动力定位等功能的原理如下：如图12所示，无人船底部安装有四个全回转推进器，每一个均可在平面360度旋转。当要变形时，通过控制电机803的旋转，使得每个推进器本体801的轴线旋转至与无人船横向（Y轴）平行，推力均指向内测，此时推进器本体启动后，桨叶802旋转，会产生方向相反的推力，使两半船体在横向沿连接件7滑动，实现变形，宽度增加。当宽度增大到连接件7限位宽度后停止。同理，要恢复初始状态，四个推进器轴线旋转至与无人船横向平行，推力均指向外测，通过推力实现合拢。
该无人船通过配置压载舱2实现可沉浮功能，如图9所示。无人船可利用本身的浮力和压载舱2来实现正确的水线和平整度，即可以实现沉浮。无人船的底部两侧布置有第一舱体201和第二舱体202，第一舱体201和第二舱体202共同组成压载舱。在第一舱体201和第二舱体202上均设置有上下贯通的竖向通孔。当布放海上无人***时，海上无人***放置在无人船的U型空间4中，布放到海面时，海水进入U型空间4，启动压载舱2，海水进入压载舱2内部，无人船体重量增加，进而下沉。此时，海上无人***依靠浮力，脱离无人船。
在回收过程中，由于尾流和海浪的影响，无人船会起伏波动，增加海上无人***进入U型空间的难度，因此需要将无人船体下沉入海面。U型空间4的底面进入水中，从而克服尾流和海浪带来的起伏影响，极大增加了海上无人***5进入U型空间4的效率。回收完成后，压载舱2将内部海水向外排出，恢复正常浮力状态。
具体地，压载舱2通过控制进水，实现无人船的下沉。当需要无人船上浮时，可控制压载舱2内部的海水向外排出。压载舱2的进排水可采用常规设置，如海水外排时可采用在第一舱体201和第二舱体202中均单独配置潜水泵和外排水管等进行实现。
进一步的，所述前挡部3的内侧面设置有磁体10，在海上无人***5的头部设置有与磁体10相配合的亲磁金属块。磁体10可根据通断电情况，产生或消除磁性，进而实现与亲磁金属块的吸引或断开。通过磁体10的设置，当海上无人***放置或回收到U型空间4内时，实现与海上无人***的自动物理连接，安全稳固，无需人员操作。
更进一步的，控制***9安装在前挡部3处，在前挡部3处还设置有定位通信天线11，定位通信天线11和全回转推进器8均与控制***9连接。该无人船上还设置有传感器模块，所述传感器模块包括风速传感器12和浪流传感器13，风速传感器12和浪流传感器13也均与控制***9连接。
在自主回收过程中，风浪流的冲击会对无人船产生非预期的偏移，严重影响无人船的位置和姿态，使海上无人***和无人船之间对接难度增大，降低了工作效率。本发明通过增设风速传感器12和浪流传感器13，可实时获取无人船所处的外部环境，并将获取的信息实时传送到控制***9。同时，定位通信天线11可将当前无人船自身运动状态(位置、航向)反馈给控制***9，控制***9经判断后，可进一步控制全回转推进器8等执行相关动作，从而抵消风浪流的冲击对无人船产生的非预期偏移干扰，实现动力定位。
上述全回转推进器8能够以任意角度施出大小可变的力，实现无人船在任意方向内的自由移动。全回转推进器8还可实现无人船的自动动力定位，即控制无人船逐渐靠近对接目标位置，然后保持住位置和航向，控制精度高，不会与无人***发生碰撞。根据实时获取的外部环境和当前无人船运动状态(位置、航向)，可以使无人船固定在某一点上。四个全回转推进器通过固定盘和螺栓连接到无人船底部。
上述动力定位的实现方法是实时调整每个全回转推进器8的角度和旋转速度。如图7所示，假设要实现O点的动力定位，此时定位通信天线11和传感器模块检测到无人船向Y正方向产生了偏移。此时则应该将全回转推进器8轴线旋转至与Y轴平行，推力方向朝Y正方向，并调整相应的桨叶转速，使得无人船受到向Y反方向的推力，实现动力定位。
更进一步的，在船体侧舷1的端部上方还设置有用于发射激光束18的激光雷达14，激光雷达14与控制***9连接。如图13所示，激光雷达14与控制***9连接。在无人船上还设置有用以实现与海上无人***远距离对接引导的光源15。在无人船上安装高能见度光源，以实现无人船与海上无人***5远距离对接光源引导，也满足夜间作业。同时在无人船两侧安装激光雷达14，可确定在横向(左-右) 方向上的对准，以达到近距离纠正海上无人***位置的作用。当然，也可以通过控制***9等实现无人船和海上无人***的双向调整精准对接。当激光束18打在海上无人***上时，根据反馈信号，使无人船左右微调，以实现近距离的精准对接。
上述无人船上还设置有动力模块16，用以提供能源。上述传感器模块，如风速传感器12和浪流传感器13用于实时获取无人船所处的外部环境和当前自身运动状态。上述压载舱2用于实现无人船的沉浮。全回转推进器8用以实现无人船自主移动、结构变形和动力定位。控制***9主要用于获取传感器模块等信息，以控制无人船的运动以及实现精准对接。
上述无人船的船体侧舷1上还可进一步与支架或吊钩等进行连接，可在必要时通过母船上的吊具将无人船吊放到母船上。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种海洋装备用无人船，其特征在于：包括船体侧舷和压载舱，船体侧舷设置在压载舱的上部，在船体侧舷和压载舱的前端设置有前挡部，船体侧舷、压载舱和前挡部围拢形成用于放置海上无人***的U型空间，在船体侧舷和压载舱的尾端留设有用于海上无人***进出U型空间的敞口；
该无人船包括两个半船体；相应地，所述压载舱包括第一舱体和第二舱体，所述前挡部包括第一挡块和第二挡块；所述船体侧舷设置两个，其中一个船体侧舷与第一舱体和第一挡块连接形成其中一个半船体，另一个船体侧舷与第二舱体和第二挡块连接形成另一个半船体；
在第一舱体和第二舱体之间设置有能够调节第一舱体和第二舱体之间间距的连接件；在第一舱体和第二舱体的底部均设置有用于推动其自主移动的全回转推进器。
2.根据权利要求1所述的一种海洋装备用无人船，其特征在于：在前挡部处设置有定位通信天线和控制***，定位通信天线和全回转推进器均与控制***连接。
3.根据权利要求1所述的一种海洋装备用无人船，其特征在于：所述两个半船体呈对称布置；
所述第一舱体和第二舱体底部设置的全回转推进器的个数相等，且第一舱体和第二舱体底部的全回转推进器安装位置呈对称分布。
4.根据权利要求1所述的一种海洋装备用无人船，其特征在于：所述全回转推进器包括推进器本体，在推进器本体的尾部设置有桨叶；在推进器本体上还安装有电机，电机的转轴呈竖向布置，在电机的转轴末端连接固定盘，固定盘安装在第一舱体或第二舱体的底部。
5.根据权利要求1所述的一种海洋装备用无人船，其特征在于：所述连接件为连接横梁，连接横梁包括横梁主体，在横梁主体的两端设置有端板，端板的表面积大于横梁主体的截面积；
在第一舱体和第二舱体上均设置有竖向贯通的通孔，在第一舱体和第二舱体的相向内侧均设置有穿孔，穿孔与通孔相连通；所述横梁主体从穿孔中穿过，且端板卡入通孔中。
6.根据权利要求1所述的一种海洋装备用无人船，其特征在于：所述前挡部的内侧面设置有磁体，在海上无人***的头部设置有与磁体相配合的亲磁金属块。
7.根据权利要求2所述的一种海洋装备用无人船，其特征在于：该无人船上还设置有传感器模块，所述传感器模块包括风速传感器和浪流传感器，风速传感器和浪流传感器均与控制***连接。
8.根据权利要求2所述的一种海洋装备用无人船，其特征在于：在船体侧舷的端部还设置有用于发射激光束的激光雷达，激光雷达与控制***连接。
9.根据权利要求1所述的一种海洋装备用无人船，其特征在于：该无人船上还设置有用以实现与海上无人***远距离对接引导的光源。
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