CN116461650A - 一种用于无人船的定点停泊装置及定点停泊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人船的定点停泊装置及停泊方法，所述定点停泊装置包括充放气模块和抛锚模块，充放气模块用于向抛锚模块充气或抽气；抛锚模块包括锚块，固定在锚块下的PVC充气球，与PVC充气球连通的抛锚气管，与抛锚气管连接用于收、放抛锚气管的气管绞盘，与气管绞盘连接用于驱动气管绞盘转动的电机。本发明通过气球的膨胀与收缩来实现无人船的“收锚”和“放锚”功能，采用单个气泵完成充放气功能，无需配备大马力电机和高性能电池，既提高了船体抗风、抗浪能力，也让无人船随时随地都能定点停泊，大大提高了无人船的稳定性和可操作性。

Description

一种用于无人船的定点停泊装置及定点停泊方法

技术领域

本发明涉及传感器应用技术领域和无人船艇领域，尤其是环境监测无人船、海洋调查无人船、无人安防救援船、无人航运、无人驾驶清洁船等环境监测和侦查领域，具体涉及一种用于无人船的定点停泊装置及定点停泊方法。

背景技术

2018年以来我国民用无人船一直保持高速增长的趋势。2020年市场规模约为3.3亿元，同比增长65％，预计到2023年市场规模会达到32.2亿。目前，无人船已经广泛应用于水环境测量与地质地貌测绘领域，并在各个领域显现优势。传统无人船在监测或侦查时，受水流和风的影响，船体易“随波逐流”，水下推进器需要不停地调整位置，这增加了能耗，且导致相关监测或侦查数据不稳定，对于数据精准度要求高的用户而言，这是亟需解决的技术难题。

现有技术中，无人船停泊控制方法、无人船停泊控制装置(CN 111796594 A)描述了一种固定式的岸基停靠点；无人船自主停泊定位方法、装置及相关组件(CN 114063622A)通过测量标志物与返航终点的相对位置关系来完成停泊动作；一种无人船停泊固定***(CN 110510063 A)包括预定泊位的固定部分和安装在无人船上的拦阻杆，仍然是未来解决固定位置的停泊问题。一种小型无人船艇自动停泊方法(CN 111752286 B)通过计算船艇与实时水岸线的实时姿态信息，调整船艇航向，实现船艇的自动停泊，其目标点是岸边，并非实现在水体任意位置停泊。由此可见，当前无人船的停泊装置多是依靠岸基或某一固定点实现，尚无法在湖泊、河流中实现稳定停泊。

如果采用传统的锚来实现停泊，在起锚时需要大功率的电机才能完成，而无人船多采用小型化的设计，其搭载的动力和电能有限，配备大功率电机。然而对于一些执行侦查任务、水质监测的无人船来说，迫切需要定点停泊的功能，这有利于降低无人船的能耗，同时还可以提高侦查的隐蔽性和数据精准度。因此，需要开发一种能耗低的起锚装置。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种用于无人船的定点停泊装置，能够使得无人船在风浪的作用下实现稳定停泊；本发明的另一目的是提供一种用于无人船的定点停泊方法。

技术方案：本发明的一种用于无人船的定点停泊装置，包括充放气模块和抛锚模块，充放气模块用于向抛锚模块充气或抽气；抛锚模块包括锚块，固定在锚块下的PVC充气球，与PVC充气球连通的抛锚气管，与抛锚气管连接用于收、放抛锚气管的气管绞盘，与气管绞盘连接用于驱动气管绞盘转动的电机；其中，当收锚时，充放气模块向抛锚模块充气，PVC充气球充满气体，锚块浮于水面，电机驱动气管绞盘将抛锚气管收紧；当放锚时，电机驱动气管绞盘将抛锚气管放开，充放气模块向抛锚模块抽气，PVC充气球内空气被吸走，锚块沉于水下。

作为上述方案的进一步改进，所述充放气模块包括充气泵、第一主气管、电磁阀A、气管电磁阀、出气口、电磁阀B、电磁阀C、进气口、电磁阀D、第二主气管、第一支气管、第二支气管，其中出气口设在充气泵的一端，进气口设在充气泵的另一端；第一主气管的一端与出气口连通，另一端分别与第一支气管和第二支气管连通；第二主气管的一端与进气口连通，另一端分别与第一支气管和第二支气管连通；第一支气管与抛锚气管可拆卸连接；其中第二支气管连接有通气罩；电磁阀B设在第一支气管的一端，电磁阀C设在第一支气管的另一端；电磁阀A设在第二支气管的一端，电磁阀D设在第二支气管的另一端；通过各电磁阀的开关实现充气泵向PVC充气球的充气和抽气。

作为上述方案的更进一步改进，所述充放气模块还包括气管电磁阀，所述气管电磁阀用于连通第一支气管和抛锚气管。

作为上述方案的更进一步改进，所述定点停泊装置还包括WIFI继电器，WIFI继电器用于向充放气模块和抛锚模块提供电源。

作为上述方案的更更进一步改进，所述定点停泊装置还包括WIFI热点，所述WIFI热点用于连通移动设备与WIFI继电器，通过移动设备控制充放气模块和抛锚模块的运行和关闭。

作为上述方案的进一步改进，所述抛锚模块还包括设在气管绞盘上的导管器，导管器用于引导抛锚气管收放。

作为上述方案的进一步改进，所述抛锚模块还包括防护网，防护网用于连接锚块和PVC充气球。

作为上述方案的进一步改进，所述抛锚模块还包括截止环，截止环设在抛锚气管靠近PVC充气球的一端，当截止环与导管器底部接触时，气管绞盘停止转动。

作为上述方案的进一步改进，所述抛锚模块还包括水位传感器，水位传感器安装在PVC充气球的底部，用于测量锚块的当前水位。

另一方面，本发明提供一种利用上述的用于无人船的定点停泊装置定点停泊的方法，包括以下步骤：

充放气模块布置在无人船舶的高处，抛锚模块装配在无人船舶的侧边或尾部；

第一支气管与气管电磁阀连接，气管电磁阀与绞盘进气口连接；

初始状态中，抛锚模块中的PVC充气球充满气，漂浮在水面中；

当无人船舶需要在某一点停泊时，抛锚模块中的电机驱动气管绞盘将抛锚气管放开，充放气模块向抛锚模块中的PVC充气球中抽气，锚块沉于水下；

当无人船舶需要前往其他区域时，充放气模块向抛锚模块中的PVC充气球充气，锚块浮于水面，抛锚模块中的电机驱动气管绞盘将抛锚气管收紧。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明通过气球的膨胀与收缩来实现无人船的“收锚”和“放锚”功能，采用单个气泵完成充放气功能，无需配备大马力电机和高性能电池，既提高了船体抗风、抗浪能力，也让无人船随时随地都能定点停泊，大大提高了无人船的稳定性和可操作性。无人船挂载停泊装置后可以实现定点精准停泊，具备低功耗、低成本的优势。

附图说明

图1为本发明的用于无人船的定点停泊装置结构示意图。

图2为本发明的绞盘侧视图和导管器仰视图。

图3为本发明充放气模块样机。

图4为本发明绞盘模型图。

附图标记，1、充气泵；2、第一主气管；3、通气罩；4、三通；5、电磁阀A；6、电磁阀B；7、气管电磁阀；8、出气口；9、电磁阀C；10、WIFI继电器；11、进气口；12、电磁阀D；13、WIFI热点；14、绞盘进气口；15、导管器；16、气管绞盘；17、抛锚气管；18、铁块；19、水位传感器；20、PVC充气球；21、防护网；22、截止环；23、电机；24、支架；25、第二主气管；26、第一支气管；27、第二支气管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1-4所示，在一实施例提供一种用于无人船的定点停泊装置，包括充放气模块和抛锚模块，其中充放气模块用于向抛锚模块充气或抽气，抛锚模块用于无人船的定点停泊。

所述充放气模块包括充气泵1、第一主气管2、通气罩3、三通4、电磁阀A5、电磁阀B6、气管电磁阀7、出气口8、电磁阀C9、进气口11、电磁阀D12、第二主气管25、第一支气管26和第二支气管27。

所述充气泵1内置气体流量计，当气体流量<0.1L/min时，气泵自动停止工作。

其中，出气口8设在充气泵1的一端，进气口11设在充气泵1的另一端；第一主气管2和第二主气管25分别连在充气泵1的两端，具体的，第一主气管2与充气泵1的出气口8端连通，第二主气管25与充气泵1的进气口11端连通；当充气泵需要抽气时，气体从抛锚模块吸出，经第一主气管2后进入充气泵1，然后经第二主气管25，再排出；当充气泵需要充气时，气体从外界经第二主气管25进入充气泵1，然后经第一主气管2后，再进入抛锚模块。

所述第一支气管26的一端分别与第二主气管25和第二支气管27连通，第一支气管26的另一端分别与第一主气管2和第二支气管27连通；第二支气管27的一端分别与第二主气管25和第一支气管26连通，第二支气管27的另一端分别与第一主气管2和第一支气管26连通。以上涉及到的三个气管的连通，使用三通4进行连通。

其中，各支气管和主气管为PU气管，其外径为12mm，内径为8mm。

所述电磁阀B6设在第一支气管26靠近第一主气管2的一端，电磁阀C9设在第一支气管26靠近的第二主气管25一端；电磁阀A5设在靠近第一主气管2的第二支气管27的一端，电磁阀D12设在第二支气管27靠近第二主气管25的一端；通过各电磁阀的开关实现充气泵1向PVC充气球20的充气和抽气。

所述气管电磁阀7用于连通第一支气管26和抛锚模块。

如图1-2所示，所述抛锚模块包括绞盘进气口14、导管器15、气管绞盘16、抛锚气管17、锚块18、水位传感器19、PVC充气球20、防护网21、截止环22、电机23、支架24。

其中绞盘进气口14设在气管绞盘16上，与抛锚气管17连通，绞盘进气口14通过气管电磁阀7与充放气模块连通。气管电磁阀7与绞盘进气口14连接后，气管电磁阀7可以自由转动，气管电磁阀7启动时与绞盘进气口14实现密闭连接。

导管器15设在气管绞盘16上，导管器15底部孔洞四周为圆弧状，用于引导抛锚气管17收放。

所述抛锚气管17为PU加纱气管，其外径为12mm，内径为8mm，可承载40kg拉力，30kg压力；PU加纱气管中集成了信号线。

所述PVC充气球20固定在锚块18下，优选的，锚块18为若干个铁块，PVC充气球20和铁块通过防护网21固定。PVC充气球20与抛锚气管17连通。电机23与气管绞盘16连接，用于驱动气管绞盘16转动的电机23，从而控制抛锚气管17的收放。电机23可实现停转后自动断电，且电机23正转时锚下放，气管从绞盘放出，随“锚”潜入水中，电机23反转时锚收起，气管回收在绞盘上。

所述截止环22，截止环22设在抛锚气管17靠近PVC充气球20的一端，当截止环22与导管器15底部接触时，气管绞盘16停止转动。

所述水位传感器19安装在PVC充气球20的底部，用于测量锚块18的当前水位。当水位传感器19获取的水位<0.1m时，充气泵1和电机23同时停止工作；当水位传感器19获取的水位>0.5m，且与2s内不再变化时，电机23停止工作。

所述支架24设在电机23底部，用于支撑电机23。气管绞盘16和电机23通过螺丝连接，并以支架24进行加固，可布局在无人船的侧边和后方。

在一实施例中，提供一种用于无人船的定点停泊装置，包括充放气模块、抛锚模块和控制模块，所述控制模块包括WIFI继电器10、WIFI热点13和移动设备。WIFI热点13由无人船或随身WIFI提供。

其中，WIFI继电器10用于向充放气模块和抛锚模块提供电源。所述WIFI热点13用于连通移动设备与WIFI继电器10，通过移动设备控制充放气模块和抛锚模块的运行和关闭。

本实施例中，水位传感器19通讯线路布设在PU加纱气管管壁内，由绞盘进气口14引出接入WIFI继电器10；当水位传感器19获取的水位<0.1m时，充气泵1和电机23同时停止工作；当水位传感器19获取的水位>0.5m，且与2s内不再变化时，电机23停止工作。

本实施例中，WIFI继电器10通过WIFI热点接入网络后，通过物联网APP或微信小程序可以单独控制充气泵1、电磁阀A5、电磁阀B6、气管电磁阀7、电磁阀C9、电磁阀D12和电机23的启闭，亦可在APP中定制组合动作。

本发明实施例提供一种用于无人船的定点停泊方法，具体包括以下步骤：

1)将本装置中的充放气模块布置在无人船舶的较高处，将抛锚模块装配在无人船舶的侧边或尾部；

2)将第一支气管26与气管电磁阀7连接，气管电磁阀7与绞盘进气口14连接；

3)充放气模块和抛锚模块接入12V电源；

4)待WIFI继电器工作后，将手机通过蓝牙与WIFI继电器连接，打开APP或微信小程序以下简写为APP配置WIFI继电器接入WIFI热点，接入成功后，断开蓝牙，停泊装置进入初始状态：气泵停止，电机停止，气管电磁阀打开，电磁阀A5和电磁阀D12打开，电磁阀B6和电磁阀C9关闭；

5)当无人船舶需要在某一点停泊时，在APP点击“停泊”按钮，电磁阀A5和电磁阀C9打开，气泵工作，当气体流量<0.1L/min时，气泵自动停止工作；

6)气管电磁阀7断开，电机正转，锚和气管潜入水中；

7)在APP查看锚底部水位数据，当水位数据2s内不再变化时，电机停止工作，此时完成无人船停泊功能；

8)当无人船需要前往其他区域时，在APP中点击“收锚”，气管电磁阀启动，1S后，电磁阀A5和电磁阀C9关闭，电磁阀B6和电磁阀D12打开，气泵工作，PVC充气球逐渐膨胀；5S后，电机反转，气管回收至绞盘中；

9)在APP查看锚底部水位数据，当水位数据<0.1m时，气泵停止工作，电磁阀C和电磁阀B关闭。

10)电机持续运转，当截止环与导管器底部接触，电机自动停止工作，此时完成无人船起锚功能。

本实施例中，当无人船舶需要在某一点停泊时，抛锚模块中的电机23驱动气管绞盘16将抛锚气管17放开，充放气模块向抛锚模块中的PVC充气球20中抽气，锚块18沉于水下；具体的，抽气过程为：PVC充气球20中气体依次经抛锚气管17、气管电磁阀7、第一支气管26、电磁阀C9、进气口11、充气泵1、出气口8、第一主气管2、第二支气管27和电磁阀A5，最终空气穿过电磁阀A5进入通气罩3中排到外界。

当无人船舶需要前往其他区域时，充放气模块向抛锚模块中的PVC充气球充气，锚块18浮于水面，抛锚模块中的电机23驱动气管绞盘16将抛锚气管17收紧。具体的，充气过程为：外界空气依次经通气罩3、第二支气管27、电磁阀D12、进气口11、第二主气管25、充气泵1、出气口8、第一主气管2、第一支气管26、电磁阀B6、气管电磁阀7、和抛锚气管17，最终空气通过抛锚气管17进入PVC充气球20，完成充气。

Claims (10)

1.一种用于无人船的定点停泊装置，其特征在于，包括充放气模块和抛锚模块，充放气模块用于向抛锚模块充气或抽气；抛锚模块包括锚块(18)，固定在锚块(18)下的PVC充气球(20)，与PVC充气球(20)连通的抛锚气管(17)，与抛锚气管(17)连接用于收、放抛锚气管(17)的气管绞盘(16)，与气管绞盘(16)连接用于驱动气管绞盘(16)转动的电机(23)；其中，当收锚时，充放气模块向抛锚模块充气，PVC充气球(20)充满气体，锚块(18)浮于水面，电机(23)驱动气管绞盘(16)将抛锚气管(17)收紧；当放锚时，电机(23)驱动气管绞盘(16)将抛锚气管(17)放开，充放气模块向抛锚模块抽气，PVC充气球(20)内空气被吸走，锚块(18)沉于水下。

2.根据权利要求1所述的用于无人船的定点停泊装置，其特征在于，所述充放气模块包括充气泵(1)、第一主气管(2)、电磁阀A(5)、气管电磁阀(7)、出气口(8)、电磁阀B(6)、电磁阀C(9)、进气口(11)、电磁阀D(12)、第二主气管(25)、第一支气管(26)、第二支气管(27)，其中出气口(8)设在充气泵的一端，进气口(11)设在充气泵的另一端；第一主气管(2)的一端与出气口(8)连通，另一端分别与第一支气管(26)和第二支气管(27)连通；第二主气管(25)的一端与进气口(11)连通，另一端分别与第一支气管(26)和第二支气管(27)连通；第一支气管(26)与抛锚气管(17)可拆卸连接；其中第二支气管(27)连接有通气罩(3)；电磁阀B(6)设在第一支气管(26)的一端，电磁阀C(9)设在第一支气管(26)的另一端；电磁阀A(5)设在第二支气管(27)的一端，电磁阀D(12)设在第二支气管(27)的另一端；通过各电磁阀的开关实现充气泵(1)向PVC充气球(20)的充气和抽气。

3.根据权利要求2所述的用于无人船的定点停泊装置，其特征在于，所述充放气模块还包括气管电磁阀(7)，所述气管电磁阀(7)用于连通第一支气管(26)和抛锚气管(17)。

4.根据权利要求2所述的用于无人船的定点停泊装置，其特征在于，所述定点停泊装置还包括WIFI继电器(10)，WIFI继电器(10)用于向充放气模块和抛锚模块提供电源。

5.根据权利要求4所述的用于无人船的定点停泊装置，其特征在于，所述定点停泊装置还包括WIFI热点(13)，所述WIFI热点(13)用于连通移动设备与WIFI继电器(10)，通过移动设备控制充放气模块和抛锚模块的运行和关闭。

6.根据权利要求1所述的用于无人船的定点停泊装置，其特征在于，所述抛锚模块还包括设在气管绞盘(16)上的导管器(15)，导管器(15)用于引导抛锚气管(17)收放。

7.根据权利要求1所述的用于无人船的定点停泊装置，其特征在于，所述抛锚模块还包括防护网(21)，防护网(21)用于连接锚块(18)和PVC充气球(20)。

8.根据权利要求1所述的用于无人船的定点停泊装置，其特征在于，所述抛锚模块还包括截止环(22)，截止环(22)设在抛锚气管(17)靠近PVC充气球(20)的一端，当截止环(22)与导管器(15)底部接触时，气管绞盘(16)停止转动。

9.根据权利要求1所述的用于无人船的定点停泊装置，其特征在于，所述抛锚模块还包括水位传感器(19)，水位传感器(19)安装在PVC充气球(20)的底部，用于测量锚块(18)的当前水位。

10.一种利用根据权利要求1-9任一所述的用于无人船的定点停泊装置定点停泊的方法，其特征在于，包括以下步骤：

充放气模块布置在无人船舶的高处，抛锚模块装配在无人船舶的侧边或尾部；

第一支气管与气管电磁阀连接，气管电磁阀与绞盘进气口连接；

初始状态中，抛锚模块中的PVC充气球充满气，漂浮在水面中；

当无人船舶需要在某一点停泊时，抛锚模块中的电机驱动气管绞盘将抛锚气管放开，充放气模块向抛锚模块中的PVC充气球中抽气，锚块沉于水下；

当无人船舶需要前往其他区域时，充放气模块向抛锚模块中的PVC充气球充气，锚块浮于水面，抛锚模块中的电机驱动气管绞盘将抛锚气管收紧。