CN102923265A - 无人驾驶水面清洁电动三体船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人驾驶水面清洁电动三体船，包括主体、主体两侧的侧体，主体上侧和两个侧体上侧分别通过两对拱形支架连接成整体，主体上侧设有机翼状流线型上层建筑，在主体和两个侧体之间各装有一套水面杂物收集装置，所述水面杂物收集装置包括明轮、凸轮、搜集篓、明轮传动电机和凸轮传动电机，明轮传动电机与相应的明轮固定连接；凸轮传动电机通过凸轮传动轴与明轮内的凸轮固定连接，数个可动蹼板机构径向均布在明轮轮缘外，搜集篓位于明轮后侧。本发明充分利用三体船的稳性好、航行阻力小的优点，提高了收集效率。可动蹼板机构清理水面时，蹼板的摆动达到高效搜集水面漂浮物的目的，降低了劳动强度和使用成本。

Description

无人驾驶水面清洁电动三体船

技术领域

本发明涉及一种三体船，特别涉及一种用于清洁水面的三体工作船。属于船舶工程技术领域。 

背景技术

三体船是一种新型的优良高速船型，与单体船相比，这种船型最突出的优点是稳定性好、燃料消耗低、高速航行时兴波阻力小、操纵性良好，具有优越的稳性、耐波性、机动性和隐身性，在军用船舶和民用船舶领域内，正在得到广泛的应用。 

申请日为2009年10月7日，公开号为 CN 101550689的中国发明专利申请公布说明书公开了“一种垃圾清理船”，提出了利用水的流动自动收集各种水上垃圾的方案，结构简单，垃圾收集面积和储存容积大，但由于机械装置过于简单，转向不灵活，使其操纵性不佳并且不利于实现清理目的，同时由于其立方体的非流线型外形使其推进阻力较大。 

申请日为2008年12月31日，公告号为CN201172477的中国实用新型专利说明书公开了一种“水面杂物清理双体船”的中国发明专利，提出了运用双体船设计杂物打捞船的方案，提高了船运行时的稳定性，并且相比于以往的杂物打捞船扩大了清扫范围，但其船头连接的双体船形式使其阻力大，推进速度小，转向不灵活，机械装置的复杂性也使其操纵性不佳。 

发明内容

本发明的目的是提供一种以小水线面三体船为主体，辅以尾侧推和明轮收集装置的无人驾驶高性能船，用于水面杂物的收集和航道清理等方面。可平稳、灵活、快速地到达杂物收集区域，增大杂物收集面积，提高收集效率，降低水面杂物收集的劳动强度。 

    本发明通过以下技术方案予以实现。 

    一种无人驾驶水面清洁电动三体船，包括主体、对称设置在主体两侧的侧体，所述主体后端装有主推进器，主体后端两侧装有一对侧推进器，所述主体上侧和两个侧体上侧分别通过前后设置的两对拱形支架连接成整体，所述两个侧体前端超出主体前端；主体上侧设有机翼状流线型上层建筑，控制系统设置在上层建筑内，主体和两个侧体内均设有蓄电池；在主体和两个侧体之间各装有一套水面杂物收集装置，所述水面杂物收集装置包括明轮、凸轮、搜集篓、明轮传动电机和凸轮传动电机，所述明轮传动电机为双出轴电机，设置在主体中部内，通过明轮传动轴与相应的明轮固定连接；所述凸轮传动电机设置侧体内，凸轮传动电机输出轴通过凸轮联轴器与凸轮传动轴一端固定连接，凸轮传动轴另一端向主体方向伸出侧体，与位于明轮内的凸轮固定连接，数个可动蹼板机构径向均布在明轮轮缘外，搜集篓位于明轮后侧，固定在主体和侧体之间。 

    本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。 

前述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其中所述主体内设有主电机传动装置，所述主电机传动装置包括主电机、万向联轴节、主传动轴、两根侧传动轴、数个支撑轴承、主动圆锥齿轮、一对被动圆锥齿轮和离合器，主电机通过万向联轴节与主传动轴一端相连，数个支撑轴承分别支撑主传动轴上，主动圆锥齿轮固定在主传动轴的中部上，主传动轴另一端伸出主体尾部，与主推进器固定连接；侧传动轴垂直于主传动轴，支撑在两个支撑轴承上，侧传动轴一端与被动圆锥齿轮固定连接，侧传动轴另一端穿出主体外侧，与侧推进器固定连接，主动圆锥齿轮与一对被动圆锥齿轮分别啮合，侧传动轴上设有离合器。主推进器和一对侧推进器均为导管螺旋桨；所述明轮传动轴和凸轮传动轴同轴。 

前述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其中所述可动蹼板机构包括蹼板、凸轮顶杆、铰接短杆和弹簧，所述凸轮顶杆外端与顶杆铰接座铰接，所述顶杆铰接座与蹼板底部外侧滑动连接，凸轮顶杆内端穿过明轮外缘抵靠在凸轮的外缘轮廓上，铰接短杆一端固定在明轮外缘上，铰接短杆另一端与蹼板底部铰接，所述弹簧套在凸轮顶杆上，弹簧一端抵靠在明轮内边缘上，弹簧另一端抵靠在凸轮顶杆的凸肩上。 

前述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其中所述蹼板呈槽形，包括底板，从底板两端分别向上弯折的短立板和长立板，沿蹼板宽度方向开有多条宽度相等、间隔相等的蹼板齿槽。所述搜集篓为两端封口的铲斗形，所述铲斗形与蹼板相交的一侧开有多条宽度相等、间隔相等的搜集篓齿槽，所述搜集篓齿槽和蹼板齿槽交错设置，蹼板一侧与搜集篓相交时，蹼板齿槽与搜集篓齿槽交错嵌合。 

前述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其中所述蹼板的底板外侧设有沿底板长度方向的T形槽条，所述顶杆铰接座顶面设有T形榫，T形榫嵌装在T形槽条内，T形榫和T形槽条滑动连接。 

    本发明以三体船为载体，摆脱了传统的以单体船为载体的相关工程船舶的限制，充分利用三体船的稳性好、航行阻力小、适航性佳的优点，在主体和其两侧的侧体之间设置了两套水面杂物收集装置，增大了水面杂物收集面积，提高了收集效率。径向均布在明轮轮缘外的数个可动蹼板机构用于航行时，增加了航行动力；用于收集水面杂物时，可达到高效搜集水面杂物的目的。本发明是在无人艇技术的基础上进行工作的，从而不需要人去跟船工作，降低了劳动强度和使用成本。 

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。 

附图说明

图1是本发明的结构示意简图； 

图2是图1的放大A-A剖视简图；

图3是图1的缩小左视简图；

图4是图3的Ⅰ部放大简图；

图5是图4的B向放大视图；

图6是图2的Ⅱ部放大视图；

图7是本发明蹼板将捞出的水面杂物送入搜集篓过程的工步简图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

如图1～图6所示，本实施例包括主体1、对称设置在主体1两侧的侧体2，主体1后端装有主推进器3，主体1后端两侧装有一对侧推进器4，主体1上侧和两个侧体2上侧分别通过前后设置的两对拱形支架5连接成整体，设置拱形支架5的目的是为了便于在主体1和两个侧体2之间的各安装一套水面杂物收集装置6，拱形支架5弯折处设有加强筋板51。主推进器3和一对侧推进器4均采用导管螺旋桨；主推进器3的正转或反转以实现本发明的前进或后退，导管31一方面可以提高推进效率，另一方面可以防止杂物缠绕螺旋桨。两个侧体2前端超出主体1前端，形成一个“通道”将水面杂物拦截到两个侧体2之间，提高收集水面杂物的效率。主体1上侧设有机翼状流线型上层建筑8，以尽量减少空气阻力，控制系统7设置在上层建筑8内。 

主体1和两个侧体2内均设有蓄电池66，对主推进器3、一对侧推进器4和水面杂物收集装置6提供动力源。水面杂物收集装置6包括明轮61、凸轮62、搜集篓63、明轮传动电机64和凸轮传动电机65，明轮传动电机61为双出轴电机，设置在主体1中部内。通过明轮联轴器68、明轮传动轴69与相应的明轮61固定连接，明轮传动轴69通过支撑轴承610支撑在主体1的船体侧壁上。凸轮传动电机65设置侧体2内，凸轮传动电机65输出轴通过凸轮联轴器66与凸轮传动轴67一端固定连接，凸轮传动轴67另一端向主体1方向伸出侧体2，与位于明轮61内的凸轮62固定连接，凸轮传动轴67通过支撑轴承610支撑在的侧体2的船体侧壁上。6个可动蹼板机构68径向均布在明轮61轮缘外，搜集篓63位于明轮61后侧，固定在主体1和侧体2之间。明轮传动轴69和凸轮传动轴67同轴转动，避免使本发明航行时产生振动。 

主体1内设有主电机传动装置11，所述主电机传动装置包括主电机111、万向联轴节112、主传动轴113、两根侧传动轴114、数个支撑轴承115、主动圆锥齿轮116、一对被动圆锥齿轮117和离合器118，主电机111通过万向联轴节112与主传动轴113一端相连，两个支撑轴承115分别支撑在主传动轴113两端上，主动圆锥齿轮116固定在主传动轴113的中部上，主传动轴113另一端伸出主体1尾部，与主推进器3固定连接。侧传动轴114垂直于主传动轴113，支撑在两个支撑轴承115上，侧传动轴114一端与被动圆锥齿轮117固定连接，两根侧传动轴114另一端分别穿出主体1的左右侧，与侧推进器4固定连接，主动圆锥齿轮116与一对被动圆锥齿轮117分别啮合。侧传动轴114上设有离合器118，当本发明直行时，离合器118脱开，侧推进器4不转动。 

6个可动蹼板机构69径向均布在明轮61的轮缘外，可动蹼板机构69包括蹼板691、凸轮顶杆692、铰接短杆693和弹簧694，凸轮顶杆692外端与顶杆铰接座695铰接，顶杆铰接座695与蹼板691底部外侧滑动连接。凸轮顶杆692内端穿过明轮61外缘抵靠在凸轮62的外缘轮廓上，铰接短杆693一端焊接固定在明轮61外缘上，另一端与蹼板691底部铰接，弹簧694套在凸轮顶杆692上，弹簧694一端抵靠在明轮61内边缘上，另一端抵靠在凸轮顶杆692的凸肩上。弹簧694的弹性力使凸轮顶杆692内端始终抵靠在凸轮62轮廓上，防止明轮61转动时的离心力甩出凸轮顶杆692。 

    蹼板691呈槽形，包括底板691-1，从底板691-1两端分别向上弯折的短立板691-2和长立板691-3，沿蹼板691宽度方向开有多条宽度相等、间隔相等的蹼板齿槽691-4。搜集篓63为两端封口的铲斗形，所述铲斗形与蹼板691相交的一侧开有多条宽度相等、间隔相等的搜集篓齿槽631，搜集篓齿槽631和蹼板齿槽691-4交错设置，蹼板691一侧与搜集篓63相交时，蹼板齿槽691-4与搜集篓齿槽631交错嵌合。蹼板691的底板691-1外侧设有沿底板691-1长度方向的T形槽条691-5，顶杆铰接座695顶面设有T形榫695-1，T形榫695-1嵌装在T形槽条691-5内，两者可滑动地连接，便于蹼板691改变其与水平面的夹角。 

图7所示的①~④蹼板工步图，表达了蹼板691将捞出的水面杂物送入搜集篓63的全过程。图中明轮61和凸轮62同向逆时针转动，蹼板691将载着的水面杂物抛入搜集篓63后脱离搜集篓63，继续捞取水面杂物。凸轮62转动时，由于凸轮62升程的变化将使得凸轮顶杆692相对于明轮61中心上下移动，从而使得蹼板691除了绕凸轮62中心转动外，还绕铰接短杆693的铰接中心上下摆动，以达到减小蹼板691在水中运动的阻力，增大蹼板691出水时与水接触的面积，可捞取更多的水面杂物并且在运送水面杂物的过程中不会撒落。6个蹼板691对应凸轮62的6个不同的升程位置，使得明轮61径向的每个蹼板691转动时其与水平面的夹角不断变化，从而实现了蹼板691既能捞取水面杂物又能将水面杂物运送到搜集篓63中。凸轮62的转向与明轮61一致，但角速度要大于明轮的角速度，以达到凸轮62与明轮61间产生相对运动，使得连接杆12相对于明轮上下运动，并改变蹼板691底面与水平面的夹角。 

本发明实现无人巡航收集和指定地点收集两种模式。当设定本发明为指定地点收集模式时，上层建筑8内的控制系统7接收无线电发送来的收集地点GPS坐标，同时实时将现处的GPS坐标与预先设定的GPS坐标进行比对，智能规划航迹，明轮61顺时针转动提供部分动力，本发明向指定地点快速航行，其航行路线受激光测距避碰装置影响，监测到前方有障碍物时运行避碰程序并修改航迹；到达指定地点后，控制系统7输出控制信号，航速降低到工作速度，通过设定的控制算法使船按内螺旋线轨迹绕工作点航行，明轮61逆时针转动，同时凸轮62以大于明轮61的角速度转动。如图7所示，蹼板691以近乎垂直的最佳工作状态入水，最大限度的减少了入水阻力；蹼板691又以和水平面较小的夹角出水，并将尽可能水面杂物带离水面，在蹼板691绕明轮61中心转动到搜集篓齿槽631和蹼板齿槽691-4交错啮合时，搜集篓63的齿槽631之间的矩形齿将蹼板内的水面杂物刮走，从而实现了本发明的清洁水面功能。 

    除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种无人驾驶水面清洁电动三体船，包括主体、对称设置在主体两侧的侧体，所述主体后端装有主推进器，主体后端两侧装有一对侧推进器，其特征是，所述主体上侧和两个侧体上侧分别通过前后设置的两对拱形支架连接成整体，所述两个侧体前端超出主体前端；主体上侧设有机翼状流线型上层建筑，控制系统设置在上层建筑内，主体和两个侧体内均设有蓄电池；在主体和两个侧体之间各装有一套水面杂物收集装置，所述水面杂物收集装置包括明轮、凸轮、搜集篓、明轮传动电机和凸轮传动电机，所述明轮传动电机为双出轴电机，设置在主体中部内，通过明轮传动轴与相应的明轮固定连接；所述凸轮传动电机设置侧体内，凸轮传动电机输出轴通过凸轮联轴器与凸轮传动轴一端固定连接，凸轮传动轴另一端向主体方向伸出侧体，与位于明轮内的凸轮固定连接，数个可动蹼板机构径向均布在明轮轮缘外，搜集篓位于明轮后侧，固定在主体和侧体之间。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其特征是，所述主体内设有主电机传动装置，所述主电机传动装置包括主电机、万向联轴节、主传动轴、两根侧传动轴、数个支撑轴承、主动圆锥齿轮、一对被动圆锥齿轮和离合器，主电机通过万向联轴节与主传动轴一端相连，数个支撑轴承分别支撑主传动轴上，主动圆锥齿轮固定在主传动轴的中部上，主传动轴另一端伸出主体尾部，与主推进器固定连接；侧传动轴垂直于主传动轴，支撑在两个支撑轴承上，侧传动轴一端与被动圆锥齿轮固定连接，侧传动轴另一端穿出主体外侧，与侧推进器固定连接，主动圆锥齿轮与一对被动圆锥齿轮分别啮合，侧传动轴上设有离合器。

3.根据权利要求1或2所述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其特征是，所述主推进器和一对侧推进器均为导管螺旋桨。

4.根据权利要求1所述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其特征是，所述明轮传动轴和凸轮传动轴同轴。

5.根据权利要求1所述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其特征是，所述可动蹼板机构包括蹼板、凸轮顶杆、铰接短杆和弹簧，所述凸轮顶杆外端与顶杆铰接座铰接，顶杆铰接座与蹼板底部外侧滑动连接，凸轮顶杆内端穿过明轮外缘抵靠在凸轮的外缘轮廓上，铰接短杆一端固定在明轮外缘上，铰接短杆另一端与蹼板底部铰接，所述弹簧套在凸轮顶杆上，弹簧一端抵靠在明轮内边缘上，弹簧另一端抵靠在凸轮顶杆的凸肩上。

6.根据权利要求1或5所述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其特征是，所述蹼板呈槽形，包括底板，从底板两端弯折后分别向上延伸的短立板和长立板，沿蹼板宽度方向开有多条宽度相等、间隔相等的蹼板齿槽。

7.根据权利要求1所述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其特征是，所述搜集篓为两端封口的铲斗形，所述铲斗形与蹼板相交的一侧开有多条宽度相等、间隔相等的搜集篓齿槽，所述搜集篓齿槽和蹼板齿槽交错设置，蹼板一侧与搜集篓相交时，蹼板齿槽与搜集篓齿槽交错嵌合。

8.根据权利要求6所述的无人驾驶水面清洁电动三体船，其特征是，所述蹼板的底板外侧设有沿底板长度方向的T形槽条，所述顶杆铰接座顶面设有T形榫，T形榫嵌装在T形槽条内，T形榫和T形槽条滑动连接。

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