CN103552650A - 一种双体结构水面载体及自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双体结构水面载体，该水面载体由2个左右对称的船形体，即左船形体和右船形体，以及左船形体与右船形体之间连接的甲板组成，左、右船形体后部外侧分别安装有一个使用电力驱动的推进器，即左推进器和右推进器，所述甲板下安装有电池舱，甲板上安装有电控箱。所述的推进器采用螺旋桨方式。所述的推进器安装于船形体的船舷外侧边。所述水面载体的控制系统主要由CPU、无线通讯模块、GPS模块、电子罗经、信号输出模块及直流电机控制模块等构成。

Description

一种双体结构水面载体及自动控制系统

技术领域

本发明属于水产养殖技术领域，特别涉及一种双体结构水面载体及自动控制系统。

背景技术

水产养殖、水文测量、环境监测等领域都需要使用小型船舶或水面载体，用于装载物资和设备。现有的小型船舶或水面载体一般采用单体船结构，使用船舵来控制航向。这种结构的水面载体稳定性差、抗风浪能力弱。由于使用船舵控制航向，转弯半径大，在狭窄水域或航道内操作不灵活。

发明内容

本发明的目的是提供一种双体结构水面载体及自动控制系统，设计一种水面载体结构，提高稳定性和抗风浪能力。控制系统，提高操纵性能，实现自主航行。

本发明的技术方案是，一种双体结构水面载体，该水面载体由2个左右对称的船形体，即左船形体和右船形体，以及左船形体与右船形体之间连接的甲板组成，

左、右船形体后部外侧分别安装有一个使用电力驱动的推进器，即左推进器和右推进器，

所述甲板下安装有电池舱，甲板上安装有电控箱。

所述的推进器采用螺旋桨方式。

所述的推进器安装于船形体的船舷外侧边。

所述水面载体的控制系统主要由CPU、无线通讯模块、GPS模块、电子罗经、信号输出模块及直流电机控制模块等构成。

电动推进器是由直流电机驱动的，可以通过直流电机控制模块进行启停、正反转和调速控制。

直流电机控制模块由蓄电池提供直流电源，通过电缆与推进器连接。

直流电机控制模块的电门锁接口根据开关量信号控制推进器启动或停止；

直流电机控制模块的倒车信号接口根据开关量信号控制推进器正转或反转；

直流电机控制模块的调速信号接口根据电压信号的大小控制推进器的转速。

信号输出模块根据CPU的指令输出相应的电压信号或开关量信号给直流电机控制模块，从而控制电动推进器的启停、正反转和转速。

信号输出模块的各个输出通道根据CPU指令独立输出信号，对两个推进器分别独立控制。

两个推进器都正转时，载体向前航行；两个推进器都反转时，载体向后倒退。两个推进器以不同转速运行，就可以实现转向，两者转速差越大，转弯半径越小；当一个推进器正转、另一个推进器反转时，可以实现原地转向，操作非常灵活。

GPS模块用于获取载体的实时位置信息，电子罗经用来测量载体航向。

控制系统具有遥控操作和自动操作两种工作模式。

在遥控操作模式下，无线通讯模块接收上位机的命令，CPU根据这些命令控制两个推进器的启停、正反转和转速，从而遥控控制载体航行。

在自动操作模式下，CPU通过无线通讯模块接收上位机发来的设定航向角，同时从电子罗经从读取实际航向角。如果实际航向角与设定航向角一致，则保持两个推进器的转速，自主航行；如果实际航向角与设定航向角不一致，且两者偏差超过一定范围，则调整两个推进器的转速来调整航向，使实际航向角与设定航向角保持一致。载体自主航行过程中也可接收上位机的命令，进行停止、转向等操作。

自动操作模式下，上位机可以设定载体需要到达的位置，CPU通过无线通讯模块接收设定位置信息，同时从GPS模块读取实际位置信息，根据两者之间的距离和相对方位计算合适的航向角，并根据该航向角自主航行。在向设定位置航行过程中，CPU根据实时获取的实际位置不断计算新的合适航向角，并调整两个推进器转速使载体按照不断更新的航向角前进，到达设定位置附近后自动停止。

本发明的有益效果是：

（1）水面载体采用双体船结构，两个单体浮船通过支架连接，构成整个船体。

（2）采用双螺旋桨推进装置，两个电动推进器对称布置在船体左右两侧，由蓄电池提供电能。通过调节左右两个螺旋桨的转速，产生不同的推力实现航向控制。

（3）采用数字化控制系统，以CPU为核心，通过无线通讯模块接收上位机发出的命令，从而实现遥控操作；测量航向角和位置，并根据与设定航向角和设定位置的偏差实时调整航向，从而实现自主航行。

本发明设计的水面载体采用双体船结构，提高了稳定性和抗风浪能力；采用对称双螺旋桨推进，通过双桨差速控制来实现转向，操纵灵活，转弯半径小，甚至可以原地转向；取消了船舵，简化了机械结构；数字化控制系统即可遥控操作，也可自主航行。

附图说明

图1构水面载体及控制系统顶视图

图2构水面载体及控制系统侧视图

图3构水面载体及控制系统后视图

图4水面载体及控制系统控制系统

其中，1,2—船体；3,4—电动推进器；5—甲板；6—电控箱；7—电池舱

具体实施方式

附图1所示，1和2是构成双体结构水面载体的两个船体，3和4是电动推进器。5是水面载体甲板，电控箱6安装在甲板上。电控箱内安装控制系统设备。蓄电池放置在电池舱内。电池舱安装在两个船体中间。电池舱和电动推进器分别设置在水面载体的前部和后部，从而保持载体前后平衡。附图3所示，蓄电池（电池舱内）和电动推进器是重量大的部件，设置载体底部，因此整个载体重心低，稳定好，不易倾覆。蓄电池、电控箱和推进器之间通过电缆连接。

附图4所示，水面载体控制系统主要由CPU、无线通讯模块、GPS模块、电子罗经、信号输出模块及直流电机控制模块等构成。电动推进器是由直流电机驱动的，因此可以通过直流电机控制模块进行启停、正反转和调速控制。直流电机控制模块由蓄电池提供直流电源，通过电缆与推进器连接。直流电机控制模块的电门锁接口根据开关量信号控制推进器启动或停止；直流电机控制模块的倒车信号接口根据开关量信号控制推进器正转或反转；直流电机控制模块的调速信号接口根据电压信号的大小控制推进器的转速。信号输出模块根据CPU的指令输出相应的电压信号或开关量信号给直流电机控制模块，从而控制电动推进器的启停、正反转和转速。信号输出模块的各个输出通道根据CPU指令独立输出信号，因此可以对两个推进器分别独立控制。两个推进器都正转时，载体向前航行；两个推进器都反转时，载体向后倒退。两个推进器以不同转速运行，就可以实现转向，两者转速差越大，转弯半径越小；当一个推进器正转、另一个推进器反转时，可以实现原地转向，操作非常灵活。

GPS模块用于获取载体的实时位置信息，电子罗经用来测量载体航向。

控制系统具有遥控操作和自动操作两种工作模式。在遥控操作模式下，无线通讯模块接收上位机的命令，CPU根据这些命令控制两个推进器的启停、正反转和转速，从而遥控控制载体航行。在自动操作模式下，CPU通过无线通讯模块接收上位机发来的设定航向角，同时从电子罗经读取实际航向角。如果实际航向角与设定航向角一致，则保持两个推进器的转速，自主航行；如果实际航向角与设定航向角不一致，且两者偏差超过一定范围，则调整两个推进器的转速来调整航向，使实际航向角与设定航向角保持一致。载体自主航行过程中也可接收上位机的命令，进行停止、转向等操作。自动操作模式下，上位机也可以设定载体需要到达的位置，CPU通过无线通讯模块接收设定位置信息，同时从GPS模块读取实际位置信息，根据两者之间的距离和相对方位计算合适的航向角，并根据该航向角自主航行。在向设定位置航行过程中，CPU根据实时获取的实际位置不断计算新的合适航向角，并调整两个推进器转速使载体按照不断更新的航向角前进，到达设定位置附近后自动停止。

Claims (4)

1.一种双体结构水面载体，其特征在于，该水面载体由2个左右对称的船形体，即左船形体和右船形体，以及左船形体与右船形体之间连接的甲板组成，

左、右船形体后部外侧分别安装有一个使用电力驱动的推进器，即左推进器和右推进器，

所述甲板下安装有电池舱，甲板上安装有电控箱。

2.如权利要求1所述的双体结构水面载体，其特征在于，所述的推进器采用螺旋桨方式。

3.如权利要求1所述的双体结构水面载体，其特征在于，所述的推进器安装于船形体的船舷外侧边。

4.如权利要求1所述的双体结构水面载体，其特征在于，所述水面载体的控制系统主要由CPU、无线通讯模块、GPS模块、电子罗经、信号输出模块及直流电机控制模块等构成。

电动推进器是由直流电机驱动的，可以通过直流电机控制模块进行启停、正反转和调速控制。

直流电机控制模块由蓄电池提供直流电源，通过电缆与推进器连接。

直流电机控制模块的电门锁接口根据开关量信号控制推进器启动或停止；

直流电机控制模块的倒车信号接口根据开关量信号控制推进器正转或反转；

直流电机控制模块的调速信号接口根据电压信号的大小控制推进器的转速。

信号输出模块根据CPU的指令输出相应的电压信号或开关量信号给直流电机控制模块，从而控制电动推进器的启停、正反转和转速。

信号输出模块的各个输出通道根据CPU指令独立输出信号，对两个推进器分别独立控制。

两个推进器都正转时，载体向前航行；两个推进器都反转时，载体向后倒退。两个推进器以不同转速运行，就可以实现转向，两者转速差越大，转弯半径越小；当一个推进器正转、另一个推进器反转时，可以实现原地转向，操作非常灵活。

GPS模块用于获取载体的实时位置信息，电子罗经用来测量载体航向。

控制系统具有遥控操作和自动操作两种工作模式。

在遥控操作模式下，无线通讯模块接收上位机的命令，CPU根据这些命令控制两个推进器的启停、正反转和转速，从而遥控控制载体航行。

在自动操作模式下，CPU通过无线通讯模块接收上位机发来的设定航向角，同时从电子罗经读取实际航向角。如果实际航向角与设定航向角一致，则保持两个推进器的转速，自主航行；如果实际航向角与设定航向角不一致，且两者偏差超过一定范围，则调整两个推进器的转速来调整航向，使实际航向角与设定航向角保持一致。载体自主航行过程中也可接收上位机的命令，进行停止、转向等操作。

自动操作模式下，上位机可以设定载体需要到达的位置，CPU通过无线通讯模块接收设定位置信息，同时从GPS模块读取实际位置信息，根据两者之间的距离和相对方位计算合适的航向角，并根据该航向角自主航行。在向设定位置航行过程中，CPU根据实时获取的实际位置不断计算新的合适航向角，并调整两个推进器转速使载体按照不断更新的航向角前进，到达设定位置附近后自动停止。

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