CN105059487A - 一种水上无人装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水上设备技术领域，特别是涉及一种水上无人装置。一种水上无人装置，包括船体，所述船体的底面的大致中央部设置有从所述船体的底面向上方延伸的引导孔，所述引导孔内载置有引导带，所述引导带的上端部固定于所述船体，所述引导带的下端部从所述引导孔穿出并连接有负载，所述负载和所述引导带被构造成具有当所述船体倾覆时能够将所述船体扶正的重量。

Description

一种水上无人装置

技术领域

本发明涉及水上设备技术领域，特别是涉及一种水上无人装置。

背景技术

水上无人装置是一个新兴的行业。在当今的海洋战略格局中，水面无人装置扮演的角色越来重要，它集智能控制、远程通信、探测侦查、水面水下作业等多种功能于一身，在一些复杂和高危险的作业环境中它的优越性尤其显著。水上无人船现已广泛应用于军事、安保、水质分析、科学探测等领域，并显示出巨大的优越性和广阔的发展空间。

但是现有的水面无人装置大都体积灵巧，抗浪能力不足，自持力有限。水面无人装置安装的设备范围受到很大限制；对于有些体积较大的水面无人装置，则制造成本高昂，携带不便。也限制了应用范围。

发明内容

(一)发明要解决的问题

本发明克服了现有的水上无人装置抗浪能力不足容易倾覆的问题，提供了一种抗浪能力强并能够自动扶正的水上无人装置。

(二)用于解决问题的方案

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种水上无人装置，包括船体，所述船体的底面的大致中央部设置有从所述船体的底面向上方延伸的引导孔，所述引导孔内载置有引导带，所述引导带的上端部固定于所述船体，所述引导带的下端部从所述引导孔穿出并连接有负载，所述负载和所述引导带被构造成具有当所述船体倾覆时能够将所述船体扶正的重量。

进一步，所述负载为集鱼灯或水下探测器。

进一步，所述船体的外周设置有平衡浮体。

进一步，所述平衡浮体为沿所述船体的周向对称布置的气囊，所述船体上设置有气泵，所述气泵与所述气囊相连通，用于为所述气囊供气。

进一步，所述船体还设置有用于推进所述船体在水中行进的推进单元。

进一步，所述推进单元包括推进马达和推进桨，所述推进马达的输出轴与所述推进桨的转轴连接，用于带动所述推进桨转动进而推动所述船体前进。

进一步，所述引导带通过用于使所述引导带升降的升降单元固定于所述船体。

进一步，所述升降单元包括滚筒马达和滚筒，所述滚筒马达的输出轴与所述滚筒的转轴连接，用于带动所述滚筒转动，所述滚筒固定于所述船体，所述引导带的上端部固定于所述滚筒，用于随着所述滚筒的转动而缠绕在所述滚筒上或从所述滚筒释放。

进一步，所述升降单元包括滚轮马达、滚轮和夹持轮，所述滚轮马达的输出轴与所述滚轮的转轴连接，用于带动所述滚轮转动，所述滚轮固定于所述船体，所述夹持轮固定于所述船体，所述滚轮的踏面与所述夹持轮的踏面彼此相对且所述滚轮的踏面与所述夹持轮的踏面之间的距离小于所述引导带的厚度，使得所述引导带的一部分被夹持在所述滚轮的踏面与所述夹持轮的踏面之间。

进一步，所述引导带通过用于使所述引导带升降的升降单元固定于所述船体，所述船体设置有用于推进所述船体在水中行进的推进单元；所述船体还设置有电源、配电单元和控制单元，所述电源的输出端电连接到所述配电单元的输入端，用于为所述配电单元供电，所述配电单元的输出端分别与所述升降单元的输入端、所述推进单元的输入端和所述控制单元的输入端电连接，用于向所述升降单元、所述推进单元和所述控制单元供电，所述控制单元的输出端分别与所述升降单元的控制输入端和所述推进单元的控制输入端电连接，用于向所述升降单元和所述推进单元发送控制信号。

(三)发明的效果

与现有技术和产品相比，本发明具有如下优点。

1.基于引导孔-引导带-负载的结构，即使船体倾斜角度较大甚至船体被大浪打翻，本发明的水上无人装置也能够被随后产生的恢复力自动扶正，因此抗大浪能力强。

2.基于平衡浮体(即对称布置的浮体)的结构，本发明的水上无人装置对小的波浪涌动具有非常好的抵抗力，船体1非常平稳，即抗小浪能力也非常强。

3.本发明的水上无人装置优选设置有推进单元和升降单元，使得船体能够前进和转向，并且使得负载能够上升和下降，这种结构可以满足人们对水上无人装置的需求，结构简单，易于实现。本发明的水上无人装置特别适合用于渔场引鱼和水下科学探测。

4.本发明的水上无人装置的推进单元通过推进马达和推进桨来实现，升降单元通过滚筒和滚筒马达来实现，设备稳定性好，成本低。

5.此外，基于本发明的配电单元和控制单元的结构，本发明的水上无人装置特别适合操作人员通过无线遥控的方式远程控制，便于使用。

附图说明

图1是根据本发明的水上无人装置的结构示意图。

图2是根据本发明的水上无人装置的电气连接示意图。

图3是根据本发明的水上无人装置的升降单元的一个实施方式的示意图。

附图标记说明

1、船体，2、引导孔，3、引导带，4、负载，5、气囊，6、推进单元，60、推进单元供电电源，61、推进马达，62、推进桨，63、舵机，7、升降单元，70、升降单元供电电源，71、滚筒马达，72、滚筒，77、滚轮，78、夹持轮，801、电源，802、配电单元，803、控制单元，804、遥控器。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种水上无人装置，包括船体1，船体1的底面的大致中央部设置有从船体1的底面向上方延伸的引导孔2，引导孔2内载置有引导带3，引导带3的上端部固定于船体1，引导带3的下端部从引导孔2穿出并连接有负载4，负载4和引导带3被构造成具有当船体1倾覆时能够将船体1扶正的重量。

根据一个实施方式，可以先在船体中部设置有一个立起的凸台，然后在凸台上形成上下贯通的贯通孔，该贯通孔即相当于引导孔2。接着，将引导带3的一端固定在船体1上，例如可以绕着凸台系紧，还可以固定在滚筒上(后面将详细说明)，将引导带3的另一端从上向下穿过引导孔2并挂载有负载4。

对于上述结构的船体1，当遇上大风浪而发生船体倾覆时，船体1的底面被颠倒朝上。此时，引导带3将先从船体1向上方延伸通过引导孔2，然后在穿出引导孔2之后折向水下延伸。因此，负载4的自身重力加上引导带3的自身重力再减去在克服负载4受到的浮力和减去克服引导带3受到的浮力之后的合力仍向下方拉拽引导带3，这相当于向上方或向斜上方提拉船体1，即，将对船体产生一个围绕引导孔2底端的扶正力矩。如果负载4的重力和引导带3的重力足够大，那么船体1将被自动扶正，从而实现了本发明的目的。当然，本领域技术人员能够理解，负载4的重力和引导带3的重力也不能无限大，至少应能保证在本发明的水上无人装置正常作业时，船体1能够承载得动负载4和引导带3。

由于本发明的水上无人装置为小型设备，一般常用于引鱼和水下探测，对应的负载4分别为集鱼灯和水下探测器，其中，集鱼灯可以是LED集鱼灯(对应的集鱼灯供电电源为LED集鱼灯驱动器)或金卤集鱼灯(对应的集鱼灯供电电源为金卤灯安定器)，水下探测器例如可以是水下摄像机、水质分析仪、水底测绘仪等等，相应地，船体1的重量也不会很大。通常可以通过在负载4上增加配重块从而很容易地调节负载4的重量，以便使负载4能够在船体1倾覆时对船体1提供足够的恢复力。

需要说明，引导孔2优选设置在船体1的底面的大致中央部。如果引导孔2略偏离船体1的中央部，那么可能导致当船体1向一侧倾覆时，自动恢复起来更容易，但当船体1向另一侧倾覆时，可能自动恢复略难。可以从几何学的角度来确定该中央部，只要在负载4的重力作用下能够对船体1提供足够的倾覆恢复力即可。

此外，对于上述结构的船体1，当遇上小风浪而发生船体摇摆时，一方面，通过负载4的重力和引导带3的重力，船体1被压紧稳定在水面上，这能够在一定程度上防止船体1来回摇摆，另一方面，当船体1摇摆时，引导带3与引导孔2的内壁的接触，在负载4的作用下，对船体1提供一个与摆动方向相反的力矩，总的来看，相当于对船体1提供了稳定力。因此，上述结构的船体1对小风浪而导致的船体摇摆也具有一定的削弱抵抗效果。

此外，还可以在船体1的外周设置平衡浮体。其中，“平衡浮体”中的“平衡”两个字是指能够使船体1保持平衡，而不会是仅在一侧设置浮体。因此平衡浮体需要被关于船体1对称设置，以便保持船体1的平衡。根据一个实施方式，平衡浮体可以是沿船体1的周向整周对称布置的气囊5或橡皮圈，这种方式设置的优点是，一方面，气囊5能够漂浮在水面上，因而属于浮体的一种，且气囊较容易实现，另一方面，以沿船体1的周向一圈布置气囊5的方式可以使船体1沿各个方向(360度)都能较好地保持平衡，而不会因设置平衡浮体而导致船体1倾斜或不稳。当然，气囊5不限于沿船体1的周向成一周地布置，还可以类似于在飞机左右两侧的对称的机翼，仅在船体1的左右两侧对称地分别伸出一个翼状的气囊。此外，本领域技术人员还能够想到，平衡浮体优选设置在船体1的外侧面上的能与水面接触的高度，以便能够有效地发挥作用。此外，船体1上还可以设置有气泵，并使气泵与气囊5相连通，用于为气囊5供气/排气。采用充气气囊5作为平衡浮体的优点在于，当不使用时，可以使气囊5放气，可以显著缩小船体1占用的空间。

此外，船体1还设置有用于推进船体1在水中行进的推进单元6。根据一个实施方式，该推进单元6例如可以包括推进马达61和推进桨62，推进马达61的输出轴与推进桨62的转轴连接，用于带动推进桨62转动进而推动船体₁前进。另外，推进单元6还可以包括控制行进方向的舵机63，舵机63还可以进一步包括舵和控制舵转动的舵马达。但是，舵机63不是必须的，例如，在一个实施方式中，两个推进马达61带动有各自的推进桨62，可以通过调节两个推进马达61的转速进而控制推进桨的转速差，来控制船体1的航行方向。

此外，引导带3通过用于使引导带3升降的升降单元7固定于船体1。根据一个实施方式，升降单元7包括滚筒马达71(也称为升降马达)和滚筒72，滚筒马达71的输出轴与滚筒72的转轴连接，用于带动滚筒72转动，滚筒72固定于船体1，引导带3的上端部固定于滚筒72，用于随着滚筒72的转动而缠绕在滚筒72上或从滚筒72释放。也就是说，这种实施方式是通过类似电葫芦或卷扬机的卷筒的工作原理来实现引导带的3的升降，从而控制负载4下放的水深位置，结构简单，易于实现。

除了可以通过上述滚筒结构实现升降之外，还可以采取一种简单有效的结构来实现升降。具体地，如图3所示，升降单元7包括滚轮马达(未示出)、滚轮77和夹持轮78，滚轮马达的输出轴与滚轮77的转轴连接，用于带动滚轮77转动，滚轮77和夹持轮78均固定于船体1，滚轮77的踏面(踏面也称为轮周面)与夹持轮78的踏面彼此相对且滚轮77的踏面与夹持轮78的踏面之间的距离小于引导带3的厚度t，使得引导带3以引导带3的一部分被夹持在滚轮77的踏面与夹持轮78的踏面之间的方式随着滚轮77升降。在图3中，A点为船体1上的固定点，特别地，如果引导带3是电缆，那么A点可以是将要直接与电缆连接的电源，A点与滚轮77之间的引导带3可以形成类似于图1中堆叠的蛇形形状，B点及向下延伸的虚线表示向船体1下方延伸到负载4，t表示引导带3的厚度。

基于该结构，当滚轮马达带动滚轮77转动时，由于滚轮77的踏面与夹持轮78的踏面之间的距离小于引导带3的厚度t，因此滚轮77将带动引导带3以及带动夹持轮78转动，换个角度说，这相当于滚轮77与夹持轮78“夹送”引导带3升降。这种升降构造结构更加简单，而且与上述滚筒升降的实施方式相比，本实施方式的引导带7的上端部是固定的，因此特别适合在A点直接固定连接到电源的情况。

需要说明，虽然在本实施方式中，示出的滚轮77的直径大于夹持轮78的直径，但实际中对此没有限制，只要滚轮77与夹持轮78之间的间隔小于引导带3的厚度，能够保证夹送电缆升降就足够了。另外，上述实施方式中夹持轮78是被动轮，但夹持轮78也可以是由夹持轮马达带动的主动轮，这能够进一步提升夹送效果。

下面给出水上无人装置的电气连接的优选实施方式，该电气连接的结构特别适合利用无线遥控等方式进行控制。

如图2所示，水上无人装置包括：电源801、配电单元802、推进单元6、升降单元7和控制单元803，其中配电单元802的供电输入端与电源801电连接，用于获取电源801的电能；配电单元802的供电输出端与推进单元6的供电输入端电连接(例如，配电单元802的供电输出端经过推进单元供电电源60将动力电供给到推进马达61，当然，如果有舵机63的话，还可以供给到舵马达)，配电单元802的供电输出端与升降单元7的供电输入端电连接(例如，配电单元802的供电输出端经过升降单元供电电源70将动力电供给到滚筒马达71)，配电单元802的供电输出端与控制单元803的供电输入端电连接。换言之，配电单元802相当于是一个配电盘，其作用是分别向推进单元6、升降单元7和控制单元803供电。另外，推进单元供电电源60、升降单元供电电源70不是必须的，只要能够对推进单元6和升降单元7供电即可。电源801可以是例如设置在船体1上的蓄电池或发电机。

此外，图2中带有箭头的线表示控制线的连接关系(即，控制信号的流向)，控制单元803的控制输出端电连接到推进单元6的控制输入端，控制单元803的控制输出端电连接到推升降单元7的控制输入端。换言之，控制单元803同样可由配电单元802供电并用于接收操作人员的指令以便向推进单元6和升降单元7发出控制动作指令(即输出控制电平)。例如，控制单元803可以是一个PLC系统，其包括电源模块、CPU模块、IO模块、通信模块等。控制单元803通过诸如无线通信模块等的通信模块获取操作人员的遥控器804发来的指令，并将该指令经过CPU模块的计算和处理，经由IO模块向推进单元6的控制输入端、升降单元7的控制输入端发出控制指令，更具体地，可以将该控制指令从IO模块传输到控制推进马达61的继电器的线圈，以控制推进马达61启动或停止，从而控制船体1的前进/后退，基于同样道理，可以通过控制滚筒马达71来控制升降带3的上升/下降。此外，控制单元803还可以电连接到舵机63的舵马达(未示出)，以便通过控制舵机63的转向来控制船体1的行进方向。当然，控制单元803还可以连接到前述用于为气囊5打气或排气的气泵，以便可以电动控制气囊5的充放气。

此外，可以在引导带3上标记长度刻度，从而通过观察刻度读数得出负载4下放的深度位置。还可以在滚筒马达71上安装编码器，通过编码器检测滚筒马达71所转的圈数，从而计算出负载下方的深度位置，这里可以将编码器检测到的结果传输回控制单元803进行计算，并将计算结果显示回远程的遥控器804，以便操作人员进行升降调整。因此，从遥控器804经过控制单元803到达滚筒马达71的通信优选是双向的。类似地，还可以将推进马达61的速度和舵机63的方向通信给控制单元803，进而发送给遥控器804，以供操作人员参考。

此外，可以利用电缆卷筒来同时实现滚筒72和引导带3二者，也就是说，此时引导带3相当于电缆卷筒上的电缆，此时，配电单元802通过电缆来对例如集鱼灯或水下探测器供电。其中，电缆卷筒的内部设置有碳刷-滑环结构，以方便地实现对电缆卷筒的电缆的供电。当然，引导带3也可以仅仅是缆索，此时，负载4可以自身带有电池。

此外，通过设计马达调速电路或者利用变频器，可以使推进马达61和滚筒马达71的转速可调，这进一步提高了控制船体1行进的灵活性以及控制负载4升降的灵活性。

本发明不限于以上结构，本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围内进行修改、变型和组合。例如，气泵不一定要设置在船体1上，可以通过外接的气泵为气囊5充放气；平衡浮体不限于气囊，还可以使用泡沫或木块；在船体1上安装GPS定位器和用于指示船体1所在位置的指示灯等等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水上无人装置，包括船体，其特征在于，

所述船体的底面的大致中央部设置有从所述船体的底面向上方延伸的引导孔，

所述引导孔内载置有引导带，所述引导带的上端部固定于所述船体，所述引导带的下端部从所述引导孔穿出并连接有负载，

所述负载和所述引导带被构造成具有当所述船体倾覆时能够将所述船体扶正的重量。

2.根据权利要求1所述的水上无人装置，其特征在于，所述负载为集鱼灯或水下探测器。

3.根据权利要求1所述的水上无人装置，其特征在于，所述船体的外周设置有平衡浮体。

4.根据权利要求3所述的水上无人装置，其特征在于，

所述平衡浮体为沿所述船体的周向对称布置的气囊，

所述船体上设置有气泵，所述气泵与所述气囊相连通，用于为所述气囊供放气。

5.根据权利要求1所述的水上无人装置，其特征在于，所述船体还设置有用于推进所述船体在水中行进的推进单元。

6.根据权利要求5所述的水上无人装置，其特征在于，所述推进单元包括推进马达和推进桨，所述推进马达的输出轴与所述推进桨的转轴连接，用于带动所述推进桨转动进而推动所述船体前进。

7.根据权利要求1所述的水上无人装置，其特征在于，所述引导带通过用于使所述引导带升降的升降单元固定于所述船体。

8.根据权利要求7所述的水上无人装置，其特征在于，所述升降单元包括滚筒马达和滚筒，

所述滚筒马达的输出轴与所述滚筒的转轴连接，用于带动所述滚筒转动，

所述滚筒固定于所述船体，

所述引导带的上端部固定于所述滚筒，用于随着所述滚筒的转动而缠绕在所述滚筒上或从所述滚筒释放。

9.根据权利要求7所述的水上无人装置，其特征在于，所述升降单元包括滚轮马达、滚轮和夹持轮，

所述滚轮马达的输出轴与所述滚轮的转轴连接，用于带动所述滚轮转动，

所述滚轮固定于所述船体，所述夹持轮固定于所述船体，所述滚轮的踏面与所述夹持轮的踏面彼此相对且所述滚轮的踏面与所述夹持轮的踏面之间的距离小于所述引导带的厚度，使得所述引导带的一部分被夹持在所述滚轮的踏面与所述夹持轮的踏面之间。

10.根据权利要求7所述的水上无人装置，其特征在于，

所述船体还设置有用于推进所述船体前进的推进单元；

所述船体还设置有电源、配电单元和控制单元，

所述电源的输出端电连接到所述配电单元的输入端，用于为所述配电单元供电，

所述配电单元的输出端分别与所述升降单元的输入端、所述推进单元的输入端和所述控制单元的输入端电连接，用于向所述升降单元、所述推进单元和所述控制单元供电，

所述控制单元的输出端分别与所述升降单元的控制输入端和所述推进单元的控制输入端电连接，用于向所述升降单元和所述推进单元发送控制信号。