CN105292398A - 一种无人船载无人机混合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无人船载无人机混合系统，包括无人船、无人机和混合通讯系统，所述无人船作为无人机水域移动平台，主要包括船体及设置于船体上的船载控制系统、船载动力设备和船载应用设备；无人机包括无人机本体和机载协调系统，无人机本体配置机载导航设备、机载避障设备、机载控制设备、机载动力设备和机载应用设备；混合通讯系统包括船载通讯设备和机载通讯设备，无人船的船载控制系统与无人机本体的机载控制设备通过混合通讯系统交换数据，混合通讯系统以船载控制系统为核心，采用内部总线和通讯板卡统一控制无人船及无人机协同工作。该混合系统实现无人船和无人机在水域和空域功能有效互补，同时弥补水域无人船在空域垂向作业劣势。
Description
技术领域
本发明涉及无人机器人自动控制领域，具体涉及一种无人船载无人机混合系统。
背景技术
无人船作为一种低风险、高性价比的军民两用产品，在水域军事巡逻、辅助作战、海域测绘、海上风电场巡视、内河环保等方面有很好应用，但其单独作业时，对于高空设备不能进行有效监测；无人机作为空域自动化高科技设备代表被广泛应用于军事/民用领域，但当其单独应用于海域高空作业时续航能力有限，远距离图传输效果不好。具体体现在以下方面：
1.现有无人船只能在水域表面作业，无法满足高空多角度作业需求；
2.现有无人机主要用于航拍，要求整机质地轻，无法长时间高效作业；
3.现有无人机的后勤基地线路长，不能就地自动充电；
4.现有无人机设备携带能力有限，难以有效处理大量数据远距离实时传输。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有无人船及无人机存在的上述不足，提供一种无人船载无人机混合系统，充分发挥无人船负载能力和通讯能力，提高了无人船的作用范围，保证了无人机工作效率和执勤频率，拓展了机器人应用领域。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种无人船载无人机混合系统，包括无人船、无人机和混合通讯系统，所述无人船作为无人机水域移动平台，主要包括船体及设置于船体上的船载控制系统、船载动力设备和船载应用设备；所述无人机包括无人机本体和机载协调系统，无人机本体配置机载导航设备、机载避障设备、机载控制设备、机载动力设备和机载应用设备；所述混合通讯系统包括船载通讯设备和机载通讯设备，无人船的船载控制系统与无人机本体的机载控制设备通过混合通讯系统交换数据，混合通讯系统采用内部总线和通讯板卡统一控制无人船及无人机协同工作。
所述机载协调系统设置机载引脚、充电接口，其中充电接口安装在机载引脚底部，充电接口通过导线与机载动力设备连接；所述机载应用设备包括航拍相机、机载告警设备。
所述船体设置有船载机舱和应用舱，船载应用设备安装在应用舱内，船体的船舷及各船舱边沿敷设缓冲胶垫；所述船载机舱主要设有稳定平台、船载引导系统和船载供电系统；其中稳定平台安装在船载机舱的最上层，稳定平台表面设有挂钩，挂钩基端接通船载供电系统的放电接口，挂钩末端勾住充电接口的中间孔位(位于机载引脚底部)，挂钩与充电接口友好导通；船载引导系统的探头对称安装在稳定平台的四周，通过激光引导无人机平稳降落到稳定平台上；
所述船载动力设备包括船载电源、船载电机和船载螺旋桨等；船载电源设有电池组和燃料箱；所述船载电机设有船载无刷直流电机和柴油发动机；其中船载无刷直流电机安装在船体的左下侧，柴油发动机安装在尾部，柴油发动机运行过程中能同时给电池组充电；所述船载螺旋桨设有尾部螺旋桨、尾部舵机、侧翼螺旋桨，其中尾部螺旋桨由柴油发动机驱动，侧翼螺旋桨由船载无刷直流电机驱动，侧翼螺旋桨用于保证无人船相对水域固定；
所述机载动力设备包括机载电源、机载电机、机载螺旋桨等；所述机载电源包括速充电池；所述机载电机包括机载无刷直流电机，由速充电池驱动；所述机载螺旋桨包括八旋翼螺旋桨，由速充电池驱动；所述速充电池通过机载引脚上的充电接口、挂钩获取由船载供电系统控制电池组而来的电源。
所述船载控制系统包括船载可编程控制器、船载导航设备、船载通讯设备；所述船载导航设备包括GNSS导航系统、IMU惯性测量单元；GNSS导航系统用于实现无人船定位和自主导航，IMU惯性测量单元用于实现无人船定姿。
所述船载应用设备包括环境监测设备、视频设备、语音设备和告警设备，视频设备用于自动跟踪并实时监控无人机工作状况。
所述船载通讯设备包括北斗、LTE和船载数传电台和船载图传电台，其中北斗的北斗天线、船载数传电台的电台天线及图传电台的船载视频天线都安装在无人船顶部，北斗、LTE和船载数传电台互备通讯，船载图传电台实时传送视频和图像数据；船载可编程控制器通过北斗、LTE和船载数传电台与测控中心形成联动，实现数据存储、录波回放功能；所述机载通讯设备设有机载数传电台和机载图传电台；无人机本体的机载控制设备与无人船的船载可编程控制器通过混合通讯系统交换数据，其中无人机的控制数据由机载数传电台和船载数传电台间无线链路传送，无人机航拍视频/图像数据经机载图传电台传送给船载图传电台。
所述环境监测设备安装在无人船的顶部，包括气温传感器、气压传感器、湿度传感器、风速仪，分别用于收集气温、气压、湿度、风速风向信息，实时发送给船载通讯设备。
本发明的有益效果是：
1、本混合系统集成了现有无人船和无人机的优势，充分发挥无人船负载能力和通讯能力，混合系统协同无人船与无人机共同作业，形成海空立体化作业系统，提高了无人船的作用范围；同时能充分发挥无人机垂向机动的功能，完成高空作业，实时把数据传送给无人船，并能适时自动返回船载机舱充电，由无人船整合系统各项数据后由船载通讯设备统一发送给测控中心；保证了无人机工作效率和执勤频率，拓展了机器人应用领域；
2、无人船能搭载无人机自动导航到指定水域，并通过数字雷达、激光雷达和前视声纳完成水面和水下的全方位自动避障；无人机在船载引导系统的指挥下平稳降落到无人船上，通过充电接口接收船载供电系统输送的电能；
3、混合系统中舰载机舱提供无人机着舰平台，采用激光引导无人机安全降落；无人机与无人船自主通讯，在接受无人船的控制指令同时返回无人机运行状况和监测数据；无人机通过视频跟踪设备全程监视无人机作业过程；
4、船载可编程控制器具备数据存储、录波回放功能，能记录系统作业过程各项数据，通过船载通讯设备与测控中心形成联动。
5、柴油发动机工作的同时给电池组充电；
6、可以拓展到一艘无人船对应多个无人机；也可以拓展到一艘无人机登陆不同的无人船；还可以拓展到多艘无人船与多艘无人机集群系统。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明无人机子系统结构及其充电示意图；
图中：1.无人船，2.缓冲胶垫，3.无人机，4.船载机舱，5.应用舱，6.稳定平台，7.船载引导系统，8.船载供电系统，9.船载可编程控制器，10.船载导航设备，11.船载通讯设备，12.环境监测设备，13.视频设备，14.语音设备，15.告警设备，16.电池组，17.燃料箱，18.柴油发动机，19.尾部螺旋桨，20.尾部舵机，21.船载无刷直流电机，22.侧翼螺旋桨，23.北斗天线，24.电台天线，25.视频天线，26.数字雷达，27.激光雷达，28.前视声纳，31.无人机本体，32.机载引脚，33.充电接口，34.航拍相机，35.机载告警设备，36.机载螺旋桨，37.机载无刷直流电机，38.速充电池，39.机载通讯设备，40.挂钩。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
参照图1～图2所示，本发明所述的无人船载无人机混合系统，包括无人船1、无人机3和混合通讯系统，所述无人船1作为无人机3水域移动平台，主要包括船体及设置于船体上的船载控制系统、船载动力设备和船载应用设备；所述无人机3包括无人机本体31和机载协调系统，无人机本体31配置机载导航设备、机载避障设备、机载控制设备、机载动力设备和机载应用设备；所述混合通讯系统包括船载通讯设备11和机载通讯设备39，无人船1的船载控制系统与无人机本体31的机载控制设备通过混合通讯系统交换数据，混合通讯系统以船载控制系统为核心，采用内部总线和通讯板卡统一控制无人船1及无人机3协同工作。
所述机载协调系统设置机载引脚32、充电接口33，其中充电接口33安装在机载引脚32底部，充电接口33通过导线与机载动力设备连接；所述机载应用设备包括航拍相机34、机载告警设备35。
所述船体设置有船载机舱4和应用舱5，船载应用设备安装在应用舱5内，船体的船舷及各船舱边沿敷设缓冲胶垫2；所述船载机舱4主要设有稳定平台6、船载引导系统7和船载供电系统8；其中稳定平台6安装在船载机舱4的最上层，稳定平台6表面设有挂钩40，挂钩40基端接通船载供电系统8的放电接口，挂钩40末端勾住充电接口33的中间孔位(位于机载引脚32底部)，挂钩40与充电接口33友好导通；船载引导系统7的探头对称安装在稳定平台6的四周，通过激光引导无人机3平稳降落到稳定平台6上；
所述船载动力设备包括船载电源、船载电机和船载螺旋桨等；船载电源设有电池组16和燃料箱17；所述船载电机设有船载无刷直流电机21和柴油发动机18；其中船载无刷直流电机21安装在船体的左下侧，柴油发动机18安装在尾部，柴油发动机18运行过程中能同时给电池组16充电；所述船载螺旋桨设有尾部螺旋桨19、尾部舵机20、侧翼螺旋桨22，其中尾部螺旋桨19由柴油发动机18驱动，侧翼螺旋桨22由船载无刷直流电机21驱动，侧翼螺旋桨22用于保证无人船1相对水域固定；
所述机载动力设备包括机载电源、机载电机、机载螺旋桨等；所述机载电源包括速充电池38；所述机载电机包括机载无刷直流电机，由速充电池38驱动；所述机载螺旋桨包括八旋翼螺旋桨36，由速充电池38驱动；所述速充电池38通过机载引脚32上的充电接口33、挂钩40获取由船载供电系统8控制电池组16而来的电源。
所述船载控制系统包括船载可编程控制器9、船载导航设备10、船载通讯设备11；所述船载导航设备10包括GNSS导航系统、IMU惯性测量单元；GNSS导航系统用于实现无人船1定位和自主导航，IMU惯性测量单元用于实现无人船1定姿。
所述船载应用设备包括环境监测设备12、视频设备13、语音设备14和告警设备15，视频设备13用于自动跟踪并实时监控无人机3工作状况。
所述船载通讯设备11包括北斗、LTE和船载数传电台和船载图传电台，其中北斗的北斗天线23、船载数传电台的电台天线24及图传电台的船载视频天线25都安装在无人船1顶部，北斗、LTE和船载数传电台互备通讯，船载图传电台实时传送视频和图像数据；船载可编程控制器9通过北斗、LTE和船载数传电台与测控中心形成联动，实现数据存储、录波回放功能；所述机载通讯设备39设有机载数传电台和机载图传电台；无人机本体3的机载控制设备与无人船1的船载可编程控制器9通过混合通讯系统交换数据，其中无人机3的控制数据由机载数传电台和船载数传电台间无线链路传送，无人机3航拍视频/图像数据经机载图传电台传送给船载图传电台。
所述环境监测设备12安装在无人船1的顶部，包括气温传感器、气压传感器、湿度传感器、风速仪，分别用于收集气温、气压、湿度、风速风向信息，实时发送给船载通讯设备11。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种无人船载无人机混合系统，其特征在于：包括无人船、无人机和混合通讯系统，所述无人船作为无人机水域移动平台，主要包括船体及设置于船体上的船载控制系统、船载动力设备和船载应用设备；所述无人机包括无人机本体和机载协调系统，无人机本体配置机载导航设备、机载避障设备、机载控制设备、机载动力设备和机载应用设备；所述混合通讯系统包括船载通讯设备和机载通讯设备，无人船的船载控制系统与无人机本体的机载控制设备通过混合通讯系统交换数据，混合通讯系统采用内部总线和通讯板卡统一控制无人船及无人机协同工作。
2.根据权利要求1所述的无人船载无人机混合系统，其特征在于：所述机载协调系统设置机载引脚、充电接口，其中充电接口安装在机载引脚底部，充电接口通过导线与机载动力设备连接；所述机载应用设备包括航拍相机、机载告警设备。
3.根据权利要求2所述的无人船载无人机混合系统，其特征在于：所述船体设置有船载机舱和应用舱，船载应用设备安装在应用舱内，船体的船舷及各船舱边沿敷设缓冲胶垫；所述船载机舱主要设有稳定平台、船载引导系统和船载供电系统；其中稳定平台安装在船载机舱的最上层，稳定平台表面设有挂钩，挂钩基端接通船载供电系统的放电接口，挂钩末端勾住充电接口的中间孔位，挂钩与充电接口友好导通；船载引导系统的探头对称安装在稳定平台的四周，通过激光引导无人机平稳降落到稳定平台上；
所述船载动力设备包括船载电源、船载电机和船载螺旋桨等；船载电源设有电池组和燃料箱；所述船载电机设有船载无刷直流电机和柴油发动机；其中船载无刷直流电机安装在船体的左下侧，柴油发动机安装在尾部，柴油发动机运行过程中能同时给电池组充电；所述船载螺旋桨设有尾部螺旋桨、尾部舵机、侧翼螺旋桨，其中尾部螺旋桨由柴油发动机驱动，侧翼螺旋桨由船载无刷直流电机驱动，侧翼螺旋桨用于保证无人船相对水域固定；
所述机载动力设备包括机载电源、机载电机、机载螺旋桨等；所述机载电源包括速充电池；所述机载电机包括机载无刷直流电机，由速充电池驱动；所述机载螺旋桨包括八旋翼螺旋桨，由速充电池驱动；所述速充电池通过机载引脚上的充电接口、挂钩获取由船载供电系统控制电池组而来的电源。
4.根据权利要求1所述的无人船载无人机混合系统，其特征在于：所述船载控制系统包括船载可编程控制器、船载导航设备、船载通讯设备；所述船载导航设备包括GNSS导航系统、IMU惯性测量单元；GNSS导航系统用于实现无人船定位和自主导航，IMU惯性测量单元用于实现无人船定姿。
5.根据权利要求1所述的无人船载无人机混合系统，其特征在于：所述船载应用设备包括环境监测设备、视频设备、语音设备和告警设备，视频设备用于自动跟踪并实时监控无人机工作状况。
6.根据权利要求1所述的无人船载无人机混合系统，其特征在于：所述船载通讯设备包括北斗、LTE和船载数传电台和船载图传电台，其中北斗的北斗天线、船载数传电台的电台天线及图传电台的船载视频天线都安装在无人船顶部，北斗、LTE和船载数传电台互备通讯，船载图传电台实时传送视频和图像数据；船载可编程控制器通过北斗、LTE和船载数传电台与测控中心形成联动，实现数据存储、录波回放功能；所述机载通讯设备设有机载数传电台和机载图传电台；无人机本体的机载控制设备与无人船的船载可编程控制器通过混合通讯系统交换数据，其中无人机的控制数据由机载数传电台和船载数传电台间无线链路传送，无人机航拍视频/图像数据经机载图传电台传送给船载图传电台。
7.根据权利要求1所述的无人船载无人机混合系统，其特征在于：所述环境监测设备安装在无人船的顶部，包括气温传感器、气压传感器、湿度传感器、风速仪，分别用于收集气温、气压、湿度、风速风向信息，实时发送给船载通讯设备。
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