CN106005343B - 无人船自动停泊充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种无人船自动停泊充电装置，属于船用电气设施领域，它能够实现无人船自动接驳、分离，完成停泊、充电、起航的完整过程。无人船自动停泊充电装置包括码头装置和船载装置，码头装置包括地面电源、连接片、环路检测电阻、电源线、浮船；连接片设置于浮船上，连接片经电源线与地面电源相连；船载装置包括电磁吸盘、电磁线圈、船载控制器、船载电源电池组、电源线，电磁吸盘设置于无人船船首前端左右两端，电磁吸盘经电源线与船载控制器相连，电磁吸盘内置电磁线圈，电磁线圈经电源线与船载控制器相连，船载控制器与船载电源电池组经电源线相连，船载控制器有与船控模块通讯的接口。

Description

无人船自动停泊充电装置

技术领域

本发明属于船用电气设施领域，具体涉及一种使无人船实现无需人工干预的无人船自动停泊充电装置。

背景技术

随着技术的不断进步，无人机、无人车、无人船发展的如火如荼，小型无人船多以电池组为动力源，目前阶段的无人船停泊与充电均依赖于人工干预，工作效率及可靠性不足，为实现无人船长期无人自动作业，首先需要解决无人船自动停泊与充电技术，无人船自动停泊充电装置要求具备导航定位偏差自适应能力、具备水位变化自适应能力、具备波浪动能吸收能力、具备无人船接驳动能吸收能力、具备接驳分离与无人船动力联控能力、实现快速拆装且无安装精度要求。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种满足上述需求的无人船自动停泊充电装置，它能够实现无人船自主进行接驳、分离，完成自动停泊、脱锚自动再停泊、充电、起航的完整过程。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：无人船自动停泊充电装置，包括码头装置和船载装置，所述码头装置包括地面电源、左连接片、右连接片、环路检测电阻、电源线、浮船，所述左连接片、右连接片设置于浮船上，通过螺栓及支架固定，连接片与支架间设置绝缘体，左连接片、右连接片经电源线与地面电源正负极相连，地面电源与市电相连，浮船通过缆绳或固定桩定位；所述船载装置包括左电磁吸盘、右电磁吸盘、左电磁线圈、右电磁线圈、船载控制器、船载电源电池组、电源线，所述左电磁吸盘、右电磁吸盘设置于无人船船首前端左右两端，左电磁吸盘、右电磁吸盘经电源线与船载控制器相连，左电磁吸盘、右电磁吸盘内置电磁线圈，电磁线圈经电源线与船载控制器相连，船载控制器与船载电源电池组经电源线相连，船载控制器有与船控模块通讯的接口。

在上述技术方案中，所述地面电源为电压值满足国标安全限制的直流电源，最大电流值满足船载电源电池组充电技术要求，地面电源输入端经电源线与市电相连，地面电源输出端经电源线与左连接片、右连接片相连。

在上述技术方案中，所述左连接片和右连接片为矩形导磁不锈钢钢板，高度大于等于无人船船首满载吃水与空载吃水差+200mm，长度大于等于200mm，设置于浮船侧面且底部高于水线300mm以上，左连接片与右连接片中心间距等于左电磁吸盘与右电磁吸盘中心间距，左连接片、右连接片与环路检测电阻相连，左连接片、右连接片经电源线与地面电源正负极相连。

在上述技术方案中，所述浮船长度大于等于左电磁吸盘与右电磁吸盘中心间距+单个连接片长度，宽度大于等于浮船吃水的1.5倍，浮船舱底适当配重，船首及船尾分别由缆绳或固定桩定位。

在上述技术方案中，所述左电磁吸盘和右电磁吸盘为导磁不锈钢，设置于无人船船首前端左右两端，通过螺栓与船体连接固定，与船体间设置绝缘体，且底部高度在满载时高于连接片底部高度100mm，左电磁吸盘、右电磁吸盘经电源线与船载控制器相连，电磁吸盘内嵌安装电磁线圈，电磁线圈的吸力根据无人船的在最大设计风速、水流及波浪作用下的侧倾、俯仰、摇摆能量确定，电磁线圈通过电源线与船载控制器相连。

在上述技术方案中，所述船载控制器以微处理器作为控制核心，该控制器与左电磁吸盘、右电磁吸盘、左电磁线圈、右电磁线圈、船载电源电池组通过电源线相连，该控制器与船控模块通讯接口相连。

在上述技术方案中，所述船载控制器包括板载保险管、分压电阻、稳压管、接驳检测端子、单向保护二极管、充电继电器、地面电源优先二极管、放电二极管、接驳控制端子、达林顿管。

当无人船需要返航停泊时，船控模块控制无人船根据自动记忆返回本次航程出发码头，到达码头设定半径范围时，船控模块调整无人船姿态，并根据三轴加速度控制推进器及舵机输出，无人船减速驶向码头，同时船控模块向船载控制器发送停泊指令，船载控制器接通左电磁线圈、右电磁线圈电源，当无人船2个电磁吸盘与浮船2个连接片均接近后，无人船电磁吸盘与浮船连接片吸合，船载控制器检测单元通过电压检测确认无人船2个电磁吸盘与浮船2个连接片均可靠吸合后，发送完成接驳信号给船控模块，船控模块停止无人船推进器输出，地面电源经电源线、连接片、电磁吸盘、电源线、板载保险管及单向保护二极管向无人船供电，电磁线圈转为地面电源供电优先，2个电磁吸盘与浮船连接片的吸合完成无人船停泊。

当无人船停泊中发生脱锚时，船载控制器检测单元通过电压检测确认无人船2个电磁吸盘与浮船2个连接片的环路已断开后，发送再接驳信号给船控模块，船控模块启动无人船推进器输出，重复停泊过程，再次完成无人船停泊。

当无人船完成停泊后，船载控制器检测船载电源电池组剩余电量，当船载电源电池组剩余电量小于等于设定下限时，闭合充电继电器，由地面电源对船载电源电池组充电，当船载电源电池组剩余电量大于等于设定上限时，断开充电继电器，完成船载电源电池组充电。

当无人船需要起航时，船控模块向船载控制器发送起航指令，船载控制器关闭左电磁线圈、右电磁线圈电源，无人船与浮船在风力、水流、波浪作用下自由分离，船载控制器检测单元通过电压检测确认无人船2个电磁吸盘与浮船2个连接片的环路已断开后，发送分离完成信号给船控模块，船控模块启动无人船推进器倒车输出，无人船倒车驶离停泊半径后转入计划任务航行，完成起航。

本发明无人船自动停泊充电装置适用于精确导航定位的船控模块无人船，对导航定位上下左右偏差均具有一定的自适应能力，对水位变化适应性强，对风力、水流、波浪动能适应性强，对无人船接驳动能有较高的吸收能力，与船控模块通讯简单，具有脱锚自动再停泊功能，自主完成停泊、充电、起航的完整过程。满足了无人船完成作业后自动返航停泊及自动起航功能需求，满足了无人船长期不间断无人作业的动力源补给需求。

附图说明

图1为无人船自动停泊充电装置电气原理框图。

图2为浮船侧视示意图。

图3为无人船船前视示意图。

图4为双体无人船船首与浮船接驳示意图。

图5为带UPS无人船自动停泊充电装置电气原理框图。

图6为双体无人船船舱与浮船接驳示意图。

图7为单体无人船船首与浮船接驳示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。

参见图2、图4，本实施例提供无人船自动停泊充电装置，包含码头装置和船载装置。如图2所示，码头装置包括地面电源1、左连接片2、环路检测电阻3、右连接片4、浮船29，所述地面电源1输入端与市电相连，地面电源1正极输出与左连接片2通过电源线相连，地面电源1负极输出与右连接片4，环路检测电阻3与左连接片2和右连接片4相连，左连接片2、右连接片4设于浮船29侧方，通过螺栓及支架固定，连接片与支架间设置绝缘体，浮船29通过缆绳或固定桩定位。

如图1所示，船载装置包括左电磁吸盘5、左电磁线圈6、右电磁吸盘7、右电磁线圈8、船载控制器9、船载电源保险管10、船载电源电池组11、船载电源电池组正极12、船载电源电池组负极13、船用电源正极14、船用电源负极15，所述左电磁吸盘5、右电磁吸盘7设置于无人船30船首左右两侧最前端，螺栓固定，并与无人船30船体间设置绝缘体，电磁吸盘5内置电磁线圈6，电磁吸盘7内置电磁线圈8，电磁线圈6与电磁线圈8串联，并经电源线与船载控制器9相连，船载控制器9与船载电源电池组11经电源线相连；所述船载控制器9包括板载保险管16、分压电阻17、稳压管18、分压电阻19、接驳检测端子20、单向保护二极管21、充电继电器22、地面电源优先二极管23、分压电阻24、单向保护二极管25、放电二极管26、接驳控制端子27、达林顿管28。

进一步的技术方案是，如图5所示，码头装置包括带有UPS的地面电源1、左连接片2、右连接片4、浮船29；船载装置包括左电磁吸盘5、左电磁线圈6、右电磁吸盘7、右电磁线圈8、船载控制器9、船载电源电池组11，所述左电磁吸盘5、右电磁吸盘7设置于无人船30船首左右两侧最前端，螺栓固定，并与无人船30船体间设置绝缘体，电磁吸盘5内置电磁线圈6，电磁吸盘7内置电磁线圈8，电磁线圈6与电磁线圈8并联，并经电源线与船载控制器9相连，船载控制器9与船载电源电池组11经电源线相连；所述船载控制器9包括板载保险管16、分压电阻17、稳压管18、分压电阻19、接驳检测端子20、地面电源极性自适应整流桥31、充电继电器22、地面电源优先二极管23、放电二极管26、接驳控制端子27、达林顿管28。

进一步的技术方案可以是，如图6所示，左连接片2-1、右连接片4-1、左电磁吸盘5、右电磁吸盘7、浮船29-1、无人船30，浮船29-1船体宽度小于无人船船30的双体浮舱净空，左连接片2-1、右连接片4-1的长度大于电磁吸盘水平长度+2倍的浮船29-1船体宽度与无人船船30的双体浮舱净空差，且小于浮船29-1船体宽度的一半；左电磁吸盘5和右电磁吸盘7设置于无人船30的双体浮舱最前端的连接板上，螺纹固定，并与连接板间设置绝缘体，左电磁吸盘5与右电磁吸盘7的中心距等于左连接片2-1与右连接片4-1的中心距。

进一步的技术方案还可以是，如图7所示，左连接片2、右连接片4、左电磁吸盘5、右电磁吸盘7、浮船29、无人船30-1，左电磁吸盘5和右电磁吸盘7设置于无人船30的单体船最前端的左、右两端，螺纹固定，并与船体间设置绝缘体；浮船29浮船长度大于等于左电磁吸盘5与右电磁吸盘7中心间距+左连接片2长度，左连接片2与右连接片4的中心距等于左电磁吸盘5与右电磁吸盘7的中心距。

本发明的工作原理是，当无人船30返航时，通过船载控制器9的控制，左电磁吸盘5与左连接片2吸合，右电磁吸盘7右连接片4吸合，实现无人船停泊，左电磁吸盘5与左连接片2、右电磁吸盘7右连接片4形成2个闭合电极，为无人船30提供电源。

本发明的工作过程如下：按上述原理，当无人船30电力不足需要补充电能时，或无人船30完成作业需要返航停泊时，船控模块将自动记忆的本次航程出发点设置为停泊点，控制无人船30返航，到达停泊点设定半径范围时，船控模块调整无人船30姿态，并根据三轴加速度控制推进器及舵机输出，无人船30减速驶向停泊点，同时船控模块向船载控制器9发送停泊指令，船载控制器9通过接驳控制端子27输出高电平，使达林顿管28导通，接通左电磁线圈6、右电磁线圈8的电源，当无人船30的左电磁吸盘5、右电磁吸盘7与浮船29的左连接片2、右连接片4接近后，无人船30的左电磁吸盘5与浮船29的左连接片2吸合、右电磁吸盘7与右连接片4吸合，当地面电源1正常时，地面电源1正极经左连接片2——左电磁吸盘5——板载保险管16——分压电阻17——分压电阻19——船载控制器地——单向保护二极管25——右电磁吸盘7——右连接片4——地面电源负极形成回路，接驳检测端子20变为高电平，确认停泊完成，无人船30推进器停止输出；当地面电源1断电时，船载电源电池组11船载电源电池组正极12经船载电源保险管10——地面电源优先二极管23——分压电阻24——右电磁吸盘7——右连接片4——环路检测电阻3——左连接片2——左电磁吸盘5——板载保险管16——分压电阻17——分压电阻19——船载控制器地——船载电源电池组负极13形成回路，接驳检测端子20变为高电平，确认停泊完成，无人船30推进器停止输出；当无人船30停泊中发生脱锚时，接驳检测端子20变为低电平，无人船30推进器启动输出，重新完成停泊；完成停泊后，如果地面电源1正常，则地面电源优先二极管23截止，地面电源1正极经左连接片2——左电磁吸盘5——板载保险管16——单向保护二极管21为左电磁线圈6和右电磁线圈8供电；当无人船30完成停泊后，当船载电源电池组11剩余电量小于80%时，闭合充电继电器22，由地面电源1对船载电源电池组11充电，当船载电源电池组11剩余电量大于99%时，断开充电继电器22，完成船载电源电池组11充电；当无人船30需要起航时，船控模块向船载控制器9发送起航指令，船载控制器9接驳控制端子27输出低电平，使达林顿管28截止，关闭左电磁线圈6、右电磁线圈8的电源，左电磁线圈6与右电磁线圈8的感应电势由放电二极管26释放，无人船30与浮船29在风力、水流、波浪的作用下自由分离，当无人船30的左电磁吸盘5与浮船29的左连接片2、右电磁吸盘7与右连接片4断开后，接驳检测端子20变为低电平，确认无人船30与浮船29分离完成，船载控制器9发送分离完成信号给船控模块，船控模块启动推进器倒车输出，无人船30倒车驶离停泊半径后转入计划任务航行，完成起航。

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，如用于任意种类电磁吸附电极时，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.无人船自动停泊充电装置，包括码头装置和船载装置，其特征是：所述码头装置包括地面电源、左连接片、右连接片、环路检测电阻、电源线、浮船，所述左连接片、右连接片设置于浮船上，通过螺栓及支架固定，连接片与支架间设置绝缘体，左连接片、右连接片经电源线与地面电源正负极相连，地面电源与市电相连，浮船通过缆绳或固定桩定位；所述船载装置包括左电磁吸盘、右电磁吸盘、左电磁线圈、右电磁线圈、船载控制器、船载电源电池组、电源线，所述左电磁吸盘、右电磁吸盘设置于无人船船首前端左右两端，左电磁吸盘、右电磁吸盘经电源线与船载控制器相连，左电磁吸盘、右电磁吸盘内置电磁线圈，电磁线圈经电源线与船载控制器相连，船载控制器与船载电源电池组经电源线相连，船载控制器有与船控模块通讯的接口。

2.根据权利要求1所述的无人船自动停泊充电装置，其特征是：所述地面电源为电压值满足国标安全限制的直流电源，最大电流值满足船载电源电池组充电技术要求，地面电源输入端经电源线与市电相连，地面电源输出端经电源线与左连接片、右连接片相连。

3.根据权利要求1所述的无人船自动停泊充电装置，其特征是：所述左连接片和右连接片为矩形导磁不锈钢钢板，高度大于等于无人船船首满载吃水与空载吃水差加200mm，长度大于等于200mm，设置于浮船侧面且底部高于水线300mm以上，左连接片与右连接片中心间距等于左电磁吸盘与右电磁吸盘中心间距，左连接片、右连接片与环路检测电阻相连，左连接片、右连接片经电源线与地面电源正负极相连。

4.根据权利要求1所述的无人船自动停泊充电装置，其特征是：所述浮船长度大于等于左电磁吸盘与右电磁吸盘中心间距加单个连接片长度，宽度大于等于浮船吃水的1.5倍，浮船舱底适当配重，船首及船尾分别由缆绳或固定桩定位。

5.根据权利要求1所述的无人船自动停泊充电装置，其特征是：所述左电磁吸盘和右电磁吸盘为导磁不锈钢，设置于无人船船首前端左右两端，通过螺栓与船体连接固定，与船体间设置绝缘体，且底部高度在满载时高于连接片底部高度100mm，左电磁吸盘、右电磁吸盘经电源线与船载控制器相连，电磁吸盘内嵌安装电磁线圈，电磁线圈的吸力根据无人船的在最大设计风速、水流及波浪作用下的侧倾、俯仰、摇摆能量确定，电磁线圈通过电源线与船载控制器相连。

6.根据权利要求1所述的无人船自动停泊充电装置，其特征是：所述船载控制器以微处理器作为控制核心，该控制器与左电磁吸盘、右电磁吸盘、左电磁线圈、右电磁线圈、船载电源电池组通过电源线相连，该控制器与船控模块通讯接口相连。