CN107264732A - 一种智能化新能源无人船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化新能源无人船，包括船体及安装在船体上的复合能源系统、GPS定位设备、图像与数据实时回传模块、微电脑自动驾驶仪、无刷动力系统、自动避障模块、远程遥控与处理模块、液体传感器及应急模块；复合能源系统、GPS定位设备、图像与数据实时回传模块、自动避障模块及液体传感器分别与微电脑自动驾驶仪及远程遥控与处理模块连接，并接入无刷动力系统及应急模块驱动船体；液体传感器安装在船体的水密舱之内。本发明能通过遥控控制或者按照预设路线自主行动，工作距离长，信号传输和抗干扰能力强；用太阳能、风能和电能联合供能，节能环保，续航时间长；在水质处理、水质监测、沿岸巡逻监测等方面可以发挥无可替代的作用。

Description

一种智能化新能源无人船

技术领域

本发明涉及无人船应用领域，尤其涉及一种智能化新能源无人船。

背景技术

国内最早期的无人船采用的是塑料或泡沫的外壳，加上简单的遥控控制方式，搭载旋转的水面垃圾采集收集装置。这种无人船因为技术受限，遥控距离短，续航时间短，且功能单一，现在已经基本被淘汰。

第二代无人船，也就是我们现在使用的无人船开始采用玻璃钢、PVC、凯夫拉等材料，并且应用了较为先进的电子科技成果，将小型化的控制模块，高效的动力电池，小型的视频无线传输装置以及节能化的新型无刷动力集成于船体上，能够实现较长时间的续航，较远距离的控制等等，但是其能源还是仅依靠动力电池提供，在极端天气条件或是电池本身故障的情况之下就无法行动，且其续航时间因为供能单一，也无法得到保证，并且因为没有足够智能化的自动航行程序，所以在船体发生故障之时也无法做到智能化的自动返航。所以虽然可以用作水样采集，但是却不适应水质处理，长航时监测等众多任务类型，故其使用范围始终受限。

而我国目前的水污染情况比较严峻，急需长航时，多功能，成本低廉的新型无人船达成水污染监测，水污染处理，河道巡逻等多元化目标，而因为水污染情况的复杂，故需要无人船搭载多种类型的水处理设备与传感器，而这些会给无人船带来极大的能耗，受污染水体的复杂环境也会对常规船体造成不同程度的损伤，且部分设备的价格十分昂贵。所以需要无人船具备高耐受性，长续航时间，高可靠性的指标。

发明内容

本发明的目的：提供一种智能化新能源无人船，能够应用于水质采样、水质监测、水质处理、河道巡视等领域。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种智能化新能源无人船，包括船体及安装在船体上的复合能源系统、GPS定位设备、图像与数据实时回传模块、微电脑自动驾驶仪、无刷动力系统、自动避障模块、远程遥控与处理模块、液体传感器及应急模块；所述的复合能源系统、GPS定位设备、图像与数据实时回传模块、自动避障模块及液体传感器分别与所述的微电脑自动驾驶仪及远程遥控与处理模块连接，并接入所述的无刷动力系统及应急模块驱动所述的船体；所述的液体传感器安装在所述的船体的水密舱之内。

上述的智能化新能源无人船，其中，所述的复合能源系统为太阳能、电能、风能智能复合能源系统；所述的复合能源系统包括与太阳能电池板、风能发电设备相连的太阳能和风能综合智能控制器，并连接大容量锂电池。

上述的智能化新能源无人船，其中，所述的GPS定位设备与所述的微电脑自动驾驶仪连接。

上述的智能化新能源无人船，其中，所述的图像与数据实时回传模块包含夜视防水摄像头及可变频段数据信号回传模块，所述的防水夜视摄像头将信号传递给所述的可变频段数据信号回传模块，并将数据传回所述的远程遥控与处理模块。

上述的智能化新能源无人船，其中，所述的微电脑自动驾驶仪内设微型智能计算机芯片，所述的微电脑自动驾驶仪通过微型智能计算机芯片连接所述的无刷动力系统、自动避障模块、远程遥控与处理模块、液体传感器及应急模块。

上述的智能化新能源无人船，其中，所述的无刷动力系统包括无刷电机及无刷电调，所述的无刷电机及无刷电调连接所述的复合能源系统。

上述的智能化新能源无人船，其中，所述的船体由有机复合材料与无机轻质硬质材料加工成型，并在外表面涂覆防水、防腐蚀油漆。

上述的智能化新能源无人船，其中，所述的自动避障模块由超声波传输收发模块及超声波智能控制器组成，所述的自动避障模块连接所述的微电脑自动驾驶仪。

上述的智能化新能源无人船，其中，所述的远程遥控与处理模块由可变频段遥控器、接收机及接收一体化显示屏组成。

上述的智能化新能源无人船，其中，所述的应急模块由两个带风叶的无刷电机组成。

本发明能通过遥控控制或者按照预设路线自主行动，工作距离长，具有较好的信号传输和抗干扰能力；能利用太阳能、风能和电能联合供能，节能环保，续航时间长；能在水质处理、水质监测、沿岸巡逻监测等方面可以发挥无可替代的作用。

附图说明

图1是本发明一种智能化新能源无人船的安装示意图。

图2是本发明一种智能化新能源无人船的结构示意图。

图3是本发明一种智能化新能源无人船的自动驾驶的原理流程图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

请参见附图1及附图2所示，一种智能化新能源无人船，包括船体6及安装在船体6上的复合能源系统1、GPS定位设备2、图像与数据实时回传模块3、微电脑自动驾驶仪4、无刷动力系统5、自动避障模块7、远程遥控与处理模块8、液体传感器及应急模块10；所述的复合能源系统1、GPS定位设备2、图像与数据实时回传模块3、自动避障模块7及液体传感器分别与所述的微电脑自动驾驶仪4及远程遥控与处理模块8连接，并接入所述的无刷动力系统5及应急模块10驱动所述的船体6。

所述的复合能源系统1为太阳能、电能、风能智能复合能源系统；所述的复合能源系统1包括与太阳能电池板12、风能发电设备11相连的太阳能和风能综合智能控制器14，并连接大容量锂电池13。以太阳能和风能综合智能控制器14为核心，太阳能和风能综合智能控制器14内部装载集成芯片，内有对能源进行综合调度的自动化程序，能够自动选择最佳方案，能效最大化的为船体6供能，在风能或太阳能充足时选择风能太阳能混合供能（此时的充足指的是太阳能与风能的复合能源能够满足船体驱动以及设备正常运行要求，若仍有富余，则会给蓄电池充电），在太阳能或风能不足时使用电池电能混合太阳能或风能供能，而且该系统带有对电池与船体6的自动保护系统，能够避免船体6电压过高或是电池的过充过放，保障船体6各电装的安全。

所述的GPS定位设备2与所述的微电脑自动驾驶仪4连接，GPS定位设备2作为位置确定部件，能够辅助其完成定点巡航，自动返航，一键返航等功能，GPS定位设备2的精度在0.5m之内，且能够迅速搜索卫星，拥有非常快的响应速度。

所述的图像与数据实时回传模块3包含夜视防水摄像头15及可变频段数据信号回传模块16，所述的防水夜视摄像头15将信号传递给所述的可变频段数据信号回传模块16，并将数据传回所述的远程遥控与处理模块8。图像与数据实时回传模块3是无人船完成任务的关键所在，配合陆上DVR视频录制和FPV实时图传，驾驶员可以在陆上查看船体6周围的实时情况，视频数据以及船体6另外搭载的传感器或者其他模块所传出的数据将会被传输至微电脑智能驾驶仪4，由微电脑智能驾驶仪4统一处理数据之后传输至可变频段船载数据发射器，通过无线电信号的形式（采用915mHz至5.8GHz之间的合法频段）传回陆上，与实时图像一起显示在显示屏上，达到图像与数据实时回传的功能。

所述的微电脑自动驾驶仪4内设微型智能计算机芯片，所述的微电脑自动驾驶仪4通过微型智能计算机芯片连接所述的无刷动力系统5、自动避障模块7、远程遥控与处理模块8、液体传感器9及应急模块10，统一协调各部件的运作并达到智能驾驶，自动避障等各项智能化功能。搭载多种传感器的微电脑自动驾驶仪4作为无人船的核心元件，其主要部件为微型智能计算机芯片，微型智能计算机芯片上搭载有微型电子罗盘、重力传感器、陀螺仪、速度传感器以及智能集成控制系统，微型智能计算机芯片与船体6各零部件相连，通过集成控制系统对船体6各部件进行统一的调度，从而实现各项智能化功能。

所述的无刷动力系统5包括无刷电机及无刷电调，所述的无刷电机及无刷电调连接所述的复合能源系统1，保证船体6的动力输出。无刷动力系统5分为常规驱动系统和应急模块系统，常规驱动系统安装在船体6内部，驱动螺旋桨作为水下动力，应急模块10安装在船体6上方，仅在常规动力系统故障时驱动风叶作为应急动力使用，驱动船后退靠岸，等待地面人员检修。

所述的船体6由新型有机复合材料与无机轻质硬质材料加工成型，并在外表面涂覆新型防水、防腐蚀油漆。低阻力轻质船体为保证无人船性能而设计，从外观上来说，其使用飞剪式舰艏，流水线舰体以及低触水面积设计舰尾，能够最大化的增加其稳定性，减少其阻力，增加其动力效率。从材料上为三层式设计，最内层使用新型轻质有机材料，硬度适中，且具有优秀的抗冲击、耐热、耐腐蚀性能，中间层为硬质保护层，加大其结构强度与硬度，但是仅略微增加其重量，最外层使用防水防腐蚀漆喷涂，最后使船体6达到高硬度，抗腐蚀，轻质量的特点。

所述的自动避障模块7由超声波传输收发模块20及超声波智能控制器组成，所述的自动避障模块7连接所述的微电脑自动驾驶仪4，自动避障模块7保证其在自动驾驶的情况下能够智能化的避开水面障碍物。其避障原理为使用左右两个超声波模块发射信号，若其中左侧模块回传信号，则说明左侧存在障碍，船体向右偏航，待左侧障碍消除以后，恢复原定航向。若两侧均有障碍，则无人船会停船，等待一侧障碍信号消除以后进行避障并恢复原航向。（自动避障在手动驾驶模式时不启动）

所述的远程遥控与处理模块8由可变频段遥控器、接收机及接收一体化显示屏组成，能够远程控制船体6，切换各项功能，并读取无人船传回的图像以及数据。接收一体化显示屏能够接受无人船传回的信号并实时显示，可变频段遥控器使用433mHz到2.4GHz之间的合法频段无线电信号，这类信号格式不易被干扰且绕射性能优秀，并且可以达到10km以上的控制距离。

所述的液体传感器安装在所述的船体6的水密舱之内，可以检测船体6是否进水。

所述的应急模块10由两个带风叶的无刷电机组成，可在船体水下动力完全损毁时驱动船体6应急后退。

在本发明中，船体5搭载太阳能电池板与风力发电设备，在阳光或者风能充足的时候优先采用新能源作为动力，而在阳光或风能不足时则启用动力电池，同时由太阳电池板和风力发电设备所产生的能源则将由太阳能、电能、风能智能控制器传输给电池，保证其长续航。而船体6则采用新型的有机材料制作，在保证船体6硬度的同时大大提高其耐受性，使其具备抗腐蚀、寿命长的特点，同时外附无机加硬涂层和防水、抗腐蚀油漆，使其具备硬度高、质量轻的特点，且外表面光滑，能极大减少其阻力，且其总密度低于水，意味着即使其在进水的情况下也不至于下沉，并且配合其故障自动返航的机制，能使其迅速回到使用者身边，保证了船体6和船舱内设备的安全。

本发明主要采用遥控方式进行控制，具备较大的船舱空间，能够第一视角的观察并拍摄、录制其前方视野；采用较大功率可变频段的控制与数据回传信号，拥有10km以上的工作距离，在复杂水域环境的信号穿透能力与抗干扰能力更强；具有高度智能化的航行自动控制系统，能够自动判断故障，配合GPS定位设备2与内置的地图智能化的自动返航，并可以在任意工作模式下协同自动避障模块7实现自动避障功能；搭载太阳能电池板，风力发电机等设备，能够做到太阳能、风能、电能联合供能，并且内置控制器，能够根据当时风力、光强度等条件自动给内置的锂电池充电，在满电时自动停止，防止过量充电，同时达成极长的续航时间。

在水质处理和水质监测应用时，需要船拥有足够的可靠性，足够的续航时间，足够的独立完成任务能力，本发明能够在控制系统的控制下独立的完成任务，并具备极长的续航时间，足够其完成一个水域的任务，在遇到特殊情况时，其自动返航程序以及自动避障模块7能够使其安全的返回控制者身边或者预先设定的安全位置，保证了船体6上设备的安全，倘若船体6受到了暴力破坏，外置的应急模块10也可作为动力驱动船体6靠岸。在巡逻监测方面，本发明配备了高清夜视相机，并且有高于十公里（如果水面开阔，其信号距离可以传输的更远）的信号传输距离，实现远距离监视，远距离控制，同时，其OSD模块可以方便使用者读出其所在方位与船体6的状态以及各项航行参数，适合在各种情况，各种水域下工作。

请参见附图3所示，对于自动返航程序的设定，会将该地域每一个水域都标上若干条单向航线（自动返航的航线与用户自定义的自动驾驶航线不冲突），每条单向航线都由若干个独立的航点组成，当返航程序触发时（失控或故障或人为打开自动返航），微电脑自动驾驶仪4会自动根据GPS信号识别其所在水域，每块水域均有其水域识别区域，环绕整个水域，无人船在该识别区内时只能使用本区域的航线（若该水域太小或者大致为凸多边形没有被设置水域识别区域，则直接采取直线返航模式），无人船会依据无人船目前所在位置和终点位置判断最佳路线（船距离起点距离+船距离终点的距离最近者），并在行驶至离目标最近的航点之后直线向目标点前进。自动返航触发时，自动避障始终启动。任意航点均可作为起点或终点，但是在一条航线上的航向仅有正反两种方向，并且在一次返航任务中的航线上只能沿一个方向行驶。

使用时，在船体6上加装用户需要的传感器或者其他零部件之后，对微电脑自动驾驶仪4进行简单调试并编辑好航点航行路线后即可下水，下水后在岸上架好接收一体化显示屏，通过可变频段遥控器控制无人船的航行，也可通过可变频段遥控器上的开关来切换行船的自动与手动模式控制无人船的航行，同时也可以在岸上通过可变频段遥控器上的各个旋钮以及开关控制船体6上附加的传感器/反应器等，并实时的从接收一体化显示屏上读取其所传回的数据，在遇到无人船故障情况时，无人船会发出警报，驾驶员可手动切换应急模块10，采用空气动力使其靠岸，避免了使用载人船只对其进行施救的麻烦。

综上所述，本发明能通过遥控控制或者按照预设路线自主行动，工作距离长，具有较好的信号传输和抗干扰能力；能利用太阳能、风能和电能联合供能，节能环保，续航时间长；能在水质处理、水质监测、沿岸巡逻监测等方面可以发挥无可替代的作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能化新能源无人船，其特征在于：包括船体及安装在船体上的复合能源系统、GPS定位设备、图像与数据实时回传模块、微电脑自动驾驶仪、无刷动力系统、自动避障模块、远程遥控与处理模块、液体传感器及应急模块；所述的复合能源系统、GPS定位设备、图像与数据实时回传模块、自动避障模块及液体传感器分别与所述的微电脑自动驾驶仪及远程遥控与处理模块连接，并接入所述的无刷动力系统及应急模块驱动所述的船体；所述的液体传感器安装在所述的船体的水密舱之内。

2.根据权利要求1所述的智能化新能源无人船，其特征在于：所述的复合能源系统为太阳能、电能、风能智能复合能源系统；所述的复合能源系统包括与太阳能电池板、风能发电设备相连的太阳能和风能综合智能控制器，并连接大容量锂电池。

3.根据权利要求1所述的智能化新能源无人船，其特征在于：所述的GPS定位设备与所述的微电脑自动驾驶仪连接。

4.根据权利要求1所述的智能化新能源无人船，其特征在于：所述的图像与数据实时回传模块包含夜视防水摄像头及可变频段数据信号回传模块，所述的防水夜视摄像头将信号传递给所述的可变频段数据信号回传模块，并将数据传回所述的远程遥控与处理模块。

5.根据权利要求1所述的智能化新能源无人船，其特征在于：所述的微电脑自动驾驶仪内设微型智能计算机芯片，所述的微电脑自动驾驶仪通过微型智能计算机芯片连接所述的无刷动力系统、自动避障模块、远程遥控与处理模块、液体传感器及应急模块。

6.根据权利要求1所述的智能化新能源无人船，其特征在于：所述的无刷动力系统包括无刷电机及无刷电调，所述的无刷电机及无刷电调连接所述的复合能源系统。

7.根据权利要求1所述的智能化新能源无人船，其特征在于：所述的船体由有机复合材料与无机轻质硬质材料加工成型，并在外表面涂覆防水、防腐蚀油漆。

8.根据权利要求1所述的智能化新能源无人船，其特征在于：所述的自动避障模块由超声波传输收发模块及超声波智能控制器组成，所述的自动避障模块连接所述的微电脑自动驾驶仪。

9.根据权利要求1所述的智能化新能源无人船，其特征在于：所述的远程遥控与处理模块由可变频段遥控器、接收机及接收一体化显示屏组成。

10.根据权利要求1所述的智能化新能源无人船，其特征在于：所述的应急模块由两个带风叶的无刷电机组成。