CN108082399A - 一种无人船 - Google Patents

Abstract

本发明一种无人船，包括太阳能板装置，太阳能板装置的底部两侧分别平行设有浮筒，浮筒通过支臂与太阳能板装置连接，浮筒内设有动力舱、机电舱、压载水舱和设备舱，动力舱设置在浮筒的端部，动力舱内设有用于控制无人船行进动作的动力装置，机电舱内设有第一电池组和电机，压载水舱内设有用于控制无人船沉浮的进排水装置，设备舱内设有第二电池组；还包括探测模块、监控模块、惯性导航系统、通信模块、天线伺服系统和中央处理模块，动力装置、进排水装置、探测模块、监控模块、惯性导航系统、通信模块与天线伺服系统分别与中央处理模块电连接。本发明能够在水中沉浮、在风浪中能够防止倾翻，精确获取或传输信号，使无人船实现精确、安全无人驾驶。

Description

一种无人船

技术领域

本发明涉及无人船技术领域，特别是涉及一种无人船。

背景技术

无人船是无人技术领域继无人机和无人车之后的又一重大研究领域。无人船是一种利用现代无人技术与多领域技术融合的新产物，相对于传统的船只具有明显的优点。现有的无人船存在以下缺点：①仅能通过固定的浮力在水上航行，不能实现在水上自动升降功能。②船体与舱体为一整体结构，在风浪中容易导致重心不稳失去平衡而倾翻，而且，其整体结构排出的水量偏小，造成船舶收到的浮力不足够大，很容易在失去平衡时不能及时将舱内的水排出，造成无人船沉没。③由于无人船在海上航行传输或接收信号时已收到其他信号的干扰，使获知的导航信息间断且信息不稳定，容易出现错误，进而使无人船不能保证精准的安全驾驶，出现安全事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够在水中沉浮、在风浪中能够防止倾翻，且可以自行恢复的正常行驶状态、能够精确获取或传输信号，使无人船实现精确、安全无人驾驶的无人船。

本发明一种无人船，包括太阳能板装置，所述太阳能板装置的底部两侧分别平行设有浮筒，所述浮筒通过支臂与太阳能板装置连接，所述浮筒内设有动力舱、机电舱、压载水舱和设备舱，所述动力舱、机电舱、压载水舱和设备舱之间分别通过隔板隔开形成相互独立的空间，所述动力舱设置在浮筒的端部，所述动力舱内设有用于控制无人船行进动作的动力装置，所述机电舱内设有第一电池组和电机，所述压载水舱内设有用于控制无人船沉浮的进排水装置，所述设备舱内设有第二电池组；

还包括探测模块、监控模块、惯性导航系统、通信模块、天线伺服系统和中央处理模块，所述动力装置、进排水装置、探测模块、监控模块、惯性导航系统、通信模块与天线伺服系统分别与所述中央处理模块电连接。

本发明一种无人船，其中所述太阳能板装置包括底板、托板、边框和太阳能板，所述托板安装在底板上，所述边框包覆在所述托板与底板的四周，所述托板与底板之间形成空腔结构，所述空腔内设有分别与托板与底板固定连接的支撑板，所述支撑板的高度自空腔中心向两端逐渐降低，所述太阳能板成矩阵排列设置在托板上。

本发明一种无人船，其中还包括第一电源管理模块和第二电源管理模块，所述第一电池组和电机分别与第一电源管理模块电连接，所述第二电池组与第二电源管理模块电连接，所述第一电源管理模块和第二电源管理模块分别与太阳能板电连接。

本发明一种无人船，其中所述动力装置包括螺旋桨和用于驱动其转动的水平推送器，所述水平推送器与电机电连接。

本发明一种无人船，其中所述进排水装置包括第一排水口、第一排水泵、第一排气口、第二排水口、第二排水泵、第二排气口、第一进水口、第二进水口和进水泵，所述第一排水口、第一排气口、第二排水口、第二排气口和第一进水口分别设置在浮筒上，所述第一排水泵、第二排水泵和进水泵置于所述压载水舱内，所述第一排水口通过排水管与第一排水泵连接，所述第二排水口通过排水管与第二排水泵连接，所述第一排气口与第二排气口的出气口处设有排气管，所述排水管与排气管分别穿过支臂并延伸至所述底板的底部，所述第一进水口通过进水管与进水泵的出水口连接，所述第二进水口与进水泵的进水口连接。

本发明一种无人船，其中所述支臂内设有走线槽，所述排气管与排水管分别置于走线槽内。

本发明一种无人船，其中所述底板的底部设有与排水管的出水口处连接的防水插头。

本发明一种无人船，其中所述中央处理模块包括飞行控制系统和控制信号转换器，所述飞行控制系统包括飞行控制器和自动驾驶仪，所述飞行控制器与自动驾驶仪电连接，所述飞行控制器和自动驾驶仪分别与控制信号转换器电连接，所述动力装置与进排水装置分别与控制信号转换器电连接，所述探测模块和监控模块分别与飞行控制器电连接，所述惯性导航系统与飞行控制器电连接，所述通信模块进一步与外部终端连接。

本发明一种无人船，其中所述天线伺服系统设置在太阳能板装置的中心处，所述天线伺服系统包括安装台，所述安装台上设有定位接收天线、气象台和GPS定位系统。

本发明一种无人船，其中所述支臂的整体结构为上窄下宽型，所述太阳能板装置的重量比所述浮筒的重量轻。

与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：①本发明无人船通过进排水装置向压载水舱内注入或者排出适量的水，调整浮筒在水上的浮力，实现沉浮调节，以实现无人船在水上的升降。②本发明支臂的整体结构为上窄下宽型，太阳能板装置的重量比浮筒的重量轻，使无人船在遭遇风浪作用时与进排水装置共同配合作用，保证整体浮筒的平衡，能够快速翻转，恢复到正常航行状态，具有防止倾翻，自行恢复的作用。③本发明惯性导航系统能够保证测得的航行数据精确连续，由于惯性导航系统与自动驾驶仪直接电连接，使其测得的数据直接传输给自动驾驶仪，进而保证无人船的安全航行。本发明通过天线伺服模块提供无人船的航行位置、通过监控模块实时监测无人船的姿态信息、通过动力模块实现对无人船的行进控制，并结合惯性导航系统与自动驾驶仪使无人船实现精确、安全的无人驾驶。④本发明通过采用太阳能板将光能转换为电能对电源管理模块进行供电，充分利用自然能源，电池组用于对电源管理模块所获得的电能进行存储或者将电能释放给电源管理模块，在白天阳光充足时，能够将多余的电量进行存储，在阴天或者夜间将电量进行释放，保证无人船的电量的正常供应，因而保证无人船的正常工作与航行。

下面结合附图对本发明的一种无人船作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一种无人船的结构示意图；

图2为本发明一种无人船中太阳能板装置的侧视图；

图3为本发明一种无人船中太阳能板装置的俯视图；

图4为太阳能板装置中支撑板的结构示意图；

图5为本发明一种无人船中浮筒的结构示意图；

图6为本发明一种无人船中控制模块示意图；

其中：1、太阳能板装置；2、支臂；3、浮筒；4、螺旋桨；5、水平推送器；6、天线伺服系统；7、第一排水口；8、第一排气口；9、水泵更换口；10、第二进水口；11、第二排气口；12、第二排水口；13、过滤网；14、第二排水泵；15、第一进水口；16、进水泵；17、引流板；18、第一排水泵；19、隔板；

101、底板；102、托板；103、边框；104、太阳能板；105、支撑板；

301、动力舱；302、机电舱；303、压载水舱；304、设备舱；

601、安装台；602、接收天线；603、气象台；604、GPS定位系统。

具体实施方式

如图1-图4所示，本发明一种无人船，包括太阳能板装置1，太阳能板装置1的底部两侧分别平行设有浮筒3，浮筒3通过支臂2与太阳能板装置1连接，太阳能板装置1包括底板101、托板102、边框103和太阳能板104，托板102安装在底板101上，边框103包覆在托板102与底板101的四周，边框103采用环氧树脂玻纤布材质，边框103的设置一方面防止无人船在海上航行时遭遇阻碍物，以保护太阳能板装置1边缘防碰撞的作用，保证太阳能板装置1整体结构的稳定性，另一方面保证底板101与托板102之间安装结构的密封性，防止海水渗入空腔内。托板102与底板101之间形成空腔结构，空腔内填充有发泡橡胶，具有减轻整体太阳能板装置1重量的作用。空腔内设有分别与托板102与底板101固定连接的支撑板105，进而稳固底板101与托板102之间的安装结构。支撑板105的高度自空腔中心向两端逐渐降低，使托板102整体呈向上凸出的结构，太阳能板104成矩阵排列设置在托板102 上，增大了太阳能板104与太阳光的接触面积。

浮筒3内设有动力舱301、机电舱302、压载水舱303和设备舱304，动力舱301、机电舱302、压载水舱303和设备舱304之间分别通过隔板19隔开形成相互独立的空间，动力舱301设置在浮筒3的端部，动力舱301内设有用于控制无人船行进动作的动力装置，压载水舱303内设有用于控制无人船沉浮的进排水装置，机电舱302内设有第一电池组和电机，设备舱304内设有第二电池组，第一电池组与第二电池组均采用蓄电池，还包括第一电源管理模块和第二电源管理模块，第一电池组和电机分别与第一电源管理模块电连接，第二电池组与第二电源管理模块电连接，第一电源管理模块和第二电源管理模块分别与太阳能板104电连接，太阳能板104将光能转换为电能对电源管理模块进行供电，电池组用于对电源管理模块所获得的电能进行存储或者将电能释放给电源管理模块，其中，第一电源管理模块用于对无人船内各设备进行供电，第二电源管理模块用于对动力装置以及进排水装置进行供电，通过采用电池组对电源管理模块进行充放电，在白天阳光充足时，能够将多余的电量进行存储，在阴天或者夜间将电量进行释放，保证无人船的电量的正常供应，因而保证无人船的正常工作与航行。

动力装置包括螺旋桨4和用于驱动其转动的水平推送器5，水平推送器5与电机电连接，水平推送器5用于控制无人船实现直线、转弯等航行状态。进排水装置通过控制无人船压载水仓内的进排水量以实现沉浮、翻转等航行状态。如图5所示，进排水装置包括第一排水口 7、第一排水泵18、第一排气口8、第二排水口12、第二排水泵14、第二排气口11、第一进水口15、第二进水口10和进水泵16，第一排水口7、第一排气口8、第二排水口12、第二排气口11和第一进水口15分别设置在浮筒3上，第一排水泵18、第二排水泵14和进水泵 16置于压载水舱303内，浮筒3上设有分别与第一排水泵18、第二排水泵14和进水泵16位置对应的水泵更换口9，便于水泵的更换。第一排水口7通过排水管与第一排水泵18连接，第二排水口12通过排水管与第二排水泵14连接，第一排气口8与第二排气口11的出气口处设有排气管，排水管与排气管分别穿过支臂2并延伸至底板101的底部，支臂2内设有走线槽，排气管与排水管分别置于走线槽内，底板101的底部设有与排水管的出水口处连接的防水插头，第一进水口15通过进水管与进水泵16的出水口连接，第二进水口10与进水泵16 的进水口连接。

进一步的，为保证浮筒3在进排水时两侧的平衡，第一排水口7与第二排水口12分别位于第二进水口10的两侧，第一排气口8位于第一排水口7的一侧，第二排气口11位于第二排水口12的一侧。

无人船通过进排水装置向压载水舱303内注入或者排出适量的水，调整浮筒3在水上的浮力，实现沉浮调节，以实现无人船在水上的升降，此外，支臂2的整体结构为上窄下宽型，太阳能板装置1的重量比浮筒3的重量轻，使无人船在遭遇风浪作用时与进排水装置共同配合作用，保证整体浮筒3的平衡，能够快速翻转，恢复到正常航行状态，具有防止倾翻，自行恢复的作用。

具体地，无人船正常航行实现沉浮，当无人船上浮时，第一排水口7、第二排水口12分别对应通过第一排水泵18、第二排水泵14实现排水功能，并将空气通过第一排气口8与第二排气口11进入储水舱内，实现无人船的上浮；当无人船下沉时，进水口通过进水泵16将水输送至压载水舱303内，并通过第一排气口8与第二排气口11将压载水舱303内的空气排出，实现无人船的下沉。

具体的，当无人船遭遇风浪发生倾翻现象时，由于无人船整体重量下重上轻，其能够在短时间内快速实现翻转，使其中一个浮筒3置于水中，浮筒3在进排水系统的作用下向压载水舱303内注入适量的水，使无人船整体下降，直至另外一个浮筒3也置于水中，此时，其中一个浮筒3停止向压载水舱303内注水，另外一个浮筒3在进排水装置的作用下向压载水舱303内注入适量的水，直至两个浮筒3在水上的浮力相同，最后，两个浮筒3分别通过各自的进排水装置同时实现将压载水舱303的水向外排出，使无人船在水上上升，由此无人船恢复正常航行状态。其中，当无人船上浮时，第一排水口7、第二排水口12分别对应通过第一排水泵18、第二排水泵14实现排水功能，并将空气通过第一排气口8与第二排气口11进入压载水舱303内，实现无人船的上浮；当无人船下沉时，进水口通过进水泵16将水输送至压载水舱303内，并通过第一排气口8与第二排气口11将压载水舱303内的空气排出，实现无人船的下沉。

压载水舱303的底部设有过滤网13，第一排水泵18、第二排水泵14和进水泵16分别置于过滤网13上，由于无人船的工作环境一般会存在浮游生物、漂浮垃圾等杂物，这些杂物会给进排水系统工作时造成阻力，通过在进水口处设有过滤网13，过滤网13能够将杂物与进水口阻隔，在进水口和排水口处设有清障系统，能够及时清理进水口与排水口周围的障碍物进而及时清理进水口周围的障碍物，保证进排水系统工作的顺利进行。过滤网13上设有若干与其垂直放置的引流板17，具有引流的作用，保证排水效率。

如图6所示，还包括探测模块、监控模块、惯性导航系统、通信模块、天线伺服系统6和中央处理模块，动力装置、进排水装置、探测模块、监控模块、惯性导航系统、通信模块与天线伺服系统6分别与所述中央处理模块电连接。

通信模块进一步与外部终端连接，其中，外部终端为用户终端和/或PC监控平台，中央处理模块通过通信模块将信号传输给外部终端。

天线伺服系统6设置在太阳能板装置1的中心处，天线伺服系统6包括安装台601，安装台601上设有定位接收天线602、气象台603和GPS定位系统604。定位接收天线602为以下形式天线之一：北斗定位天线、全球定位系统GPS天线。优选地，定位接收天线602内设有干扰抑制滤波器和正弦滤波器，保证信号的准确传输。

其中，中央处理模块包括飞行控制系统和控制信号转换器，飞行控制系统包括飞行控制器和自动驾驶仪，飞行控制器与自动驾驶仪电连接，飞行控制器和自动驾驶仪分别与控制信号转换器电连接，飞行控制器为无人船的中央控制器，根据外部终端的控制指令或根据船体运行状态控制并协调各模块工作；自动驾驶仪用于接收飞行控制器的动作指令，使无人船按一定的姿态、航向、高度等实现无人驾驶航行。

控制信号转换器用于将接收飞行控制器的信号进行转换，以控制无人船实现相应航行动作和/或将相应信息与外部终端之间相互传输。

动力装置与进排水装置分别与控制信号转换器电连接。

惯性导航系统与自动驾驶仪电连接。

探测模块与飞行控制器电连接，探测模块用于探测水下环境信息，进一步的，探测模块包括图像拍摄模块和/或声呐模块，图像拍摄模块包括摄像头和照明灯，摄像头设置在无人船的前端，照明灯设置在摄像头的四周，摄像头采用防撞摄像头和/或红外摄像机。通过采用图像拍摄模块以拍摄水下场景，图像拍摄模块将采集到的图像信息传输给飞行控制器，并通过控制信号转换器进行信号转换传输给外部终端。声呐模块利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信，并相应信号传输给飞行控制器，并通过控制信号转换器进行信号转换传输给外部终端。

监控模块与飞行控制器电连接，监控模块包括CTD、流速仪、测深仪、多普勒剖面仪、放射性检测仪、海温传感器，自动驾驶仪与控制信号转换器电连接，无人船通过监控模块实现对航行状态的实时监控，从而将信号传输给飞行控制器，并通过控制信号转换器将信号传输给自动驾驶仪，通过自动驾驶仪实现使无人船按照一定的姿态、航向、高度等航行。

惯性导航系统包括与飞行控制器电连接的惯性测量装置，惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪，惯性导航系统通过加速度计测量无人船的加速度，通过陀螺仪测量无人船的角速度将信号通过中央处理模块传输给自动驾驶仪以实现无人船的自主导航。惯性导航系统能够保证测得的航行数据精确连续，由于惯性导航系统与自动驾驶仪直接电连接，使其测得的数据直接传输给自动驾驶仪，进而保证无人船的安全航行。

进一步的，本发明通过天线伺服模块提供无人船的航行位置、通过监控模块实时监测无人船的姿态信息、通过动力装置与进排水装置实现对无人船的行进控制，并结合惯性导航系统与自动驾驶仪使无人船实现精确、安全的无人驾驶。

进一步的，惯性导航系统在控制无人船沿航行线路航行时，容易产生航行误差，通过天线伺服模块对惯性导航系统出现的累积误差进行修正，以保证惯性导航系统向自动驾驶仪传输数据的准确性，进而实现无人船的精准自动驾驶。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人船，其特征在于：包括太阳能板装置，所述太阳能板装置的底部两侧分别平行设有浮筒，所述浮筒通过支臂与太阳能板装置连接，所述浮筒内设有动力舱、机电舱、压载水舱和设备舱，所述动力舱、机电舱、压载水舱和设备舱之间分别通过隔板隔开形成相互独立的空间，所述动力舱设置在浮筒的端部，所述动力舱内设有用于控制无人船行进动作的动力装置，所述机电舱内设有第一电池组和电机，所述压载水舱内设有用于控制无人船沉浮的进排水装置，所述设备舱内设有第二电池组；

还包括探测模块、监控模块、惯性导航系统、通信模块、天线伺服系统和中央处理模块，所述动力装置、进排水装置、探测模块、监控模块、惯性导航系统、通信模块与天线伺服系统分别与所述中央处理模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种无人船，其特征在于：所述太阳能板装置包括底板、托板、边框和太阳能板，所述托板安装在底板上，所述边框包覆在所述托板与底板的四周，所述托板与底板之间形成空腔结构，所述空腔内设有分别与托板与底板固定连接的支撑板，所述支撑板的高度自空腔中心向两端逐渐降低，所述太阳能板成矩阵排列设置在托板上。

3.根据权利要求2所述的一种无人船，其特征在于：还包括第一电源管理模块和第二电源管理模块，所述第一电池组和电机分别与第一电源管理模块电连接，所述第二电池组与第二电源管理模块电连接，所述第一电源管理模块和第二电源管理模块分别与太阳能板电连接。

4.根据权利要求1所述的一种无人船，其特征在于：所述动力装置包括螺旋桨和用于驱动其转动的水平推送器，所述水平推送器与电机电连接。

5.根据权利要求2所述的一种无人船，其特征在于：所述进排水装置包括第一排水口、第一排水泵、第一排气口、第二排水口、第二排水泵、第二排气口、第一进水口、第二进水口和进水泵，所述第一排水口、第一排气口、第二排水口、第二排气口和第一进水口分别设置在浮筒上，所述第一排水泵、第二排水泵和进水泵置于所述压载水舱内，所述第一排水口通过排水管与第一排水泵连接，所述第二排水口通过排水管与第二排水泵连接，所述第一排气口与第二排气口的出气口处设有排气管，所述排水管与排气管分别穿过支臂并延伸至所述底板的底部，所述第一进水口通过进水管与进水泵的出水口连接，所述第二进水口与进水泵的进水口连接。

6.根据权利要求5所述的一种无人船，其特征在于：所述支臂内设有走线槽，所述排气管与排水管分别置于走线槽内。

7.根据权利要求5所述的一种无人船，其特征在于：所述底板的底部设有与排水管的出水口处连接的防水插头。

8.根据权利要求1所述的一种无人船，其特征在于：所述中央处理模块包括飞行控制系统和控制信号转换器，所述飞行控制系统包括飞行控制器和自动驾驶仪，所述飞行控制器与自动驾驶仪电连接，所述飞行控制器和自动驾驶仪分别与控制信号转换器电连接，所述动力装置与进排水装置分别与控制信号转换器电连接，所述探测模块和监控模块分别与飞行控制器电连接，所述惯性导航系统与飞行控制器电连接，所述通信模块进一步与外部终端连接。

9.根据权利要求1所述的一种无人船，其特征在于：所述天线伺服系统设置在太阳能板装置的中心处，所述天线伺服系统包括安装台，所述安装台上设有定位接收天线、气象台和GPS定位系统。

10.根据权利要求1所述的一种无人船，其特征在于：所述支臂的整体结构为上窄下宽型，所述太阳能板装置的重量比所述浮筒的重量轻。