CN108820130A - 一种无人艇海上空中加油系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人艇海上空中加油系统和方法，系统包括无人机，无人艇，所述无人机上设有补给油箱、油管收放装置、输油管、三爪吸盘，所述无人艇上设有平面吸盘和待补给油箱；本发明空中加油系统设计合理、结构简单、操作稳定、方便快捷，系统整个加油过程无人工干预，完全自主，可以提高无人艇加油的实效性，同时避免了海上人工加油的危险性。加油两端通过定位扣紧固定动作，使加油操作具有较高的连接稳定性；同时，无人机与无人艇的结合进一步提高了加油的无人化和自主化程度，解决了无人艇续航能力差的问题，扩大了无人艇的作用面积，为无人艇海上作业的多功能性提供了前提和保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人艇海上空中加油系统和方法，能够在无任何人工干预的前提下为无人艇进行海上空中加油作业，属于无人艇应用技术领域。
背景技术
水面无人艇是一种小型无人水面平台。近些年来，这种无人水面平台在各种特殊任务中表现突出，比如水下扫雷，水下考古，地质勘探，反潜等。其上主要搭载了雷达、惯导、声呐、GPS、超声、摄像头等传感设备，可以实现环境感知、导航避障、路径规划、抗涌流扰动控制等功能。水面无人艇的驱动方式是通过内燃机燃烧燃油来进行。其中无人艇上面多处传感器的供电是主要通过内燃机带动，当燃油供给不足时，只能靠蓄电池维持极短时间内的工作，并不能更好地实现长时间续航。因此，无人艇的燃油供给是其完成各种功能和任务的基本前提。
目前的无人艇的续航能力比较差，只能维持几个小时的工作，对于一些小型的无人艇，其续航能力更差。目前无人艇的燃油供给主要通过人工加油，但是人工加油只能在岸边或者母艇上完成，所以当无人艇的燃油不足时，无人艇只能返航回到岸边或者母艇进行加油，这样就造成了任务完成率低下甚至完不成任务。当无人艇外出作业时，常由于任务的特殊性而无法返航加油，这极大限制了无人艇的作用面积，同时也限制了其自主和智能作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人艇海上空中加油系统和方法，解决无人艇续航能力差、作用区域小的现状，通过增加无人艇的续航能力，以提高自主化程度。本发明设计的无人艇海上空中加油系统具有易于实现、操作方便、行动高效等特点。
为了达到上述要求，本发明的构思是：
为了实现油量充足，可以采用较大的无人机进行加油作业。无人机与无人艇的结合，更好地实现了自主功能，大大提高了无人化水平。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种无人艇海上空中加油系统，包括无人机，无人艇，所述无人机上设有补给油箱、油管收放装置、输油管、三爪吸盘，所述无人艇上设有平面吸盘和待补给油箱；所述输油管一端连接补给油箱，并通过油管收放装置实现输油管的收放，输油管的另一端安装三爪吸盘，所述三爪吸盘与平面吸盘对接，平面吸盘设置在待补给油箱上，从而实现向待补给油箱的加油。
所述三爪吸盘的底面中间位置设有加油接口，在加油接口的根部设置有电磁减震环，其在加油接口与待加油接口结合时起到缓冲减震作用；所述三爪吸盘上还设有三个激光吸收器，间隔120度均匀布置，用于吸收平面吸盘上三个激光孔发射的激光，完成定位过程；三爪吸盘上还设有三个立柱，位于三个激光吸收器的间隙之间，也是间隔120度均匀布置，每个立柱的底部连接一个三爪圆盘。
所述平面吸盘上设有三个圆形槽，其位置与三爪吸盘上的三个立柱相对应，用于上电吸附三个三爪圆盘；平面吸盘上还设有三个激光孔，其位置与三爪吸盘上的三个激光吸收器相对应，用于发射激光；平面吸盘中间位置设有待加油接口，与加油接口实现对接。
一种无人艇海上空中加油方法，具体步骤如下：
S01：当无人艇检测到自身的油量低于设定阈值时，判定为缺油状态，此时无人艇通过无线通信网络向控制中心发送需要加油的信号，以及此时无人艇所在的位置坐标；
S02：控制中心接收到无人艇发出的需要加油信号后，指挥无人机飞向无人艇所在的位置坐标；
S03：当无人机飞达无人艇的工作位置时，打开补给油箱舱口，通过油管收放装置将输油管下放；
S04：当输油管下放至距离无人艇的待补给油箱上方一定位置处，待补给油箱上面的平面吸盘上的三个激光孔打开，并发射激光；
S05：当激光孔发射的激光被三爪吸盘的三个激光吸收器所捕捉吸收时，完成三爪吸盘的定位过程；
S06：当三爪吸盘定位完成时，输油管被进一步下放，最终下放到三爪圆盘接触到平面吸盘的三个圆形槽内，平面吸盘上电，产生电磁力将三爪圆盘吸住，完成扣紧固定动作，期间加油接口上方的电磁减震环起到缓冲减震作用；
S07：当三爪吸盘与平面吸盘完成扣紧固定动作后，加油接口与待加油接口完成结合，同时加油接口与待加油接口打开，进行加油过程；
S08：当油量达到无人艇待补给油箱所需值时，加油接口与待加油接口关闭，完成加油过程；
S09：加油过程完成后，平面吸盘断电，失去电磁力，三爪吸盘被松开，此时无人机上的油管收放装置开始回收输油管，完成整个加油作业；
S10：加油作业完成后，无人机飞回控制中心。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明空中加油系统设计合理、结构简单、操作稳定、方便快捷，系统整个加油过程无人工干预，完全自主，可以提高无人艇加油的实效性，同时避免了海上人工加油的危险性。加油两端通过定位扣紧固定动作，使加油操作具有较高的连接稳定性；同时，无人机与无人艇的结合进一步提高了加油的无人化和自主化程度，解决了无人艇续航能力差的问题，扩大了无人艇的作用面积，为无人艇海上作业的多功能性提供了前提和保障。
采用本方法进行海上加油任务，不仅可以实现完全自主功能，又可以减少大量的人力，还能扩大无人艇的作用面积，解决了无人艇因能源问题所带来的后顾之忧。同时，当多艘无人艇进行协同作业时，可以通过此加油系统利用一架无人机为多艘无人艇进行加油作业，促进无人艇作业的多任务性，也使得无人艇的发展迈向新的阶段。
附图说明
图1为本发明系统的整体结构示意图。
图2为本发明三爪吸盘的示意图。
图3为本发明平面吸盘的示意图。
图4为三爪吸盘与平面吸盘配合示意图。
图5为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
如图1至图4所示，一种无人艇海上空中加油系统，包括无人机1，无人艇8，所述无人机1上设有补给油箱2、油管收放装置3、输油管4、三爪吸盘5，所述无人艇8上设有平面吸盘6和待补给油箱7；所述输油管4一端连接补给油箱2，并通过油管收放装置3实现输油管4的收放，输油管4的另一端安装三爪吸盘5，所述三爪吸盘5与平面吸盘6对接，平面吸盘6设置在待补给油箱7上，从而实现向待补给油箱7的加油。
如图2所示，所述三爪吸盘5的底面中间位置设有加油接口11，在加油接口11的根部设置有电磁减震环9，其在加油接口11与待加油接口15结合时起到缓冲减震作用；所述三爪吸盘5上还设有三个激光吸收器10，间隔120度均匀布置，用于吸收平面吸盘6上三个激光孔16发射的激光，完成定位过程；三爪吸盘5上还设有三个立柱12，位于三个激光吸收器10的间隙之间，也是间隔120度均匀布置，每个立柱12的底部连接一个三爪圆盘13。
如图3和图4所示，所述平面吸盘6上设有三个圆形槽14，其位置与三爪吸盘5上的三个立柱12相对应，用于上电吸附三个三爪圆盘13；平面吸盘6上还设有三个激光孔16，其位置与三爪吸盘5上的三个激光吸收器10相对应，用于发射激光；平面吸盘6中间位置设有待加油接口15，与加油接口11实现对接。
如图5所示，一种无人艇海上空中加油方法，具体步骤如下：
S01：当无人艇8检测到自身的油量低于设定阈值时，判定为缺油状态，此时无人艇8通过无线通信网络向控制中心发送需要加油的信号，以及此时无人艇8所在的位置坐标；
S02：控制中心接收到无人艇8发出的需要加油信号后，指挥无人机1飞向无人艇8所在的位置坐标；
S03：当无人机1飞达无人艇8的工作位置时，打开补给油箱2舱口，通过油管收放装置3将输油管4下放；
S04：当输油管4下放至距离无人艇8的待补给油箱7上方一定位置处，待补给油箱7上面的平面吸盘6上的三个激光孔16打开，并发射激光；
S05：当激光孔16发射的激光被三爪吸盘5的三个激光吸收器10所捕捉吸收时，完成三爪吸盘5的定位过程；
S06：当三爪吸盘5定位完成时，输油管4被进一步下放，最终下放到三爪圆盘13接触到平面吸盘6的三个圆形槽14内，平面吸盘6上电，产生电磁力将三爪圆盘13吸住，完成扣紧固定动作，期间加油接口11上方的电磁减震环9起到缓冲减震作用；
S07：当三爪吸盘5与平面吸盘6完成扣紧固定动作后，加油接口11与待加油接口15完成结合，同时加油接口11与待加油接口15打开，进行加油过程；
S08：当油量达到无人艇8待补给油箱7所需值时，加油接口11与待加油接口15关闭，完成加油过程；
S09：加油过程完成后，平面吸盘6断电，失去电磁力，三爪吸盘5被松开，此时无人机1上的油管收放装置3开始回收输油管4，完成整个加油作业；
S10：加油作业完成后，无人机1飞回控制中心。
Claims (4)
1.一种无人艇海上空中加油系统，包括无人机（1），无人艇（8），其特征在于，所述无人机（1）上设有补给油箱（2）、油管收放装置（3）、输油管（4）、三爪吸盘（5），所述无人艇（8）上设有平面吸盘（6）和待补给油箱（7）；所述输油管（4）一端连接补给油箱（2），并通过油管收放装置（3）实现输油管（4）的收放，输油管（4）的另一端安装三爪吸盘（5），所述三爪吸盘（5）与平面吸盘（6）对接，平面吸盘（6）设置在待补给油箱（7）上，从而实现向待补给油箱（7）的加油。
2.根据权利要求1所述的无人艇海上空中加油系统，其特征在于，所述三爪吸盘（5）的底面中间位置设有加油接口（11），在加油接口（11）的根部设置有电磁减震环（9），其在加油接口（11）与待加油接口（15）结合时起到缓冲减震作用；所述三爪吸盘（5）上还设有三个激光吸收器（10），间隔120度均匀布置，用于吸收平面吸盘（6）上三个激光孔（16）发射的激光，完成定位过程；三爪吸盘（5）上还设有三个立柱（12），位于三个激光吸收器（10）的间隙之间，也是间隔120度均匀布置，每个立柱（12）的底部连接一个三爪圆盘（13）。
3.根据权利要求1所述的无人艇海上空中加油系统，其特征在于，所述平面吸盘（6）上设有三个圆形槽（14），其位置与三爪吸盘（5）上的三个立柱（12）相对应，用于上电吸附三个三爪圆盘（13）；平面吸盘（6）上还设有三个激光孔（16），其位置与三爪吸盘（5）上的三个激光吸收器（10）相对应，用于发射激光；平面吸盘（6）中间位置设有待加油接口（15），与加油接口（11）实现对接。
4.一种无人艇海上空中加油方法，其特征在于，具体步骤如下：
S01：当无人艇（8）检测到自身的油量低于设定阈值时，判定为缺油状态，此时无人艇（8）通过无线通信网络向控制中心发送需要加油的信号，以及此时无人艇（8）所在的位置坐标；
S02：控制中心接收到无人艇（8）发出的需要加油信号后，指挥无人机（1）飞向无人艇（8）所在的位置坐标；
S03：当无人机（1）飞达无人艇（8）的工作位置时，打开补给油箱（2）舱口，通过油管收放装置（3）将输油管（4）下放；
S04：当输油管（4）下放至距离无人艇（8）的待补给油箱（7）上方一定位置处，待补给油箱（7）上面的平面吸盘（6）上的三个激光孔（16）打开，并发射激光；
S05：当激光孔（16）发射的激光被三爪吸盘（5）的三个激光吸收器（10）所捕捉吸收时，完成三爪吸盘（5）的定位过程；
S06：当三爪吸盘（5）定位完成时，输油管（4）被进一步下放，最终下放到三爪圆盘（13）接触到平面吸盘（6）的三个圆形槽（14）内，平面吸盘（6）上电，产生电磁力将三爪圆盘（13）吸住，完成扣紧固定动作，期间加油接口（11）上方的电磁减震环（9）起到缓冲减震作用；
S07：当三爪吸盘（5）与平面吸盘（6）完成扣紧固定动作后，加油接口（11）与待加油接口（15）完成结合，同时加油接口（11）与待加油接口（15）打开，进行加油过程；
S08：当油量达到无人艇（8）待补给油箱（7）所需值时，加油接口（11）与待加油接口（15）关闭，完成加油过程；
S09：加油过程完成后，平面吸盘（6）断电，失去电磁力，三爪吸盘（5）被松开，此时无人机（1）上的油管收放装置（3）开始回收输油管（4），完成整个加油作业；
S10：加油作业完成后，无人机（1）飞回控制中心。
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