CN109204715A - 一种无人作业船及其工作流程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人作业船及其工作流程，包括作业船体，所述的船体为双体式，所述船体中央为下凹结构，船体两侧上表为水平面，所述的船体的两侧底部均设置有浮筒，所述船体的尾部上端还设置有天桥，所述的船体上位于两侧水平面上设置有多自由度机械手，和与所述多自由度机械手电气连接的电气箱，所述的水平面的两端还设置有传感器，所述的天桥上安装有通讯设备，所述的浮筒下端还设置有矢量推进器，所述的船体上还设置有驱动装置，本发明实现水面物体的救捞作业，为生命救助和物资抢救提供有效的救捞设施。
Description
技术领域
本发明涉及救捞装备技术领域，尤其是一种无人操作的救捞作业船及其工作流程。
背景技术
我国的救捞工作领域起步相对较晚，在诸多救捞工作领域的救捞能力还十分薄弱。比如大型打捞起重船无法进入浅水和狭窄水域进行救捞工作，依靠传统的潜水员加浮筒的打捞方式存在潜水员劳动强度大、打捞效率低、可承载救捞物资负重小、安全性差、工期长等问题；采用小型救助艇在海上搜救时存在恶劣海况、夜间视野模糊、驾驶人员劳动强度大、安全性差等问题。而且在打捞某些海上危险物资、极地低温海洋环境作业，现有的有人驾驶的救捞船舶均有较大的风险。因此需要一种高速无人作业船填补领域空白。目前急需解决：1.哪种船体结构适合救捞作业，2.船体如何自主航行并避开障碍物，3.如何捕捉救捞对象位置并进行救捞作业的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中的现有技术存在的问题，提供一种改进的无人作业船及其工作流程。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无人作业船，包括作业船体，所述的船体为双体式，双体结构保证作业过程中船体平稳性，不易倾覆和有利于高速行驶，所述船体中央为下凹结构，船体两侧上表为水平面，所述的船体的两侧底部均设置有浮筒，所述船体的尾部上端还设置有天桥，所述的船体上位于两侧水平面上设置有多自由度机械手，和与所述多自由度机械手电气连接的电气箱，所述的水平面的两端还设置有传感器，所述的天桥上安装有通讯设备，所述的浮筒下端还设置有矢量推进器；
矢量推进器前后两头采用圆锥头部，外部导流罩，可以使喷出水流达到超高速状态，动力强劲，内部转子，流速调节可控，单独控制，360度全方位转向等优点；
所述的电气箱内构成智能控制系统，是无人作业船的神经中枢，主要由通讯模块、数据处理模块、电力系统监控模块、自动航行模块、矢量推进器控制模块、沉浮系统控制模块、多自由度机械手控制模块等组成，根据外部信息完成作业船自动航行模式、作业船打捞姿态、机械手打捞模式等决策策略，并控制相应的矢量推进器、泵、阀、机械手等设备运行；
无人作业船采用小型量子计算机为核心的人工智能控制系统接收母船发出的救捞对象位置信号，操控艏部为V形口的双体式作业船自主航行至救捞对象附近，通过激光雷达、摄像头等装置搜集外部环境信息，经人工智能控制系统处理后，操控矢量推进器(矢量推进器为电磁悬浮转子式结构，能360度旋转)和沉浮系统(调节作业船水线高度)使作业船处于最佳救捞姿态，操控多自由度机械手自动救捞对象并自动返回母船；
进一步地，本发明所述的船体前端设置有V字形开口，方便救捞对象进入船体时导向对中；
进一步地，本发明所述的浮筒包括浮体，所述的浮体内设置有至少两个压载水箱，所述的压载水箱底部设置有带有电动蝶阀的进出水口，所述的压载水箱连接有压缩空气泵，通过压缩空气泵注入空气将压载水箱内的水排出实现船体上浮，通过向压载水箱内注水实现船体下沉；
进一步地，本发明所述的多自由度机械手由多自由度机械臂(机械手臂参照汽车行业工业机器人进行设计、安装板和抓手组成，所述的多自由度机械臂上设置有多角度活动关节，所述的安装板通过传动齿轮组与所述多自由度机械臂活动连接，所述的安装板背部设置有伺服电机，所述的抓手固定在所述安装板上，所述的抓手为圆弧爪盘结构，抓手与所述安装板之间设置有电动推杆，所述的抓手端部设置有防脱板，抓手部分根据救捞对象进行单独设计，初步设计成可张合附有圆弧板的机构形式，抓手可绕腕部自由旋转，方便快速调整抓取角度；
进一步地，本发明所述的通讯设备包括雷达、天线和摄像头，构成通讯导航系统，主要用于接收母船提供的救捞对象位置信号及母船位置信号、接收母船对无人作业船的控制信号、实时反馈无人作业船的位置信息至母船、实时反馈无人作业船运行状态至母船等；
进一步地，本发明所述的浮体内还设置有液位传感器和压力传感器，配合船体四周的超声波传感器、天桥上的摄像头等构成复合信号采集成像系统，能够时时采集船体姿态、外部环境、救捞对象位置等信息，经相应处理模块处理后传输至智能控制系统，为无人作业船上的相关设备运行提供决策信息；
进一步地，本发明所述的驱动装置为采用蓄电池全电驱动，由新型高效、快速充电式巨能石墨烯电池来提供电力，以便满足续航久和方便冲能等功能要求。电力系统蓄电池采用多块新型巨能石墨烯电池板并联组成，电压为AC380V，方便充电，外壳包裹防火板，内部设置防火隔板，每块电池板均设置独立的保险装置，电池组内部设置冷循坏管道，能够有效防止电池组发生过热燃烧等隐患。该套电力系统能够保证1天的打捞任务所需用电，并能在一晚上充满电。
本发明的工作流程为：
1)母船发现救捞目标后，利用船上的设备设施施放无人作业船；
2)根据母船给定的救捞对象位置信息，自主航行至救捞对象附近；
3)根据传感器探测到的救捞对象与无人作业船相对位置，经智能控制系统控制矢量推进器转动角度，自动调整船体姿态，使作业船船舯线对准救捞对象中心线；
4)无人作业船向前缓慢航行，使救捞对象进入作业平台首部导向V形口，继续前行直至救捞对象基本到达V形口端部为止；
5)通过智能控制系统控制两部多自由度机械手协同工作，共同将救捞对象调整到水平状态并夹紧固定；
6)返回母船时，救捞对象处于海面之上，减小阻力。
本发明的有益效果是:本发明的一种无人作业船解决了传统技术中存在的问题，提高了救捞效率，消除安全隐患；无人操作、智能安全，高效环保，适用于恶劣海洋环境下的救捞任务；更改部分设备，可完成极地科考采样、危险海域采样调查等拓展功能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中船体正面结构示意图；
图3是本发明中船体前端V字形开口结构示意图；
图4是本发明中多自由度机械手结构示意图；
图5是本发明中浮筒的结构示意图。
图中:1.船体，2.浮筒，3.天桥，4.多自由度机械手，5.电气箱，6.传感器，7.矢量推进器，8.浮体，9.压载水箱，10.电动蝶阀，11.进出水口，12.压缩空气泵，13.多自由度机械臂，14.安装板，15.抓手，16.传动齿轮组，17.伺服电机，18.电动推杆，19.防脱板，20.雷达，21.天线，22.摄像头。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、图2、图3、图4、和图5所示的本发明一种无人作业船的实施例，包括作业船体1，所述的船体1为双体式，双体结构保证作业过程中船体平稳性，不易倾覆和有利于高速行驶，所述船体1中央为下凹结构，船体两侧上表为水平面，所述的船体1的两侧底部均设置有浮筒2，所述船体1的尾部上端还设置有天桥3，所述的船体1上位于两侧水平面上设置有多自由度机械手4，和与所述多自由度机械手4电气连接的电气箱5，所述的水平面的两端还设置有传感器6，所述的天桥3上安装有通讯设备，所述的浮筒2下端还设置有矢量推进器7；矢量推进器7前后两头采用圆锥头部，外部导流罩，可以使喷出水流达到超高速状态，动力强劲，内部转子，流速调节可控，单独控制，360度全方位转向等优点；
所述的电气箱5内构成智能控制系统，是无人作业船的神经中枢，主要由通讯模块、数据处理模块、电力系统监控模块、自动航行模块、矢量推进器控制模块、沉浮系统控制模块、多自由度机械手控制模块等组成，根据外部信息完成作业船自动航行模式、作业船打捞姿态、机械手打捞模式等决策策略，并控制相应的矢量推进器、泵、阀、机械手等设备运行；
所述的船体1前端设置有V字形开口8，方便救捞对象进入船体1时导向对中；
所述的浮筒2包括浮体8，所述的浮体8内设置有至少两个压载水箱9，所述的压载水箱9底部设置有带有电动蝶阀10的进出水口11，所述的压载水箱9连接有压缩空气泵12，通过压缩空气泵12注入空气将压载水箱9内的水排出实现船体1上浮，通过向压载水箱9内注水实现船体1下沉；
所述的多自由度机械手4由多自由度机械臂13(机械手臂参照汽车行业工业机器人进行设计)、安装板14和抓手15组成，所述的多自由度机械臂13上设置有多角度活动关节，所述的安装板14通过传动齿轮组16与所述多自由度机械臂13活动连接，所述的安装板14背部设置有伺服电机17，所述的抓手15固定在所述安装板14上，所述的抓手15为圆弧爪盘结构，抓手15与所述安装板14之间设置有电动推杆18，所述的抓手15端部设置有防脱板19，抓手15部分根据救捞对象结构进行单独设计，设计成可张合附有圆弧板的机构形式，抓手可绕腕部自由旋转，方便快速调整抓取角度；
所述的通讯设备包括雷达20、天线21和摄像头22，构成通讯导航系统，主要用于接收母船提供的救捞对象位置信号及母船位置信号、接收母船对无人作业船的控制信号、实时反馈无人作业船的位置信息至母船、实时反馈无人作业船运行状态至母船等；
所述的浮体8内还设置有液位传感器和压力传感器，配合船体1四周的超声波传感器、天桥3上的摄像头22等构成复合信号采集成像系统，能够时时采集船体1姿态、外部环境、救捞对象位置等信息，经相应处理模块处理后传输至智能控制系统，为无人作业船上的相关设备运行提供决策信息；
所述的驱动装置为采用蓄电池全电驱动，由新型高效、快速充电式巨能石墨烯电池来提供电力，以便满足续航久和方便冲能等功能要求。电力系统蓄电池采用多块新型巨能石墨烯电池板并联组成，电压为AC380V，方便充电，外壳包裹防火板，内部设置防火隔板，每块电池板均设置独立的保险装置，电池组内部设置冷循坏管道，能够有效防止电池组发生过热燃烧等隐患。该套电力系统能够保证1天的打捞任务所需用电，并能在一晚上充满电。
打捞流程：
1)母船发现救捞目标后，利用船上的设备设施施放无人作业船；
2)根据母船给定的救捞对象位置信息，自主航行至救捞对象附近；
3)根据传感器探测到的救捞对象与无人作业船相对位置，经智能控制系统控制矢量推进器转动角度，自动调整船体姿态，使作业船船舯线对准救捞对象中心线；
4)无人作业船向前缓慢航行，使救捞对象进入作业平台首部导向V形口，继续前行直至救捞对象基本到达V形口端部为止；
5)通过智能控制系统控制两部多自由度机械手协同工作，共同将救捞对象调整到水平状态并夹紧固定；
6)返回母船时，救捞对象处于海面之上，减小阻力。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种无人作业船，其特征在于：包括作业船体(1)，所述的船体(1)为双体式，所述船体(1)中央为下凹结构，船体(1)两侧上表为水平面，所述的船体(1)的两侧底部均设置有浮筒(2)，所述船体(1)的尾部上端还设置有天桥(3)，所述的船体(1)上位于两侧水平面上设置有多自由度机械手(4)，和与所述多自由度机械手(4)电气连接的电气箱(5)，所述的水平面的两端还设置有传感器(6)，所述的天桥(3)上安装有通讯设备，所述的浮筒(2)下端还设置有矢量推进器(7)，所述的船体(1)上还设置有驱动装置。
2.根据权利要求1所述的一种无人作业船，其特征在于：所述的船体(1)前端设置有V字形开口。
3.根据权利要求1所述的一种无人作业船，其特征在于：所述的浮筒(2)包括浮体(8)，所述的浮体(8)内设置有至少两个压载水箱(9)，所述的压载水箱(9)底部设置有带有电动蝶阀(10)的进出水口(11)，所述的压载水箱(9)连接有压缩空气泵(12)，通过压缩空气泵(12)注入空气将压载水箱(9)内的水排出实现船体(1)上浮。
4.根据权利要求1所述的一种无人作业船，其特征在于：所述的多自由度机械手(4)由多自由度机械臂(13)、安装板(14)和抓手(15)组成，所述的多自由度机械臂(13)上设置有多角度活动关节，所述的安装板(14)通过传动齿轮组(16)与所述多自由度机械臂(13)活动连接，所述的安装板(14)背部设置有伺服电机(17)，所述的抓手(15)固定在所述安装板(14)上，所述的抓手(15)为圆弧爪盘结构，抓手(15)与所述安装板(14)之间设置有电动推杆(18)，所述的抓手(15)端部设置有防脱板(19)。
5.根据权利要求1所述的一种无人作业船，其特征在于：所述的通讯设备包括雷达(20)、天线(21)和摄像头(22)。
6.根据权利要求3所述的一种无人作业船，其特征在于：所述的浮体(8)内还设置有液位传感器和压力传感器。
7.根据权利要求1所述的一种无人作业船，其特征在于：所述的驱动装置为采用蓄电池全电驱动。
8.根据权利要求1-7所述的一种无人作业船的工作流程，其特征在于：
1)母船发现救捞目标后，利用船上的设备设施施放无人作业船；
2)根据母船给定的救捞对象位置信息，自主航行至救捞对象附近；
3)根据传感器探测到的救捞对象与无人作业船相对位置，经智能控制系统控制矢量推进器转动角度，自动调整船体姿态，使作业船船舯线对准救捞对象中心线；
4)无人作业船向前缓慢航行，使救捞对象进入作业平台首部导向V形口，继续前行直至救捞对象基本到达V形口端部为止；
5)通过智能控制系统控制两部多自由度机械手协同工作，共同将救捞对象调整到水平状态并夹紧固定；
6)返回母船时，救捞对象处于海面之上，减小阻力。
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