CN110027675A - 一种用于无人艇上的3d声呐自动布放回收系统 - Google Patents

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彭艳
罗均
蒲华燕
邵文韫
柯俊
李小毛
桑胜亚
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Abstract

一种用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统，包括远程控制界面、设置在无人艇上的工业控制计算机和由电机带动的布放回收结构，所述工业控制计算机内置有无线接收模块，与远程控制界面无线通讯连接，工业控制计算机通过PLC与电机通讯连接，所述布放回收结构包括底座，底座上设置有齿轮箱，齿轮箱由电机带动，并通过花键传动带动伸缩杆，伸缩杆的末端连接3D声呐，所述伸缩杆的末端设置有位置传感器，位置传感器与PLC电连接。本发明设计简单，构思新颖，通过远程控制界面即可实现3D声呐准确布放到指定水面坐标下的指定深度，全部操作均通过无人设备进行，最大化的利用了无人艇的各种优点，又实现了3D声呐的自动化探测，效果显著。

Description

一种用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统
技术领域
本发明涉及无人艇技术领域，具体是一种用于无人艇的3D声呐的自动布放与回收的系统及方法。
背景技术
近年来，随着无人设备技术的不断发展，无人艇作为主要用于水面工作的无人设备也有了很高的研究程度，国内外公司和科研机构相继研制出许多型号的无人艇，来应对各种方面的需求。
3D声呐是一种回声探测装置，主要应用于水下资源探测、水生生物及环境探测等领域，在无人艇上装载3D声呐，对无人艇实现障碍物探测及水下考古等都有重要的意义。有时候，3D声呐不仅需要装载在无人艇上，还需要布放在水下的特定位置，在3D声呐布放和回收的过程中，都需要一系列的定位、布放，以及捕捉回收，这一系列的操作流程比较繁琐但要求精准，一般都是由人工操作。随着无人艇应用范围的不断扩大，3D声呐的布放和回收也开始需要无人艇的介入，但是，由于海上风浪涌流等环境恶劣，无人艇无人操作和监督，这使得3D声呐的布放和回收都面临着各种困难。因此，3D声呐的布放和回收工作应用到无人艇技术领域，需要解决的最大问题就是如何做到无人操作自动化的进行。
发明内容
为了解决现有技术的不足，实现无人环境下无人艇上对3D声呐的自动布放和回收，本发明提出一种用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统及方法。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，
一种用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统，包括远程控制界面、设置在无人艇上的工业控制计算机和由电机带动的布放回收结构，所述工业控制计算机内置有无线接收模块，与远程控制界面无线通讯连接，工业控制计算机通过PLC（可编辑逻辑控制器）与电机通讯连接，所述布放回收结构包括底座，底座上设置有齿轮箱，齿轮箱由电机带动，并通过花键传动带动伸缩杆，伸缩杆的末端连接3D声呐，所述伸缩杆的末端设置有位置传感器，位置传感器与PLC电连接。
在本发明中，所述工业控制计算机内置有GPS定位系统。
在本发明中，所述电机为正反转电机。
在本发明中，所述布放回收装置通过底座固定在无人艇的船体上。
在本发明中，所述伸缩杆外套设有延长臂，由延长臂进行保护。
在本发明中，所述工业控制计算机与PLC之间通过RS232接口连接，PLC与电机之间通过RS485接口连接，在无人艇内的设备排布中，工业控制计算机与PLC都设置在无人艇内集中的密闭环境内，距离很近，因此在选择通讯连接及接口时选择了偏向于近距离连接的RS232接口；而电机及电机带动的布放回收结构设置在密闭环境外，电机与PLC之前距离相对较远，因此在选择通讯连接及接口时选择了偏向于较远距离连接的RS485接口。
一种用于无人艇上的3D声呐自动布放回收方法，基于上述设备，包括以下步骤：步骤（1）远程设定：在远程控制界面无人艇需要达到的指定坐标位置及3D声呐需要布放的指定深度；步骤（2）无人艇运送：根据远程控制界面设定的无人艇需要达到的指定坐标位置，无人艇运载3D声呐移动到指定坐标位置；步骤（3）声呐布放：布放回收结构将无人艇运载的3D声呐下降到水下指定深度，实现3D声呐的布放；步骤（4）声呐回收：3D声呐在指定位置使用完毕需要回收时，通过远程控制界面发出回收指令，布放回收结构将水下的3D声呐提升到无人艇下后，即实现3D声呐的回收，然后无人艇即可携带该3D声呐移动到新的布放位置或者返航。
进一步的，所述步骤（3）声呐布放包括以下环节：①工业控制计算机通过PLC给电机发送操作指令，电机开始正向转动；②电机带动齿轮箱内齿轮组的转动，齿轮组通过花键传动传导给伸缩杆，伸缩杆伸长；③3D声呐被伸缩杆推送着下降，位置传感器实时反馈位置信息给PLC；④3D声呐到达指定深度后，PLC控制电机停止转动，使3D声呐保持在该深度。
在本发明中，所述工业控制计算机起到了接收控制指令并转化成为操作指令的作用，在接收到来自远程控制界面的指令时，驱动无人艇到达目标地址，然后进行布放或回收工作，通过PLC带动电机的正转或反转，使得电机带动的齿轮正转或反转，进而通过花键传动的伸缩杆伸长或缩短，来实现3D声呐的布放或回收。
与现有技术相比，本发明设计简单，构思新颖，通过远程控制界面即可实现3D声呐准确布放到指定水面坐标下的指定深度，全部操作均通过无人设备进行，最大化的利用了无人艇的各种优点，又实现了3D声呐的自动化探测，效果显著。
附图说明
图1 为本发明的整体设计示意图；
图2 为本发明的布放回收结构俯视示意图；
图3 为本发明的布放回收结构侧视示意图；
图4 为本发明的控制流程图。
图中：电机1、底座2、齿轮箱3、花键轴4、延伸臂5、3D声呐6。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
参见图1-4所示的用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统，包括远程控制界面、工业控制计算机（以下称工控机）、PLC、电机1和布放回收结构，其中工业控制计算机内置有无线接收模块和GPS定位系统，无线接收模块与远程控制界面无线通讯连接，工控机通过RS232接口连接PLC，PLC通过RS485接口连接电机1，电机1带动布放回收结构的运行；如图2和3所示，所述布放回收结构包括固定在无人艇船体上的底座2，底座2上设置有电机1带动的齿轮箱3，齿轮箱3带动花键轴4，并通过花键轴4传动到伸缩杆，伸缩杆外套设有延长臂，伸缩杆的末端连接3D声呐6，伸缩杆与3D声呐的连接处设置有位置传感器，位置传感器与PLC电连接。
在本发明中，所述的用于无人艇上的3D声呐自动布放回收方法，具体流程包括：①远程设定：在远程控制界面设定无人艇需要达到的位置及3D声呐需要布放的深度；②无人艇运送：根据远程控制界面设定的坐标位置，无人艇运载3D声呐移动到指定位置；③声呐布放：布放回收装置将运载的3D声呐下降到水下指定深度，实现3D声呐的布放；④声呐回收：3D声呐在指定位置使用完毕需要回收时，通过远程控制界面发出回收指令，布放回收装置将水下的3D声呐提升到无人艇下后，即可实现3D声呐的回收，然后无人艇即可携带着该3D声呐移动到新的布放位置或者返航。
具体而言，本发明应用于3D声呐的布放和回收时，由远程控制界面发出指令，无人艇上工控机的无线接收模块接收指令，通过GPS定位系统判断是否到达指定坐标位置，如果没有就驱动无人艇移动到指定位置，然后即可开始3D声呐的布放工作，工控机通过PLC控制电机1的转动，电机1通过齿轮箱3及花键传动带动伸缩杆的伸长，在这个过程中，位置传感器接收深度信息，并传回到PLC，判断是否达到指定深度，直到3D声呐下降到指定位置后，完成布放工作；3D声呐回收时，无人艇上工控机的无线接收模块接收到指令后，通过PLC控制电机1的反转，电机1通过齿轮箱3及花键传动带动伸缩杆的缩短，并由位置传感器反馈深度信息，实现3D声呐的回收，回收完成后，工控机驱动无人艇移动到下一个目标位置或者返航。
因此，结合上述布置、构造及工作过程可以发现，本发明设计简单，构思新颖，通过远程控制界面即可实现3D声呐准确布放到指定水面坐标下的指定深度，全部操作均通过无人设备进行，最大化的利用了无人艇的各种优点，又实现了3D声呐的自动化探测，效果显著。

Claims (8)

1.一种用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统，其特征在于：包括远程控制界面、设置在无人艇上的工业控制计算机和由电机带动的布放回收结构，所述工业控制计算机内置有无线接收模块，与远程控制界面无线通讯连接，工业控制计算机通过PLC与电机通讯连接，所述布放回收结构包括底座，底座上设置有齿轮箱，齿轮箱由电机带动，并通过花键传动带动伸缩杆，伸缩杆的末端连接3D声呐，所述伸缩杆的末端设置有位置传感器，位置传感器与PLC电连接。
2.根据权利要求1所述的用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统，其特征在于：所述工业控制计算机内置有GPS定位系统。
3.根据权利要求1所述的用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统，其特征在于：所述电机为正反转电机。
4.根据权利要求1所述的用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统，其特征在于：所述布放回收装置通过底座固定在无人艇的船体上。
5.根据权利要求1所述的用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统，其特征在于：所述伸缩杆外套设有延长臂。
6.根据权利要求1所述的用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统，其特征在于：所述工业控制计算机与PLC之间通过RS232接口连接，PLC与电机之间通过RS485接口连接。
7.一种用于无人艇上的3D声呐自动布放回收方法，基于所述权利要求1-6任一所述的用于无人艇上的3D声呐自动布放回收系统，其特征在于：包括以下步骤：步骤（1）远程设定：在远程控制界面无人艇需要达到的指定坐标位置及3D声呐需要布放的指定深度；步骤（2）无人艇运送：根据远程控制界面设定的无人艇需要达到的指定坐标位置，无人艇运载3D声呐移动到指定坐标位置；步骤（3）声呐布放：布放回收结构将无人艇运载的3D声呐下降到水下指定深度，实现3D声呐的布放；步骤（4）声呐回收：3D声呐在指定位置使用完毕需要回收时，通过远程控制界面发出回收指令，布放回收结构将水下的3D声呐提升到无人艇下后，即实现3D声呐的回收，然后无人艇即可携带该3D声呐移动到新的布放位置或者返航。
8.根据权利要求7所述的用于无人艇上的3D声呐自动布放回收方法，其特征在于，所述步骤（3）声呐布放包括以下环节：①工业控制计算机通过PLC给电机发送操作指令，电机开始正向转动；②电机带动齿轮箱内齿轮组的转动，齿轮组通过花键传动传导给伸缩杆，伸缩杆伸长；③3D声呐被伸缩杆推送着下降，位置传感器实时反馈位置信息给PLC；④3D声呐到达指定深度后，PLC控制电机停止转动，使3D声呐保持在该深度。
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