CN110104139B - 一种无人船搭载无人机的海上巡逻设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人船搭载无人机的海上巡逻设备及其使用方法，该巡逻设备包括无人船、无人机、无人机起落平台系统和无人机电池自动更换充电系统。本发明所述巡逻设备的使用方法包括以下步骤：a、无人船沿着规划航迹航行；b、无人船行驶到工作区域，无人机升空进行工作；c、无人机将图像和无人机相关信息发送给地面站系统；d、无人机电量不足时，无人机标注当前点的位置信息后返航；e、无人机降落；f、电池换下；g、电池充电；h、安装满电电池；i、无人机回到标注的位置，工作完成后返回；j、无人船继续巡航。本发明解决了无人船的晃动问题，使得无人机起落稳定，整个系统的安全得到保障；提高了无人船和无人机续航能力。

Description

一种无人船搭载无人机的海上巡逻设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及海上巡逻设备及其使用方法，更具体地，涉及一种无人船搭载无人机的海上巡逻设备及其使用方法。

背景技术

无人船技术具有一定的海上巡航能力的水面机器人，具有较强的负载能力，能够连续作业续航能力长等优点，但由于距离海平面较近，无法观测到远处物体；而无人机具有机动性能好、运动反应迅速，在高空可视角大，但无人机负载能力较小，由于电源技术的限制导致连续作业续航时间短等缺点。因此，将无人船和无人机联合作业不仅可以实现二者的功能互补，同时还能提高海上巡航能力。

专利号为CN108945342A的专利公布了一种无人船搭载无人机的海上搜救设备，利用无人船搭载无人机，提高了无人机海上搜救能力，扩大了无人机海上搜救范围。但上述技术方案存在以下技术问题：1、无人机起飞降落时起落平台存在无法保证平台稳定的问题，这也就导致了无人机起落过程中存在较大的安全隐患。2、该无人船存在续航性差的问题，搜救范围较小。3、无人机无法进行续航工作。目前四旋翼无人机的续航时间一般小于0.5h，如果搭载其他功能的设备该时间还将缩短，这就导致了该发明在搜救范围上有一定的限制，无法实现远距离、大范围作业。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种无人船搭载无人机的海上巡逻设备，该设备能够使得无人机在无人船上起落时保持稳定，同时提高无人机和无人船的续航能力。本发明的另一目的是提供该设备的使用方法。

技术方案：本发明所述一种无人船搭载无人机的海上巡逻设备，包括无人船、无人机、无人机起落平台系统和无人机电池自动更换充电系统，无人船包括船体、可折叠舱盖和控制系统，舱盖材质为太阳能电池板；无人机包括机体、电机、螺旋桨、无人机控制系统、GPS、数传系统、图传系统、机腿、电池和机臂，电池安装在无人机下方；无人机起落平台系统位于无人船船体上，包括陀螺减摇器、起落平台、升降杆和机腿固定夹，陀螺减摇器上方固定有一层平板，平板上安装有升降杆，升降杆的顶部为起落平台，起落平台中间有一个孔，可容电池通过，起落平台底侧安装有六轴传感器以及角速度传感器，机腿固定夹分布在孔两侧；无人机电池自动更换充电系统包括电池仓、圆形转盘、升降杆、升降平台、凸型滑轨、凹型滑轨和滑块，升降平台位于圆形转盘中心位置，电池仓包括充电座，充电座位于圆形转盘上，凸型滑轨和凹型滑轨位于升降平台上，升降杆位于升降平台下方，滑块位于凹型滑轨上，带有小升降杆。

其中，无人船还包括悬挂系统和金属杆，悬挂系统通过金属杆安装在无人船上，分布于船体两侧，能够提高无人船的减震能力，从而提高无人船的稳定性。无人船的船体材质为太阳能电池板，能够提高无人船的续航能力。

其中，无人船具有4个无人机起落平台系统和无人机电池自动更换充电系统，使无人机能够以无人船为中心同时进行四个区域的巡逻，提高巡航的效率。

其中，图传系统包含摄像头，图传发送模块，图传接收模块，其中摄像头与发送模块相连通固定在无人机上，接收模块连接在无人船的控制系统上。

其中，无人机的机腿上安装有红外发射器，机腿固定夹上安装有红外对频接收器和压力传感器，可与无人机机腿上的红外发射器匹对，从而提高无人机降落的精度。

其中，无人机电池自动更换充电系统还包括自动收缩线盘，位于圆形转盘的底部，分布于圆形转盘的对应充电座的位置，连接无人船的电源和充电座，可以使得电池更换更为便利。

本发明所述一种上述海上巡逻设备的使用方法，包括以下步骤：

a、将无人船运行的航迹由陆地控制台进行规划后发送至无人船的地面站系统，使无人船沿着规划航迹航行；

b、当无人船行驶到工作区域后静止，起落平台上的机腿固定夹打开，无人机升空按照提前设置好的飞行路径进行工作；

c、无人机上安装的图传系统会将摄像头所拍摄的图像实时发送至无人船地面站系统，数传系统将当前无人机所在位置、剩余电量等信息实时发送给地面站系统，地面站经过数据处理将处理后的信号发送至陆地控制台；

d、当无人机电量不足时，无人机标注当前点的位置信息后返航；

e、无人机降落并固定在无人机起落平台上；

f、圆形转盘中心的升降杆上升至无人机电池的高度，位于升降平台凹型滑轨内滑块上的小升降杆升高插入至电池对应的长方形凹槽中，插入后滑块带动电池沿着凹型轨迹滑动至滑轨后端；

g、升降杆下降至初始位置，圆形转盘转动将空缺的电池座旋转相应位置，凹型滑轨上的滑块向前滑动将电池推进电池座内，进行充电；

h、将满电电池安装到无人机上；

i、无人机起飞并回到更换电池前所标注的位置继续工作，直到对当前工作区域巡逻完成后返回降落；

j、当前区域巡航完成，无人船前往下一工作区域进行巡航。

有益效果：1、很大程度上减少了无人船的晃动问题，使得无人机起落稳定，整个系统的安全得到保障；2、无人船续航能力高；3、无人机续航能力好，提高了巡逻范围。

附图说明

图1是无人船搭载无人机的海上巡逻设备的示意图；

图2是无人机结构示意图；

图3是无人机起落平台结构示意图；

图4是无人机自动更换电池装置结构示意图；

图5是无人机自动更换电池装置结构局部放大图。

具体实施方式

如图1所示，无人船搭载无人机的海上巡逻设备包括无人船、无人机、无人机起落平台系统和无人机电池自动更换充电系统，无人船包括船体1、可折叠舱盖3、控制系统4、悬挂系统2和金属杆5，悬挂系统2通过金属杆5安装在无人船上，分布于船体1两侧，舱盖3位于船舱上方，舱盖3可折叠，舱盖3和船体1材质为太阳能电池板，无人船具有4个无人机起落平台系统和无人机电池自动更换充电系统。

如图2所示，无人机包括机体6、电机7、螺旋桨8、无人机控制系统、GPS19、数传系统20、图传系统21、机腿23、电池24和机臂25，电池24安装在无人机下方，无人机的机腿23上安装有红外发射器，图传系统21包含摄像头，图传发送模块，图传接收模块，其中摄像头与发送模块相连通固定在无人机上，接收模块连接在无人船的控制系统4上。

如图3所示，无人机起落平台系统包括陀螺减摇器9、起落平台26、升降杆11和机腿固定夹12，陀螺减摇器9上方固定有一层平板，平板上安置有升降杆11，升降杆11的顶部为起落平台26，起落平台26中间有一个孔，可容电池通过，起落平台26底侧安装有六轴传感器以及角速度传感器，机腿固定夹12分布在孔两侧，机腿固定夹12上安装有红外对频接收器和压力传感器。

如图4所示，无人机电池自动更换充电系统包括电池仓10、圆形转盘13、升降杆14、升降平台15、凸型滑轨16、凹型滑轨17、自动收缩线盘18和滑块22，升降平台15位于圆形转盘13中心位置，电池仓10包括6个充电座，充电座在圆形转盘13上分布均匀，凸型滑轨16和凹型滑轨17位于升降平台15上，升降杆14位于升降平台15下方，滑块22位于凹型滑轨17上，带有小升降杆，自动收缩线盘18，位于圆形转盘13的底部对应充电座的位置，连接无人船的电源和充电座，距离滑块22最近的充电座记为0号位。

该海上巡逻设备在工作时，先将无人船运行的航迹由陆地控制台进行规划后发送至无人船的地面站系统，使无人船沿着规划航迹航行至待巡航海域，到达第一个工作点后，无人船停止航行，打开舱盖3，舱盖3打开后呈水平平面状，打开舱盖3后，起落平台26上的机腿固定夹12打开，4台无人机启动升空，以无人船为中心的一块方形区域划分成等分的4块方形区域，4台无人机对应4块工作区域，按照固定规划的航线进行巡航，无人机的摄像头拍摄当前巡逻区域的图像并由图传系统21实时发送给无人船的地面站系统，数传系统20将当前无人机所在位置、剩余电量等信息实时发送给地面站系统，地面站经过数据处理将处理后的信号发送至陆地控制台，当无人机电量不足时，无人机标记当前巡逻的位置点并执行返航命令，无人机飞回无人船上方时，无人机机腿23上的红外对频发射器与对应起落平台26上的机腿固定夹12上的接收器进行匹对，同时，无人船通过陀螺减摇器9，可以使得起落平台26的摇晃变化速度减慢，再通过起落平平台26底侧的六轴传感器与加速度传感器的数据进行处理，得出4根升降杆各自调整的角度，可以使起落平台26保持在水平面上。无人机降落后，机腿固定夹12中间的压力传感器接收到数据后，固定夹关闭，无人机被固定在起落平台26上。

无人机降落完成后，无人船地面站系统运行自动更换电池的程序，圆形转盘13中心的升降杆11上升至无人机电池24的高度。如图5所示，位于升降平台15凹型滑轨17内的滑块22滑动到凹型滑轨17末端，滑块22上的小升降杆升高插入至电池24对应的长方形凹槽中，插入后滑块22带动电池24沿着凹型轨迹17滑动至滑轨后端，圆形转盘13中心的升降杆11下降至初始位置，圆形转盘13将该空缺的充电座旋转至0号位置，旋转完成后，升降平台15上的滑块22将电池24推进空缺的充电座内，此时位于滑块22上方的小升降杆下降至初始位置。圆形转盘13检测出满电的电池24的充电座后旋转至0号位置，旋转完成后，滑块22上的小升降杆上升，滑块22带动满电的电池24移动至滑轨的另一端，升降杆11上升，到达无人机电池24的高度后，滑块22向初始位置移动，在滑块22的移动过程中，将电池24安装到无人机机体6下方，小升降杆下降至初始位置，升降杆11下降至初始位置，圆形转盘旋转至初始位置。

电池24更换完成后，无人机机腿固定夹12打开，无人机启动升空，飞至上一次飞行标记的位置，继续进行巡航任务。无人机的续航任务完成后，无人机返航，降落至起落平台26后进行电池24的更换，更换完成后无人船船舱盖3闭合，当前区域巡航完成，无人船前往下一工作区域进行巡航。

Claims (7)

1.一种无人船搭载无人机的海上巡逻设备，其特征在于，包括无人船、无人机、无人机起落平台系统和无人机电池自动更换充电系统，所述无人船包括船体（1）、可折叠舱盖（3）和控制系统（4），所述舱盖（3）材质为太阳能电池板；所述无人机包括机体（6）、电机（7）、螺旋桨（8）、无人机控制系统、GPS（19）、数传系统（20）、图传系统（21）、机腿（23）、电池（24）和机臂（25），所述电池（24）安装在无人机下方；所述无人机起落平台系统位于无人船船体（1）上，包括陀螺减摇器（9）、起落平台（26）、无人机起落平台系统的升降杆（11）和机腿固定夹（12），所述陀螺减摇器（9）上方固定有一层平板，平板上安装有无人机起落平台系统的升降杆（11），所述无人机起落平台系统的升降杆（11）的顶部为起落平台（26），所述起落平台（26）中间有一个孔，可容电池通过，所述起落平台（26）底侧安装有六轴传感器以及角速度传感器，通过六轴传感器以及角速度传感器测量的数据调节无人机起落平台系统的升降杆（11），使起落平台（26）保持在水平面上，所述机腿固定夹（12）分布在孔两侧；所述无人机电池自动更换充电系统包括电池仓（10）、圆形转盘（13）、无人机电池自动更换充电系统的升降杆（14）、升降平台（15）、凸型滑轨（16）、凹型滑轨（17）和滑块（22），所述升降平台（15）位于圆形转盘（13）中心位置，所述电池仓（10）包括充电座，充电座位于圆形转盘（13）上，所述凸型滑轨（16）和凹型滑轨（17）位于升降平台（15）上，所述无人机电池自动更换充电系统的升降杆（14）位于升降平台（15）下方，所述滑块（22）位于凹型滑轨（17）上，带有小升降杆；所述无人船包括悬挂系统（2）和金属杆（5），所述悬挂系统（2）通过金属杆（5）安装在无人船上，分布于船体（1）两侧；所述无人机的机腿（23）上安装有红外发射器，所述机腿固定夹（12）上安装有红外对频接收器和压力传感器。

2.根据权利要求1所述的无人船搭载无人机的海上巡逻设备，其特征在于，所述无人船的船体（1）材质为太阳能电池板。

3.根据权利要求1所述的无人船搭载无人机的海上巡逻设备，其特征在于，所述无人船具有4个无人机起落平台系统和无人机电池自动更换充电系统。

4.根据权利要求1所述的无人船搭载无人机的海上巡逻设备，其特征在于，所述图传系统（21）包含摄像头，图传发送模块，图传接收模块，其中摄像头与发送模块相连通固定在无人机上，接收模块连接在无人船的控制系统（4）上。

5.根据权利要求1所述的无人船搭载无人机的海上巡逻设备，其特征在于，所述无人机电池自动更换充电系统包括自动收缩线盘（18），位于圆形转盘（13）的底部，连接无人船的电源和充电座。

6.根据权利要求5所述的无人船搭载无人机的海上巡逻设备，其特征在于，所述自动收缩线盘（18）分布于圆形转盘（13）的对应充电座的位置。

7.一种权利要求1所述的无人船搭载无人机的海上巡逻设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将无人船运行的航迹由陆地控制台进行规划后发送至无人船的地面站系统，使无人船沿着规划航迹航行；

b、当无人船行驶到工作区域后静止，起落平台（26）上的机腿固定夹（12）打开，无人机升空按照提前设置好的飞行路径进行工作；

c、无人机上安装的图传系统（21）会将摄像头所拍摄的图像实时发送至无人船地面站系统，数传系统（20）将当前无人机所在位置、剩余电量等信息实时发送给地面站系统，地面站经过数据处理将处理后的信号发送至陆地控制台；

d、当无人机电量不足时，无人机标注当前点的位置信息后返航；

e、无人机降落并固定在无人机起落平台（26）上；

f、圆形转盘（13）中心的无人机电池自动更换充电系统的升降杆（14）上升至无人机电池（24）的高度，位于升降平台（15）凹型滑轨（17）内滑块（22）上的小升降杆升高插入至电池（24）对应的长方形凹槽中，插入后滑块（22）带动电池（24）沿着凹型滑轨（17）滑动至滑轨后端；

g、无人机电池自动更换充电系统的升降杆（14）下降至初始位置，圆形转盘（13）转动将空缺的电池座旋转相应位置，凹型滑轨（17）上的滑块（22）向前滑动将电池（24）推进电池座内，进行充电；

h、将满电电池（24）安装到无人机上；

i、无人机起飞并回到更换电池前所标注的位置继续工作，直到对当前工作区域巡逻完成后返回降落；

j、当前区域巡航完成，无人船前往下一工作区域进行巡航。