CN110713162A - 一种无人船自主加油装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人船自主加油装置，包括油管输送机构，供油接头机构和油舱，油管输送机构包括软油管，油管输送机构和供油接头机构通过软油管连接，供油接头机构的中心设有金属油管，金属油管与软油管相连接；围绕金属油管自上而下依次设置有盖板、控制室、滑动平台、固定平台，盖板的下方固定有控制室，控制室内部设置有靠近金属油管的电磁铁和控制器，滑动平台上安装有永磁体磁极，滑动平台的上部设置有导轨，导轨与卡扣的末端滑动连接，滑动平台与固定平台之间通过弹簧连接。本发明利用供油接头机构中的卡扣与油舱的受油卡槽扣合，固定供油接头机构，保证在海面波动的情况下仍然可以对无人船进行加油，降低了天气状况对加油作业的影响。

Description

一种无人船自主加油装置

技术领域

本发明属于无人船控制系统领域，具体而言，涉及一种无人船自主加油装置。

背景技术

随着人工智能技术的进步，无人船领域的发展也日新月异，无人船将会在未来的水面作业中担任重要的角色，它可以用于水文气象监测、货物运输、海底地形勘测等重要或危险的任务。由于无人船的体型较小，携带的燃料会受到一定的限制，在执行远距离航行或长期勘测的任务时，往往会出现燃料不足的问题，如果正在执行任务的无人船中途燃料供应不足，不仅会导致无法完成当前任务，而且会陷入无法返航的困境，从而给使用者带来巨大的损失，因此无人船续航能力将会成为亟待解决的难题，无人船自动加油技术也被科研人员所重视。

如专利号CN 107902049A公布的基于图像和激光传感器的无人艇自主加油系统，该专利主要利用安装有图像和激光传感器的无人设备对无人艇进行自主加油。当正在执行任务的无人艇油量较低时，无人设备会通过GPS定位系统和传感器系统降落在无人艇指定位置执行自主加油任务。但由于海上风浪不稳定，无人自主加油设备在加油过程中会因为剧烈晃动而终止加油，甚至跌落水中，不仅不能完成加油任务，而且会损坏加油设备，造成巨大的财产损失。

如专利号CN 109019499A公布的一种无人艇海上自主加油装置，该装置主要由油管收放机构和油管对中夹取对接机构组成。通过油管收放机构控制加油机油管的长度，当油管到达油管对中夹取对接机构中心位置时传动装置自动夹取油管，然后对受油无人艇进行加油作业。由于无人船在加油过程中会不停颠簸，导致油管不能顺利地与受油口对接，降低了加油的效率；利用机械传动的方式固定受油管，会产生因力度过大而破坏油管，或力度过小而使油管与受油口分离，其次无人挺在加油过程中的剧烈晃动也会使加油管和受油口分离，从而使加油任务失败，甚至带来严重的安全隐患。

如专利号CN 107814349 A公布的一种无人艇在海面上加油对接装置，该加油对接装置包括输油对接装置和受油对接装置，输油对接装置和受油对接装置上分别安装有能产生强磁场的线圈，当开始加油作业时，分别对两个无人艇的线圈通入异向电流，两个对接装置在吸引力的作用下对接在一起；加油作业完成后，分别对两个线圈通入同向电流，对接装置在排斥力的作用下迅速分离。这种利用磁场引力的油管对接方式虽然可以使两只无人艇在加油时迅速连接在一起，但是吸磁位置不准确，导致无法让输油口和受油口准确连接，甚至对接装置会误吸到船只的其他金属位置，从而无法进行加油工作。因此，设计一种能快速准确并且稳定地给无人船加油的自主加油装置尤为重要。

发明内容

为了解决无人船在加油过程中供油接头和油舱无法对接的问题，以及供油接头和油舱连接以后由于船只颠簸而导致接口断开的问题，本发明提供了一种无人船自主加油装置，可以自主连接供油接头和油舱，并且可以防止在加油过程中由于船只颠簸而导致的接口松动或断开的现象，解决了由于无人船颠簸而导致的无法加油的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种无人船自主加油装置，包括油管输送机构，供油接头机构和油舱，油管输送机构包括软油管，油管输送机构和供油接头机构通过软油管相连接，供油接头机构包括中心设置的金属油管，围绕金属油管自上而下依次设置有盖板、控制室、滑动平台、固定平台，盖板的下方固定有控制室，控制室内部设置有靠近金属油管的电磁铁和控制器，滑动平台与金属油管滑动连接，滑动平台上与电磁铁对应位置上安装有永磁体磁极，滑动平台的上部设置有导轨，导轨与卡扣的末端滑动连接，滑动平台与固定平台之间通过弹簧相连接；油舱的顶部安装有与卡扣相匹配的受油卡槽；金属油管与软油管相连接。

滑动平台为围绕金属油管滑动设置的扁平的圆柱体，固定平台为围绕金属油管固定设置的倒置的圆台，且在圆台顶面固定连接一个相同半径的扁平圆柱体，滑动螺栓随着滑动平台的上下滑动而在导轨上水平移动。

本技术方案中，进一步地，盖板的边缘设置有导轮。

进一步地，固定平台下部的边缘安装有压力传感器，固定平台的底部安装有摄像头。

进一步地，导轮、卡扣、弹簧和压力传感器四个结构中每一个结构的数量均为偶数，且相对金属油管呈对称分布。

进一步地，卡扣整体呈钝角结构，卡扣与导轨的连接端设置有滑动螺栓。

进一步地，油管输送机构还包括第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂安装于油管输送机构的最前端，第二机械臂与第一机械臂连接，软油管穿过油管输送机构的内部，通过第一机械臂和第二机械臂悬挂在外部。

进一步地，油管输送机构内部设置有自动卷管器，软油管缠绕在自动卷管器上。

进一步地，油舱的顶部安装有油舱顶盖，油舱顶盖的上面平铺有薄膜压力传感器，受油卡槽安装在油舱顶盖的正下方。

进一步地，油舱内部设置有油箱，油箱的顶部与受油卡槽对应的位置开设有油箱口。

进一步地，油箱内侧的上部和下部分别设置有限高位液位传感器和限低位液位传感器。

本技术方案中，油管输送机构连接加油船或者无人加油机的储油装置，加油船或者无人加油机中携带大量燃油，油舱置于受油船中，受油船是正在执行任务并且燃料不足的船只。

油管输送机构安装在无人加油船或者无人加油机上，它的作用是悬挂输油管，调节输油管的长度和供油接头机构的位置；供油接头机构主要是连接受油无人船油舱，保证在加油过程中的稳定性；油舱主要用于连接供油接头机构和油舱内的油箱，向供油接头提供固定的位置和加油入口；控制器的作用是控制整个自主加油的过程，主要用于接收和处理传感器信号，控制油管输送机构调整供油接头的位置，控制供油接头上电磁线圈的通断，以及油泵的打开与关闭。

有益效果

本发明可以通过无人加油船或无人机向燃料不足的无人船加油，解决无人船在执行任务时燃料供应不足的问题，同时利用供油接头机构中的卡扣与油舱的受油卡槽自动扣合，用于固定供油接头机构，防止在加油过程中由于船只晃动而使供油接头机构与油舱分离而导致加油失败，可以有效保证在海面波动的情况下仍然可以对无人船进行加油工作，大大降低了天气状况对加油作业的影响。

本发明中，在油管输送机构的内部安装自动卷管器，自动卷管器会根据拉力的大小自动放松或收紧软油管，当海面风浪较大时，船只摇动剧烈，因此软油管会受到一定的拉力，自动卷管器可以随着拉力的变化而放缩软油管，防止软油管承受太大拉力而损坏。

本发明中，供油接头机构底部的摄像头捕捉画面，引导油管输送机构的机械臂到达油舱的位置，油舱顶盖平铺有薄膜压力传感器，当供油接头机构接触到薄膜压力传感器，即可使得油舱顶盖打开，同时供油接头机构底部的压力传感器接触油箱口，即可使得电磁铁通电，带动滑动平台移动，进而控制卡扣滑动，实现稳定可靠的加油过程，同时油箱内部设置限高位液位传感器和限低位液位传感器，对于油箱油量进行监控，进而发送信号，启动加油和结束加油工作，以上结构之间相互的配合，实现了无人船加油的完全自动化，加油过程控制精准，极大地提高了加油效率。

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是本实施例无人船自主加油装置的整体结构示意图。

图2是本实施例供油接头机构的结构示意图。

图3是本实施例油舱结构示意图。

图4是本实施例油舱结构俯视示意图。

图5是本实施例供油接头机构与油舱连接时的结构示意图。

图6是本实施例供油接头机构与油舱分离时的结构示意图。

图7是本实施例供供油接头机构的俯视结构示意图。

图8是本实施例卡扣闭合示意图。

图9是本实施例卡扣张开示意图。

图10是本实施例加油准备阶段流程图。

图11是本实施例无人加油船确定受油船油舱位置流程图。

图12是本实施例无人加油船加油过程流程图。

附图中：

1、受油船 2、加油船 3、油管输送机构 4、自动卷管器

5、第一机械臂 6、第二机械臂 7、软油管 8、供油接头机构

9、油舱 10、油箱 11、金属油管 12、盖板

13、导轮 14、控制室 15、电磁铁 16、滑动平台

17、永磁体磁极 18、导轨 19、卡扣 20、固定螺栓

21、固定平台 22、弹簧 23、压力传感器 24、摄像头

25、控制器 26、油舱顶盖 27、受油卡槽 28、油箱口

29、限高位液位传感器 30、限低位液位传感器 31、薄膜压力传感器 32、电机

33、滑动螺栓

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

如附图1、附图2和附图3所示，一种无人船自主加油装置，包括油管输送机构3，供油接头机构8和油舱9，油管输送机构3包括软油管7，油管输送机构3和供油接头机构8通过软油管7相连接，油管输送机构3连接加油船2，加油船2携带大量燃油，油舱9置于受油船1中，受油船1是正在执行任务并且燃料不足的船只。

供油接头机构8的中心设置有金属油管11，金属油管11与软油管7相连接；围绕金属油管11自上而下依次设置有盖板12、控制室14、滑动平台16、固定平台21，盖板12的边缘安装有导轮13，盖板12的下方固定有控制室14，控制室14内部设置有靠近金属油管11的电磁铁15和控制器25，滑动平台16与金属油管11滑动连接，滑动平台16上与电磁铁15对应位置上安装有永磁体磁极17，滑动平台16的上部设置有导轨18，导轨18与卡扣19的末端滑动连接，滑动螺栓33随着滑动平台16的上下滑动而在导轨上水平移动，滑动平台16与固定平台21之间通过弹簧22相连接；油舱9的顶部安装有与卡扣19相匹配的受油卡槽27，用于固定供油接头机构8，防止在加油过程中由于船只晃动而使供油接头机构8与油箱10断开，受油卡槽27中间部分呈现圆台结构，有利于导轮引导盖板12到达受油卡槽27中心的底面。

盖板12的边缘设置有导轮13。

固定平台21下部的边缘安装有压力传感器23，固定平台21的底部安装有摄像头24。

导轮13、卡扣19、弹簧22和压力传感器23四个结构中每一个结构的数量均为偶数，且相对金属油管11呈对称分布。本实施例中，如附图7所示，导轮13、卡扣19、弹簧22和压力传感器23四个结构中每一个均包括四个相同的部件，且呈现十字对称结构。

卡扣19整体呈钝角结构，卡扣19与导轨18的连接端设置有滑动螺栓33。本实施例中，卡扣19的中间位置安装有固定螺栓20，卡扣19随着滑动平台16的上下滑动以固定螺栓20为支点进行转动，盖板12、控制室14、滑动平台16、固定平台21均为圆环体结构，即自然状态下，如附图8所示，电磁铁15与电源断开不具有磁力，弹簧22自然收缩，卡扣19处于闭合状态，卡扣19的滑动螺栓33在导轨18的外侧边缘。

油管输送机构3还包括第一机械臂5和第二机械臂6，第一机械臂5安装于油管输送机构3的最前端，第二机械臂6与第一机械臂5连接，软油管7穿过油管输送机构3的内部，通过第一机械臂5和第二机械臂6悬挂在外部。

油管输送机构3内部设置有自动卷管器4，软油管7缠绕在自动卷管器4上。

如附图4所示，受油船1的甲板上固定有电机32，电机32位于油舱顶盖26的侧边。油舱9的顶部安装有油舱顶盖26，不加油时油舱顶盖26闭合，用于保护内部油箱10，油舱顶盖26的上面平铺有薄膜压力传感器31，受油卡槽27安装在油舱顶盖26的正下方，薄膜压力传感器31表面被划分成四个区域，每个区域呈现不同的颜色，用于图像识别，具体图案如附图4所示，图中的正方形图案为薄膜压力传感器31的表面，在不加油时油舱9紧闭，如图中左半部分所示，当供油接头触碰薄膜压力传感器31时，薄膜压力传感器31控制油箱10侧边的电机32转动，从而使油舱顶盖26打开。

油舱9内部设置有油箱10，油箱10的顶部与受油卡槽27对应的位置开设有油箱口28，油箱口28呈漏斗形状，有利于金属油管11的下端插入。

油箱10内侧的上部和下部分别设置有限高位液位传感器29和限低位液位传感器30。当受油船1的油箱10内的液面高度低于限低位液位传感器30时，限低位传感30向受油船1发出燃油不足信号，受油船1将信号进行处理后会向岸上控制终端发送请求加油的信号，并传输受油船1设备信息，当前工作状态及当前位置等数据，此时受油船1暂停当前工作，每隔一段实现向控制终端发送一次数据；控制终端将受油船1的设备信息和当前位置发送给即将派遣的加油船2，加油船2根据受油船1的位置信息到达指定的地点，根据接收到的受油船1设备信息与受油船1进行通讯，通讯完成后读取受油船1状态信息，并与受油船1保持状态相同，主要是运动状态相同。

本实施例中，控制器是现有技术，市面上有很多微处理器都可以用于本文的控制器，比如意法半导体集团开发的STM32F103系列单片机就可以用作本实施例中的控制器，在使用时只需要对已有的单片机进行程序开发即可。同时在控制器上可以安装现有的GSM无线传输模块来实现信号的发送，比如型号为SIM800A，此无线传输技术较为成熟，只需要加以应用即可。

如附图10、附图11和附图12所示，整个加油过程分为三个阶段，第一阶段加油准备阶段，此阶段是受油船燃料不足，向终端发送信号，终端通过解析信号向受油船派遣加油船；第二阶段是加油船确定受油船油箱位置阶段，此阶段加油船和受油船保持同速，加油船通过摄像头识别油舱位置，并触碰薄膜压力传感器，使受游船打开油舱顶盖；第三阶段加油船加油阶段，此阶段是供油接头插入油舱内，加油船向受油船加油，直至加满离开。

加油船2准备向受油船1加油时的状态示意图如附图6所示，此时加油船2与受油船1保持相同的运动状态，加油船2将油管输送机构3的第一机械臂5和第二机械臂6伸向受油船1的甲板，加油船2通过供油接头机构8上的摄像头24对受油船1的油舱顶盖26的图案进行识别，进而识别油舱9的位置，在此过程中加油船2通过控制第一机械臂5和第二机械臂6的转动来调整供油接头机构8的位置，当供油接头机构8处于油舱顶盖26正上方时，通过自动卷管器4下放供油接头机构8，供油接头机构8垂直下落直至接触油舱顶盖26的薄膜压力传感器31，当金属油管11接触到薄膜压力传感器31时触发油舱9边缘的电机32转动，油舱顶盖26自动打开，此时供油接头机构8继续垂直下落，当导轮13接触到受油卡槽27时，导轮13引导盖板12到达受油卡槽27中心的底面，直至盖板12与受油卡槽27贴合，具体示意图如附图5所示，此时固定平台21进入油箱口28，安装于固定平台21上的四个压力传感器23同时受力，控制器25检测到压力传感器23信号后接通电磁铁15的电源，电磁铁15通电后产生强磁场从而吸合永磁体磁极17，卡扣19张开示意图如附图9所示，此时滑动平台16跟随永磁体磁极17向上滑动，因为卡扣19上的滑动螺栓33在滑动平台16的导轨18内部，可以在导轨18内水平移动，所以随着滑动平台16向上移动，卡扣19的滑动螺栓33从导轨18边缘向金属油管11靠近，进而推动卡扣19以固定螺栓20为支点转动，直至卡扣19完全张开，卡扣19张开后和盖板12一起夹紧受油卡槽27，防止在加油过程中由于船只颠簸使供油接头机构8与油舱9分离而导致加油失败，自动卷管器4会根据拉力的大小自动放松或收紧软油管7，当海面风浪较大时，船只摇动剧烈，因此软油管7会受到一定的拉力，自动卷管器4可以随着拉力的变化而放缩软油管7，不至于软油管7承受太大拉力而损坏。卡扣19完全张开以后加油船2打开油泵向受油船1中加油，直到液面高度触发限高位液位传感器29后油泵关闭，停止向受油船1加油，当控制器25接收到限高位液位传感器29发出的信号后，控制器25断开电磁铁15的电源，电磁铁15磁性消失，滑动平台16受到弹簧22拉力的作用拉回原来的位置，滑动平台16向下移动的过程中位于导轨18内的滑动螺栓33由中间向边缘移动，从而使卡扣19以固定螺栓20为支点转动，直至卡扣19闭合。随后自动卷管器4收回软油管7，供油接头机构8向上移动，直至软油管7完全收回，然后位于油舱顶盖26侧边的电机32反转，油箱顶盖26闭合，此时加油船2自动返航，受油船1继续工作，自主加油工作结束。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人船自主加油装置，包括油管输送机构(3)，供油接头机构(8)和油舱(9)，所述油管输送机构(3)包括软油管(7)，所述油管输送机构(3)和供油接头机构(8)通过软油管(7)相连接，其特征在于：所述供油接头机构(8)包括中心设置的金属油管(11)，围绕所述金属油管(11)自上而下依次设置有盖板(12)、控制室(14)、滑动平台(16)、固定平台(21)，所述盖板(12)的下方固定有控制室(14)，所述控制室(14)内部设置有靠近金属油管(11)的电磁铁(15)和控制器(25)，所述滑动平台(16)与金属油管(11)滑动连接，滑动平台(16)上与电磁铁(15)对应位置上安装有永磁体磁极(17)，所述滑动平台(16)的上部设置有导轨(18)，所述导轨(18)与卡扣(19)的末端滑动连接，所述滑动平台(16)与固定平台(21)之间通过弹簧(22)相连接；所述油舱(9)的顶部安装有与卡扣(19)相匹配的受油卡槽(27)；所述金属油管(11)与软油管(7)相连接。

2.根据权利要求1所述的自主加油装置，其特征在于：所述盖板(12)的边缘设置有导轮(13)。

3.根据权利要求2所述的自主加油装置，其特征在于：所述固定平台(21)下部的边缘安装有压力传感器(23)，固定平台(21)的底部安装有摄像头(24)。

4.根据权利要求3所述的自主加油装置，其特征在于：所述导轮(13)、卡扣(19)、弹簧(22)和压力传感器(23)四个结构中每一个结构的数量均为偶数，且相对金属油管(11)呈对称分布。

5.根据权利要求1所述的自主加油装置，其特征在于：所述卡扣(19)整体呈钝角结构，所述卡扣(19)与导轨(18)的连接端设置有滑动螺栓(33)。

6.根据权利要求1所述的自主加油装置，其特征在于：所述油管输送机构(3)还包括第一机械臂(5)和第二机械臂(6)，所述第一机械臂(5)安装于油管输送机构(3)的最前端，所述第二机械臂(6)与第一机械臂(5)连接，软油管(7)穿过油管输送机构(3)的内部，通过第一机械臂(5)和第二机械臂(6)悬挂在外部。

7.根据权利要求1所述的自主加油装置，其特征在于：所述油管输送机构(3)内部设置有自动卷管器(4)，所述软油管(7)缠绕在自动卷管器(4)上。

8.根据权利要求1所述的自主加油装置，其特征在于：所述油舱(9)的顶部安装有油舱顶盖(26)，所述油舱顶盖(26)的上面平铺有薄膜压力传感器(31)，所述受油卡槽(27)安装在油舱顶盖(26)的正下方。

9.根据权利要求8所述的自主加油装置，其特征在于：所述油舱(9)内部设置有油箱(10)，所述油箱(10)的顶部与受油卡槽(27)对应的位置开设有油箱口(28)。

10.根据权利要求9所述的自主加油装置，其特征在于：所述油箱(10)内侧的上部和下部分别设置有限高位液位传感器(29)和限低位液位传感器(30)。

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