CN110733607A - 群体式无人艇布放与回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种群体式无人艇布放与回收系统，涉及无人艇布放回收技术领域，包括升降装置、悬吊装置、无人艇容置装置、第一控制系统、第一GPS定位系统、多个第二控制系统、多个第二GPS定位系统和多个摄像头，升降装置和悬吊装置均设置于母船上，升降装置用于升降无人艇容置装置，悬吊装置用于悬吊并下放或收回无人艇容置装置，无人艇容置装置包括圆形框架和安装于圆形框架上的多个容置组件，一个容置组件用于放置一个无人艇，各容置组件上方设置有一个视觉导引标识牌，视觉导引标识牌安装于圆形框架上。该系统能够实现多艘无人艇的快速布放与回收，自动化程度高，提高了无人艇与无人艇容置装置对接的智能性和准确率。

Description

群体式无人艇布放与回收系统

技术领域

本发明涉及无人艇布放回收技术领域，特别是涉及一种群体式无人艇布放与回收系统。

背景技术

近年来，随着无人艇布放与回收技术的进一步发展，对于单个无人艇的回收已十分成熟，但是国内外对于群体式无人艇快速协同布放与回收的研究并不多。由于多艘无人艇协同工作效率高，可靠性好，其发展已经成为大势所趋，但是多艘无人艇的协同快速布放与回收是研究的难点，所以急需一套能够快速回收和布放多艘无人艇的智能系统。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种群体式无人艇布放与回收系统，实现多艘无人艇的快速布放与回收，自动化程度高，提高了无人艇与无人艇容置装置对接的智能性和准确率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种群体式无人艇布放与回收系统，包括升降装置、悬吊装置、无人艇容置装置、第一控制系统、第一GPS定位系统、多个第二控制系统、多个第二GPS定位系统和多个摄像头，所述第一GPS定位系统和所述第一控制系统均用于安装于母船上，一个所述第二控制系统、一个所述第二GPS定位系统和一个所述摄像头均用于安装于一个无人艇上，一个所述第二GPS定位系统和一个所述摄像头均与一个所述第二控制系统连接，所述第一GPS定位系统和所述第一控制系统均与所述第二控制系统信号连接，所述升降装置和所述悬吊装置均设置于母船上，所述升降装置和所述悬吊装置均与所述第一控制系统连接，所述升降装置用于升降所述无人艇容置装置，所述悬吊装置用于悬吊并下放或收回所述无人艇容置装置，且所述悬吊装置能够旋转所述无人艇容置装置，所述无人艇容置装置包括圆形框架和安装于所述圆形框架上的多个容置组件，一个所述容置组件用于放置一个无人艇，各所述容置组件上方设置有一个视觉导引标识牌，所述视觉导引标识牌安装于所述圆形框架上。

优选地，所述升降装置包括液压系统和升降平台，所述液压系统与所述第一控制系统连接，所述液压系统用于带动所述升降平台动作，所述升降平台用于放置所述无人艇容置装置。

优选地，所述圆形框架上表面沿周向设置有多个吊环，所述悬吊装置包括机械臂、第一电机、卡盘和缆绳组，所述机械臂下端固定有所述第一电机，所述卡盘固定于所述第一电机的输出轴上，所述机械臂和所述第一电机均与所述第一控制系统连接，所述卡盘水平设置，所述卡盘包括多个卡槽，所述缆绳组包括多根缆绳，各所述缆绳的上端分别固定于一个所述卡槽中，各所述缆绳的下端分别与一个所述吊环连接。

优选地，所述圆形框架上设置有电源，多个所述容置组件沿所述圆形框架的周向分布，所述容置组件包括底板、两个挡板、两个导引门和两个第二电机，两个所述挡板沿所述圆形框架的径向竖直设置，所述底板安装于两个所述挡板底部，各所述容置组件远离所述圆形框架中心的一端形成开口，各所述挡板远离所述圆形框架中心的一端通过铰链连接有一个所述导引门，各所述铰链通过一个所述第二电机驱动进行旋转，所述电源能够为所述第二电机供电，所述第二电机与所述第一控制系统信号连接。

优选地，所述无人艇容置装置还包括漂浮气囊和空气泵，所述漂浮气囊设置于所述圆形框架下方，所述空气泵设置于所述圆形框架中部，各所述挡板的内侧面设置有一个固定缓冲气囊，所述漂浮气囊通过第一管路与所述空气泵连接，所述第一管路上设置有第一电磁阀，所述固定缓冲气囊通过第二管路与所述空气泵连接，所述第二管路上设置有第二电磁阀，所述电源能够为所述空气泵供电，所述空气泵、所述第一电磁阀和所述第二电磁阀均与所述第一控制系统信号连接。

优选地，所述容置组件还包括传感装置，所述传感装置设置于靠近所述圆形框架中心的一端，所述传感装置与所述第一控制系统信号连接。

优选地，所述传感装置包括三个串联设置的红外传感器，三个所述红外传感器分别设置于所述底板上表面和两个所述挡板内侧面。

优选地，所述无人艇容置装置还包括多个第三电机，所述第三电机设置于靠近所述圆形框架中心的一端，一个所述第三电机用于驱动一个所述视觉导引标识牌立起或倒下，所述电源能够为所述第三电机供电，所述第三电机与所述第一控制系统信号连接。

优选地，所述视觉导引标识牌包括白色牌体，所述白色牌体中部设置有数字标识，所述数字标识周围设置有正方形加粗框。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的群体式无人艇布放与回收系统，包括升降装置、悬吊装置、无人艇容置装置、第一控制系统、第一GPS定位系统、多个第二控制系统、多个第二GPS定位系统和多个摄像头，能够实现多艘无人艇的快速布放与回收，自动化程度高，通用性能好，采用将远距离GPS导航和近距离视觉导引相融合的方法，提高了无人艇与无人艇容置装置对接的智能性和准确率。特别是在视觉导引过程中通过视觉测量数据与惯性传感器和航向传感器提供的角速度、线加速度与航向测量值相融合的方法，提高了估计无人艇在当地坐标系中位置的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的群体式无人艇布放与回收系统的整体示意图；

图2为本发明中悬吊装置的结构示意图；

图3为本发明中悬吊装置的仰视图；

图4为本发明中无人艇容置装置空载时的结构示意图；

图5为本发明中无人艇容置装置满载时的结构示意图；

图6为本发明无人艇容置装置中传感装置的布局示意图；

图7为本发明中视觉导引标识牌的结构示意图；

图8为本发明中布放无人艇时的示意图；

图9为本发明中回收无人艇时六艘无人艇由GPS系统导航至无人艇容置装置附近时的示意图；

图10为本发明中回收无人艇时外侧视觉导引标识牌上数字标识对应的编号的无人艇与无人艇容置装置进行对接的示意图；

图11为本发明中已经对接的三艘无人艇已锁定且未对接的三艘无人艇开始视觉识别对接的示意图

图12为本发明中所有无人艇对接完成之后悬吊装置将满载无人艇的无人艇容置装置收回到母船的示意图。

附图标记说明：100、升降装置；200、悬吊装置；201、机械臂；202、缆绳组；203、卡盘；204、第一电机；300、无人艇容置装置；301、圆形框架；302、漂浮气囊；303、视觉导引标识牌；3031、白色牌体；3032、数字标识；3033、正方形加粗框；304、固定缓冲气囊；305、导引门；306、空气泵；307、第二电机；308、第三电机；309、红外传感器；310、吊环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种群体式无人艇布放与回收系统，实现多艘无人艇的快速布放与回收，自动化程度高，提高了无人艇与无人艇容置装置对接的智能性和准确率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-6所示，本实施例提供一种群体式无人艇布放与回收系统，包括升降装置100、悬吊装置200、无人艇容置装置300、第一控制系统、第一GPS定位系统、多个第二控制系统、多个第二GPS定位系统和多个摄像头，第一GPS定位系统和第一控制系统均用于安装于母船上，一个第二控制系统、一个第二GPS定位系统和一个摄像头均用于安装于一个无人艇上，一个第二GPS定位系统和一个摄像头均与一个第二控制系统连接，第一GPS定位系统和第一控制系统均与第二控制系统信号连接，升降装置100和悬吊装置200均设置于母船上，升降装置100和悬吊装置200均与第一控制系统连接，升降装置100用于升降无人艇容置装置300，悬吊装置200用于悬吊并下放或收回无人艇容置装置300，且悬吊装置200能够旋转无人艇容置装置300，无人艇容置装置300包括圆形框架301和安装于圆形框架301上的多个容置组件，一个容置组件用于放置一个无人艇，各容置组件上方设置有一个视觉导引标识牌303，视觉导引标识牌303安装于圆形框架301上。

升降装置100包括液压系统和升降平台，液压系统与第一控制系统连接，液压系统用于带动升降平台动作，升降平台用于放置无人艇容置装置300。于本具体实施例中，液压系统采用现有技术中的液压系统，升降平台与液压系统中的液压缸的活塞杆固定连接，且液压缸的活塞杆竖直设置，升降平台水平设置。工作时，液压系统收到第一控制系统发出的控制信号后，电液换向阀动作，油液带动与液压缸固连的升降平台动作，由此实现液压系统带动升降平台上升或下降。

圆形框架301上表面沿周向设置有多个吊环310，悬吊装置200包括机械臂201、第一电机204、卡盘203和缆绳组202，机械臂201下端固定有第一电机204，卡盘203固定于第一电机204的输出轴上，机械臂201和第一电机204均与第一控制系统连接，卡盘203水平设置，卡盘203包括多个卡槽，缆绳组202包括多根缆绳，各缆绳的上端分别固定于一个卡槽中，各缆绳的下端分别与一个吊环310连接，在第一电机204的旋转带动下可以实现无人艇容置装置300在水平方向上绕其铅锤中心线的旋转。

圆形框架301上设置有电源，多个容置组件沿圆形框架301的周向分布，容置组件包括底板、两个挡板、两个导引门305和两个第二电机307，两个挡板沿圆形框架301的径向竖直设置，底板安装于两个挡板底部，具体地，多个容置组件沿着圆周等距布置且为内小外大的径向布局。各容置组件远离圆形框架301中心的一端形成开口，各挡板远离圆形框架301中心的一端通过铰链连接有一个导引门305，各铰链通过一个第二电机307驱动进行旋转，电源能够为第二电机307供电，第二电机307与第一控制系统信号连接。当需要关闭导引门305时，一个容置组件中的两个第二电机307能够分别控制两个导引门305相向运动，进而通过两个导引门305封闭容置组件的开口。于本具体实施例中，电源为防水锂电池。

无人艇容置装置300还包括漂浮气囊302和空气泵306，漂浮气囊302设置于圆形框架301下方，空气泵306设置于圆形框架301中部，各挡板的内侧面设置有一个固定缓冲气囊304，且固定缓冲气囊304充满气后为内小外大，从而将容置组件填补为能固定无人艇的长方体腔体。漂浮气囊302通过第一管路与空气泵306连接，第一管路上设置有第一电磁阀，固定缓冲气囊304通过第二管路与空气泵306连接，第二管路上设置有第二电磁阀，电源能够为空气泵306供电，空气泵306、第一电磁阀和第二电磁阀均与第一控制系统信号连接。通过设置第一电磁阀和第二电磁阀并分别控制实现空气泵306可以分别给漂浮气囊302和固定缓冲气囊304独立充放气，使用时，通过空气泵306对固定缓冲气囊304的抽放气可以实现对容置组件内无人艇的辅助固定，通过空气泵306对漂浮气囊302的充放气可以改变无人艇容置装置300吃水的深浅。

容置组件还包括传感装置，传感装置设置于靠近圆形框架301中心的一端，传感装置与第一控制系统信号连接。具体地，传感装置包括三个串联设置的红外传感器309，三个红外传感器309分别设置于底板上表面和两个挡板内侧面，当三个红外传感器309均被触发时才表示无人艇完全进入容置组件。

无人艇容置装置300还包括多个第三电机308，第三电机308设置于靠近圆形框架301中心的一端，一个第三电机308用于驱动一个视觉导引标识牌303立起或倒下，电源能够为第三电机308供电，第三电机308与第一控制系统信号连接。各视觉导引标识牌303两侧分别设置有一个指引灯，指引灯与第一控制系统信号连接。

如图7所示，视觉导引标识牌303包括白色牌体3031，白色牌体3031中部设置有数字标识3032，数字标识3032周围设置有正方形加粗框3033。数字标识3032和正方形加粗框3033为非白色，于本具体实施例中，数字标识3032和正方形加粗框3033均为红色。

于本具体实施例中，容置组件设置为六个，相对应地，视觉导引标识牌303也设置为六个，六个视觉导引标识牌303上的数字标识3032分别为1、2、3、4、5和6。

本实施例中的群体式无人艇布放与回收系统在实际应用中分为两个阶段：一是布放阶段，将无人艇从母船释放到作业水域；二是回收阶段，从水面将无人艇收回到母船。

布放阶段：如图8所示，第一控制系统控制升降装置100上升，将装有无人艇的无人艇容置装置300抬升至甲板，工作人员把悬吊装置200的缆绳组202一端与无人艇容置装置300的吊环310相连，然后通过机械臂201的运转将无人艇容置装置300送至水面漂浮，接着通过第一控制系统控制远离母船一侧的三个容置组件的固定缓冲气囊304放气，并打开这三个容置组件的导引门305，第一控制系统向这三艘无人艇的第二控制系统发送动作信号，然后无人艇缓慢驶离无人艇容置装置300，接着通过第一电机204带动卡盘203旋转，进而使得无人艇容置装置300旋转180度，使得剩余的三艘无人艇位于远离母船的一侧，按照前三艘无人艇的布放方法将剩余的三艘无人艇完成布放，随后第一控制系统通过控制第二电机307关闭所有导引门305，再通过悬吊装置200将无人艇容置装置300吊起，完成布放。

回收阶段：如图9-12所示，母船保持低速定向定速巡航，第一控制系统控制悬吊装置200将无人艇容置装置300放入水中，由于母船与无人艇容置装置300距离很近，且GPS系统的定位精度不高，所以将母船本身的GPS坐标加以修正便可作为无人艇容置装置300的GPS坐标，然后母船通过第一GPS定位系统将无人艇容置装置300的GPS坐标不断发送给各个无人艇的第二控制系统，同时，无人艇本身安装的第二GPS定位系统将无人艇的GPS坐标传送至该无人艇的第二控制系统，第二控制系统通过比较无人艇的GPS坐标与无人艇容置装置300的GPS坐标，便可实现路径规划，由此实现GPS导航。

无人艇容置装置300布放至水面后，随即远离母船一侧的三个视觉导引标识牌303在第三电机308带动下立起，其两侧的指引灯也亮起，导引门305打开，无人艇群在GPS导引下驶至无人艇容置装置300附近并保持一定距离，随即六艘无人艇上的六个摄像头同时开始进行图像处理和识别，通过六艘无人艇在外围的游弋，可以将不同角度的视觉导引标识牌303全部识别到。无人艇群总共六艘分别编号1到6，六个视觉导引标识牌303上数字标识3032也分别为1到6。当六个摄像头通过模式匹配识别的方法，识别到哪三个数字标识3032时，控制系统就驱动对应编号的三艘无人艇与无人艇容置装置300进行对接，其余三艘在外围徘徊待命，进行对接的三艘无人艇通过摄像头识别数字标识3032周围的正方形加粗框3033，通过视觉导引算法量测出其中心点的像点坐标以及填充后的图像面积并以此来获得无人艇与视觉导引标识牌303的相对位置关系，而视觉导引标识牌303在当地坐标系中的位置已知，在加上通过航向传感器和惯性传感器获得的无人艇坐标系与当地坐标系的变换矩阵，便可得到无人艇在当地坐标系的位置，第二控制系统以此作为反馈信号驱动无人艇缓慢靠近并左右调整姿态对准容置组件的开口，当并在导引门305的辅助下以完成对接，无人艇完全进入容置组件后，触发该容置组件中的红外传感器309，随即空气泵306对固定缓冲气囊304充气，且导引门305关闭锁紧，待到三艘无人艇回收完毕，第一电机204带动卡盘203旋转，进而使得无人艇容置装置300旋转180度，其余三艘无人艇识别到数字标识3032后也类似完成对接，母船的第一控制系统收到对接完毕的信号后，机械臂201将无人艇容置装置300吊回至甲板，完成回收作业。

由此可知，本实施例中的群体式无人艇布放与回收系统能够实现多艘无人艇的快速布放与回收，自动化程度高，通用性能好，对工作人员的技能要求低，能适用于多种类别的母船，采用将远距离GPS导航和近距离视觉导引相融合的方法，提高了无人艇与无人艇容置装置300对接的智能性和准确率。特别是在视觉导引过程中通过视觉测量数据与惯性传感器和航向传感器提供的角速度、线加速度与航向测量值相融合的方法，提高了估计无人艇在当地坐标系中位置的准确性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种群体式无人艇布放与回收系统，其特征在于，包括升降装置、悬吊装置、无人艇容置装置、第一控制系统、第一GPS定位系统、多个第二控制系统、多个第二GPS定位系统和多个摄像头，所述第一GPS定位系统和所述第一控制系统均用于安装于母船上，一个所述第二控制系统、一个所述第二GPS定位系统和一个所述摄像头均用于安装于一个无人艇上，一个所述第二GPS定位系统和一个所述摄像头均与一个所述第二控制系统连接，所述第一GPS定位系统和所述第一控制系统均与所述第二控制系统信号连接，所述升降装置和所述悬吊装置均设置于母船上，所述升降装置和所述悬吊装置均与所述第一控制系统连接，所述升降装置用于升降所述无人艇容置装置，所述悬吊装置用于悬吊并下放或收回所述无人艇容置装置，且所述悬吊装置能够旋转所述无人艇容置装置，所述无人艇容置装置包括圆形框架和安装于所述圆形框架上的多个容置组件，一个所述容置组件用于放置一个无人艇，各所述容置组件上方设置有一个视觉导引标识牌，所述视觉导引标识牌安装于所述圆形框架上。

2.根据权利要求1所述的群体式无人艇布放与回收系统，其特征在于，所述升降装置包括液压系统和升降平台，所述液压系统与所述第一控制系统连接，所述液压系统用于带动所述升降平台动作，所述升降平台用于放置所述无人艇容置装置。

3.根据权利要求1所述的群体式无人艇布放与回收系统，其特征在于，所述圆形框架上表面沿周向设置有多个吊环，所述悬吊装置包括机械臂、第一电机、卡盘和缆绳组，所述机械臂下端固定有所述第一电机，所述卡盘固定于所述第一电机的输出轴上，所述机械臂和所述第一电机均与所述第一控制系统连接，所述卡盘水平设置，所述卡盘包括多个卡槽，所述缆绳组包括多根缆绳，各所述缆绳的上端分别固定于一个所述卡槽中，各所述缆绳的下端分别与一个所述吊环连接。

4.根据权利要求1所述的群体式无人艇布放与回收系统，其特征在于，所述圆形框架上设置有电源，多个所述容置组件沿所述圆形框架的周向分布，所述容置组件包括底板、两个挡板、两个导引门和两个第二电机，两个所述挡板沿所述圆形框架的径向竖直设置，所述底板安装于两个所述挡板底部，各所述容置组件远离所述圆形框架中心的一端形成开口，各所述挡板远离所述圆形框架中心的一端通过铰链连接有一个所述导引门，各所述铰链通过一个所述第二电机驱动进行旋转，所述电源能够为所述第二电机供电，所述第二电机与所述第一控制系统信号连接。

5.根据权利要求4所述的群体式无人艇布放与回收系统，其特征在于，所述无人艇容置装置还包括漂浮气囊和空气泵，所述漂浮气囊设置于所述圆形框架下方，所述空气泵设置于所述圆形框架中部，各所述挡板的内侧面设置有一个固定缓冲气囊，所述漂浮气囊通过第一管路与所述空气泵连接，所述第一管路上设置有第一电磁阀，所述固定缓冲气囊通过第二管路与所述空气泵连接，所述第二管路上设置有第二电磁阀，所述电源能够为所述空气泵供电，所述空气泵、所述第一电磁阀和所述第二电磁阀均与所述第一控制系统信号连接。

6.根据权利要求5所述的群体式无人艇布放与回收系统，其特征在于，所述容置组件还包括传感装置，所述传感装置设置于靠近所述圆形框架中心的一端，所述传感装置与所述第一控制系统信号连接。

7.根据权利要求6所述的群体式无人艇布放与回收系统，其特征在于，所述传感装置包括三个串联设置的红外传感器，三个所述红外传感器分别设置于所述底板上表面和两个所述挡板内侧面。

8.根据权利要求7所述的群体式无人艇布放与回收系统，其特征在于，所述无人艇容置装置还包括多个第三电机，所述第三电机设置于靠近所述圆形框架中心的一端，一个所述第三电机用于驱动一个所述视觉导引标识牌立起或倒下，所述电源能够为所述第三电机供电，所述第三电机与所述第一控制系统信号连接。

9.根据权利要求1所述的群体式无人艇布放与回收系统，其特征在于，所述视觉导引标识牌包括白色牌体，所述白色牌体中部设置有数字标识，所述数字标识周围设置有正方形加粗框。

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