CN110803256A

CN110803256A - 一种坐底式可移动多功能浮标

Info

Publication number: CN110803256A
Application number: CN201911283288.7A
Authority: CN
Inventors: 高慧; 姚震球; 于永琪; 朱沅航; 赵兴华; 王志博; 姚潇; 熊高涵
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology; Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology; Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-02-18
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: CN110803256B

Abstract

本发明涉及一种坐底式可移动多功能浮标，包括浮标主体、浮标主体底座、支撑平台组件、推进操纵系统、通信导航定位系统、外部感知系统、能源系统、系泊系统和控制系统。本发明的优点在于：本发明通过深海绞缆机和外部感知系统控制了浮标主体底座的坐底与否，再加上推进操纵系统的操控，既实现了移动式浮标的机动性又兼顾了坐底式浮标的稳定性，并能够有效满足现在多元的环境的检测要求，降低检测成本与维修成本。

Description

一种坐底式可移动多功能浮标

技术领域

本发明属于水域监测技术领域，特别涉及一种坐底式可移动多功能浮标。

背景技术

地球表面有七成是海洋，海洋里有各种各样极其丰富的资源，地球上大部分氧气都出自海洋，生命也是从海洋起源的。海洋对人类的意义极为重大。探究海洋的秘密也就极其重要。当今人们越来越广泛的使用以浮标作为载体的海洋监测技术探究某一海域的各种指标。

目前浮标的工作模式大多为固定的，少部分是可移动的。固定式的浮标虽然稳定但机动性差，而且监测太过于被动不能监测别的海域。想要监测大片海域必须要人为的操作浮标，这样危险性高，操作繁琐复杂。而且海水退潮时浮标远离监测点这样就得不到稳定有效的数据。并且大范围的移动容易对仪器产生破坏。少部分可移动的浮标机动性好，如专利CN 110341888 A公开了一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，包括浮标艇体、控制系统、可升降感知平台、推进操纵系统、通信导航定位系统、外部感知系统和能源系统，浮标艇体由下潜体、上部平台和中部支柱构成，浮标艇体几何形状数值全部基于兼顾浮标艇体操纵性、耐波性、快速性和监测功能特性综合优化计算确定；该发明可监测风速、风向、气压、温湿度、水温、PH、含氧量等多种数据，能实现对水面环境的监控和对船只的导航，通过与可升降感知系统的配合能够达到更优效果；同时本发明添加推进操纵系统，密切配合通信导航定位系统，使浮标具有自动回位、污染源跟踪等多种能力，有效解决传统浮标的缺陷与不足，实现大范围监测和高海况下作业，但在水中的稳定性比较差，很容易受到自然因素的影响。浮标会随着大风与水流而飘移，想要稳定住浮标就必须要消耗大量能源来控制航向。成本会大幅度提高。而且海中多有暗礁等，容易与检测设备发生碰撞，损坏检测设备造成很高的损失。且抵抗海况等级大大降低，使用寿命也将大大缩短，增加了浮标的维修成本，不能得到有效的数据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够既实现了移动式浮标的机动性又兼顾了坐底式浮标的稳定性，并满足现在多元的环境的检测要求，降低检测成本与维修成本的坐底式可移动多功能浮标。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种坐底式可移动多功能浮标，其创新点在于：包括

浮标主体，所述浮标主体为一个中空密封腔体，作为浮力块；

浮标主体底座，所述浮标主体底座与浮标主体的底端连接设置；

支撑平台组件，所述支撑平台组件设置在浮标主体上端中心，该支撑平台组件包括通过若干个上部支柱固定连接，且设置在浮标主体上端的上部平台；在上部平台的上端中心设有与上部平台垂直设置的上部立柱，所述上部立柱与上部平台之间通过平台支柱连接固定，上部立柱的中部外侧还套接有上、下两层保险圈，所述上层保险圈与上部立柱之间通过若干个沿上层保险圈圆周方向均匀分布的上层连接杆固定连接，下层保险圈与上部立柱之间通过若干个沿下层保险圈圆周方向均匀分布的下层连接杆固定连接；

推进操纵系统，所述推进操纵系统包括舵机、舵臂、舵杆、舵叶和推进器，所述推进器位于上部平台上面的平台支柱两侧，通过推进器支架与平台支柱连接，并通过设置在推进器后方的电机使其转动；所述舵机水平固定于浮标主体的内腔中后部，并通过舵臂与舵杆连接，舵杆自下而上依次穿过浮标主体和上部平台，且位于上部平台上方的舵杆上设置有舵叶，且舵叶位于推进器后方；

通信导航定位系统，所述通信导航定位系统包括设置在上部立柱上端自下而上依次设置有浮标灯、天线支柱和卫星天线，通信导航定位系统还包括设置在浮标主体内的GPS模块和无线传输模块，对浮标进行导航定位和数据的无线传输；

外部感知系统，该外部感知系统用于水质监测以及海洋环境的监控，所述外部感知系统包括设置在所述支撑平台组件上的摄像头、风速传感器、风向传感器、湿度传感器和气压传感器；

能源系统，所述能源系统包括设置在所述浮标主体内的蓄电池；

系泊系统，所述系泊系统包括通过系泊立杆，依次自上而下设置有与浮标主体底座固定连接的深海绞缆机、缆绳和重力块，所述缆绳设置在深海绞缆机内部，缆绳伸出深海绞缆机的一端通过法兰与重力块连接固定，且缆绳上布置有拉力传感器和浮力小球；在所述重力块的外侧周设有包围重力块的上、下护圈，重力块与下护圈之间通过设置在重力块底部的安装底座固定连接，且上、下护圈之间通过连接环固定连接；

控制系统，所述控制系统包括设置在浮标主体内腔的控制器，通过其内部程序算法直接对其他系统进行操控，来实现浮标系泊、定位导航、路径规划、自动回位、数据获取、能源管理、操纵与推进。

进一步地，所述相邻上部支柱之间的浮标主体上端面上布置有太阳能板。

进一步地，所述若干个上部支柱中相邻上部支柱之间还通过横杆和上部支架连接固定。

进一步地，所述各上部支柱的底部外侧面上焊接有耳环。

进一步地，所述浮标主体的外周围设置有防撞圈，且浮标主体的上端面外圆周上还设有护栏。

进一步地，在舵叶的外侧周设有[型加强框，所述[型加强框由上、下水平板以及竖直板连接构成，靠近竖直板一端的下水平板上设有一贯穿孔，与贯穿孔对应的上水平板下端面上设有连接凹坑，所述[型加强框的下水平板穿过舵杆，使舵杆的上端与连接凹坑连接固定，且[型加强框的竖直板与上部立柱固定连接。

进一步地，所述[型加强框的上水平板的外端部上端设有与下层保险圈配合的连接凹口，所述[型加强框的上水平板与上部平台之间通过由上水平板的外端部向上部平台外侧上端面倾斜设置的倾斜支撑立柱连接固定。

进一步地，所述上层连接杆与上层保险圈之间还固定连接有安装座，所述安装座内安装有传感器支柱，所述摄像头、风速传感器、风向传感器和湿度传感器分别设置在各传感器支柱的上端面上，所述气压传感器设置在上部平台的上端面上。

进一步地，所述浮标主体紧贴外壁布置有水温传感器、PH传感器和含氧量传感器。

进一步地，所述重力块的上端面两侧对称设置有连接吊耳。

本发明的优点在于：

（1）本发明坐底式可移动多功能浮标，通过深海绞缆机和外部感知系统控制了浮标主体底座的坐底与否，再加上推进操纵系统的操控，既实现了移动式浮标的机动性又兼顾了坐底式浮标的稳定性；此外，推进操纵系统具有无人艇优良的性能，基本上可到达任何水域，通过GPS实时定位，根据岸基控制中心提供的经纬度信息，控制器控制舵机，使浮标达到指定位置，实现对指定位置的监测或对污染源的追踪，且支撑平台组件上搭载摄像头，达到升以望远、提升视距、增加监测范围，降以避险、降低重心、增加稳性的作用，更能有效直观的监测海况，能够有效满足现在多元的环境的检测要求，降低检测成本与维修成本；

（2）本发明坐底式可移动多功能浮标，操作人员可以在浮标主体上全程遥控操作，降低了操作人员下海移动浮标的危险性，且浮标主体上设有护栏，大大保证了操作人员的安全；此外，控制系统能够根据外部感知系统对外部环境的感知状态来自动升降调节深海绞缆机使得缆绳长度时刻保持与水深一致，目的是稳定住多功能浮标，避免海水退潮时缆绳的长度远大于海水深导致浮标远离监测点，这样就得不到稳定有效的数据；

（3）本发明坐底式可移动多功能浮标，其中，推进操纵系统的主体部分设置在浮标主体的上部，即自带风机在水面以上，维护保养比较方便；同时，在推进操纵系统中的舵叶的外侧周设有[型加强框，既不影响舵叶的功能又加强了结构强度；此外，在浮标主体的外周围设置有防撞圈，能够有效避免与检测设备发生碰撞；

（4）本发明坐底式可移动多功能浮标，其中，相邻上部支柱之间的浮标主体上端面上布置有太阳能板，便于晴天给浮标主体的蓄电池充电；各上部支柱的底部外侧面上焊接有耳环，为了方便上部支柱的吊装、拆卸、便于打捞、收回，且保证收回时，有受力点；此外，重力块的上端面两侧对称设置有连接吊耳，便于重力块的吊装与拆卸。

附图说明

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。

图1为本发明坐底式可移动多功能浮标的结构示意图。

图2为本发明坐底式可移动多功能浮标的侧视图。

图3为本发明坐底式可移动多功能浮标的结构布置图。

图4为图1中A部分的放大示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例坐底式可移动多功能浮标，如图1、图2和图3所示，包括浮标主体116、浮标主体底座117、支撑平台组件、推进操纵系统、通信导航定位系统、外部感知系统、能源系统、系泊系统和控制系统。

浮标主体116为一个中空密封腔体，该浮标主体116的上部为圆柱结构，下部呈倒圆台结构，作为浮力块，且在浮标主体116的底端连接设置有浮标主体底座117；浮标主体116的外周围设置有防撞圈145，能够有效避免与检测设备发生碰撞；且浮标主体116的上端面外圆周上还设有护栏146，操作人员可以在浮标主体上全程遥控操作，降低了操作人员下海移动浮标的危险性，大大保证了操作人员的安全。

在浮标主体116的上端中心设置有支撑平台组件，该支撑平台组件包括通过四个上部支柱112固定连接，且设置在浮标主体116上端的上部平台111本实施例中，上部支柱112包括由上部平台111中心向外倾斜设置的倾斜支柱和设置在浮标主体116上的竖直支柱，且倾斜支柱和竖直支柱之间通过圆滑过渡，该结构的上部支柱112有效保证了上部平台111与浮标主体116之间的稳定性；同时，在相邻上部支柱112之间还通过横杆113和上部支架114连接固定，有效保证了上部支柱112之间的稳固；此外，为了方便上部支柱112的吊装、拆卸、便于打捞、收回，且保证收回时，有受力点，在各上部支柱112的底部外侧面上焊接有耳环115；相邻上部支柱112之间的浮标主体116上端面上布置有太阳能板128，便于晴天给浮标主体的蓄电池充电。

在上部平台111的上端中心设有与上部平台111垂直设置的上部立柱103，上部立柱103与上部平台111之间通过平台支柱109连接固定，上部立柱103的中部外侧还套接有上、下两层保险圈108，设置保险圈，具备防撞功能；上层保险圈108与上部立柱103之间通过四个沿上层保险圈108圆周方向均匀分布的上层连接杆固定连接，下层保险圈108与上部立柱103之间通过四个沿下层保险圈圆周方向均匀分布的下层连接杆固定连接。

推进操纵系统包括舵机133、舵臂134、舵杆135、舵叶142和推进器110，推进器110位于上部平台111上面的平台支柱109两侧，通过推进器支架147与平台支柱109连接，并通过设置在推进器110后方的电机使其转动；舵机133水平固定于浮标主体116的内腔中后部，并通过舵臂134与舵杆135连接，舵杆135自下而上依次穿过浮标主体116和上部平台111，且位于上部平台111上方的舵杆135上设置有舵叶142，且舵叶142位于推进器110后方。

作为实施例，更具体的实施方式为在舵叶142的外侧周设有[型加强框，既不影响舵叶的功能又加强了结构强度；[型加强框由上、下水平板以及竖直板连接构成，靠近竖直板一端的下水平板上设有一贯穿孔，与贯穿孔对应的上水平板下端面上设有连接凹坑，[型加强框的下水平板穿过舵杆，使舵杆的上端与连接凹坑连接固定，且[型加强框的竖直板与上部立柱固定连接；进一步地，为了[型加强框与下层保险圈108及上部平台111之间的稳定，在[型加强框的上水平板的外端部上端设有与下层保险圈配合的连接凹口，[型加强框的上水平板与上部平台之间通过由上水平板的外端部向上部平台外侧上端面倾斜设置的倾斜支撑立柱连接固定。

通信导航定位系统包括设置在上部立柱103上端自下而上依次设置有浮标灯104、天线支柱102和卫星天线101，还包括设置在浮标主体116内的GPS模块131和无线传输模块136，对浮标进行导航定位和数据的无线传输，密切配合岸基与控制系统。

外部感知系统用于水质监测以及海洋环境的监控，包括设置在支撑平台组件上的摄像头125、风速传感器105、风向传感器126、湿度传感器106和气压传感器141；上层连接杆与上层保险圈之间还固定连接有安装座，安装座内安装有传感器支柱107，摄像头125、风速传感器105、风向传感器126和湿度传感器106分别设置在各传感器支柱109的上端面上，气压传感器141设置在上部平台111的上端面上，浮标主体116紧贴外壁布置有水温传感器130、PH传感器143和含氧量传感器118。

能源系统包括设置在浮标主体116内的蓄电池132，系泊系统包括通过系泊立杆119，依次自上而下设置有与浮标主体底座117固定连接的深海绞缆机120、缆绳121和重力块122，缆绳121设置在深海绞缆机120内部，缆绳121伸出深海绞缆机120的一端通过法兰139与重力块122连接固定，且缆绳121上布置有拉力传感器144和浮力小球127；在重力块122的外侧周设有包围重力块122的上、下护圈123，重力块122与下护圈123之间通过设置在重力块122底部的安装底座固定连接，且上、下护圈123之间通过连接环124固定连接；重力块122的上端面两侧对称设置有连接吊耳138，便于重力块122的吊装与拆卸。

控制系统包括设置在浮标主体116内腔的控制器137，通过其内部程序算法直接对其他系统进行操控，来实现浮标系泊、定位导航、路径规划、自动回位、数据获取、能源管理、操纵与推进；控制系统直接对其他系统进行操控，通过通信导航定位系统获取浮标当前定位以及浮标艏向角，并接收自主设计的上位机发送的经纬度坐标指令与当前位置进行比，综合自编模糊控制规则，进行控制推进器的转速和正反转来进行前进、加速、减速和后退，以及控制舵的转向使浮标改变方向，从而到达指定位置。

本实施例坐底式可移动多功能浮标的工作过程：研究某一海域时，将本实施例坐底式可移动多功能浮标放入此海域，此时深海绞缆机120将缆绳121放开，浮标主体底座117沉入海底，浮标主体底座的造型既有利于快速下放又有利于稳固在海底，收浮标主体底座117时，可以通过深海绞缆机120收起缆绳121，将浮标主体底座117拔出海底；当海水涨潮或跌潮时可以通过拉力传感器144来自动化保证缆绳的张力在一定范围内，从而保证缆绳长度等于海深，使浮标稳定不动，此时可以测量一系列海洋的参数，并传到母船上分析研究；浮标在一点测得数据以后，可通过深海绞缆机120收起浮标主体底座117，由推进器110驱动至下一测量点，从而实现多点测量；亦可长时间在一点测量，定期通过深海绞缆机120，收放浮标主体底座117，避免由于长时间与海床接触，被海底泥沙或者贝壳等海洋生物覆盖，无法脱离；当此海域检测完毕后，可以用深海绞缆机120收缆绳121拔出浮标主体底座117，再通过控制系统控制推进器110和舵叶142进行前进、后退、转向到达目的地，再重复之前的操作完成任务。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种坐底式可移动多功能浮标，其特征在于：包括

2.根据权利要求1所述的坐底式可移动多功能浮标，其特征在于：

所述相邻上部支柱之间的浮标主体上端面上布置有太阳能板。

3.根据权利要求1所述的坐底式可移动多功能浮标，其特征在于：所述若干个上部支柱中相邻上部支柱之间还通过横杆和上部支架连接固定。

4.根据权利要求1、2或3所述的坐底式可移动多功能浮标，其特征在于：所述各上部支柱的底部外侧面上焊接有耳环。

5.根据权利要求1所述的坐底式可移动多功能浮标，其特征在于：所述浮标主体的外周围设置有防撞圈，且浮标主体的上端面外圆周上还设有护栏。

6.根据权利要求1所述的坐底式可移动多功能浮标，其特征在于：

在舵叶的外侧周设有[型加强框，所述[型加强框由上、下水平板以及竖直板连接构成，靠近竖直板一端的下水平板上设有一贯穿孔，与贯穿孔对应的上水平板下端面上设有连接凹坑，所述[型加强框的下水平板穿过舵杆，使舵杆的上端与连接凹坑连接固定，且[型加强框的竖直板与上部立柱固定连接。

7.根据权利要求4所述的坐底式可移动多功能浮标，其特征在于：所述[型加强框的上水平板的外端部上端设有与下层保险圈配合的连接凹口，所述[型加强框的上水平板与上部平台之间通过由上水平板的外端部向上部平台外侧上端面倾斜设置的倾斜支撑立柱连接固定。

8.根据权利要求1所述的坐底式可移动多功能浮标，其特征在于：所述上层连接杆与上层保险圈之间还固定连接有安装座，所述安装座内安装有传感器支柱，所述摄像头、风速传感器、风向传感器和湿度传感器分别设置在各传感器支柱的上端面上，所述气压传感器设置在上部平台的上端面上。

9.根据权利要求1所述的坐底式可移动多功能浮标，其特征在于：所述浮标主体紧贴外壁布置有水温传感器、PH传感器和含氧量传感器。

10.根据权利要求1所述的坐底式可移动多功能浮标，其特征在于：所述重力块的上端面两侧对称设置有连接吊耳。