CN110837261A - 无人艇自主能源补充系统和方法 - Google Patents

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薛凯文
钱辉环
林天麟
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Abstract

本发明涉及一种无人艇自主能源补充系统及方法，无人艇自主能源补充系统包括检测模块、控制模块及能源供应模块；检测模块用于检测泊位上是否停靠有无人艇；控制模块与检测模块通信连接，用于当泊位上停靠有无人艇时，检测无人艇上能源补充接口的位置信息；能源供应模块与控制模块电连接，能源供应模块包括能源供应接口；控制模块还用于根据位置信息控制能源供应模块移动至能源供应接口与能源补充接口相互对准的位置，并控制能源供应接口与能源补充接口插接，以使得能源供应模块对无人艇进行能源补充，从而实现了无人艇的自主能源补充，无需人工操作，效率高，成本低。

Description

无人艇自主能源补充系统和方法
技术领域
本发明涉及无人艇自动控制技术领域，特别涉及一种无人艇自主能源补充系统和方法。
背景技术
无人艇是一种无人操作的舰艇，主要用于执行危险以及不适于有人船只执行的任务。无人艇可用于侦察、搜索、探测和排雷；搜救、导航和水文地理勘察；反潜作战、反特种作战以及巡逻、打击海盗、反恐攻击等。
无人驾驶船舶正朝着智能化、体系化、标准化等方向发展。军用无人艇已被世界许多国家的海军用来执行各种任务，还有越来越多的无人艇被应用在海洋科学考察、海洋测绘、海洋巡逻、海洋事故监测及救援、海洋石油开采等领域。
现有的无人艇能源耗尽后，通常由人工进行能源补充，人工补充效率低，人力成本高。
发明内容
基于此，有必要针对现有的无人艇由人工进行能源补充，人工补充效率低，人力成本高的问题，提供一种无人艇自主能源补充系统和方法。
一种无人艇自主能源补充系统，包括：
检测模块，用于检测泊位上是否停靠有无人艇；
控制模块，与所述检测模块通信连接，用于当泊位上停靠有无人艇时，检测无人艇上能源补充接口的位置信息；及
能源供应模块，与所述控制模块电连接，所述能源供应模块包括能源供应接口；
所述控制模块还用于根据所述位置信息控制所述能源供应模块移动至所述能源供应接口与所述能源补充接口相互对准的位置，并控制所述能源供应接口与所述能源补充接口插接，以使得所述能源供应模块对所述无人艇进行能源补充。
在其中一个实施例中，还包括：
标记物，设置于所述能源补充接口；
所述控制模块包括采集单元及控制单元；
所述采集单元用于采集具有所述标记物的图像；
所述控制单元用于对所述图像进行处理，以获取所述能源补充接口的位置信息。
在其中一个实施例中，所述检测模块包括超声波传感器或红外传感器。
在其中一个实施例中，所述能源供应模块还包括：
支架，所述控制模块设置于所述支架上；
插接单元，与所述控制模块电连接，所述插接单元一端与所述支架连接，另一端用于设置所述能源供应接口，所述插接单元用于根据所述控制模块的插接指令将所述能源供应接口与所述能源补充接口进行插接；及
驱动单元，与所述控制模块电连接，用于根据所述控制模块的驱动指令将所述支架移动至所述能源供应接口与所述能源补充接口相互对准的位置。
在其中一个实施例中，所述无人艇包括：
能源模块，与所述能源补充接口连接，用于为无人艇的内部设备提供能量；
能量监测模块，用于检测所述能源模块的能量信息；及
通信模块，与所述控制模块通信连接，用于将所述能量信息发送至所述控制模块；
所述控制模块还用于根据所述能量信息判断所述能源模块是否补充满能量，并当所述能源模块补充满能量时，控制所述能源供应接口从所述能源补充接口中拔出。
在其中一个实施例中，所述无人艇还包括：
定位模块，用于获取无人艇的当前位置坐标；
自回归模块，分别与所述能量监测模块及所述定位模块电连接，用于当所述能源模块的能量低于预设能量值时，根据无人艇的当前位置坐标与泊位的位置坐标生成返回路线；及
驱动模块，与所述自回归模块电连接，用于根据所述返回路线驱动无人艇返回至泊位。
在其中一个实施例中，所述检测模块还用于检测无人艇在泊位中的位置，并将所述无人艇在泊位中的位置通过所述控制模块发送至所述通信模块；
所述自回归模块还用于根据所述无人艇在泊位中的位置发出调整指令至所述驱动模块；
所述驱动模块还用于根据所述调整指令调整无人艇的姿态。
在其中一个实施例中，所述插接单元包括机械臂。
一种无人艇自主能源补充方法，包括：
检测泊位上是否停靠有无人艇；
当泊位上停靠有无人艇时，检测无人艇上能源补充接口的位置信息；
根据所述位置信息控制能源供应模块移动至能源供应接口与所述能源补充接口相互对准的位置，其中，所述能源供应模块包括能源供应接口；
控制所述能源供应接口与所述能源补充接口插接，以使得所述能源供应模块对所述无人艇进行能源补充。
在其中一个实施例中，所述检测无人艇上能源补充接口的位置信息包括：
采集具有标记物的图像，所述标记物设置于所述能源补充接口；
对所述图像进行处理，以获取所述能源补充接口的位置信息。
本申请的无人艇自主能源补充系统及方法，通过检测泊位上是否停靠有无人艇，当泊位上停靠有无人艇时，检测无人艇上能源补充接口的位置信息，根据位置信息控制能源供应模块移动至能源供应接口与能源补充接口相互对准的位置，并控制能源供应接口与能源补充接口插接，以使得能源供应模块对无人艇进行能源补充，从而实现了无人艇的自主能源补充，无需人工操作，效率高，成本低。
附图说明
图1为一实施例中的无人艇自主能源补充系统的功能模块图；
图2为一实施例中的岸基的结构示意图；
图3为另一实施例中的无人艇自主能源补充系统的功能模块图；
图4为一实施例中的能源供应模块的结构示意图；
图5为一实施例中的无人艇的功能模块图；
图6为一实施例中的无人艇自主能源补充方法的流程图；
图7为一实施例中的无人艇自主能源补充方法的子流程图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
请参阅图1，本申请实施例提供一种无人艇自主能源补充系统，包括检测模块10、控制模块20、能源供应模块30及标记物40。
检测模块10用于检测泊位110上是否停靠有无人艇120。控制模块20与检测模块10通信连接，用于当泊位110上停靠有无人艇120时，检测无人艇120上能源补充接口121的位置信息。能源供应模块30与控制模块20电连接，能源供应模块30包括能源供应接口31。控制模块20还用于根据位置信息控制能源供应模块30移动至能源供应接口31与能源补充接口121相互对准的位置，并控制能源供应接口31与能源补充接口121插接，以使得能源供应模块30对无人艇120进行能源补充。无人艇120的能源补充包括电能补充及燃油补充。
请参阅图2，检测模块10设置于岸基上。具体的，无人艇120岸基设置有多个无人艇120停泊位110及连接多个停泊位110的轨道201，检测模块10设置于停泊位110的两侧。检测模块10包括超声波传感器或红外传感器或其他能够检测到无人艇120的设备。
标记物40设置于无人艇120的能源补充接口121，标记物40可以是AprilTags，QR(Quick Response)码或条形码中的至少一个。
控制模块20包括采集单元21及控制单元22。采集单元21用于采集具有标记物40的图像。采集单元21可以是单目相机或双目相机。控制单元22用于对所述图像进行处理，以获取能源补充接口121的位置信息。通过将标记物40设置于无人艇120的能源补充接口121，采集单元21可以快速、准确地对能源补充接口121进行定位。
需要说明的是，无人艇120停靠于泊位110时，无人艇120由相应的固定装置与岸基固定，以避免无人艇120随波浪漂移。
请同时参阅图3及图4，能源供应模块30还包括支架32、插接单元33及驱动单元34。控制模块20设置于支架32上。插接单元33与控制模块20电连接，插接单元33一端与支架32连接，另一端用于设置能源供应接口31，插接单元33用于根据控制模块20的插接指令将能源供应接口31与能源补充接口121进行插接。插接单元33可以包括机械臂或其他能够将能源供应接口31插入能源补充接口121的机电结构，如，具有三自由度的天车系统。驱动单元34与控制模块20电连接，用于根据控制模块20的驱动指令将支架32移动至能源供应接口31与能源补充接口121相互对准的位置。驱动单元34可以驱动支架32在轨道201上移动，当无人艇120停靠于泊位110时，驱动单元34驱动支架32移动到泊位110前，并在插接单元33上的能源供应接口31与能源补充接口121相互对准时，停止驱动。驱动单元34可以是任意动力驱动装置。通过设置可移动的能源供应模块30对无人艇120的能源补充接口121进行定位，并对无人艇120补充能源，使得无人艇120的能源补充更灵活，避免能源供应模块30占用过多的岸基空间。
能源供应模块30还可以包括能源输送管或能源输送线，能源输送管或能源输送线设置于支架32上，且与能源供应接口31连接。
请参阅图5，无人艇120包括能源模块122、能量监测模块123、通信模块124、定位模块125、自回归模块126及驱动模块127。
能源模块122与能源补充接口121连接，用于为无人艇120的内部设备提供能量。能源模块122可以是燃油箱或者充电电池。能量监测模块123用于检测能源模块122的能量信息。通信模块124与控制模块20通信连接，用于将能量信息发送至控制模块20。控制模块20还用于根据能量信息判断能源模块122是否补充满能量，并当能源模块122补充满能量时，控制能源供应接口31从能源补充接口121中拔出。当能源模块122补充满能量时，控制模块20能够控制能源供应模块30停止对无人艇120提供能源，避免能源溢出或损坏能源模块122，实现对无人艇120的自主能源补充。
定位模块125用于获取无人艇120的当前位置坐标。自回归模块126分别与能量监测模块123及定位模块125电连接，用于当能源模块122的能量低于预设能量值时，根据无人艇120的当前位置坐标与泊位110的位置坐标生成返回路线。无人艇120在能量充足的情况下，处于正常执行任务状态，如巡逻、守护港口等。当无人艇120的能源模块122的能量低于预设能量值时，能量监测模块123发出低能量告警信息，自回归模块126接收告警信息，并从定位模块125中获取无人艇120的当前位置坐标，由于岸基泊位110的位置固定，可预先在定位模块125中设置泊位110的位置坐标，由无人艇120的当前位置坐标和泊位110的位置坐标，结合全局地图，即可生成最佳返回路线。定位模块125包括GPS传感器。驱动模块127与自回归模块126电连接，用于根据返回路线驱动无人艇120返回至泊位110。无人艇120在低能量的情况下，能够自主返回岸基充电，从而保证了无人艇120的正常工作。
检测模块10还用于检测无人艇120在泊位110中的位置，并将无人艇120在泊位110中的位置通过控制模块20发送至通信模块124，自回归模块126还用于根据无人艇120在泊位110中的位置发出调整指令至驱动模块127，驱动模块127根据调整指令调整无人艇120的姿态，使得无人艇120前侧、左侧、右侧与各自基准保持一定的距离来达到定位效果。
本申请的无人艇自主能源补充系统，通过检测模块10检测泊位110上是否停靠有无人艇120，当泊位110上停靠有无人艇120时，控制模块20检测无人艇120上能源补充接口121的位置信息，根据位置信息控制能源供应模块30移动至能源供应接口31与能源补充接口121相互对准的位置，并控制能源供应接口31与能源补充接口121插接，以使得能源供应模块30对无人艇120进行能源补充，从而实现了无人艇120的自主能源补充，无需人工操作，效率高，成本低。
请参阅图6，本申请实施例还提供一种无人艇自主能源补充方法，包括以下步骤。
步骤S01，检测泊位上是否停靠有无人艇。
步骤S02，当泊位上停靠有无人艇时，检测无人艇上能源补充接口的位置信息。
步骤S03，根据位置信息控制能源供应模块移动至能源供应接口与能源补充接口相互对准的位置，其中，能源供应模块包括能源供应接口。
步骤S04，控制能源供应接口与能源补充接口插接，以使得能源供应模块对无人艇进行能源补充。
请参阅图7，检测无人艇上能源补充接口的位置信息具体包括：
步骤S21，采集具有标记物的图像，标记物设置于能源补充接口。
步骤S22，对图像进行处理，以获取能源补充接口的位置信息。
本申请的无人艇自主能源补充方法，通过检测泊位上是否停靠有无人艇，当泊位上停靠有无人艇时，检测无人艇上能源补充接口的位置信息，根据位置信息控制能源供应模块移动至能源供应接口与能源补充接口相互对准的位置，并控制能源供应接口与能源补充接口插接，以使得能源供应模块对无人艇进行能源补充，从而实现了无人艇的自主能源补充，无需人工操作，效率高，成本低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无人艇自主能源补充系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测泊位上是否停靠有无人艇；
控制模块，与所述检测模块通信连接，用于当泊位上停靠有无人艇时，检测无人艇上能源补充接口的位置信息；及
能源供应模块，与所述控制模块电连接，所述能源供应模块包括能源供应接口；
所述控制模块还用于根据所述位置信息控制所述能源供应模块移动至所述能源供应接口与所述能源补充接口相互对准的位置，并控制所述能源供应接口与所述能源补充接口插接，以使得所述能源供应模块对所述无人艇进行能源补充。
2.根据权利要求1所述的无人艇自主能源补充系统，其特征在于，还包括：
标记物，设置于所述能源补充接口；
所述控制模块包括采集单元及控制单元；
所述采集单元用于采集具有所述标记物的图像；
所述控制单元用于对所述图像进行处理，以获取所述能源补充接口的位置信息。
3.根据权利要求1所述的无人艇自主能源补充系统，其特征在于，所述检测模块包括超声波传感器或红外传感器。
4.根据权利要求1所述的无人艇自主能源补充系统，其特征在于，所述能源供应模块还包括：
支架，所述控制模块设置于所述支架上；
插接单元，与所述控制模块电连接，所述插接单元一端与所述支架连接，另一端用于设置所述能源供应接口，所述插接单元用于根据所述控制模块的插接指令将所述能源供应接口与所述能源补充接口进行插接；及
驱动单元，与所述控制模块电连接，用于根据所述控制模块的驱动指令将所述支架移动至所述能源供应接口与所述能源补充接口相互对准的位置。
5.根据权利要求1所述的无人艇自主能源补充系统，其特征在于，所述无人艇包括：
能源模块，与所述能源补充接口连接，用于为无人艇的内部设备提供能量；
能量监测模块，用于检测所述能源模块的能量信息；及
通信模块，与所述控制模块通信连接，用于将所述能量信息发送至所述控制模块；
所述控制模块还用于根据所述能量信息判断所述能源模块是否补充满能量，并当所述能源模块补充满能量时，控制所述能源供应接口从所述能源补充接口中拔出。
6.根据权利要求5所述的无人艇自主能源补充系统，其特征在于，所述无人艇还包括：
定位模块，用于获取无人艇的当前位置坐标；
自回归模块，分别与所述能量监测模块及所述定位模块电连接，用于当所述能源模块的能量低于预设能量值时，根据无人艇的当前位置坐标与泊位的位置坐标生成返回路线；及
驱动模块，与所述自回归模块电连接，用于根据所述返回路线驱动无人艇返回至泊位。
7.根据权利要求6所述的无人艇自主能源补充系统，其特征在于，
所述检测模块还用于检测无人艇在泊位中的位置，并将所述无人艇在泊位中的位置通过所述控制模块发送至所述通信模块；
所述自回归模块还用于根据所述无人艇在泊位中的位置发出调整指令至所述驱动模块；
所述驱动模块还用于根据所述调整指令调整无人艇的姿态。
8.根据权利要求4所述的无人艇自主能源补充系统，其特征在于，所述插接单元包括机械臂。
9.一种无人艇自主能源补充方法，其特征在于，包括：
检测泊位上是否停靠有无人艇；
当泊位上停靠有无人艇时，检测无人艇上能源补充接口的位置信息；
根据所述位置信息控制能源供应模块移动至能源供应接口与所述能源补充接口相互对准的位置，其中，所述能源供应模块包括能源供应接口；
控制所述能源供应接口与所述能源补充接口插接，以使得所述能源供应模块对所述无人艇进行能源补充。
10.根据权利要求9所述的无人艇自主能源补充方法，其特征在于，所述检测无人艇上能源补充接口的位置信息包括：
采集具有标记物的图像，所述标记物设置于所述能源补充接口；
对所述图像进行处理，以获取所述能源补充接口的位置信息。
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