CN111831003A - 一种柴电混合动力无人航行器及其姿态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴电混合动力无人航行器及其姿态调整方法，柴电混合动力无人航行器包括壳体、调整单元和控制单元，调整单元设置于所述壳体内部，控制单元设置于所述第二容置空间内，监测模块监测柴电混合动力无人航行器的姿态数据，并将数据发送给处理模块，处理模块控制水箱调整件和电池组移动件进行相应的动作。柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法可以使其水面或水下快速、准确地自平衡或调整角度，以达到安全作业、灵活作业的目的。

Description

一种柴电混合动力无人航行器及其姿态调整方法

技术领域

本发明涉及无人艇技术领域，特别是一种柴电混合动力无人航行器及其姿态调整方法。

背景技术

随着海洋资源的开发和利用，无人航行器在海洋资源勘测和开发中扮演者越来越重要的角色。传统上，无人航行器在设计、制作、安装时，由于各类不可控因素，很难确保下水后无人航行器平衡。

柴电混合动力无人航行器相较于纯电无人航行器通常更为复杂，当柴电混合动力无人航行器在水面运行时，由于柴油的损耗，会使得无人航行器浮力和重心发生偏移。

此外，柴电混合动力无人航行器的姿态调整问题是制约其灵活作业的重要因素。通常在柴电混合动力无人航行器进行角度调整时，需要加装油囊或其他装置，使无人航行器内部可用空间减少。严重的，因为其惯性，在控制过程中可能出现剧烈的颠簸甚至碰撞、倾覆，带来损失。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有的柴电混合动力无人航行器中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的问题在于如何解决柴电混合动力无人航行器姿态调整时不够安全灵活。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种柴电混合动力无人航行器，其包括，壳体，其内部形成第一容置空间，以及与所述第一容置空间相邻的第二容置空间；调整单元，设置于所述壳体内部，包括设置于所述第一容置空间内的水箱调整件，以及设置于所述第二容置空间内的电池组移动件；以及，控制单元，设置于所述第二容置空间内，包括监测模块和处理模块，所述监测模块监测柴电混合动力无人航行器的姿态数据，并将数据发送给所述处理模块。

作为本发明所述柴电混合动力无人航行器的一种优选方案，其中：所述水箱调整件包括设置于所述第一容置空间内的压载水舱、设置于所述压载水舱侧面的水泵、连接所述水泵并穿过所述壳体的管道，以及控制所述管道开闭的电磁阀。

作为本发明所述柴电混合动力无人航行器的一种优选方案，其中：所述电池组移动件包括设置于所述第二容置空间内并固定于所述壳体内壁上的滑轨、与所述滑轨滑动配合的电池组，以及与所述电池组连接的电动推杆，所述电池组侧面设置有与所述滑轨配合的滑块。

作为本发明所述柴电混合动力无人航行器的一种优选方案，其中：还包括油箱，设置于所述壳体外表面，所述监测模块包括角度传感器和第一液位传感器，所述角度传感器设置于所述壳体的中部，所述第一液位传感器设置于所述压载水舱以及所述油箱内。

作为本发明所述柴电混合动力无人航行器的一种优选方案，其中：所述处理模块包括可编程控制器，其设置于所述电动推杆的一侧。

作为本发明所述柴电混合动力无人航行器的一种优选方案，其中：所述监测模块还包括设置于所述壳体外表面的第二液位传感器，所述第二液位传感器监测柴电混合动力无人航行器的下潜深度。

本发明其中另外一个目的是提供一种基于该柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法，其能通过控制单元和调整单元使得柴电混合动力无人航行器在水面或水下快速、准确地自平衡或调整角度，以达到安全作业、灵活作业的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法，其包括如下步骤：预先在处理模块中设定好工作模式及相对应的数据；由所述监测模块监测柴电混合动力无人航行器的姿态数据，并将数据发送给所述处理模块；所述处理模块接收所述监测模块发送的数据，再根据所设定的工作模式和数据发出对应的控制信号；所述水箱调整件和所述电池组移动件根据控制信号作出相应动作；所述监测模块不断地将监测到的数据发送给所述处理模块，所述处理模块将接收到的数据与预先设定的数据相比较，并不断地发出对应的控制信号，形成闭环

作为本发明所述柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法的一种优选方案，其中：所述工作模式包括自平衡模式和角度调整模式，所述自平衡模式下柴电混合动力无人航行器会保持平衡状态行驶，所述角度调整模式下柴电混合动力无人航行器会进行上浮或下潜动作。

作为本发明所述柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法的一种优选方案，其中：所述监测模块检测的数据包括柴电混合动力无人航行器的倾斜角度、所述压载水舱内水位高度、所述油箱内油液高度、以及柴电混合动力无人航行器的下潜深度。

作为本发明所述柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法的一种优选方案，其中：所述处理模块发出的信号包括控制所述压载水舱进出水，以及控制所述电池组前后移动。

本发明有益效果为通过监测模块监测角度数据和各液体液位数据，再由处理模块接收并处理这些数据，与所设工作模式和数据比较后，向水箱调整件和电池组移动件发送控制信号，使得柴电混合动力无人航行器在水面或水下快速、准确地自平衡或调整角度，以达到安全作业、灵活作业的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为实例1中柴电混合动力无人航行器的去掉部分壳体后的结构图。

图2为实例1中柴电混合动力无人航行器的剖视图。

图3为实例1中柴电混合动力无人航行器的结构图。

图4为实例1中柴电混合动力无人航行器的水箱调整件和电池组移动件结构图。

图5为实例1中柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法的流程结构图。

图6为实例1中柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～6，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种柴电混合动力无人航行器，柴电混合动力无人航行器包括壳体100、调整单元200和控制单元300，调整单元200设置于所述壳体100内部，控制单元300设置于所述第二容置空间102内，控制单元300监测柴电混合动力无人航行器的姿态数据并控制调整单元200进行相应的动作。

具体的，壳体100内部形成第一容置空间101，以及与所述第一容置空间101相邻的第二容置空间102。壳体100整体成圆柱型，其头部为圆锥型，便于在水中移动。第一容置空间101和第二容置空间102导通，第一容置空间101靠近尾部，第二容置空间102靠近头部。

调整单元200包括设置于所述第一容置空间101内的水箱调整件201，以及设置于所述第二容置空间102内的电池组移动件202。水箱调整件201可以控制压载水舱201a内的水量，对整个柴电混合动力无人航行器的后半部重量起到控制作用，压载水舱201a内的水量多，整个柴电混合动力无人航行器的后半部重量大，柴电混合动力无人航行器会呈现尾部低头部高的姿态；压载水舱201a内的水量少，整个柴电混合动力无人航行器的后半部重量小，柴电混合动力无人航行器会呈现尾部高头部低的姿态。电池组移动件202可以控制电池组202b进行沿柴电混合动力无人航行器轴向进行移动。电池组202b向头部移动，整个柴电混合动力无人航行器的前半部重量大，柴电混合动力无人航行器会呈现尾部高头部低的姿态；电池组202b向尾部移动，整个柴电混合动力无人航行器的前半部重量小，柴电混合动力无人航行器会呈现尾部低头部高的姿态。

控制单元300包括监测模块301和处理模块302，所述监测模块301监测柴电混合动力无人航行器的姿态数据，并将数据发送给所述处理模块302。处理模块302对柴电混合动力无人航行器的姿态数据进行响应，控制水箱调整件201和电池组移动件202进行相应的动作对柴电混合动力无人航行器的姿态进行调整。

综上，柴电混合动力无人航行器的壳体100内部设置有水箱调整件201、电池组移动件202、监测模块301和处理模块302，所述监测模块301监测柴电混合动力无人航行器的姿态数据，并将数据发送给所述处理模块302，处理模块302控制水箱调整件201和电池组移动件202进行相应的动作。

进一步的，所述水箱调整件201包括设置于所述第一容置空间101内的压载水舱201a、设置于所述压载水舱201a侧面的水泵201b、连接所述水泵201b并穿过所述壳体100的管道201c，以及控制所述管道201c开闭的电磁阀201d。压载水舱201a的作用是蓄水，管道201c连接压载水舱201a与柴电混合动力无人航行器外部，电磁阀201d控制管道201c的开闭，水泵201b给与压载水舱201a进水或出水的动力。水泵201b内设置有信号接收端，可以接收处理模块302发送的信号，并可以根据此信号进行相应动作。

进一步的，所述电池组移动件202包括设置于所述第二容置空间102内并固定于所述壳体100内壁上的滑轨202a、与所述滑轨202a滑动配合的电池组202b，以及与所述电池组202b连接的电动推杆202c，所述电池组202b侧面设置有与所述滑轨202a配合的滑块202b-1。滑轨202a可以设置有多个，电池组202b上的滑块202b-1数量与滑轨202a相同，滑轨202a、电动推杆202c均沿柴电混合动力无人航行器轴向设置，即通过电动推杆202c可以控制电池组202b沿柴电混合动力无人航行器轴向前进或后退。通过压载水舱201a的重量以及电池组202b的位置，可以对柴电混合动力无人航行器姿态做出调整。电动推杆202c内设置有信号接收端，可以接收处理模块302发送的信号，并可以根据此信号进行相应动作。

进一步的，还包括油箱400，其设置于所述壳体100外表面，所述监测模块301包括角度传感器301a和第一液位传感器301b，所述角度传感器301a设置于所述壳体100的中部，所述第一液位传感器301b设置于所述压载水舱201a以及所述油箱400内，角度传感器301a与柴电混合动力无人航行器轴向方向平行设置，角度传感器301a监测的是柴电混合动力无人航行器轴向与水平方向的夹角，并将相应数据传输给处理模块302。第一液位传感器301b测量的是水位高度和油液高度，液位传感器是一种测量液位的压力传感器，通过压载水舱201a或油箱400内的压力计算出液位高度，所以第一液位传感器301b最后设置在压载水舱201a或油箱400的底部。在柴电混合动力无人航行器航行时，油箱400内的油液会逐渐消耗，所以柴电混合动力无人航行器的尾部重量会逐渐减少，若不采取相应的措施，整个柴电混合动力无人航行器会渐渐失衡，故需要在油箱400内设置1个第一液位传感器301b用于监测油液的高度。

需要注意的是，本发明所述柴电混合动力无人航行器不仅可以使用液位传感器，使用其他可以实时监测液体高度的传感器均可。

进一步的，所述处理模块302包括可编程控制器302a，其设置于所述电动推杆202c的一侧，可编程控制器302a主要的功能是包括一下几个方面：1、储存数据；2、接收监测模块301发送过来的数据，并于预先储存的数据进行对比，产生相应的控制信号；3、将控制信号发出。可编程控制器302a优选为单片机，单片机具有较强的开关量逻辑记忆、判断，数据运算、处理能力，并具有体积小、功能多样化、可靠性高、价格低等特点，通过集成电路技术的应用，将数据运算与处理能力集成到芯片中，可以实现对数据的高速化处理。

进一步的，所述监测模块301还包括设置于所述壳体100外表面的第二液位传感器301c，所述第二液位传感器301c监测柴电混合动力无人航行器的下潜深度。

综上，水泵201b和电磁阀201d的设置可以使压载水舱201a进行吸水和出水的操作。电动推杆202c可以控制电池组202b进行移动。通过第一液位传感器301b、第二液位传感器301c和角度传感器301a监测的数据，以及可编程控制器302a储存和处理数据，调整单元200再对相对应的信号进行相应，最后在加上壳体100，共同组成了柴电混合动力无人航行器。

本发明还涉及一种柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法，其包括如下步骤：

预先在处理模块302中设定好工作模式及相对应的数据；

由所述监测模块301监测柴电混合动力无人航行器的姿态数据，并将数据发送给所述处理模块302；

所述处理模块302接收所述监测模块301发送的数据，再根据所设定的工作模式和数据发出对应的控制信号；

所述水箱调整件201和所述电池组移动件202根据控制信号作出相应动作；

所述监测模块301不断地将监测到的数据发送给所述处理模块302，所述处理模块302将接收到的数据与预先设定的数据相比较，并不断地发出对应的控制信号，形成闭环。

其中，所述工作模式包括自平衡模式和角度调整模式，所述自平衡模式下柴电混合动力无人航行器会保持平衡状态行驶，所述角度调整模式下柴电混合动力无人航行器会进行上浮或下潜动作。所述监测模块301检测的数据包括柴电混合动力无人航行器的倾斜角度、所述压载水舱201a内水位高度、所述油箱400内油液高度、以及柴电混合动力无人航行器的下潜深度，所述处理模块302发出的信号包括控制所述压载水舱201a进出水，以及控制所述电池组202b前后移动。

下面以自平衡模式举例：

首先，提前在可编程控制器302a上输入自平衡状态下的相应数据。例如柴电混合动力无人航行器轴向与水平方向夹角为0，柴电混合动力无人航行器下潜深度为10m等，选择自平衡模式后，由第一液位传感器301b监测压载水舱201a以及油箱400内的液体高高度，第二液位传感器301c监测柴电混合动力无人航行器的下潜深度，电动推杆202c监测电池组202b的位置，角度传感器301a监测柴电混合动力无人航行器轴向与水平方向的夹角，将这些数据发送给可编程控制器302a，然后可编程控制器302a根据这些数据与自平衡状态下的相应数据做对比，若某些数据不同，这发出相应的调整信号，这些信号包括命令压载水舱201a进水或出水，电池组202b向柴电混合动力无人航行器头部或尾部移动等。

而角度调整模式与自平衡模式操作步骤与原理基本相同，此处不做赘述。

需要注意的是，在岸上可以设置1个与处理模块302采用无线连接的处理器，可以通过此处理器对处理模块302进行控制，即工作人员可以在岸上实时控制柴电混合动力无人航行器进行相应动作。

需要说明的是，可以提前在处理模块302中设定好柴电混合动力无人航行器的行进轨迹以及在相对应的轨迹上设定好数据，使柴电混合动力无人航行器进行自动行驶。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种柴电混合动力无人航行器，其特征在于：包括，

壳体(100)，其内部形成第一容置空间(101)，以及与所述第一容置空间(101)相邻的第二容置空间(102)；

调整单元(200)，设置于所述壳体(100)内部，包括设置于所述第一容置空间(101)内的水箱调整件(201)，以及设置于所述第二容置空间(102)内的电池组移动件(202)；以及，

控制单元(300)，设置于所述第二容置空间(102)内，包括监测模块(301)和处理模块(302)，所述监测模块(301)监测柴电混合动力无人航行器的姿态数据，并将数据发送给所述处理模块(302)。

2.如权利要求1所述的柴电混合动力无人航行器，其特征在于：所述水箱调整件(201)包括设置于所述第一容置空间(101)内的压载水舱(201a)、设置于所述压载水舱(201a)侧面的水泵(201b)、连接所述水泵(201b)并穿过所述壳体(100)的管道(201c)，以及控制所述管道(201c)开闭的电磁阀(201d)。

3.如权利要求2所述的柴电混合动力无人航行器，其特征在于：所述电池组移动件(202)包括设置于所述第二容置空间(102)内并固定于所述壳体(100)内壁上的滑轨(202a)、与所述滑轨(202a)滑动配合的电池组(202b)，以及与所述电池组(202b)连接的电动推杆(202c)，所述电池组(202b)侧面设置有与所述滑轨(202a)配合的滑块(202b-1)。

4.如权利要求3所述的柴电混合动力无人航行器，其特征在于：还包括油箱(400)，设置于所述壳体(100)外表面，所述监测模块(301)包括角度传感器(301a)和第一液位传感器(301b)，所述角度传感器(301a)设置于所述壳体(100)的中部，所述第一液位传感器(301b)设置于所述压载水舱(201a)以及所述油箱(400)内。

5.如权利要求4所述的柴电混合动力无人航行器，其特征在于：所述处理模块(302)包括可编程控制器(302a)，其设置于所述电动推杆(202c)的一侧。

6.如权利要求5所述的柴电混合动力无人航行器，其特征在于：所述监测模块(301)还包括设置于所述壳体(100)外表面的第二液位传感器(301c)，所述第二液位传感器(301c)监测柴电混合动力无人航行器的下潜深度。

7.一种柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法，其特征在于：包括如下步骤，

预先在处理模块(302)中设定好工作模式及相对应的数据；

由所述监测模块(301)监测柴电混合动力无人航行器的姿态数据，并将数据发送给所述处理模块(302)；

所述处理模块(302)接收所述监测模块(301)发送的数据，再根据所设定的工作模式和数据发出对应的控制信号；

所述水箱调整件(201)和所述电池组移动件(202)根据控制信号作出相应动作；

所述监测模块(301)不断地将监测到的数据发送给所述处理模块(302)，所述处理模块(302)将接收到的数据与预先设定的数据相比较，并不断地发出对应的控制信号，形成闭环。

8.如权利要求7所述的柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法，其特征在于：所述工作模式包括自平衡模式和角度调整模式，所述自平衡模式下柴电混合动力无人航行器会保持平衡状态行驶，所述角度调整模式下柴电混合动力无人航行器会进行上浮或下潜动作。

9.如权利要求8所述的柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法，其特征在于：所述监测模块(301)检测的数据包括柴电混合动力无人航行器的倾斜角度、所述压载水舱(201a)内水位高度、所述油箱(400)内油液高度、以及柴电混合动力无人航行器的下潜深度。

10.如权利要求9所述的柴电混合动力无人航行器的姿态调整方法，其特征在于：所述处理模块(302)发出的信号包括控制所述压载水舱(201a)进出水，以及控制所述电池组(202b)前后移动。

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