CN112803551A - 一种浮动式无人船自动充电装置及其充电方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于无人船辅助充电结构技术领域，尤其涉及一种浮动式无人船自动充电装置及其充电方法。包括设置于船坞的供电模块、设置于无人船上的充电模块；供电模块包括浮台，限位杆，浮台可滑动的沿限位杆上下移动；浮台上设置有供电板安装架，供电板安装架上设置有供电板，充电模块包括充电板、缓冲板以及磁力板；本发明申请的浮动式无人船充电装置设计结构简单紧凑，配置合理，适应性强，可以方便的配合各类型的无人船等设备来使用，该浮动式无人船充电装置在使用过程中不会不受水面高度变化等带来的不利影响，始终保证充放电两个模块能够保持高度一致，稳定对接，保证了充电的稳定性，使得充电效率得到保证，提高无人船的作业效率。

Description

一种浮动式无人船自动充电装置及其充电方法
技术领域
本发明属于无人船辅助充电结构技术领域，尤其涉及一种浮动式无人船自动充电装置及其充电方法。
背景技术
自动投食无人船是一种利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵，实现智慧养殖的自动化投料船。自动投食无人船有投喂饵料、探测水中饵料浓度、反馈水域生物数量等一系列用途。无人船作业于涉及在水域的生产作业、监测等场合时能够有效减少相应的人力物力成本，简化工作流程，无人船在长时间、高频次工作的过程中不可避免的需要进行充电。现有技术中可以通过手动操控将无人船停靠在码头，然后由养殖户通过充电插口为无人船进行充电。但是一方面无人船充电时间长，充电过程较为繁琐，使得水产喂食效率低下。另一方面需要人工进行操作，不仅效率低下，而且还受制于天气的影响，恶劣天气时，充电极为不便，若采用无人控制的方式，则由于无人船位置速度、水面高度以及充电装置的相对位置的不稳定，导致充电控制过程繁琐，难以保证快速有效对接，导致控制程序复杂，耗时长，充电过程不稳定，在成本高的同时充电效率低下。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种适用于无人船进行充电的浮动式无人船自动充电装置及其充电方法，通过浮台设计进行无人充电对接，保证充电的可靠性与稳定性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明的一种浮动式无人船自动充电装置，主要用于渔业养殖等行业的自动投食无人船等自动化无人设备的充电，避免人工充电操作繁琐，容易受外部环境干扰等问题。
其基本结构包括设置于船坞3的供电模块1、设置于无人船上的充电模块2；所述船坞3整体与河岸码头固定连接；
所述供电模块1包括：浮动在水面的多个浮台4，所述浮台4上设置有至少两个通孔，所述通孔内设置有限位杆5，限位杆5上端固定连接至船坞3下端嵌入地面；所述浮台4可滑动的沿限位杆5上下移动；浮台4上设置有供电板安装架，供电板安装架上沿竖直方向阵列设置有多个供电板6，所述供电板6通过配电箱连接至电网供电设备；
所述充电模块2包括：分别设置在无人船7船体同一侧的充电板8、缓冲板9以及磁力板10；所述充电板8与前述浮台4上的供电板6位置相对且向船体外侧伸出，充电板8上均匀设置有多个充电触点11；所述磁力板10上设置有电磁铁；所述缓冲板9通过缓冲弹簧12与船体连接且向船体外侧伸出且伸出距离超过供电板8和磁力板10。
对前述浮动式无人船自动充电装置的进一步改进或优选方案，所述供电板6和充电板8为金属板；所述供电板6和充电板8分别至少包括连接至电网的正极金属板和负极金属板，且正极金属板和负极金属板的水平距离不小于1.5m。
对前述浮动式无人船自动充电装置的进一步改进或优选方案，所述供电板安装架为L形安装架13；L形安装架13上均匀设置有通孔，所述供电板6通过螺栓组固定连接在L形安装架13上，L形安装架13通过螺栓组固定在浮台4上。
对前述浮动式无人船自动充电装置的进一步改进或优选方案，还包括用于控制磁力板10上电磁铁工作的控制开关。
对前述浮动式无人船自动充电装置的进一步改进或优选方案，船坞3内侧设置有用于固定和支撑的钢架结构；所述限位杆5下端嵌入深度不小于1m。
对前述浮动式无人船自动充电装置的进一步改进或优选方案，所述的供电板内至少设置有可分别与无人船充电装置正负极连接的正极充电板和负极充电板，所述的正极充电板和负极充电板分别前端分别电连接至220转48的逆变器输出端；所述的逆变器设置于配电箱内且与220V市电连接。
一种基于浮动式无人船自动充电装置的充电方法，包括如下步骤：
S1、在无人船完成相应作业任务后，根据指令或预设命令使无人船返回浮动式无人船自动充电装置所在泊点；
S2、利用RTK定位以及船坞内机械导向结构引导船体进入船坞；
S3、持续驱动无人船，使其向船坞内侧移动；
S4、使电磁铁充电；在移动过程中，检测充电回路是否形成，若充电回未形成，则是无人船继续向内移动，若充电回路形成，则控制无人船停机，对无人船进行充电。
对前述基于浮动式无人船自动充电装置的充电方法的进一步改进或优选方案，
所述步骤S4中，通过轮询算法识别充电正负极以完成充电，具体而言，在无人船停机之后，利用电极正负电压差，通过充电主控板依次查询充电板上的电压，确定无人船停泊后对应的充电板，并向该充电板通电，充电结束后，先断开供电电源，再断开船上电磁铁电源，启动无人船离开船坞。
其有益效果在于：
本发明的浮动式无人船充电装置设计结构简单紧凑，配置合理，适应性强，可以方便的配合各类型的无人船等设备来使用，该浮动式无人船充电装置在使用过程中不会不受水面高度变化等带来的不利影响，始终保证充放电两个模块能够保持高度一致，稳定对接，保证了充电的稳定性，使得充电效率得到保证，提高无人船的作业效率，提升养殖户经济收益。
附图说明
图1是浮动式无人船自动充电装置的使用状态图；
图2是浮动式无人船自动充电装置供电模块的结构示意图；
图3是浮动式无人船自动充电装置供电模块连接示意图；
图4是浮动式无人船自动充电装置充电模块的结构示意图；
图5是基于浮动式无人船自动充电装置的充电方法的步骤示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作详细说明。
如图1～图4所示，本发明涉及一种浮动式无人船自动充电装置，该自动充电装置主要用于对自动投食无人船进行自动充电，保证其能够持续有效作业，本发明主要涉及对供电以及充电部分的结构设计，以保证该装置能够配合各类型的无人船进行充电。
如图2、图3所示，浮动式无人船自动充电装置的基本结构包括设置于船坞3的供电模块1、设置于无人船上的充电模块2；其中船坞主要用于支撑和保护内侧的供电模块1，如图所示，船坞的基本结构为棚屋或类似结构，所述船坞3整体与河岸码头固定连接；以保证能够在该位置持续向无人船供电。
特别的，为保证供电模块能够顺利与无人船对接，同时尽可能保证供电模块的稳定性，船坞至少在一侧设置有开口，以便于无人船上的充电模块对接部分能够与充电模块接触，为防止雨水侵袭，其顶部应当设置挡板等结构，一般船坞应当优先以内衬有金属支撑框架的钣金配合绝缘材料加工建设，在必要时，也可以将其设置为可移动结构。
为持续获取电能以保证充电过程的顺利，供电模块需要通过配电箱、变压器等必要的配电设备对电网电能进行前置处理，使得供电模块能够持续供应满足电压以及电流大小要求的电能。
特别的，本实施例中，所述供电模块1包括：浮动在水面的多个浮台4，浮台4作为活动支撑结构，漂浮在水面之上，以支撑上侧供电结构，利用和无人船同处于水面高度一致的特性，保证无人船上的充电结构和浮台上的供电结构保证高度一致，使其能够顺利对接，浮台优选采用轻质低密度囊体或者泡沫材质加工制作。
为保证浮台位置的稳定，同时具有能够随水面高度移动的能力，在所述浮台4上设置有至少两个通孔，所述通孔内设置有限位杆5，限位杆5上端固定连接至船坞3下端嵌入地面；通过将浮台套设在限位杆的配合，使得浮台能够在水面高度变化时，沿着限位杆上下移动，同时前后左右位置的相对固定，仅在高度上变化，保证后序充电过程中供电和充电两侧对接稳定。
在使用过程中，所述浮台4可滑动的沿限位杆5上下移动；浮台4上设置有供电板安装架，供电板安装架上沿竖直方向阵列设置有多个供电板6，所述供电板6通过配电箱连接至电网供电设备；
特别的，为保证浮台在使用过程中的顺畅性，保证浮台以及浮台上的供电结构能够随水面高低同步变化，以便于无人船同步对接，浮台与限位杆之间应保证能够顺畅滑动，在必要时需要在限位杆和浮台之间设置滑块、或者滑动轴承等结构，以提高相对运动的顺畅，同时防止浮台和限位杆的磨损；由于限位杆本身需要固定在水中，为避免电腐蚀、生锈等老化问题，限位杆入水部分优先采用绝缘材料制作；各限位杆之间应保证相对平行，防止卡死。
为便于连接以及加工生产，本实施例中，所述供电板安装架为设计为L形安装架13；利用L形安装架的两臂一侧与浮台固定连接另一侧用于安装供电板，在L形安装架13的两臂上均匀设置有通孔，所述供电板6通过螺栓组固定连接在L形安装架13上，L形安装架13通过螺栓组固定在浮台4上。L形安装架可以由冲压或者焊接件制作，以保证安装架上的供电板能够保持相对位置稳定。
特别的，为保证供电模块的使用稳定，避免外部杂质进入，同时满足基本的绝缘和防护需求，易知的，在相应结构和装置之间还应当进行诸如设置胶垫、或者缠绕绝缘胶带等常规操作，所使用的材料以及相应的处理方式为电气设备和电气连接机构中必要的且公知的技术，在本发明中不予赘述。
如图4所示，所述充电模块2包括：分别设置在无人船7船体同一侧的充电板8、缓冲板9以及磁力板10；为便于使用，简化结构设计，方便控制充电过程顺利对接，本发明中，电板8、缓冲板9以及磁力板10自上而下依次设置在船体的前侧或者后侧。
为便于控制磁吸动作，本实施例中还包括用于控制磁力板10上电磁铁工作的控制开关。
所述充电板8与前述浮台4上的供电板6位置相对且向船体外侧伸出，充电板8上均匀设置有多个充电触点11；特别的，本实施例中，充电板和供电板均采用钣金制作，且折叠成U结构，两者凸出方向相对设置以可顺利接触，为保证电接触有效性，提高散热效率，可优选采用紫铜等材料制作，特别的，在采用紫铜等非磁性金属作为电连接结构时，为便于之后电磁铁的吸附固定，在相应电连接结构附近还应当设置磁性金属以实现相应功能。
所述供电板6和充电板8为金属板；其中所述供电板6和充电板8分别至少包括连接至电网的正极金属板和负极金属板，且正极金属板和负极金属板的水平距离不小于1.5m。
如前所述，为保证无人船在靠近船坞时，供电模块和充电模块能够更好的接触，并防止脱离，同时能够方便的控制对接时间，本发明中，在所述磁力板10上设置有电磁铁；利用电磁铁对金属结构的吸附力，保证在充电过程中，供电侧和充电侧能够持续稳定连接。
所述缓冲板9通过缓冲弹簧12与船体连接且向船体外侧伸出且伸出距离超过供电板8和磁力板10。
船坞3内侧设置有用于固定和支撑的钢架结构；所述限位杆5下端嵌入深度不小于1m。
本申请中，所述的供电板内至少设置有可分别与无人船充电装置正负极连接的正极充电板和负极充电板，所述的正极充电板和负极充电板分别前端分别电连接至220转48的逆变器输出端；所述的逆变器设置于配电箱内且与220V市电连接。
基于前述结构，如图5所示，本申请还提供一种基于浮动式无人船自动充电装置的充电方法，包括如下步骤：
S1、在无人船完成相应作业任务后，根据指令或预设命令使无人船返回浮动式无人船自动充电装置所在泊点；
S2、利用RTK定位以及船坞内机械导向结构引导船体进入船坞；
S3、持续驱动无人船，使其向船坞内侧移动；
S4、使电磁铁充电；在移动过程中，检测充电回路是否形成，若充电回未形成，则是无人船继续向内移动，若充电回路形成，则控制无人船停机，对无人船进行充电。
特别的，为保证充电过程的顺利进行，所述步骤S4中，通过轮询算法识别充电正负极以完成充电，具体而言，在无人船停机之后，利用电极正负电压差，本申请通过充电主控板依次查询充电板上的电压，确定无人船停泊后对应的充电板，并向该充电板通电，充电结束后，先断开供电电源，再断开船上电磁铁电源，启动无人船离开船坞。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，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实质和范围。

Claims (8)

1.一种浮动式无人船自动充电装置，其特征在于，包括设置于船坞(3)的供电模块(1)、设置于无人船上的充电模块(2)；所述的船坞(3)整体与河岸码头固定连接；
所述的供电模块(1)包括：浮动在水面的多个浮台(4)，所述的浮台(4)上设置有至少两个通孔，所述的通孔内设置有限位杆(5)，限位杆(5)上端固定连接至船坞(3)下端嵌入地面；所述的浮台(4)可滑动的沿限位杆(5)上下移动；浮台(4)上设置有供电板安装架，供电板安装架上沿竖直方向阵列设置有多个供电板(6)，所述的供电板(6)通过配电箱连接至电网供电设备；
所述的充电模块(2)包括：分别设置在无人船(7)船体同一侧的充电板(8)、缓冲板(9)以及磁力板(10)；所述的充电板(8)与前述浮台(4)上的供电板(6)位置相对且向船体外侧伸出，充电板(8)上均匀设置有多个充电触点(11)；所述的磁力板(10)上设置有电磁铁；所述的缓冲板(9)通过缓冲弹簧(12)与船体连接且向船体外侧伸出且伸出距离超过供电板(8)和磁力板(10)。
2.根据权利要求1所述的一种浮动式无人船自动充电装置，其特征在于，所述的供电板(6)和充电板(8)为金属板；所述的供电板(6)和充电板(8)分别至少包括连接至电网的正极金属板和负极金属板，且正极金属板和负极金属板的水平距离不小于1.5m。
3.根据权利要求1所述的一种浮动式无人船自动充电装置，其特征在于，所述的供电板安装架为L形安装架(13)；L形安装架(13)上均匀设置有通孔，所述的供电板(6)通过螺栓组固定连接在L形安装架(13)上，L形安装架(13)通过螺栓组固定在浮台(4)上。
4.根据权利要求1所述的一种浮动式无人船自动充电装置，其特征在于，还包括用于控制磁力板(10)上电磁铁工作的控制开关。
5.根据权利要求1所述的一种浮动式无人船自动充电装置，其特征在于，船坞(3)内侧设置有用于固定和支撑的钢架结构；所述的限位杆(5)下端嵌入深度不小于1.2m。
6.根据权利要求1所述的一种浮动式无人船自动充电装置，其特征在于，所述的供电板内至少设置有可分别与无人船充电装置正负极连接的正极充电板和负极充电板，所述的正极充电板和负极充电板分别前端分别电连接至220转48的逆变器输出端；所述的逆变器设置于配电箱内且与220V市电连接。
7.基于浮动式无人船自动充电装置的充电方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在无人船完成相应作业任务后，根据指令或预设命令使无人船返回浮动式无人船自动充电装置所在泊点；
S2、利用RTK定位以及船坞内机械导向结构引导船体进入船坞；
S3、持续驱动无人船，使其向船坞内侧移动；
S4、使电磁铁充电；在移动过程中，检测充电回路是否形成，若充电回未形成，则是无人船继续向内移动，若充电回路形成，则控制无人船停机，对无人船进行充电。
8.根据权利要求7所述的基于浮动式无人船自动充电装置的充电方法，其特征在于，
所述步骤S4中，通过轮询算法识别充电正负极以完成充电，具体而言，在无人船停机之后，利用电极正负电压差，通过充电主控板依次查询充电板上的电压，确定无人船停泊后对应的充电板，并向该充电板通电，充电结束后，先断开供电电源，再断开船上电磁铁电源，启动无人船离开船坞。
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