CN114852277B - 一种船舶自主航行环境识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶自主航行环境识别装置，涉及充船舶技术领域，包括探头组件，以及与所述探头通信连接的识别装置，还包括角度调节机构，以船体的前进方向为设定方向，所述角度调节机构包括：安装板，可拆卸固定在船体底部的中央位置，所述安装板底部的中间位置处转动连接有旋转轴，且所述旋转轴的底部固定连接有转动板，所述转动板底部相对于船体的两侧对称垂直设置有网板。本发明能合理装配探头组件，使得探头组件始终与前进方向平行，则能避免了探头组件探测角度出现偏差，而无法识别前方障碍物的情况，提高了航行安全，同时，还能在船体转向时获得到适当探测范围，进一步提高了航行安全。

Description

一种船舶自主航行环境识别装置

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，具体为一种船舶自主航行环境识别装置。

背景技术

无人船环境障碍物识别系统是利用其自身所携带的各类传感器，包括激光扫描仪、X波段雷达、视觉传感器等，对所航行的航道环境进行感知，获取周围在航环境信息，能够快速识别出航道内的运动/静止目标及岸线等，并对来自不同传感器的多源信息进行融合后，有效地区分出真实障碍物及虚假目标，做到无人船对航道的信息的全方位的掌握。进而为无人船在航道内的路径规划及对障碍物的自动避碰提供数据支持。

由于海洋、湖泊以及河流的环境复杂，无人船自主航行的控制显得尤为重要。而无人船航行过程中，经常会遇到各类风险情况，其中最为常见的即为障碍物(例如暗礁、小岛、堤岸等)碰撞风险，无人船在航行过程中常常因未能及时发现障碍物并躲避而发生碰撞事故，造成财产损失。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种船舶自主航行环境识别装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种船舶自主航行环境识别装置，包括探头组件，以及与所述探头通信连接的识别装置，其特征在于，还包括角度调节机构，以船体的前进方向为设定方向，所述角度调节机构包括：

安装板，可拆卸固定在船体底部的中央位置，所述安装板底部的中间位置处转动连接有旋转轴，且所述旋转轴的底部固定连接有转动板，所述转动板底部相对于船体的两侧对称垂直设置有网板；

安装筒，设置在两个所述网板之间，所述安装筒的两端分别设置有与对应所述网板转动连接的转动轴；

探头组件，安装在所述安装筒外周面的中部，所述探头组件朝向设定方向；

纵向驱动部件，用于在船体上下起伏时，驱动所述转动轴转动以使所述探头组件始终与设定方向平行；

横向驱动部件，用于在船体转向时，驱动所述旋转轴朝其转向方向转动。

进一步地，所述纵向驱动部件包括贯穿并与所述转动轴转动连接有转动杆，以同时穿过所述转动轴中轴线和探头组件中轴线的平面为设定平面，所述转动杆与所述设定平面垂直，且所述转动杆两端均固定连接有与设定平面平行的导向筒。

进一步地，所述网板朝向设定方向一侧设置有内凹的弧面，且弧面包括位于两端的端点和位于中间的内凹点，所述内凹点位于穿过所述转动轴中轴线的水平面上，所述纵向驱动部件还包括固定在所述转动轴的L型板，所述L型板位于所述设定平面上，所述L型板内侧的一端设置有弹簧伸缩杆，且弹簧伸缩杆的另一端嵌设有滚球，所述滚球抵触于所述弧面上。

进一步地，所述横向驱动部件包括装配在所述旋转轴上的齿轮、滑动设置在安装板上并与所述齿轮啮合的齿条、以及用于驱动所述齿条移动的驱动件，所述驱动件在所述船体在转向时，驱动所述齿条移动以使所述齿轮朝向其转向方向转动。

进一步地，所述齿条位于齿轮远离设定方向的一侧，所述驱动件包括设于所述探头组件朝向设定方向正上方的阻力板，所述阻力板位于所述安装板的中间位置处，所述阻力板靠近设定方向一端的顶部设置固定轴，且固定轴与所述安装板转动连接，所述阻力板远离所述固定轴设置有固定条，且固定条远离阻力板的一端转动连接有U型杆，所述U型杆的两端贯穿所述齿条固定连接有限位块。

进一步地，所述探头组件包括超声传感器。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明能合理装配探头组件，使得探头组件始终与前进方向平行，则能避免了探头组件探测角度出现偏差，而无法识别前方障碍物的情况，提高了航行安全，同时，还能在船体转向时获得到适当探测范围，进一步提高了航行安全。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明安装后结构示意图；

图2为本发明角度调节机构第一视角结构示意图；

图3为本发明角度调节机构第二视角结构示意图；

图4为本发明角度调节机构去除安装板后结构示意图；

图5为常规技术中船体转向时探测范围示意图；

图6为本发明船体转向时探测范围示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

船舶自主航行是利用其自身所携带的探头组件1，包括激光扫描仪、X波段雷达、视觉传感器等，对所航行的航道环境进行感知，获取周围在航环境信息，能够快速识别出航道内的运动/静止目标及岸线等，并对来自不同传感器的多源信息进行融合后，有效地区分出真实障碍物及虚假目标，做到无人船对航道的信息的全方位的掌握，进而为无人船在航道内的路径规划及对障碍物的自动避碰提供数据支持，但是常规技术中的探头组件1，大多都是固定设置的，如此，当船舶因加速或高速航行而导致船体上扬时，探头组件1中的传感器探头的探测角度会出现偏差，这对于远距离探测来说，探测效果影响十分巨大，易导致无法识别前方障碍物的情况发生。

根据上述的情况，如果能合理装配探头组件1，使得探头组件1始终与前进方向平行，则能避免了探头组件1探测角度出现偏差，而无法识别前方障碍物的情况，提高了航行安全。

同时进一步地，考虑在船舶转向时，其角度在不断变化(如图5所示)，如果能在其转向时，偏转探头组件1，使其探头组件1能朝向其转向方向转动一定角度(如图6所示)，则能获取到适当探测范围，避免船舶在转向时，因为未探测到船舶侧边的环境，而导致船舶触碰到障碍物的情况发生，进一步地提高了航行安全。

如图1-4所示，本发明提供一种船舶自主航行环境识别装置，包括探头组件1，以及与所述探头通信连接的识别装置(未示出)，还包括角度调节机构，以船体的前进方向为设定方向，所述角度调节机构包括：安装板2，可拆卸固定在船体底部的中央位置，所述安装板2底部的中间位置处转动连接有旋转轴3，且所述旋转轴3的底部固定连接有转动板4，所述转动板4底部相对于船体的两侧对称垂直设置有网板5；安装筒6，设置在两个所述网板5之间，所述安装筒6的两端分别设置有与对应所述网板5转动连接的转动轴7；探头组件1，安装在所述安装筒6外周面的中部，所述探头组件1朝向设定方向；纵向驱动部件，用于在船体上下起伏时，驱动所述转动轴7转动以使所述探头组件1始终与设定方向平行；横向驱动部件，用于在船体转向时，驱动所述旋转轴3朝其转向方向转动。

探头组件1包括超声传感器，工作时，由超声传感器于探测无人船前方信号，并将信号发送给识别装置，识别装置根据距离和尺寸判断是否为障碍物，当船舶因加速或高速航行而导致船体起伏时，此时，纵向驱动部件能驱动所述转动轴7转动带动安装筒6转动，以使所述超声传感器始终与设定方向平行，避免了探头组件1探测角度出现偏差，而无法识别前方障碍物的情况，提高了航行安全，而当船舶在转向时，横向驱动部件能驱动所述旋转轴3朝其转向方向转动，进而使得探头组件1能获取到船舶侧边的最大探测范围，避免船舶在转向时，因为未探测到船舶侧边的环境，而导致船舶触碰到障碍物的情况发生，进一步地提高了航行安全，需要注意的是，该网板5设置，在船体直线前进时，网板5厚度方向朝向水流，阻力小，而当船体转向时，由于网板5的偏转可能使得阻力增大，这里的网板5的网孔允许水流通过能尽可能的降低水阻。

当然，本发明也还包括现有无人船所包括的基本组成件，例如电控系统、各种传感器等，这些基本组部件的结构及连接关系为本领域技术人员所熟知，不再赘述。

在某些实施例中，所述纵向驱动部件包括陀螺仪、控制器和角位电机(均未示出)，角位电机的输出端与转动轴7固定连接。陀螺仪实时监测探头组件1的状态并将信号传输至控制器，当检测到探头组件1不处于水平状态时，控制器控制角位电机带动转动轴7转动，使得探头组件1偏转至与水平面平行。

在本优选的实施例中，所述纵向驱动部件包括贯穿并与所述转动轴7转动连接的转动杆8，以同时穿过所述转动轴7中轴线和探头组件1中轴线的平面为设定平面，所述转动杆8与所述设定平面垂直，且所述转动杆8两端均固定连接有与设定平面平行的导向筒9。船体在航行时，水流从导向筒9中间穿过，而转动轴7为活动结构，这样导向筒9能保持与水流方向一致，否则阻力增大，所以航行时会自动调整至前进方向一致，相应的安装筒6以及探头组件1均能与水流方向一致，需要注意的是，该导向筒9能横向进行转动，是为了在探头组件1横向偏转时，导向筒9还能与船体前进方向平行，避免导向筒9一同偏转，导致水阻增大。

在船体静止或者缓慢低速航，因水流禁止或通过导向筒9水流的流速较小，可能受周围水流的影响，导致转动轴7发生转动，出现探头组件1偏转导致探测角度发生变化。在本优选的实施例中，所述网板5朝向设定方向一侧设置有内凹的弧面10，且弧面10包括位于两端的端点11和位于中间的内凹点12，所述内凹点12位于穿过所述转动轴7中轴线的水平面上，所述纵向驱动部件还包括固定在所述转动轴7的L型板13，所述L型板13位于所述设定平面上，所述L型板13内侧的一端设置有弹簧伸缩杆14，且弹簧伸缩杆14的另一端嵌设有滚球15，所述滚球15抵触于所述弧面10上。弹簧伸缩杆14的弹性作用力能使得其滚球15始终抵触于网板5的弧面10上，当流过导向筒9的水流较大时，产生的作用力能克服弹簧伸缩杆14弹性阻力，以使弹簧伸缩杆14被压缩进而使得转动轴7转动，而当船体静止或者缓慢低速航，即流过导向筒9的水流较小或禁止，此时，弹簧伸缩杆14的弹性作用力，能滚球15在弧面10滚动至其内凹点12，进而使得转动轴7转动，从而使得探头组件1平行于船体的前进方向。

在某些实施例，例如在某些实施例中，所述横向驱动部件包括装配在所述旋转轴3上的齿轮16、滑动设置在安装板2上并与所述齿轮16啮合的齿条17、以及用于驱动所述齿条17移动的驱动件，所述驱动件在所述船体在转向时，驱动所述齿条17移动以使所述齿轮16朝向其转向方向转动。

在某些实施例，例如在某些实施例中，所述齿条17位于齿轮16远离设定方向的一侧，所述驱动件包括设于所述探头组件1朝向设定方向正上方的阻力板18，所述阻力板18位于所述安装板2的中间位置处，所述阻力板18靠近设定方向一端的顶部设置固定轴19，且固定轴19与所述安装板2转动连接，所述阻力板18远离所述固定轴19设置有固定条20，且固定条20远离阻力板18的一端转动连接有U型杆21，所述U型杆21的两端贯穿所述齿条17固定连接有限位块22，还包括在所述齿条17移动时，提高阻尼的复位弹簧23。当船体直线移动时，所述阻力板18两侧受力一致，阻力板18能与船体前进方向平行，而当船体转向时，此时阻力板18两侧受力不同，即船体转向一侧的水流会冲击在阻力板18上，以使阻力板18绕着其固定轴19偏转，而阻力板18偏转时能带动U型杆21移动，U型杆21移动是呈弧形移动，此时U型杆21带动齿条17一侧并同时朝向船体前进方向移动，当齿条17移动时，通过与其相互啮合的齿轮16能带动旋转轴3转动，从而使得探头组件1朝向船体转向的一侧偏转。需要注意的是，随着船体偏转的角度增大，其阻力板18受到冲击就越大，即阻力板18偏转角度就越大，如此探头组件1朝向船体转向的一侧偏转角度就越大。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。

Claims (4)

1.一种船舶自主航行环境识别装置，包括探头组件，以及与所述探头通信连接的识别装置，其特征在于，还包括角度调节机构，以船体的前进方向为设定方向，所述角度调节机构包括：

安装板，可拆卸固定在船体底部的中央位置，所述安装板底部的中间位置处转动连接有旋转轴，且所述旋转轴的底部固定连接有转动板，所述转动板底部相对于船体的两侧对称垂直设置有网板；

安装筒，设置在两个所述网板之间，所述安装筒的两端分别设置有与对应所述网板转动连接的转动轴；

探头组件，安装在所述安装筒外周面的中部，所述探头组件朝向设定方向；

纵向驱动部件，用于在船体上下起伏时，驱动所述转动轴转动以使所述探头组件始终与设定方向平行；

横向驱动部件，用于在船体转向时，驱动所述旋转轴朝其转向方向转动；

所述纵向驱动部件包括贯穿并与所述转动轴转动连接的转动杆，以同时穿过所述转动轴中轴线和探头组件中轴线的平面为设定平面，所述转动杆与所述设定平面垂直，且所述转动杆两端均固定连接有与设定平面平行的导向筒；

所述网板朝向设定方向一侧设置有内凹的弧面，且弧面包括位于两端的端点和位于中间的内凹点，所述内凹点位于穿过所述转动轴中轴线的水平面上，所述纵向驱动部件还包括固定在所述转动轴的L型板，所述L型板位于所述设定平面上，所述L型板内侧的一端设置有弹簧伸缩杆，且弹簧伸缩杆的另一端嵌设有滚球，所述滚球抵触于所述弧面上。

2.根据权利要求1所述的船舶自主航行环境识别装置，其特征在于：所述横向驱动部件包括装配在所述旋转轴上的齿轮、滑动设置在安装板上并与所述齿轮啮合的齿条、以及用于驱动所述齿条移动的驱动件，所述驱动件在所述船体在转向时，驱动所述齿条移动以使所述齿轮朝向其转向方向转动。

3.根据权利要求2所述的船舶自主航行环境识别装置，其特征在于：所述齿条位于齿轮远离设定方向的一侧，所述驱动件包括设于所述探头组件朝向设定方向正上方的阻力板，所述阻力板位于所述安装板的中间位置处，所述阻力板靠近设定方向一端的顶部设置固定轴，且固定轴与所述安装板转动连接，所述阻力板远离所述固定轴设置有固定条，且固定条远离阻力板的一端转动连接有U型杆，所述U型杆的两端贯穿所述齿条固定连接有限位块。

4.根据权利要求1所述的船舶自主航行环境识别装置，其特征在于：所述探头组件包括超声传感器。