CN116620519A - 一种具有波浪自适应性的无人搜救艇 - Google Patents

Abstract

本发明一种具有波浪自适应性的无人搜救艇，包括主船体、对称布置在所述主船体两侧的四个浮舱及四组用于连接主船体与浮舱的悬架结构；在所述主船体上设置各种传感设备以获取无人艇的自身状态与外界环境信息，构成无人艇的感知系统；在所述主船体内部设置有控制系统，用于接收来自感知系统的信息并在必要时对无人艇未来的行为作出决策或调控；在所述四个浮舱中的其中两个下部布置有推进装置，用于为无人艇的前进与转向提供动力，动力大小由控制系统进行调控。本发明相较传统无人艇具有更强的稳定性，且每个浮舱与主船体间通过悬架结构连接，使得浮舱相对于主船体具有一定的自由度，从而可以通过悬架结构中的弹性元件减缓波浪经浮舱对主船体造成的冲击。

Description

一种具有波浪自适应性的无人搜救艇

技术领域

本发明涉及一种智能化海上搜救装备，具体涉及一种具有波浪自适应性的无人搜救艇，是一种可以在恶劣海况下保持良好稳定性的无人搜救艇。

背景技术

为了减少海上遇险船舶的财产损失并保障海上人命安全，海洋人命搜寻与救助船舶成为针对海难事故的有效救援工具。

相较于大型有人搜救船舶，无人搜救艇凭借其灵活性、简便性、安全性等优点逐渐在智能化海事搜救体系中得到了实际应用。但是，真实海难场景往往伴随着极端天气与恶劣风浪，这会引发小型无人艇的剧烈摇荡，从而影响其搭载传感设备的正常工作，最终导致其搜救效率降低且难以确保自身安全。船载自稳平台、减摇鳍、减摇水舱等装置能够提高船舶或船载传感设备的稳定性，但由于这些装置本身结构比较复杂，所需布置空间较大，因此主要适用于大型有人船舶，难以将其布置于小型无人艇。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供本发明采用的技术方案是：一种具有波浪自适应性的无人搜救艇，包括主船体、对称布置在所述主船体两侧的四个浮舱及四组用于连接主船体与浮舱的悬架结构；

在所述主船体上设置各种传感设备以获取无人艇对自身状态与外界环境信息，构成无人艇的感知系统；

在所述主船体内部设置有控制系统，用于接收来自传感系统的信息并在必要时对无人艇未来的行为作出决策或调控；

在所述四个浮舱中的其中位于后方的两个浮舱下部布置有推进装置，用于为无人艇的前进与转向提供动力，动力大小由控制系统进行调控。

进一步地：还包括浮舱支架，所述浮舱通过固定支架与悬架结构相连接。

进一步地：所述悬架结构包括一个V型连接板、一个三角形连接板、对称设置的第一轴座与第二轴座，一个短轴和可调阻尼的空气弹簧；

所述V型连接板通过上端的第一短轴套和第二短轴套与固定在主船体轴架上的短轴I和短轴II铰接，所述V型连接板通过下端的长轴套与固定在浮舱支架上的长轴I铰接；

所述三角形连接板通过上端的第三短轴套和第四短轴套与固定在主船体轴架上的短轴III与短轴IV铰接，所述三角形连接板通过下端的长轴套与固定在浮舱支架上的长轴II铰接，三角形连接板上开有四个定位螺纹孔，用于固定两个相同的第一轴座、第二轴座；所述短轴I与短轴II的轴线共线，所述短轴III与短轴IV的轴线共线；所述V型连接板两端的第一短轴套与第一长轴套的轴线距离，与三角形连接板两端的第三短轴套与第二长轴套的轴线距离相等；所述第一轴座、第二轴座下部开有两个通螺纹孔，通过两个相同的螺钉被固定于三角形连接板，两轴座上部侧面各开有一螺纹孔，通过两个相同的锁紧第二螺钉实现对短轴的夹紧固定；所述空气弹簧的下端与固定在第一轴座、第二轴座上的短轴铰接，所述空气弹簧上端与固定在主船体轴架上的短轴V铰接。

进一步地：所述钢制V型连接板与三角形连接板均为镂空设计。

进一步地：所述四个浮舱分别为浮舱I、浮舱II、浮舱III、浮舱IV，分布在同一水平面，通过悬架结构和浮舱上的固定支架与主船体进行连接。

进一步地：所述浮舱外壳为铝合金制成，外形采用V型设计。

进一步地：所述浮舱支架底部通过四个相同的螺钉固定于浮舱I的上表面，支架上两侧开有两组通孔，用于定位长轴I与长轴II，所述定位长轴I与长轴II轴线间距离与固定在主船体轴架上的短轴I与短轴III轴线间的距离相同；所述浮舱支架上同侧的两通孔中心连线所在直线与水平面所成夹角，和所述主船体上短轴I与短轴III所在轴架同侧通孔中心连线所在直线与水平面所成夹角相同。

本发明提出的一种具有波浪自适应性的无人搜救艇，具有以下优点：

1.无人搜救艇通过分布式的四个浮舱共同提供浮力，相较于传统的无人艇具有更强的稳定性，且每个浮舱与主船体间通过悬架结构连接，使得浮舱相对于主船体具有一定的自由度，从而可以通过悬架结构中的弹性元件减缓波浪经浮舱对主船体造成的冲击，进一步提升主船体平台的稳定性，进而确保其搭载的传感设备保持良好的工作状态，最终保障并提升无人艇执行海事搜救任务的效率。

2.无人艇搭载多种传感设备且具备智能决策控制系统，可根据感知到的自身状态与环境信息通过决策控制系统自主完成海上搜救任务，必要时也可由陆地基站对其进行遥控，使搜救人员无需直接参与救援，节省了人力并保障了搜救人员的安全；

3.无人艇整体结构的设计采用模块化的设计思路，各零部件之间可根据不同的问题或需求进行互换，且方便装配与调试；

4.无人艇采用双推进装置提供前进与转向的动力，分别布置于后面两个浮舱的下部，两推进器间隔较远并始终保持入水状态，从而可提升无人艇的操纵稳定性与机动性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1为本发明的无人搜救艇的整体结构示意图；

图2为本发明的无人搜救艇整体结构侧视图；

图3为本发明的无人搜救艇整体结构俯视图；

图4为本发明的无人搜救艇主船体上一组轴架的局部示意图；

图5为本发明的无人搜救艇主船体上一组轴架的局部爆炸图；

图6为本发明的无人搜救艇悬架结构的示意图；

图7为本发明的无人搜救艇悬架结构的爆炸图；

图8为本发明的无人搜救艇浮舱部分的示意图；

图9为本发明的无人搜救艇浮舱部分的爆炸图。

附图标记：10、主船体，11、光电吊舱，12、RTK定位装置，13、IMU惯导单元，14、激光雷达，15、通信装置，16、照明装置，21、V型连接板，21a、第一短轴套，21b、第二短轴套，21c、第一长轴套，22、三角形连接板，22a、第三短轴套，22b、第四短轴套，22c、第二长轴套，23、空气弹簧，30、浮舱I，31、浮舱支架，32、推进装置，40、浮舱II，50、浮舱III、60，浮舱IV，101、短轴I，102、短轴II，103、短轴III，104、短轴IV，105、短轴V，106、第一锁紧螺母，107、第一垫片，221a、第一轴座，221b、第二轴座，222、短轴，311、长轴I，312、长轴II，313、第二锁紧螺母，314、第二垫片，315、螺钉，223、第一螺钉，224、第二螺钉。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

一种具有波浪自适应性的无人搜救艇，包括主船体、对称布置在所述主船体两侧的四个浮舱及四组用于连接主船体与浮舱的悬架结构；

在所述主船体上设置各种传感设备以获取无人艇对自身状态与外界环境信息，构成无人艇的感知系统；

在所述主船体内部设置有控制系统，用于接收来自传感系统的信息并在必要时对无人艇未来的行为作出决策或调控；

在所述四个浮舱中的其中位于后方的两个浮舱下部布置有推进装置，用于为无人艇的前进与转向提供动力，动力大小由控制系统进行调控。

图1为本发明所述的无人搜救艇的整体结构示意图；

图2为本发明所述的无人搜救艇整体结构侧视图；

图3为本发明所述的无人搜救艇整体结构俯视图；

所述感知系统包括在所述主船体10上设置有用于获取视觉信息的光电吊舱11、对无人搜救艇进行实时定位的RTK定位装置12、用于获取无人艇运动姿态信息的IMU惯导单元13与为无人艇提供周围环境信息的激光雷达14，

所述光电吊舱设置在所述主船体10的前端；

所述IMU惯导单元13设置在所述激光雷达14的下方；

所述RTK定位装置12设置在所述所述主船体10的后端；

所述光电吊舱11、RTK定位装置12、IMU惯导单元13与激光雷达14整体构成无人艇的感知系统，实现无人艇对自身状态与外界环境信息的获取；

所述主船体上设置有通信装置15，可实现与陆地基站间的信息交互，

所述主船体上还设置两照明装置16，用于执行夜间搜救任务时的环境照明；所述照明装置通过支架设置在主船体10上；

所述支架上设置有IMU惯导单元13；

所述主船体10的船壳为铝合金制成，并采用流线型设计，尽可能减小来自海风的阻力对其航行造成的影响。

所述浮舱与所述悬架结构通过浮舱支架31相连接；

图4为本发明的无人搜救艇主船体上一组轴架的局部示意图；

图5为本发明的无人搜救艇主船体上一组轴架的局部爆炸图；所述主船体10的每侧部分别装有十个固定轴架，每侧轴架前后五个分为一组，每5个固定轴架构成一组轴架，所述一组轴架可连接一套悬架结构；一组轴架连接一组悬架结构，其中四个短轴与两个连接板的四个短轴套铰接，一个短轴与空气弹簧上端铰接；

5个固定轴架包括第一固定轴架、第二固定轴架、第三固定轴架、第四固定轴架和第五固定轴架；第一固定轴架、第二固定轴架、第三固定轴架、第四固定轴架和第五固定轴架结构相同

5个固定轴架的位置构成为：其中4个固定轴架的位置连线可构成一个矩形，四个轴架分别位于矩形的四个顶点，另外1个固定轴架设置在所述构成的矩形的上方；

所述第一固定轴架包括两个支架和短轴，所述两个支架即第一支架和第二支架；在所述第一支架和第二支架设置有通孔，

所述通孔通过两个第一锁紧螺母106和两个相同的第一垫片107将两端攻有螺纹的短轴101进行固定。

由两个相同的第一锁紧螺母106和两个相同的第一垫片107将短轴101固定于主船体上的轴架；

第二固定轴架包括第二短轴102；第三固定轴架包括第二短轴103；第四固定轴架包括第四短轴104；第五固定轴架包括第五短轴105；

图6为本发明的无人搜救艇悬架结构的示意图；

图7为本发明的无人搜救艇悬架结构的爆炸图；

图8为本发明的无人搜救艇浮舱部分的示意图；

图9为本发明的无人搜救艇浮舱部分的爆炸图。

所述悬架结构包括一个钢制V型连接板21、一个钢制三角形连接板22、两个相同对称设置的第一轴座221a、第二轴座221b、一个短轴222和一个可调阻尼的空气弹簧23；

所述钢制V型连接板21与三角形连接板22均具有镂空设计，在保证其强度的前提下尽可能地减小质量并节省用料，同时表面进行防腐防锈处理，提升其耐用性；

所述V型连接板21通过上端的第一短轴套21a和第二短轴套21b与固定在主船体轴架上的短轴I101和短轴II102铰接，通过下端的长轴套21c与固定在浮舱支架31上的长轴I311铰接；

所述三角形连接板22通过上端的第三短轴套22a和第四短轴套22b与固定在主船体轴架上的短轴III103与短轴IV104铰接，所述三角形连接板22通过下端的长轴套22c与固定在浮舱支架31上的长轴II312铰接，三角形连接板22上开有四个定位螺纹孔，用于固定两个相同的第一轴座221a、第二轴座221b；所述短轴I101与短轴II102的轴线共线，所述短轴III103与短轴IV104的轴线共线；所述V型连接板21两端的第一短轴套21a与第一长轴套21c的轴线距离，与三角形连接板22两端的第三短轴套22a与第二长轴套22c的轴线距离相等；所述第一轴座221a、第二轴座221b下部平台开有两个通螺纹孔，分别通过两个相同的第一螺钉223固定于三角形连接板22，两轴座上部侧面各开有一螺纹孔，通过两个相同的锁紧第二螺钉224实现对短轴222的夹紧固定；所述空气弹簧23的下端与固定在第一轴座221a、第二轴座221b上的短轴222铰接，所述空气弹簧23的上端与固定在主船体轴架上的短轴V105铰接，空气弹簧23作为悬架结构的核心弹性元件，可吸收波浪经浮舱对主船体造成的冲击从而使整船具有一定波浪自适应能力，且其内部阻尼可调，可根据不同海况调节至最佳的阻尼参数从而获得最好的减振效果。

如图8、图9所示，所述四个浮舱分别为浮舱I30、浮舱II40、浮舱III50、浮舱IV60，分布在同一水平面，通过悬架结构和浮舱上的固定支架与主船体进行连接，为整船提供所需的全部浮力并进一步提升其稳定性。

所述浮舱外壳为铝合金制成，外形采用V型设计，可减小高速行驶在海面时波浪对其的冲击力，从而提升无人艇的航向稳定性和操纵性；

以浮舱I30为例，浮舱上表面为一平面并开有四个定位孔，用于固定所述支架31；

所述浮舱支架31底部通过四个相同的螺钉315固定于浮舱I30的上表面，支架上两侧开有两组通孔，用于定位长轴I311与长轴II312，两长轴均通过两相同的第二锁紧螺母313与第二垫片314固定于支架上，所述浮舱支架31侧面还设计有肋板结构，用于提升其整体强度；所述固定在支架31上的长轴I311与长轴II312，其轴线间距离与固定在主船体轴架上的短轴I101与短轴III103轴线间的距离相同；所述浮舱支架31上同侧的两通孔中心连线所在直线与水平面所成夹角，和所述主船体10上短轴I101与短轴III103所在轴架同侧通孔中心连线所在直线与水平面所成夹角相同，以此保证浮舱所在平面与主船体所在平面平行；

所述浮舱III50与浮舱IV60底部装有推进装置32，为无人艇提供前进与转向所需的动力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种具有波浪自适应性的无人搜救艇，其结构特征在于：包括主船体、对称布置在所述主船体两侧的四个浮舱及四组用于连接主船体与浮舱的悬架结构；

在所述主船体上设置各种传感设备以获取无人艇的自身状态与外界环境信息，构成无人艇的感知系统；

在所述主船体内部设置有控制系统，用于接收来自传感系统的信息并在必要时对无人艇未来的行为作出决策或调控；

在所述四个浮舱中的其中位于后方的两个下部布置有推进装置，用于为无人艇的前进与转向提供动力，动力大小由控制系统进行调控。

2.根据权利要求1所述一种具有波浪自适应性的无人搜救艇，其结构特征在于：还包括浮舱支架，所述浮舱通过固定支架与悬架结构相连接。

3.根据权利要求2所述的一种有波浪自适应性的无人搜救艇，其特征在于：所述悬架结构包括一个V型连接板、一个三角形连接板、对称设置的第一轴座与第二轴座，一个短轴和可调阻尼的空气弹簧；

所述V型连接板通过上端的第一短轴套和第二短轴套与固定在主船体轴架上的短轴I和短轴II铰接，所述V型连接板通过下端的长轴套与固定在浮舱支架上的长轴I铰接；

所述三角形连接板通过上端的第三短轴套和第四短轴套与固定在主船体轴架上的短轴III与短轴IV铰接，所述三角形连接板通过下端的长轴套与固定在浮舱支架上的长轴II铰接，三角形连接板上开有四个定位螺纹孔，用于固定两个相同的第一轴座、第二轴座；所述短轴I与短轴II的轴线共线，所述短轴III与短轴IV的轴线共线；所述V型连接板两端的第一短轴套与第一长轴套的轴线距离，与三角形连接板两端的第三短轴套与第二长轴套的轴线距离相等；所述第一轴座、第二轴座下部开有两个通螺纹孔，通过两个相同的螺钉被固定于三角形连接板，两轴座上部侧面各开有一螺纹孔，通过两个相同的锁紧第二螺钉实现对短轴的夹紧固定；所述空气弹簧的下端与固定在第一轴座、第二轴座上的短轴铰接，所述空气弹簧上端与固定在主船体轴架上的短轴V铰接。

4.根据权利要求1所述的一种有波浪自适应性的无人搜救艇，其特征在于：所述V型连接板与三角形连接板均为镂空设计。

5.根据权利要求1所述的一种有波浪自适应性的无人搜救艇，其特征在于：所述四个浮舱分别为浮舱I、浮舱II、浮舱III、浮舱IV，分布在同一水平面。

6.根据权利要求1所述的一种有波浪自适应性的无人搜救艇，其特征在于：所述浮舱外壳为铝合金制成，外形采用V型设计。

7.根据权利要求1所述的一种有波浪自适应性的无人搜救艇，其特征在于：所述浮舱支架底部通过四个相同的螺钉固定于浮舱I的上表面，支架上两侧开有两组通孔，用于定位长轴I与长轴II，所述定位长轴I与长轴II轴线间距离与固定在主船体轴架上的短轴I与短轴III轴线间的距离相同；所述浮舱支架上同侧的两通孔中心连线所在直线与水平面所成夹角，和所述主船体上短轴I与短轴III所在轴架同侧通孔中心连线所在直线与水平面所成夹角相同。