CN208360444U - 一种无人船及系统 - Google Patents

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    • B63G8/00Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/39Arrangements of sonic watch equipment, e.g. low-frequency, sonar
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63GOFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63GOFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/38Arrangement of visual or electronic watch equipment, e.g. of periscopes, of radar

Abstract

本实用新型公开了一种无人船及系统,包括:图像采集模块,声呐探测模块,通信模块和中央控制器,其中:所述图像采集模块,用于录制和拍摄水下图像;所述声呐探测模块,用于探测水下环境、及鱼群所在位置及深度;所述通信模块,用于将无人船的状态信息、图像采集模块获取的图像信息和声呐探测模块获取的信息传输至外部终端,同时将外部终端的控制指令传输至中央控制器;所述中央控制器,与上述各个模块相连,控制无人船的行进动作,并协调各模块工作。本实用新型一种无人船包含现有钓鱼无人船功能同时又可以实现一定深度下潜,能够实现和岸边的远距离通信,能实时回传水下图像信息。

Description

一种无人船及系统
技术领域
本发明涉及一种无人船;特别是一种可下潜和上浮的无人船及系统。
背景技术
近年来机器人技术发展迅速,大量适用不同环境的无人设备如无人机,无人车,无人船等,但受到技术等因素的限制这些设备还没有广泛进入民用领域。以无人船为例,现有无人船多为军用,如完成侦查任务,远程攻击任务等。也有一些用于科研领域,比如海洋数据监测,实验样本采集等。在工业上用于一些水中设备的远程维护,工业开采等方面。民用方面的应用还很有限,目前除了作为娱乐用途的无人船之外,用于钓鱼的无人船在民用市场的需求越来越大,因此对于钓鱼无人船提出了越来越高的要求。
目前市场上的一些钓鱼用无人船技术指标不高,功能单一,无法提供全面专业的钓鱼体验。并且与传统钓鱼相比区别不大,没有革命性的改变。
现有的钓鱼无人船具的功能有以下几类:
打窝放钩功能:例如申请号201320333558.2的中国专利公开了一种遥控定位投饵船,含遥控和接收装置、船体、电源和控制及解码电路,船体设有若干舱底向舱门倾斜的独立船舱;舱门设有磁钢,船体上与舱门磁钢对应位置设有电磁铁;电磁铁通过控制及解码电路与接收装置连接;所述的独立船舱共设四个,分设于船体两侧。该专利公开的无人船可远距离多点定位投放鱼饵、鱼钩,并可起到打窝聚鱼的效果。
声呐探测功能:例如申请号201520499153.5的中国专利公开了一种混合动力无线遥控水产养殖监测船,该专利除了可以进行定点投饵,还可以通过声呐探测水下鱼群数量和鱼儿大小,以此判断是否养殖过密,是否可以捕捞,有利于养殖人员的下一步操作。其只能根据声呐信号探测到物体的大致位置和大致数量,使用者需要根据自己的经验判断被探测物的种类和具体位置及具体数量,而无法确切得知被探测物的种类、大小和地理位置。例如:当探测到鱼群时,使用者需要根据经验判断这是什么鱼、大致在什么位置,而不能确切地知道是什么鱼、鱼的大小以及鱼群所在的具体经度、纬度信息。
GPS定点功能:例如申请号201010300353.5的中国专利公开了一种无线遥控钓鱼船,该专利将GPS卫星定位系统和鱼探测仪整合到这款钓鱼船中来,以防止船在行驶中的偏航,清楚的了解垂钓地点的河床地貌、水深、水温、鱼情,并用GPS确定并储存打窝的方位,重复准确地自动找到原来的打窝位置和返回出发地,便于钓鱼和打窝。该专利可实现存储打窝点、定点打窝和自动航行的功能。
综上所述可见,现有的钓鱼无人船具有打窝、水下声呐探测和GPS定位航行的功能。但是无法获得水下的详细信息,尤其是对一定深度的水下图像的获取。这是由于现有钓鱼无人船不具有水下摄像头,申请号201520499153.5的专利虽然具有摄像头,但不是设置在水下而是在水面上。并且,即使在现有钓鱼无人船上设置水下摄像头也无法获取详细的水下鱼群信息。因为现有钓鱼无人船均不能实现下潜,不下潜至一定深度,无法与鱼群充分靠近,也就无法获取到鱼的图像信息,无法对声呐探测的信息进行校验。这会大大影响钓鱼效果,当声呐探测的数据有误时,无法及时发现,例如将水下的海藻或水草团识别为鱼群,钓鱼者在不知情的情况下会白白浪费时间和鱼饵。
由此可见,现有钓鱼无人船的缺陷是无法获取详细准确的水下图像信息和无法实现有效深度的下潜。无人船之所以难以实现下潜,是由于无线电波在水中传输的衰减非常严重,因此通信问题很难解决成为限制无人船下潜的屏障。
现有技术中虽然有一些可以下潜的水下无人设备,但都存在一些问题,不适合民用领域和垂钓领域。这是因为目前,现有水下机器人大多采用自治或者有缆控制模式。自治模式,多用在无缆机器人上,机器人按照事先设定或者根据不定时接收到的上位机指令进行水下作业,这样就不能实时地获取水下信息和控制机器人;而有缆模式,就是机器人通过与水面母船相连的脐带缆获得动力,并与母船上的上位机进行数据传输和人机交互,它可以实现对机器人的实时控制,但其活动受到脐带缆的制约,特别是复杂水下环境下容易造成缠绕事故,灵活性不够。
由此可见,现有的可下潜无人设备具有三种问题:
(1)下潜深度不够,无法获取详细图像;
(2)下潜深度虽然足够但是不能实时控制和回传信息,无法解决通信问题;
(3)无法实现无线通信,而是通过电缆控制,只适用于垂直下潜且水下无环境简单无杂物的情况,不适用于由岸边到深水区的非垂直远距离下潜。这种通过电缆的控制非常不现实,在江、河、湖、海和水库等宽阔水域做远距离垂钓时,由于水域宽阔,垂钓点距离岸边很远,水下情况又错综复杂,拖着一根电缆非常容易被缠绕,并且需要携带大量电缆非常不方便。
现有的水中探测装置例如:利用声呐探测技术的水下潜水器,其只能根据声呐信号探测到物体的大致位置和大致数量,使用者需要根据自己的经验判断被探测物的种类和具体位置及具体数量,而无法确切得知被探测物的种类、大小和地理位置。例如:当探测到鱼群时,使用者需要根据经验判断这是什么鱼、大致在什么位置,而不能确切地知道是什么鱼、鱼的大小以及鱼群所在的具体经度、纬度信息。
由于上述的缺陷,急需要一种包含现有钓鱼无人船功能同时又可以实现一定深度下潜,并且能够实现和岸边的远距离通信,能实时回传水下图像信息的一种用于钓鱼领域的无人船。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种可以利用声呐探测水下物体信息,并可下潜一定深度,实现远距离水下水上无线通信,实时获取水下图像信息并回传给外部终端的无人船及系统。
具体内容为:
一种无人船,其特征在于,包括:图像采集模块,声呐探测模块,通信模块,和中央控制器,其中:
所述图像采集模块,用于录制和拍摄水下图像;
所述声呐探测模块,用于探测水下环境、及鱼群所在位置及深度;
所述通信模块,用于将无人船的状态信息、图像采集模块获取的图像信息和声呐探测模块获取的信息传输至外部终端,同时将外部终端的控制指令传输至中央控制器;
所述中央控制器,与上述各个模块相连,控制无人船的行进动作,并协调各模块工作。
进一步的,所述图像采集模块,声呐探测模块,通信模块,电缆收放模块和中央控制器设在无人船主体内,还包括一可漂浮的浮标,所述通信模块的至少天线部分设置在浮标内,所述浮标与无人船主体之间通过一可收放的电缆连接;还包括电缆收放模块,所述电缆收放模块获取的无人船的深度信息以及中央控制器发出的下潜或上浮指令,释放或收回对应长度的电缆,使得电缆长度与无人船所处深度相适应。
进一步的,所述电缆收放模块包括一卷扬机控制器和一卷扬机,所述卷扬机设置在无人船主体上,所述可收放电缆盘绕设置在卷扬机上并通过卷扬机实现收放;或所述电缆收放模块由中央控制器直接控制。
进一步的,还包括动力模块,所述动力模块用于在中央控制器控制下驱动无人船实现上、下、前、后等方向的运动。所述动力模块包括电机驱动器,和与电机驱动器连接的两个水平驱动电机和一个竖直驱动电机。所述两个水平驱动电机设置在无人船尾部左右两侧,所述竖直驱动电机设置在无人船竖直方向。
进一步的,所述通信模块为DDL图数传一体传输模块,所述DDL图数传一体传输模块将图传信号和双向数据传输信号整合为单一链路进行传输;还包括与中央控制器连接的GPS模块,所述GPS模块设置在浮标内,所述GPS模块用于接收GPS卫星信号确定无人船的位置,并将无人船的GPS位置信息发送给外部终端。并通过DDL图传数传一体传输模块发送至外部终端。
进一步的,所述中央控制器还包括一自动航行模块,所述自动航行模块接收并存储外部终端发来的航点信息,航点位置和顺序信息并在GPS地图上标定,根据GPS模块获取的无人船实时位置和航行方向,控制动力模块驱动无人船朝向航点行进。
进一步的,还包括一持钩模块,所述持钩模块用于加持鱼钩或鱼线,并可在鱼上钩时松开鱼钩或鱼线。持钩模块包括一持钩器和控制器,所述持钩器为一加持机构,其上设置有传感器和电磁铁,当鱼上钩后,传感器发信号,控制器控制电磁铁吸引加持机构张开,松开鱼钩或鱼线;或所述持钩模块由中央控制器直接控制。
进一步的,所述声呐探测模块包括:发射器,换能器和接收机,且所述中央控制器对声呐探测模块的控制包括:控制声呐模块的开闭以及换能器发射声波的方向。
进一步的,所述图像拍摄模块包括摄像头,LED照明灯和增稳云台,所述中央控制器对图像拍摄模块的控制包括:向摄像头发送开/关指令,向LED照明灯发送开/关指令,向增稳云台发送旋转角度指令。或者,根据对图像拍摄模块传来的图像信息或者根据外部终端发来的控制指令对图像拍摄模块进行控制。所述无人船前端为一透明的导流罩,所述摄像头,LED照明灯和增稳云台设置在导流罩内。
进一步的,还包括电源模块,传感器模块和存储模块;所述电源模块用于给无人船供电,包括电源管理模块和电源;所述传感器模块包括,压力传感器,深度传感器,三轴陀螺仪,三轴加速度计,三轴磁场计防漏检测器和惯性测量单元;所述存储模块用于存储无人船的航行数据,图像采集模块记录的图片或视频数据等;所述电缆为零浮通信电缆。
进一步的,所述中央控制器,控制声呐探测模块的声音发送装置和图像拍摄模块的摄像头处在同一方向和角度上。
进一步的,所述声呐探测模块的声音发送装置和图像拍摄模块的摄像头组合在一起;且当中央控制器控制换能器发出声波时,同时控制摄像头开始拍照,或/和当换能器接收到声音回波时,中央控制器控制摄像头拍照。
进一步的,所述中央控制器、声呐探测模块、图像拍摄模块、电缆收放模块、持钩模块和动力模块设置在无人船内部,所述通信模块的至少天线部分设置在浮标内,所述浮标通过电缆与无人船连接。
一种无人船系统,其特征在于,包括所述无人船和一外部终端,所述外部终端与无人船的通信模块无线连接,用于对所述无人船的运动、探测、拍摄过程进行远程控制,并接收无人船发来的声呐数据、图像数据、航行状态数据和GPS数据。
进一步的,所述外部终端包括CPU、显示模块、输入模块、终端通信模块和存储模块,其中:
CPU与显示模块、输入模块、发射接收模块和存储模块连接,并对这些模块进行控制,通过发射接收模块向无人船发送控制指令;
显示装置:用于显示收到的无人船的图像数据、声呐数据、GPS数据、航行数据和传感器等信息;
终端通信模块:用于向无人船发射无线信号和接收来自无人船的无线信号,可采用WIFI,蓝牙,射频和光通信等通信模式;
输入模块:用于将外部指令输入给CPU,所述输入模块可以是操纵杆、键盘、触摸屏、语音输入和手势输入中的一种或几种的组合;
存储模块:用于存储收到的无人船的图像数据、声呐数据、GPS数据、航行数据和传感器等信息或用户的输入信息或事先预存的无人船航行模式和自动航行信息。
进一步的,还具有电源模块,UBS接口;所述终端为手机、平板电脑、计算机或者其它移动终端。
进一步的,所述外部终端,还具有语音播报模块,所述语音播报模块用于将接收到的航行数据等信息转换成音频信息并通过扬声器进行播报。
进一步的,所述终端的存储模块进一步用于,存储预设的水中被探测物的信息,所述CPU可将无人船的通信模块发送来的图像信息及其他信息与存储模块存储的预设的水中被探测物的信息进行比对,向显示模块或语音播报模块发送比对结果及建议信息。
进一步的,所述无人船预设有一键返航模式,所述终端上预设有返航键,存储模块预存返航坐标点,当终端检测到用户按下返航键时,向无人船发出返航控制指令。
本发明一种无人船,包含现有钓鱼无人船的功能,可利用声呐模块探测水下物体,同时又可以实现一定深度下潜,通过在无人船上设置图像采集模块,实现水下图像采集,并且能够实现和岸边的远距离通信,实时回传水下图像信息。本发明的无人船可行驶在水面上,声呐模块探测到水下鱼群信息时,可进行下潜观测,并通过一漂浮在水面上的与无人船通过电缆连接的内置通信天线的浮标,将图像采集模块实时传输水下图像给水上的外部终端,通过外部终端显示模块向用户展示无人船探测到的信息和拍摄的图像信息。可以确定是否有鱼群,以及是什么种类的鱼,以及其他详细的水下物体信息。
附图说明
图1是本发明实施例中无人船与外部终端实现交互的关系框图
图2是本发明实施例中无人船的结构框图
图3是本发明实施例中电缆收放模块卷扬机示意图
图4是本发明实施例中卷扬机设置在无人船外部的示意图
图5是本发明实施例中卷扬机设置在无人船内部的示意图
图6是本发明实施例中卷扬机设置在无人船外部凹槽的示意图
图7是本发明实施例中外部终端的结构框图
图8是本发明实施例应用场景示意图
无人船100,中央控制器110,图像采集模块120,声呐探测模块130,通信模块140,天线141,图数一体传输模块142,电缆收放模块150,卷扬机控制器151,卷扬机152,动力模块160,自动航行模块170,传感器模块180,电源模块190,GSP模块101,存储模块102,持钩模块103,外部终端200,CPU210,显示模块220,输入模块230,终端通信模块240,终端存储模块250,终端电源模块260,语音播报模块270,APP201,电缆300,浮标400
具体实施方式
随着无人机技术的兴起,各种无人设备得到广泛应用,无人船在钓鱼领域开始得到越来越多的应用,但现有无人船在钓鱼领域具有很多缺陷。因此本发明提供一种无人船,可利用声呐模块探测水下物体,同时又可以实现一定深度下潜,通过在无人船上设置图像采集模块,实现水下图像采集,并且能够实现从水下至岸边的远距离通信,实时回传水下图像信息的。提升了钓鱼的成功率,提升了垂钓活动的娱乐性和可操作性,为用户带来了不一样的远程控制体验。
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图1为本申请实施例提供的无人船系统的组成以及与外部终端实现交互的关系框图,该系统主要包括:外部终端200和无人船100,本发明无人船100可浮在水面,也可以潜入水下。其中,
外部终端200:用于对无人船100的运动控制及探测、和/或拍摄过程进行远程控制,以及下潜和上浮控制,并接收无人船100发来的被探测物的信息、位置信息和图像信息。
无人船100:用于在终端200的远程控制下实现运动控制及进行探测、和/或拍摄,并通过其上的通信模块将获得的被探测物的信息、位置信息和图像信息发送给外部终端200。
如图2所示,图2为本申请实施例提供的一种无人船的结构框图,其特征在于,包括:图像采集模块120,声呐探测模块130,通信模块140,电缆收放模块150,和中央控制器110,其中:
所述图像采集模块120,用于录制和拍摄水下图像;
所述声呐探测模块130,用于探测水下环境、鱼群所在位置及深度;
所述通信模块140,用于将无人船100的状态信息、图像采集模块120获取的图像信息和声呐探测模块130获取的信息传输至外部终端200,同时将外部终端200的控制指令传输至中央控制器110;
所述电缆收放模块150根据中央控制器110发出的下潜或上浮指令,释放或收回对应长度的电缆300,使得电缆300长度与无人船所处深度相适应;
所述中央控制器110,与上述各个模块相连,控制无人船100的行进动作,并协调各模块工作。
本发明无人船同时具有声呐探测模块130和图像采集模块120,现有钓鱼用无人船一般不具有摄像头,即使有摄像头也只能采集水面附近的图像,对于水下一定深度的探测只能根据声呐信号探测到物体的大致位置和大致数量,使用者需要根据自己的经验判断被探测物的种类和具体位置及具体数量,而无法确切得知被探测物的种类、大小和地理位置。例如:当探测到鱼群时,使用者需要根据经验判断这是什么鱼、大致在什么位置,而不能确切地知道是什么鱼、鱼的大小以及鱼群所在的具体经度、纬度信息。本发明的无人船100可以下潜并具有图像采集模块,因而可以获取到准确的图像信息,可以准确看到探测的物体是什么,是否为鱼群,鱼为什么种类等。大大提高了垂钓成功率和用户体验。
进一步的,所述图像采集模块120,声呐探测模块130,通信模块140,电缆收放模块和中央控制器设在无人船主体内,所述通信模块140的至少天线141部分设置在一可漂浮的浮标400内,所述浮标400与无人船100主体之间通过一可收放的电缆300连接;还包括电缆收放模块150,所述电缆收放模块150获取的无人船的深度信息以及中央控制器110发出的下潜或上浮指令,释放或收回对应长度的电缆300,使得电缆300长度与无人船所处深度相适应。
这样设置的好处是确保水下正常通信,由于水下电磁波衰减严重,而且在水面和空气的交界面处电磁波又会衰减掉一大部分。而且钓鱼时无人船通常会航行至深水区域距离岸边的用户较远,此时无人船与用户之间的连线并不是垂直于水面,而是近乎水平的,信号有相当一段距离是在水中传播,所以此时即使下潜很小的深度都会导致信号中断。
因此设置本发明无人船100还连接一浮标400,所述无人船100的通信模块140至少天线部分141设置在浮标400内(或也可以将通信模块140设置在浮标内),浮标400与无人船100通过电缆300连接。浮标400漂浮在水面上,相当于中继站,起到了连接水上和水下通信的功能,浮标400与外部终端200之间为水上通信,浮标400与无人船100之间通过电缆300进行有线通信,信号在空气和电缆中衰减很小,因此保证了通信的稳定,降低了能耗。
进一步的,设置有述电缆收放模块150,电缆收放模块根据中央控制器110发出的下潜或上浮指令,释放或收回对应长度的电缆300,使得电缆300长度与无人船所处深度相适应。
现有无人船很彻底实现水上行情和水下行情的切换,要么只能水上航行,要么只进行水下航行。具有一定缺陷,例如只进行水下行情的无人船,虽然可以获得水下图像,但是在从岸边浅水区到深水区的航行过程中,容易被水草缠绕,尤其在宽阔水域垂钓时,航行距离较远,用户无法目视到无人船的航行位置,给垂钓带来很大不便。
水上和水下航行的切换,除了通信问题的困扰,无人船的浮力改变也是一个技术难题,如使用潜艇远离设置浮力舱和排水舱,成本大大增加,结构复杂不适合民用领域。若将钓鱼船设置为零浮力(密度与水近似),虽然可以确保正常下潜,但又难以实现水面行情,并且水面航行时需要竖直方向的推进器一直工作提供上浮力,无疑大大增加能耗。并且水下行情的阻力要远远大于水面航行,这会大大增加在寻找钓鱼点过程中的能量损耗。
这样设置的好处是可以利用浮标400实现无人船水上和水下航行的切换,当需要进行水面航行时,通过将电缆300收回,使得无人船100和浮标400接触贴合,无人船100利用浮标400的浮力可以一直在贴近水面的范围行驶,不需要竖直方向的电机驱动,也不需要在无人船内设置浮力仓等复杂结构来实现上浮。简化了结构,节省了能耗,增加了续航时间。
在实际使用中,无人船100首先保持电缆300回收的开始在水面行情由岸边像深水区域行驶,并在合适的水域利用声呐探测模块130对水下环境进行探测,当探测到有疑似鱼群的物体出现时,可以通过外部终端200发出下潜指令(外部终端200还可设置有一键下潜功能键,在终端存储模块250中预先存好下潜深度速度等数据),发出下潜指令,此时电缆收放模块150释放电缆300的长度,无人船100可设置为与水的密度相仿或略大,此时无人船实现下潜,下潜过程可以通过竖直方向的驱动电机来加速,同时电缆收放模块150接收无人船深度传感器181的深度数据,确定释放电缆300的长度,以确保电缆300长度与无人船所处深度相适应。当下潜至一定深度时,可通过图像采集模块120,实时传输水下画面,用户可通过外部终端200上的显示模块220,实时观察到水下物体的详细特征,是否为鱼群,鱼的种类,数量等信息。根据图像信息做出进一步的垂钓判断。结合图像信息大大提高声呐探测的准确性,提高了钓鱼体验。本发明无人船还可以设置定深模式,根据深度传感器181的信息,控制竖直方向推进器转速,实现定深控制。
进一步的,如图3所示,本发明实施例采用一设置在无人船100上的卷扬机实现电缆300的收放。所述电缆收放模块150包括一卷扬机控制器151和一卷扬机152,所述卷扬机设置在无人船100主体上,所述可收放电缆300盘绕设置在卷扬机152上并通过卷扬机152实现收放。
进一步的,如图4所示,所述卷扬机152可设置在无人船100的外部,其与无人船100内部的卷扬机控制器151通过密封防水的方式电连接。所述电缆收放模块也可以由中央控制器直接控制,具体为中央控制器可直接控制卷扬机152的开启和关闭以及调整旋转方向。
进一步的,如图5所示,所述卷扬机152还可设置在无人船100内部,具体的是在无人船内部设置一卷扬机舱,电缆300通过舱体顶部一动密封口伸出无人船100外,并与浮标400连接。
在一较佳实施例中,如图6所示,还可以在无人船100船体外设置一凹槽结构,所述凹槽结构用于和浮标400的下表面配合,这样可以在收回电缆300后,使得浮标400嵌入凹槽中,浮标400与无人船成为一整体,有利于水面航行时的稳定性。
进一步的,还包括动力模块160,所述动力模块160用于在中央控制器110控制下驱动无人船100实现上、下、前、后等方向的运动。所述动力模块160包括电机驱动器161,和与电机驱动器连接的两个水平驱动电机162和一个竖直驱动电机163。所述两个水平驱动电机162设置在无人船尾部左右两侧,所述竖直驱动电机163设置在无人船下侧。所述电机驱动器161接收中央控制器110的指令,根据指令对电机进行转速和方向控制。无人船100中的动力模块160为无人船提供动力,无人船100进行整体运动控制,如:驱动无人船100在水中进行各方位的运动(例如:向上运动、向下运动、或前进、后退、旋转运动等),并可通过电机驱动器161与控制器110进行信息交换。此种控制指令也可以由外部终端200发出,经通信模块140接收然后传送给中央控制器110,中央控制器110根据部终端200的指令控制动力模块160,。动力模块160还将其动力状态信息发送给中央控制器110并经通信模块140发送给外部终端200。设置的水平驱动电机162须确保无人船100具有一定的航速和抗风浪能力,设计无人船100可抵抗1.5-2.0米/秒的海流,水平航速可达到3-4节。电机采用无刷直流电机驱动,内置电机FOC控制与速度、电流反馈闭环。
进一步的,为了优化通信效果,减少信号干扰,本发明实施例采用所述通信模块为DDL图数传一体传142输模块,所述DDL图数传一体传输模块142将图传信号和双向数据传输信号整合为单一链路进行传输(信号包括无人船行驶数据,声呐数据,图像数据),使用一根天线。避免了分别设置图传天线和数传天线两路信号传输时发生干扰的情况,同时降低能耗。外部终端200的终端通讯模块240也可以设置成DDL图数传一体传输模块,所述图数传模块将无人船100和外部端200上的图像信号和数据信号整合为同一链路信号进行发送,并将无人船100和外部终端200接收到的同一链路信号解码为图像信号和数据信号,实现无人船100和外部终端200的双向数据传输。信号可采用WIFI,蓝牙,射频,长期演进(Long TermEvolution, LTE)模式, 遥测调频射频(Telemetry FM Radio)方式、卫星方式等方式传输和光通信等通信模式。
进一步的,还包括GPS模块101,所述GPS模块101用于接收GPS卫星信号确定无人船100的位置,并将无人船100的GPS位置信息发送给外部终端200。所述发射给外部终端的过程可以通过DDL图传数传一体传输模块141发送至外部终端200。需要说明的是,为了保证探测到信号,GPS天线应该始终保持露在水面上。因此需要将GPS模块101设置在浮标400内。GPS天线可以是全向天线(Multi-angel antenna)、智能天线(Smart antenna)或平板天线。设置GPS模块的优点在于可以实时获得无人船的位置,并且可以进一步通过在GSP地图上存储坐标点来实现自动航行和定点钓鱼。
进一步的,还包括一自动航行模块170,所述自动航行模块170接收并存储外部终端200发来的航点信息,将航点位置和顺序信息并在GPS地图上标定,根据GPS模块101获取的无人船实时位置和航行方向,控制动力模块160实时调整转速和方向,以驱动无人船朝向航点行进。自动航行的控制方法采用一自动定向回路,使无人船100保持给定的航行角度,中央控制器110由AHRS航行姿态参考系统获得航向角度以后,根据航向误差与模糊PID控制算法得到产品推力大小和防线个,进一步进行推进力分配,得到各驱动电机的转速与方向,从而实现闭环控制,确保自动航行的准确定。
进一步的,还包括一持钩模块103,所述持钩模块用于加持鱼钩或鱼线,并可在鱼上钩时松开鱼钩或鱼线。持钩模块包括一持钩器和控制器,所述持钩器为一加持机构,其上设置有传感器和电磁铁,当鱼上钩后,传感器发信号,控制器控制电磁铁吸引加持机构张开,松开鱼钩或鱼线。所述持钩模块也可以由中央控制器直接控制。具体为,所述中央控制器直接控制持钩器的开闭。
进一步的,所述声呐探测模块包括130:发射器,换能器和接收机,且所述中央处控制器对声呐探测模块的控制包括:控制声呐模块的开闭以及换能器发射声波的方向。声呐探测模块130利用声波探测水的周边环境,例如:距离多远有鱼、是否有障碍物、距离水面或探测目标有多深等信息;将获得的周边环境信息通过通信模块140发送给外部终端200;外部终端200对声呐探测模块130发来的信息进行处理,根据处理结果或者根据用户的输入生成控制指令,发送给无人船100的通信模块140,从而对声呐探测模块130进行控制。例如:控制声呐探测模块140的发出声波的大小、水平方向、俯仰方向和旋转方向的调节(如:向左、向右、向下或向上的调节),以便更快、更准地探测到用户所需要的被探测物。
在实际应用中,无人船100还包括用于探测水温等的传感器。中央控制器110将传感器的状态信息通过通信模块205传送给终端10。
进一步的,所述图像采集模块120包括摄像头121,LED照明灯123和增稳云台122,所述中央控制器110对图像拍摄模块120的控制包括:向摄像头发送开/关指令,向LED照明123灯发送开/关指令,向增稳云台122发送旋转角度指令。或者,根据对图像拍摄模块传来的图像信息或者根据外部终端发来的控制指令对图像拍摄模块进行控制。所述无人船前端为一透明的导流罩,所述摄像头,LED照明灯和增稳云台设置在导流罩内。所述LED照明123灯设置两组,可调节亮度,亮度可通过PWM信号控制相应的驱动电路来进行调节。所述摄像头121支持可见光,也可以安装红外模块,可采用广角镜头进一步获得全面的画面,可满足1080P高清拍摄。所述增稳云台122为两轴云台或多轴云台。
图像采集模块接收到来由中央控制器110的控制对周边环境进行拍摄,并将获得的图像信息通过通信模块140传输给外部终端200;外部终端200接收图像信息处理后,显示给用户。且外部终端200对图像信息进行处理,根据处理结果或者根据用户的输入生成控制指令,向通过无人船100的通信模块140发送指令,从通过中央控制器110对图像采集模块120进行控制,例如:控制图像采集模块120的摄像头的方向及角度调节(如:向左、向右、向下或向上调节、水平角度和俯仰角度调节)、打开/关闭摄像头的LED灯等,以便更快、更准地拍摄到用户所需要的被探测物。
一较佳实施例中,图像采集模块120还包含一智能摄像头,该智能摄像头通过一伸缩装置(如:缆绳、伸缩杆等)设于无人船100上,所述智能摄像头上设置有LED灯。当被探测物离无人船100较远时(例如:在5米以外时),中央控制器110向智能摄像头的伸缩装置发送控制命令来控制伸缩装置,从而实现摄像头的伸缩,同时可向摄像头控制模块发送控制命令以打开摄像头上的LED灯,从而使得拍摄/摄影效果更佳。
进一步的,还包括电源模块190,传感器模块180和存储模块102;所述电源模块用于给无人船供电,包括电源管理模块和电源;设计满足1小时连续工作,电源管理模块可以智能调节用电量,增加续航时间。无人船100主体上设置有脐带缆防水接口,必要时可以提供电缆供电以及控制数据通信。
进一步的,所述传感器模180块包括,压力传感器,深度传感器,三轴陀螺仪,三轴加速度计,三轴磁场计,防漏检测器和惯性测量单元;本发明无人船100通过传感器模块180获取无人船的速度、加速度、姿态等信息。利用航行姿态参考系统AHRS能够提供实时的姿态、加速度和角速度信息,采用扩展Kalman滤波对三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁场计的数据进行融合,计算结果通过RS232接口输出至控制器。
进一步的,所述存储模块102用于存储无人船的航行数据,图像采集模块120记录的图片或视频数据,声呐探测模130探测的环境数据,外部终端200发送来的自动航线数据等;
进一步的,所述电缆300为采用零浮通信电缆。采用零浮力通信电缆的优点在于,不会对无人船下潜造成影响,并且电缆在水中的姿态较稳定,不容易缠绕。
进一步的,所述中央控制器110控制声呐探测模块130的声音发送装置和图像采集模块120的摄像头处在同一方向和角度上。
进一步的,所述声呐探测模块的声音发送装置和图像拍摄模块的摄像头组合在一起;且当中央控制器控制换能器发出声波时,同时控制摄像头开始拍照,或/和当换能器接收到声音回波时,中央控制器控制摄像头拍照。优选的,当被探测物离涉无人船100较近时(例如:在5米以内时),声呐探测模块130的声音发送装置和图像采集模块120的摄像头组合在一起,如并排组合在一起;中央控制器110控制声呐探测模块130发出声波时,同时控制图像采集模块120拍照;这样,就能得知同一被探测物的详细信息,包括:离水面多深,是什么物体(如是什么鱼),被探测物多大,被探测物的数量是多少,等等,并将这些详细信息通过外部终端200显示给用户。
一实施例中,外部终端200的终端存储模块250中预先存储了不同种类的鱼的匹配信息,例如:不同种类的鱼的形状、颜色、喜欢的鱼饵及建议采用的钓竿、网和垂钓技巧、撒网技巧等信息。当外部终端200收到无人船100发送来的鱼所处的位置信息和图像信息,外部终端的CPU210调用终端存储模块250中预先存储的信息,并进行比对,然后根据比对结果,显示给用户,如鱼的名称、颜色、喜欢的鱼饵,垂钓技巧和撒网技巧等,用户根据这些信息,很容易就能钓到自己想要的鱼。
进一步的,所述中央控制器110、声呐探测模块130、图像拍摄模块120、电缆收放模块150、持钩模块103和动力模块160设置在无人船100内部,所述通信模块的至少天线141部分设置在浮标内400,所述浮标400通过电缆与无人船连接。
具体的,本发明实施例的无人船100各个功能模块单元采用独立舱体设计,如推进舱、图像仓、主体仓分别独立密封设计,电机转轴采用机械动密封方式进行工程实现。
进一步的,本发明实施例一种无人船的中央控制器110还可以根据实际应用划分为两个单元模块:主控制器111和辅助控制器112,所述主控制器111用于连接控制无人船100行驶的各个模块:如传感器模块180,驱动模块160,通信模块140,电源模块等190,自动行驶模块170,GSP模块101等;所述辅助控制器112用来连接观测水下信息的各个模块:如声呐探测模块130,图像采集模块120,LED照明灯等。
本发明实施例一种无人船系统,如图5所示,包括所述无人船100和一外部终端200,所述外部终端200与无人船的通信模块140无线连接,用于对所述无人船的运动、探测、拍摄过程进行远程控制,并接收无人船发来的声呐数据、图像数据、航行状态数据和GPS数据等。
进一步的,所述外部终端包括CPU210、显示模块220、输入模块230、终端通信模块240和终端存储模块250,其中:
CPU210与显示模块、输入模块、发射接收模块和存储模块连接,并对这些模块进行控制,通过发射接收模块向无人船发送控制指令;
显示模块220:用于显示收到的无人船的图像数据、声呐数据、GPS数据、航行数据和传感器等信息;
终端通信模块240:用于向无人船发射无线信号和接收来自无人船的无线信号,可采用WIFI,蓝牙,射频,长期演进(Long Term Evolution, LTE)模式, 遥测调频射频(Telemetry FM Radio)方式、卫星方式等方式传输和光通信等通信模式。可采用433Mhz电台(或2.4G、5.8G等)进行双向通信。终端通信模块240也可采用图数传一体模块,可以将无人船100发送的整合后的单一链路信号拆分为图像和数据信号。
输入模块230:用于将外部指令输入给CPU,所述输入模块可以是操纵杆、键盘、触摸屏、语音输入和手势输入中的一种或几种的组合;具体的,对无人船100的输入模块可以包括遥控手柄,无人船100的水平运动通过两轴操纵杆进行控制。无人船100的潜伏运动方向和速度、LED照明灯的亮度以及摄像头的焦距等,可通过设置旋转电位计进行控制,遥控手柄的操作杆、旋钮和开关的输入由CPU210采集后进行控制。
终端存储模块250:用于存储收到的无人船的图像数据、声呐数据、GPS数据、航行数据和传感器等信息或用户的输入信息或事先预存的无人船航行模式和自动航行信息。
进一步的,还具有终端电源模块260,UBS接口;所述终端为手机、平板电脑、计算机或者其它移动终端。所述终端上安装有用于控制无人船各种功能并查看无人船信息和图像APP。
进一步的,所述外部终端200,还具有语音播报模块270,所述语音播报模块用于将接收到的航行数据等信息转换成音频信息并通过扬声器进行播报。
进一步的,所述终端的存储模250块进一步用于,存储预设的水中被探测物的信息,所述CPU可将无人船100的通信模块发送来的图像信息及其他信息与存储模块存储的预设的水中被探测物的信息进行比对,向显示模块或语音播报模块发送比对结果及建议信息。
进一步的,所述无人船100预设有一键返航模块280,所述外部终端200上预设有返航键,终端存储模块250预存返航坐标点,当终端检测到用户按下返航键时,向无人船100发出返航控制指令。
本发明一种无人船,包含现有钓鱼无人船的功能,可利用声呐模块探测水下物体,同时又可以实现一定深度下潜,通过在无人船上设置图像采集模块,实现水下图像采集,并且能够实现和岸边的远距离通信,实时回传水下图像信息的。本发明的无人船可行驶在水面上,声呐模块探测到水下鱼群信息时,可进行下潜观测,并通过一漂浮在水面上的与无人船通过电缆连接的内置通信天线的浮标,将图像采集模块实时传输水下图像给水上的外部终端,通过外部终端显示模块向用户展示无人船探测到的信息和拍摄的图像信息,提供了前所未有的可视化潜钓体验。
上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换,且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述,并非对本发明的构思和范围进行限定,在不脱离本发明设计思想的前提下,本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进,均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人船,其特征在于,包括:图像采集模块,声呐探测模块,通信模块和中央控制器,其中:
所述图像采集模块,用于录制和拍摄水下图像;
所述声呐探测模块,用于探测水下环境、及鱼群所在位置及深度;
所述通信模块,用于将无人船的状态信息、图像采集模块获取的图像信息和声呐探测模块获取的信息传输至外部终端,同时将外部终端的控制指令传输至中央控制器;
所述中央控制器,与上述各个模块相连,控制无人船的行进动作,并协调各模块工作。
2.根据权利要求1所述一种无人船,其特征在于,还包括一持钩模块,所述持钩模块用于加持鱼钩或鱼线,并可在鱼上钩时松开鱼钩或鱼线,持钩模块包括一持钩器和控制器,所述持钩器为一加持机构,其上设置有传感器和电磁铁,当鱼上钩后,传感器发信号,控制器控制电磁铁吸引加持机构张开,松开鱼钩或鱼线;或所述持钩模块由中央控制器控制。
3.根据权利要求1所述一种无人船,其特征在于,还包括一浮标,所述浮标内设有所述通信模块的至少天线部分、和/或GPS模块、和/或DDL图数一体传输模块,所述浮标与无人船主体之间通过一可收放的电缆连接。
4.根据权利要求3所述一种无人船,其特征在于,还包括获取无人船的深度信息以及中央控制器发出的下潜或上浮指令,释放或收回对应长度的电缆,使得电缆长度与无人船所处深度相适应的电缆收放模块,所述电缆为零浮力通信电缆;
所述电缆收放模块包括一卷扬机控制器和一卷扬机,所述卷扬机设置在无人船主体上,所述可收放电缆盘绕设置在卷扬机上并通过卷扬机实现收放;或所述电缆收放模块由中央控制器控制。
5.根据权利要求1所述一种无人船,其特征在于,还包括动力模块,所述动力模块用于在中央控制器控制下驱动无人船实现上、下、前、后方向的运动,所述动力模块包括电机驱动器,和与电机驱动器连接的两个水平驱动电机和一个竖直驱动电机,所述两个水平驱动电机设置在无人船尾部左右两侧,所述竖直驱动电机设置在无人船竖直方向。
6.根据权利要求1所述一种无人船,其特征在于,所述通信模块为DDL图数一体传输模块,所述DDL图数一体传输模块将图传信号和双向数据传输信号整合为单一链路进行传输;还包括与中央控制器连接的GPS模块,所述GPS模块设置在浮标内,所述GPS模块用于接收GPS卫星信号确定无人船的位置,并将无人船的GPS位置信息发送给外部终端,并通过DDL图传数传一体传输模块发送至外部终端。
7.根据权利要求1所述一种无人船,其特征在于,还包括一接收并存储外部终端发来的航点信息,航点位置和顺序信息并在GPS地图上标定,根据GPS模块获取的无人船实时位置和航行方向,控制动力模块驱动无人船朝向航点行进的自动航行模块。
8.根据权利要求1所述一种无人船,其特征在于,所述图像拍摄模块包括摄像头,可调亮度LED照明灯和增稳云台;所述无人船前端为一透明的导流罩,所述摄像头,可调亮度LED照明灯和增稳云台设置在导流罩内。
9.根据权利要求1-7任一所述无人船的无人船系统,其特征在于,包括所述无人船和一外部终端,所述外部终端与无人船的通信模块无线连接,用于对所述无人船的运动、探测、拍摄过程进行远程控制,并接收无人船发来的声呐数据、图像数据、航行状态数据。
10.根据权利要求9所述无人船系统,其特征在于,所述外部终端包括CPU、显示模块、输入模块、终端通信模块和存储模块,其中:
CPU与显示模块、输入模块、发射接收模块和存储模块连接,并对这些模块进行控制,通过发射接收模块向无人船发送控制指令;
显示装置:用于显示收到的无人船的图像数据、声呐数据、GPS数据、航行数据和传感器信息;
终端通信模块:用于向无人船发射无线信号和接收来自无人船的无线信号,可采用WIFI,蓝牙,射频和光通信;
输入模块:用于将外部指令输入给CPU,所述输入模块可以是操纵杆、键盘、触摸屏、语音输入和手势输入中的一种或几种的组合;
存储模块:用于存储收到的无人船的图像数据、声呐数据、GPS数据、航行数据和传感器信息或用户的输入信息或事先预存的无人船航行模式和自动航行信息。
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